本發(fā)明涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中，用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置存在進料不均勻、進料速度慢以及進料口密封性差等問題，從而造成物料的還原反應(yīng)效率低，且還原反應(yīng)不夠徹底。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置，所述還原反應(yīng)裝置進料順暢且物料在還原反應(yīng)裝置的橫截面上分布更加均勻，物料和還原氣體之間能夠快速充分反應(yīng)，大大提高還原反應(yīng)效率。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置，包括：反應(yīng)爐體，所述反應(yīng)爐體包括彼此連通的進料段、還原段和冷卻段，所述還原段位于所述進料段的下方并與所述進料段連通，所述冷卻段設(shè)于所述還原段下方并與所述還原段連通，所述進料段的頂部設(shè)有進料口，所述冷卻段的底部設(shè)有出料口，所述進料段的下方設(shè)有還原尾氣出口，在所述出料口之上設(shè)有還原氣進口，所述進料口與所述進料段連通，所述還原尾氣出口、所述還原氣進口和所述出料口均與所述還原段連通；加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)于所述還原段內(nèi)，并包括多個蓄熱式輻射管，所述蓄熱式輻射管的兩端分別設(shè)有燃燒器；至少一個進料噴嘴，所述進料噴嘴設(shè)于所述進料口處，所述進料噴嘴內(nèi)限定出沿上下方向延伸的下料通道和風(fēng)道，所述進料噴嘴被構(gòu)造成將物料引射進入所述反應(yīng)腔內(nèi)且使得進入所述反應(yīng)腔室內(nèi)的物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分散開。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置，通過在進料口處設(shè)置進料噴嘴，物料通過進料噴嘴進入反應(yīng)腔室內(nèi)，通過進料噴嘴的引射作用使得物料可以順暢、快速地進入反應(yīng)腔室內(nèi)，避免進料口發(fā)生堵塞；另外，進料噴嘴可以將物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分散開，不僅可以避免物料發(fā)生粘結(jié)的問題，并且物料和還原氣體可以充分混合，物料受熱更加均勻，物料和還原氣體之間反應(yīng)更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應(yīng)效率。

另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置，還可以具有如下附加技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述進料噴嘴內(nèi)限定出沿上下方向延伸且由內(nèi)到外依次嵌套的下料通道和風(fēng)道，所述風(fēng)道的頂部和所述下料通道的頂部分別設(shè)有進風(fēng)口和下料進口，所述風(fēng)道的底部和所述下料通道的底部分別設(shè)有與所述反應(yīng)腔室連通的出風(fēng)口和下料出口，所述下料出口豎直向下導(dǎo)引出料，所述出風(fēng)口在由外向內(nèi)的方向上向下導(dǎo)引出風(fēng)。

可選地，所述風(fēng)道具有在內(nèi)外方向上相對的內(nèi)壁和外壁，所述內(nèi)壁和所述外壁的其中一個上設(shè)有可下上移動的調(diào)風(fēng)錐，所述內(nèi)壁和所述外壁中的另一個與所述調(diào)風(fēng)錐之間限定出面積可變的所述出風(fēng)口。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述進料噴嘴內(nèi)限定出沿上下方向延伸且由內(nèi)到外依次嵌套的第一風(fēng)道、下料通道和第二風(fēng)道，所述第一風(fēng)道的頂部、所述下料通道的頂部和所述第二風(fēng)道的頂部分別設(shè)有第一進風(fēng)口、下料進口和第二進風(fēng)口，所述第一風(fēng)道的底部、所述下料通道的底部和所述第二風(fēng)道的底部分別設(shè)有與所述反應(yīng)腔室連通的第一出風(fēng)口、下料出口和第二出風(fēng)口，所述下料出口豎直向下導(dǎo)引出料，所述第一出風(fēng)口在由內(nèi)向外的方向上向上導(dǎo)引出風(fēng)，所述第二出風(fēng)口豎直向下導(dǎo)引出風(fēng)或在由外向內(nèi)的方向上向下導(dǎo)引出風(fēng)。

可選地，所述第一風(fēng)道包括沿上下方向連通的第一段和第二段，所述第一段形成為沿上下方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)，所述第二段的橫截面積在由上至下的方向上逐漸增大，所述第二段的至少一部分伸入所述反應(yīng)腔室內(nèi)且位于所述下料出口和所述第二出風(fēng)口的下方，所述第一進風(fēng)口設(shè)于所述第一段的頂壁上，所述第一出風(fēng)口設(shè)于所述第二段的側(cè)壁上。

可選地，所述第一出風(fēng)口包括多個且沿周向間隔設(shè)于所述第二段的側(cè)壁上。

可選地，所述第一出風(fēng)口的中心線與豎直方向之間的夾角α的范圍為2°～10°。

可選地，所述第二風(fēng)道具有在內(nèi)外方向上相對的內(nèi)壁和外壁，所述內(nèi)壁和所述外壁的其中一個上設(shè)有可下上移動的調(diào)風(fēng)錐，所述內(nèi)壁和所述外壁中的另一個和所述調(diào)風(fēng)錐之間限定出面積可變的所述第二出風(fēng)口。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述還原尾氣出口設(shè)于所述進料段的側(cè)壁上。

可選地，所述冷卻段包括風(fēng)冷區(qū)域和設(shè)于所述風(fēng)冷區(qū)域下方且與所述風(fēng)冷區(qū)域連通的水冷區(qū)域，所述還原氣進口設(shè)于所述風(fēng)冷區(qū)域的側(cè)壁上。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的進料噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的進料噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：

還原反應(yīng)裝置100；

反應(yīng)爐體1；進料段11；進料口111；還原尾氣出口112；

還原段12；

冷卻段13；風(fēng)冷區(qū)域131；還原氣進口1311；布風(fēng)板1312；

水冷區(qū)域132；出料口1321；水冷壁1322；

加熱裝置2；蓄熱式輻射管21；燃氣入口211；空氣入口212；煙氣出口213；

進料噴嘴3；下料通道31；下料進口311；下料出口312；

風(fēng)道32；進風(fēng)口321；出風(fēng)口322；內(nèi)壁323；外壁324；調(diào)風(fēng)錐325；

下料通道301；下料進口3011；下料出口3012；

第一風(fēng)道302；第一進風(fēng)口3021；第一出風(fēng)口3022；第一段3023；第二段3024；

第二風(fēng)道303；第二進風(fēng)口3031；第二出風(fēng)口3032；內(nèi)壁3033；外壁3034；調(diào)風(fēng)錐3035。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面參考圖1-圖3描述根據(jù)本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置100，需要說明的是，粉狀物料可以為粉狀礦石即礦粉，例如可以如鐵礦粉、銅礦粉等。

如圖1-圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置100包括：反應(yīng)爐體1、加熱裝置2和至少一個進料噴嘴3。

反應(yīng)爐體1內(nèi)限定出反應(yīng)腔室，反應(yīng)爐體1上設(shè)有與反應(yīng)腔室連通且彼此間隔的進料口111、出料口1321、還原氣進口1311和還原尾氣出口112，加熱裝置2設(shè)于反應(yīng)腔室內(nèi)且位于進料口111和出料口1321之間以對物料的還原反應(yīng)提供熱量。具體地，物料由進料口111進入反應(yīng)腔室內(nèi)，還原氣體由還原氣進口1311進入反應(yīng)腔室內(nèi)，物料和還原氣體在反應(yīng)腔室內(nèi)混合接觸，加熱裝置2對物料和還原氣體進行加熱，以將礦粉和還原氣體加熱至反應(yīng)所需的溫度，物料和還原氣體發(fā)生還原反應(yīng)，且反應(yīng)產(chǎn)生的還原產(chǎn)物和還原尾氣分別由出料口1321和還原尾氣出口112排出反應(yīng)腔室。

至少一個進料噴嘴3，進料噴嘴3設(shè)于進料口111處，即進料口111處可以僅設(shè)有一個進料噴嘴3或者設(shè)有多個進料噴嘴3(例如可以設(shè)有兩個或兩個以上的進料噴嘴3)，進料噴嘴3被構(gòu)造成將物料引射進入反應(yīng)腔內(nèi)且使得進入反應(yīng)腔室內(nèi)的物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分散開。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置100，通過在進料口111處設(shè)置進料噴嘴3，物料通過進料噴嘴3進入反應(yīng)腔室內(nèi)，通過進料噴嘴3的引射作用使得物料可以順暢、快速地進入反應(yīng)腔室內(nèi)，避免進料口111發(fā)生堵塞；另外，進料噴嘴3可以將物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分散開，不僅可以避免物料發(fā)生粘結(jié)的問題，并且物料和還原氣體可以充分混合，物料受熱更加均勻，物料和還原氣體之間反應(yīng)更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應(yīng)效率。

在本發(fā)明的一個實施例中，如圖2所示，進料口111設(shè)于反應(yīng)爐體1的頂壁，進料噴嘴3內(nèi)限定出沿上下方向延伸且由內(nèi)到外依次嵌套的下料通道31和風(fēng)道32，即下料通道31嵌設(shè)在風(fēng)道32內(nèi)，或者說風(fēng)道32外套在下料通道31的外側(cè)，下料通道31和風(fēng)道32彼此隔開，風(fēng)道32的頂部和下料通道31的頂部分別設(shè)有進風(fēng)口321和下料進口311，風(fēng)道32的底部和下料通道31的底部分別設(shè)有與反應(yīng)腔室連通的出風(fēng)口322和下料出口312，即風(fēng)道32的頂部設(shè)有進風(fēng)口321，下料通道31的頂部設(shè)有下料進口311，風(fēng)道32的底部設(shè)有出風(fēng)口322，下料通道31的底部設(shè)有下料出口312，其中出風(fēng)口322和下料出口312均與反應(yīng)腔室連通，下料出口312豎直向下導(dǎo)引出料，出風(fēng)口322在由外向內(nèi)的方向上向下導(dǎo)引出風(fēng)。需要說明的是，“內(nèi)”指的是鄰近下料通道31中心軸線的位置，“外”指的是遠離下料通道31中心軸線的位置。

具體地，物料通過下料進口311進入下料通道31內(nèi)，并通過下料出口312排出下料通道31，風(fēng)道32內(nèi)適于通入特定流速的氣流，氣流通過進風(fēng)口321進入風(fēng)道32內(nèi)，并通過出風(fēng)口322排出風(fēng)道32，通過使下料出口312豎直向下導(dǎo)引出料，出風(fēng)口322在由外向內(nèi)的方向上向下導(dǎo)引出風(fēng)，這樣由下料出口312排出的物料將會被由出風(fēng)口322排出的氣流引射進入反應(yīng)腔室內(nèi)，進料順暢、快速，并且由于出風(fēng)口322在由外向內(nèi)的方向上向下導(dǎo)引出風(fēng)，氣流在出風(fēng)口322處形成紊流，在氣流的作用下，物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分散開，由此不僅可以避免物料在反應(yīng)腔內(nèi)發(fā)生粘結(jié)的問題，并且物料和還原氣體可以充分混合，物料受熱更加均勻，物料和還原氣體之間反應(yīng)更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應(yīng)效率。

可選地，風(fēng)道32內(nèi)通入的氣流為氮氣流、氬氣流等惰性氣體流；優(yōu)選地，風(fēng)道32內(nèi)通入的氣流為還原氣體流，例如可以為氫氣流、一氧化碳氣體流或由氫氣和一氧化碳構(gòu)成的混合氣體流，這樣由風(fēng)道32內(nèi)排出的氣流不僅可以起到引射和分散物料的作用，并且還可以直接參與物料的還原反應(yīng)，物料和還原氣體能夠更充分混合，還原反應(yīng)更加快速和充分，另外，還可以省去在反應(yīng)爐體1上另外設(shè)置還原氣進口1311。

優(yōu)選地，如圖2中所示，下料出口312高于出風(fēng)口322，這樣氣流將在下料出口312的下方導(dǎo)出，氣流在下料出口312的下方形成紊流，由下料出口312排出的物料均經(jīng)過氣流分散后再引射進入反應(yīng)腔室內(nèi)，物料可以被充分分散，由此避免部分物料未經(jīng)分散而直接進入反應(yīng)腔室內(nèi)。

如圖2中所示，出風(fēng)口322形成為環(huán)形結(jié)構(gòu)，這樣由出風(fēng)口322排出的氣流形成的紊流氣流的紊流系數(shù)更大，對物料的分散效果更好，物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分布更加均勻。優(yōu)選地，如圖2中所示，出風(fēng)口322的外邊緣與反應(yīng)爐體1的進料口111的邊緣相連，出風(fēng)口322的外邊緣和反應(yīng)爐體1的進料口111的邊緣之間可以焊接相連或一體成型，由此使得反應(yīng)爐體1的密封性更好。

可以理解的，風(fēng)道32內(nèi)通入的氣流的流速可以根據(jù)物料的類型以及物料的投入量來進行設(shè)定，例如當(dāng)物料的投入量較大時，可以通入較大流速的氣流，當(dāng)物料的投入量較小時，可以通入較小流速的氣流，以保證物料在氣流的作用下在反應(yīng)腔室的橫截面上被分散開，物料的還原反應(yīng)速度更快且反應(yīng)更充分。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選示例中，風(fēng)道32具有在內(nèi)外方向上相對的內(nèi)壁323和外壁324，內(nèi)壁323和外壁324的其中一個上設(shè)有可下上移動的調(diào)風(fēng)錐325，內(nèi)壁323和外壁324中的另一個與調(diào)風(fēng)錐325之間限定出面積可變的出風(fēng)口322。具體地，在本發(fā)明的一些示例中，如圖2中所示，風(fēng)道32的內(nèi)壁323上設(shè)有可上下移動的調(diào)風(fēng)錐325，調(diào)風(fēng)錐325和風(fēng)道32的外壁324之間限定出面積可變的出風(fēng)口322；在本發(fā)明的另一些示例中，風(fēng)道32的外壁324上設(shè)有可上下移動的調(diào)風(fēng)錐325，風(fēng)道32的內(nèi)壁323和調(diào)風(fēng)錐325之間限定出面積可變的出風(fēng)口322。即在通過在上下方向上移動調(diào)風(fēng)錐325，可控制出風(fēng)口322的出風(fēng)面積，由此可以調(diào)節(jié)出風(fēng)口322處的氣流的流速，在單位時間內(nèi)通入風(fēng)道32內(nèi)的氣流量不變的情況下，當(dāng)出風(fēng)口322的面積增大時，出風(fēng)口322處的氣流流速將減小，當(dāng)出風(fēng)口322的面積減小時，出風(fēng)口322處的氣流流速將會增大，即通過調(diào)節(jié)調(diào)風(fēng)錐325的位置即可調(diào)節(jié)出風(fēng)口322處的氣流流速，例如可以實現(xiàn)出風(fēng)口322處的氣流流速在60～120m/s范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)，以匹配反應(yīng)腔室內(nèi)不同的投料量。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，調(diào)風(fēng)錐325為一環(huán)狀物，套在下料通道31的外壁上，固定方式為可拆卸式，例如通過螺母固定。當(dāng)需要調(diào)整調(diào)風(fēng)錐325的位置時，放松螺母，使調(diào)風(fēng)錐325上下移動至合適位置時，再通過收緊螺母使調(diào)風(fēng)錐325固定。依據(jù)進料量的多少和工藝要求通過調(diào)節(jié)調(diào)風(fēng)錐的位置，可以調(diào)節(jié)風(fēng)道中風(fēng)向情況。

在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，進料口111設(shè)于反應(yīng)爐體1的頂壁，進料噴嘴3內(nèi)限定出沿上下方向延伸且由內(nèi)到外依次嵌套的第一風(fēng)道302、下料通道301和第二風(fēng)道303，第一風(fēng)道302的頂部、下料通道301的頂部和第二風(fēng)道303的頂部分別設(shè)有第一進風(fēng)口3021、下料進口3011和第二進風(fēng)口3031，第一風(fēng)道302的底部、下料通道301的底部和第二風(fēng)道303的底部分別設(shè)有與反應(yīng)腔室連通的第一出風(fēng)口3022、下料出口3012和第二出風(fēng)口3032，下料出口3012豎直向下導(dǎo)引出料，第一出風(fēng)口3022在由內(nèi)向外的方向上向上導(dǎo)引出風(fēng)，第二出風(fēng)口3032豎直向下導(dǎo)引出風(fēng)或在由外向內(nèi)的方向上向下導(dǎo)引出風(fēng)。需要說明的是，“內(nèi)”指的是鄰近第一風(fēng)道302中心軸線的位置，“外”指的是遠離第一風(fēng)道302中心軸線的位置。

具體地，物料通過下料進口3011進入下料通道301內(nèi)，并通過下料出口3012排出下料通道301，第一風(fēng)道302和第二風(fēng)道303內(nèi)分別通入特定流速的氣流，第一氣流通過第一進風(fēng)口3021進入第一風(fēng)道302內(nèi)并通過第一出風(fēng)口3022排出，第二氣流通過第二進風(fēng)口3031進入第二風(fēng)道303內(nèi)并通過第二出風(fēng)口3032排出，物料通過下料進口3011進入下料通道301內(nèi)并通過下料出口3012排出下料通道301。通過使下料出口3012豎直向下導(dǎo)引出料，第一出風(fēng)口3022在由內(nèi)向外的方向上向上導(dǎo)引出風(fēng)，第二出風(fēng)口3032豎直向下導(dǎo)引出風(fēng)或在由外向內(nèi)的方向上向下導(dǎo)引出風(fēng)，使得由第一出風(fēng)口3022流出的第一氣流和由第二出風(fēng)口3032流出的第二氣流之間形成紊流，在氣流的作用下，物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分散開，由此不僅可以避免物料在反應(yīng)腔內(nèi)發(fā)生粘結(jié)的問題，并且物料和還原氣體可以充分混合，物料受熱更加均勻，物料和還原氣體之間反應(yīng)更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應(yīng)效率。

可選地，第一風(fēng)道302和第二風(fēng)道303內(nèi)通入的氣流為氮氣流、氬氣流等惰性氣體流；優(yōu)選地，第一風(fēng)道302和第二風(fēng)道303內(nèi)通入的氣流為還原氣體流，例如可以為氫氣流、一氧化碳氣體流或由氫氣和一氧化碳構(gòu)成的混合氣體流，這樣由第一風(fēng)道302和第二風(fēng)道303內(nèi)排出的氣流不僅可以起到引射和分散物料的作用，并且還可以直接參與物料的還原反應(yīng)，物料和還原氣體能夠更充分混合，還原反應(yīng)更加快速和充分，另外，還可以省去在反應(yīng)爐體1上另外設(shè)置還原氣進口1311。

優(yōu)選地，如圖3中所示，下料出口3012高于第一出風(fēng)口3022和第二出風(fēng)口3032，這樣第一氣流和第二氣流將在下料出口3012的下方導(dǎo)出，第一氣流和第二氣流在下料出口3012的下方形成紊流，由下料出口3012排出的物料均經(jīng)過氣流分散后再引射進入反應(yīng)腔室內(nèi)，物料可以被充分分散，由此避免部分物料未經(jīng)分散而直接進入反應(yīng)腔室內(nèi)。

如圖3所示，第一風(fēng)道302包括沿上下方向連通的第一段3023和第二段3024，第一段3023形成為沿上下方向延伸的柱狀結(jié)構(gòu)，第二段3024的橫截面積在由上至下的方向上逐漸增大，第二段3024的至少一部分伸入反應(yīng)腔室內(nèi)且位于下料出口3012和第二出風(fēng)口3032的下方，第一進風(fēng)口3021設(shè)于第一段3023的頂壁上，第一出風(fēng)口3022設(shè)于第二段3024的側(cè)壁上。進一步地，第一出風(fēng)口3022的中心線與豎直方向之間的夾角α的范圍為2°～10°，即第一出風(fēng)口3022的中心線與豎直方向之間的夾角α大于或等于2°且小于或等于10°，通過將第一出風(fēng)口3022的中心線與豎直方向之間的夾角α控制在2°～10°，由第一出風(fēng)口3022導(dǎo)引出的氣流可以將物料充分分散開，物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分布更加均勻。

可選地，第一出風(fēng)口3022包括多個且沿周向間隔設(shè)于第二段3024的側(cè)壁上，第一出風(fēng)口3022可以形成為孔徑在10～20mm范圍內(nèi)的圓孔，且第一出風(fēng)口3022的個數(shù)為5～20個，由此使得物料的分散效果更好。

如圖3中所示，第二出風(fēng)口3032均形成為環(huán)形結(jié)構(gòu)，這樣由第二出風(fēng)口3032排出的氣流形成的紊流氣流的紊流系數(shù)更大，對物料的分散效果更好，物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分布更加均勻。優(yōu)選地，如圖3中所示，第二出風(fēng)口3032的外邊緣與反應(yīng)爐體1的進料口111的邊緣相連，第二出風(fēng)口3032的外邊緣和反應(yīng)爐體1的進料口111的邊緣之間可以焊接相連或一體成型，由此使得反應(yīng)爐體1的密封性更好。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選示例中，第二風(fēng)道303具有在內(nèi)外方向上相對的內(nèi)壁3033和外壁3034，內(nèi)壁3033和外壁3034的其中一個上設(shè)有可下上移動的調(diào)風(fēng)錐3035，內(nèi)壁3033和外壁3034中的另一個和調(diào)風(fēng)錐3035之間限定出面積可變的第二出風(fēng)口3032。

具體地，在本發(fā)明的一些示例中，如圖3中所示，第二風(fēng)道303的內(nèi)壁3033上設(shè)有可上下移動的調(diào)風(fēng)錐3035，調(diào)風(fēng)錐3035和第二風(fēng)道303的外壁3034之間限定出面積可變的第二出風(fēng)口3032；在本發(fā)明的另一些示例中，第二風(fēng)道303的外壁3034上設(shè)有可上下移動的調(diào)風(fēng)錐3035，第二風(fēng)道303的內(nèi)壁3033和調(diào)風(fēng)錐3035之間限定出面積可變的第二出風(fēng)口3032。即在通過在上下方向上移動調(diào)風(fēng)錐3035，可控制第二出風(fēng)口3032的出風(fēng)面積，由此可以調(diào)節(jié)第二出風(fēng)口3032處的氣流的流速，在單位時間內(nèi)通入第二風(fēng)道303內(nèi)的氣流量不變的情況下，當(dāng)?shù)诙鲲L(fēng)口3032的面積增大時，第二出風(fēng)口3032處的氣流流速將減小，當(dāng)?shù)诙鲲L(fēng)口3032的面積減小時，第二出風(fēng)口3032處的氣流流速將會增大，即通過調(diào)節(jié)調(diào)風(fēng)錐3035的位置即可調(diào)節(jié)第二出風(fēng)口3032處的氣流流速，例如可以實現(xiàn)第二出風(fēng)口3032處的氣流流速在60～120m/s范圍內(nèi)的無級調(diào)節(jié)，以匹配反應(yīng)腔室內(nèi)不同的投料量。

在實際生產(chǎn)過程中，設(shè)定好第一出風(fēng)口3022的中心線與豎直方向之間的夾角α的大小和風(fēng)速之后，進料噴嘴控制系統(tǒng)會根據(jù)不同的工藝參數(shù)計算出調(diào)風(fēng)錐3035的位置和分配風(fēng)量大小，從而保證在不同的投料量下，物料都可以被充分分散開，保證進料順暢、快速和均勻。

優(yōu)選地，調(diào)風(fēng)錐3035的高度要高于第一出風(fēng)口3022的高度，這樣使得第一出風(fēng)口3022處的氣流和第二出風(fēng)口3032處的氣流相互之間沒有阻礙，在下料出口3012下方形成的紊流氣流的紊流系數(shù)更高，物料被均勻、充分分散開，物料在反應(yīng)腔室的橫截面上分布更加均勻。

在本發(fā)明的一個實施例中，如圖1中所示，反應(yīng)腔室包括由上至下依次設(shè)置且彼此連通的進料段11、還原段12和冷卻段13，進料口111設(shè)于進料段11的頂部，出料口1321設(shè)于冷卻段13的底部，加熱裝置2設(shè)于還原段12內(nèi)，還原尾氣出口112設(shè)于進料段11的側(cè)壁上。進一步地，冷卻段13包括風(fēng)冷區(qū)域131和設(shè)于風(fēng)冷區(qū)域131下方且與風(fēng)冷區(qū)域131連通的水冷區(qū)域132，還原氣進口1311設(shè)于風(fēng)冷區(qū)域131的側(cè)壁上。

加熱裝置2的類型不受具體限制，只要能夠為還原反應(yīng)裝置100提供穩(wěn)定的反應(yīng)溫度即可，可以是多個蓄熱式輻射管21組成的蓄熱式加熱裝置2或者是多個高溫加熱圈組成的加熱裝置2等等。

加熱裝置2可以由多根蓄熱式輻射管21組成，為還原反應(yīng)裝置100中的還原反應(yīng)提供熱源。蓄熱式輻射管21在管體兩端分別設(shè)置有燃燒器(圖未示出)，在一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時形成溫度梯度，即，從燃燒器向外溫度逐漸降低。類似的是，在另一端燃燒器燃燒產(chǎn)生的火焰在噴出時也形成溫度梯度。當(dāng)兩端的燃燒器交替進行燃燒時，所形成的兩個溫度梯度疊加，使得整個蓄熱式輻射管21整體溫度均勻。例如，單根蓄熱式輻射管21上的溫度差不大于30℃。在還原反應(yīng)裝置100內(nèi)部，多根蓄熱式輻射管21沿豎直方向間隔分布。如此，可以保證各區(qū)域溫度分布均勻。溫度場的溫度可通過多種方式調(diào)節(jié)，例如，調(diào)整蓄熱式輻射管21在水平方向和/或豎直方向上的個數(shù)、蓄熱式輻射管21的層數(shù)、蓄熱式輻射管21彼此之間的間距(豎直方向和/或水平方向)和各蓄熱式輻射管21本身的溫度等等。

例如圖1所示，加熱裝置2包括多個蓄熱式輻射管21，每個蓄熱式輻射管21沿豎直方向并排設(shè)置在還原段12內(nèi)，有利于對還原段12中物料和還原氣體進行均勻加熱，避免反應(yīng)腔室中存在溫度分布不均勻的問題，同時，還有利于物料利用重力自由下落，不受阻礙，保證物料下落順暢。還原段12的側(cè)壁上設(shè)有與蓄熱式輻射管21相連通的燃氣入口211、空氣入口212和煙氣出口213，燃氣入口211用于輸入燃氣，空氣入口212即助燃空氣入口212，用于輸入助燃空氣，煙氣出口213用于輸出煙氣，使得燃氣和空氣進入蓄熱式輻射管21中發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫?zé)煔鉃槲锪线€原反應(yīng)提供熱量后通過煙氣出口213排出。優(yōu)選的，燃氣和空氣燃燒產(chǎn)生的熱量主要以輻射的方式將熱量傳遞給還原反應(yīng)裝置100中的物料和還原氣體，使其發(fā)生還原反應(yīng)獲得還原產(chǎn)物，蓄熱式輻射管21內(nèi)的燃氣流動系統(tǒng)與還原反應(yīng)裝置100內(nèi)的還原氣流動系統(tǒng)彼此隔絕，不會影響還原反應(yīng)裝置100內(nèi)的還原過程。

進一步的，可以通過調(diào)節(jié)通入蓄熱式輻射管21的燃氣流量可以精確控制還原反應(yīng)裝置100內(nèi)的溫度場，由此可以控制還原反應(yīng)裝置100內(nèi)溫度場個數(shù)以及溫度梯度，實現(xiàn)對還原反應(yīng)裝置100內(nèi)還原過程的精確控溫。由此，所述加熱裝置2，實現(xiàn)了對還原段12中物料和還原氣體進行均勻加熱，避免反應(yīng)腔室中存在的溫度分布不均勻的問題，同時，還有利于物料利用重力自由下落，不受阻礙，保證物料下落順暢。

物料經(jīng)由還原反應(yīng)裝置100頂部的進料段11添加到還原反應(yīng)裝置100中，在還原反應(yīng)裝置100中部的還原段12進行還原處理。在加熱裝置2的加熱作用下，還原段12內(nèi)爐膛溫度較高(優(yōu)選的，還原段12的爐膛被加熱裝置2加熱至900-1200℃)，為還原反應(yīng)的進行提供有利條件。物料和還原氣體在還原段12發(fā)生還原反應(yīng)，物料與還原性氣體的反應(yīng)機理為：mexoy+co→me+co2，mexoy+h2→me+h2o。由于物料粒徑小，氣固間傳熱條件及反應(yīng)動力學(xué)條件大大改善，還原反應(yīng)可以在數(shù)秒內(nèi)完成，實現(xiàn)了直接還原鐵的快速生產(chǎn)過程。另外，物料經(jīng)由進料段11自由下落到還原段12，還原氣體經(jīng)由冷卻段13進行預(yù)加熱(還原氣體被預(yù)熱至300-600℃)后自由上升到還原段12，兩者以對流的方式發(fā)生沖擊碰撞，充分接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，得到還原產(chǎn)物和還原尾氣。

冷卻段13位于還原反應(yīng)裝置100的底部，用于對得到的還原產(chǎn)物進行冷卻處理。所述冷卻段13包括自上至下依次設(shè)置的風(fēng)冷區(qū)域131和水冷區(qū)域132，依次對得到的還原產(chǎn)物進行冷卻處理。所述還原氣進口1311設(shè)有布風(fēng)板1312，用于引入還原氣體對熱態(tài)還原產(chǎn)物進行初步冷卻處理，以便于將反應(yīng)生成的熱態(tài)還原產(chǎn)物與剛進入反應(yīng)器內(nèi)的常溫還原氣體進行換熱處理，得到初步冷卻的還原產(chǎn)物(溫度降至600-900℃)和預(yù)加熱的還原氣體(被預(yù)熱至300-600℃)；其中，所述初步冷卻的還原產(chǎn)物由于自身重力不斷下落，進入水冷區(qū)域132進行二次冷卻處理；所述預(yù)加熱的還原氣體不斷自由上升，進入到還原段12對礦粉進行還原處理；由此，風(fēng)冷區(qū)域131的換熱處理，既實現(xiàn)了對熱態(tài)還原產(chǎn)物的初步冷卻，又有利于預(yù)熱后的還原氣體進入還原段12后快速升溫并反應(yīng)，充分利用了還原產(chǎn)物的熱量，減少生產(chǎn)過程的能量消耗，降低生產(chǎn)成本。所述水冷區(qū)域132的四周設(shè)有水冷壁1322，用于吸收反應(yīng)器爐膛內(nèi)還原產(chǎn)物的熱量；其中，水冷壁1322是水冷區(qū)域132的重要部件，分布在反應(yīng)器底端四周，內(nèi)部為流動的水或蒸汽，用于吸收反應(yīng)爐體1中還原產(chǎn)物的熱量，實現(xiàn)還原產(chǎn)物的二次降溫。所述冷卻段13的形狀不受具體限制，只要能夠使還原產(chǎn)物順利下落即可。進一步的，所述冷卻段13呈錐形，有利于還原產(chǎn)物利用自身重力不斷下落、并進行全方位的冷卻處理。

另外，還原尾氣出口112設(shè)于進料段11的側(cè)壁上，高溫的還原尾氣和由進料噴嘴3引射進入進料段11的物料以對流的方式發(fā)生沖擊碰撞，高溫的還原尾氣對物料起到預(yù)熱作用，充分利用還原尾氣的熱量，減少生產(chǎn)過程的能量消耗。

下面描述兩個利用本發(fā)明實施例的用于粉狀物料的還原反應(yīng)裝置100進行還原的具體示例。

實施例一：本實施例物料(鐵礦粉)快速還原方法，包括以下步驟：

(1)、將鐵精礦從還原反應(yīng)裝置100的進料噴嘴3加入反應(yīng)腔室內(nèi)；

(2)、鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小于0.074mm的比例不少于80％；

(3)、還原反應(yīng)裝置100的還原段12的蓄熱式輻射管21溫度設(shè)為950℃；

(4)、將常溫還原氣從風(fēng)冷區(qū)域131的還原氣進口1311通入反應(yīng)腔室內(nèi)，與鐵精礦進行還原反應(yīng)；

(5)、還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為80％，h2體積分?jǐn)?shù)為15％；

(6)、還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管21加熱的作用升溫，與下落的鐵礦粉進行換熱及發(fā)生還原反應(yīng)，還原尾氣經(jīng)進料段11的還原尾氣出口112排出還原反應(yīng)裝置100；

(7)、反應(yīng)生成的金屬化粉料經(jīng)還原反應(yīng)裝置100的出料口1321排出還原反應(yīng)裝置100；

(8)、金屬化粉料鐵的金屬化率為95％。

實施例二：本實施例物料(鐵礦粉)快速還原方法，包括以下步驟：

(1)、將鐵精礦從還原反應(yīng)裝置100的進料噴嘴3加入反應(yīng)腔室內(nèi)；

(2)、鐵精礦鐵品位為65％，礦粉顆粒粒徑小于1mm的比例不少于80％；

(3)、還原反應(yīng)裝置100的還原段12的蓄熱式輻射管21溫度設(shè)為950℃；

(4)、將常溫還原氣從風(fēng)冷區(qū)域131的還原氣進口1311通入反應(yīng)腔室內(nèi)，與鐵精礦進行還原反應(yīng)；

(5)、還原氣中co體積分?jǐn)?shù)為60％，h2體積分?jǐn)?shù)為30％；

(6)、還原氣在上升過程中受到蓄熱式輻射管21加熱的作用升溫，與下落的鐵礦粉進行換熱及發(fā)生還原反應(yīng)，還原尾氣經(jīng)進料段11的還原尾氣出口112排出還原反應(yīng)裝置100；

(7)、反應(yīng)生成的金屬化粉料經(jīng)還原反應(yīng)裝置100的出料口1321排出還原反應(yīng)裝置100；

(8)、金屬化粉料鐵的金屬化率為95％。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。