本實用新型屬于能源與冶金領域，具體涉及一種直接還原含鐵原料的系統。

背景技術：

隨著社會和經濟的發展，金屬產量和消費量也在日益增加，并伴隨著金屬產品的冶煉過程，大量的冶煉渣和尾礦也被排放出來。對于冶金渣多僅采用簡單的堆積處理，給環境帶來污染，不利于行業的可持續發展。隨著生產原料中優質資源的減少，尋求經濟的技術途徑，對難選礦的高效處理及冶金渣中的有價金屬提取再利用，實現冶金渣的二次再利用成為研究重點。現有火法處理技術主要有回轉窯工藝、隧道窯工藝、轉底爐工藝法等。但回轉窯工藝對原料要求較高，物料易結圈，且生產能力低，設備投資較大；隧道窯工藝的熱效率低、能耗高、生產周期長、污染嚴重、產品質量不穩定，單機生產能力難以擴大；其中，由于轉底爐還原工藝具有設備簡單、操作容易、生產周期短、反應速度快、環境友好等優點，所以轉底爐還原工藝已經引起了廣泛的關注。但直接還原處理處理含碳球團的過程中，需要對原料先進行成型處理，在成型過程中要加入水或者液體粘結劑進行成型，得到的含碳球團經過烘干后才能進入轉底爐內還原，流程長，且對球團的強度有更高的要求。因此，可以對轉底爐直接還原處理含碳球團工藝進行改進。

技術實現要素：

本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種工藝簡單、快速的直接還原含鐵原料的系統。

根據本實用新型的一個方面，本實用新型還提出一種直接還原含鐵原料的系統，該系統包括：混合成型設備，所述混合成型設備具有含鐵原料入口、還原煤入口、蛭石入口、水入口和含水物料球團出口；轉底爐，所述轉底爐內按照原料運動方向依次為進料區、爆裂區、烘干區、還原區和出料區，所述進料區具有含水物料球團入口，所述出料區具有還原產物出口，所述含水物料球團入口與所述含水物料球團出口相連。

由此該直接還原含鐵原料的系統可以解決混料過程中需要加入大量粘結劑來保證球團的干、濕球強度，同時還需要對球團進行烘干，前期球團處理流程長、需要增加烘干設備等問題。通過在轉底爐設備中增加一個區達到球團烘干的目的，同時可以減少原料配料階段粘結劑量的加入，進而實現了含鐵難選礦、含鐵鋼鐵廠冶金固廢和含鐵有色冶金固廢等有效回收利用，降低生產成本，還原效率高，具有顯著的經濟效益。

另外，根據本實用新型上述實施例的直接還原含鐵原料的系統還可以具有如下附加的技術特征：

在本實用新型中，所述爆裂區與所述進料區之間和所述爆裂區所述烘干區之間均設置有隔墻。由此有利于生產安全，避免燃燒爆裂過程中物料給生產帶來的危險。

在本實用新型中，所述爆裂區內設置有燃燒器。

在本實用新型中，上述實施例的直接還原含鐵原料的系統，進一步包括：引風機，所述引風機分別與所述爆裂區的煙氣出口、所述還原區的煙氣出口和所述烘干區的煙氣入口相連。由此有利于將還原區和爆裂區的熱煙氣用于烘干碎塊，實現資源二次利用。

附圖說明

圖1是根據本實用新型一個實施例的直接還原含鐵原料的系統的結構示意圖。

圖2是根據本實用新型一個實施例的直接還原含鐵原料的系統中轉底爐的結構示意圖。

圖3是根據本實用新型一個實施例的直接還原含鐵原料的方法的流程圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，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，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

根據本實用新型的另一方面，本實用新型還提出一種直接還原含鐵原料的系統。下面參考圖1-2詳細描述本實用新型具體實施例的直接還原含鐵原料的系統。

根據本實用新型的具體實施例地直接還原含鐵原料的系統包括：混合成型設備100，混合成型設備具有含鐵原料入口101、還原煤入口102、蛭石入口103、水入口104和含水物料球團出口105；

轉底爐200，轉底爐內按照原料運動方向依次為進料區210、爆裂區220、烘干區230、還原區240和出料區250，進料區210具有含水物料球團入口211，出料區250具有還原產物出口251，含水物料球團入口211與含水物料球團出口105相連。

根據本實用新型的具體實施例，利用實施例的直接還原含鐵原料的系統對含鐵原料進行處理，具體可以按照下列步驟進行：

首先，利用混合成型設備100將含鐵原料與還原煤、蛭石、水進行混合成型處理，以便得到含水物料球團；其次，將含水物料球團在轉底爐內的進料區210進行布料，并使含水物料球團依次經過爆裂區220、烘干區230、還原區240和出料區250，其中，含水物料球團在爆裂區220發生爆裂，并得到物料碎塊；物料碎塊在烘干區230內經過干燥處理，并得到干燥物料碎塊；干燥物料碎塊在還原區240內發生還原反應，并獲得含有金屬鐵的產物。

傳統的在轉底爐內直接還原處理含鐵球團的過程中，需要在混料過程中需要加入大量粘結劑來保證球團的干、濕球強度，同時還需要對球團進行烘干，因而造成了前期球團處理流程長、需要增加烘干設備的問題。而采用本實用新型實施例的直接還原含鐵原料的系統，通過在轉底爐設備中增加一個單獨的高溫爆裂區，使得含水物料球團在爆裂的過程中實現初步干燥，爆裂后含水量在2重量％以下，通過加入蛭石還可以加速爆裂區含鐵濕球團的爆裂，使大塊的球團爆裂成小塊，得到粒度適合進行還原的物料碎塊。同時，根據本實用新型具體實施例的直接還原含鐵球團的系統還可以利用爆裂和還原反應產生的煙氣對物料碎塊進行干燥處理，可以避免排放更多的煙氣，污染環境，同時有利于充分利用工藝過程中剩余熱量，實現能源二次利用，進一步節省能耗，降低了生產成本。因此采用本實用新型實施例的直接還原含鐵原料的系統不僅有利于烘干含鐵球團，還可以大量減少原料配料粘結劑的用量，進而縮短烘干時間，提高了含鐵原料還原的效率，得到的還原球團金屬化率在90％以上，使得本實用新型的經濟效益更加顯著。

根據本實用新型的具體實施例，爆裂區220與進料區210之間和爆裂區220與烘干區230之間均設置有隔墻221。由此，可以防止含水物料球團在爆裂的過程中濺射到其它區域內，進而提高爆裂區域的可控性和安全性。

根據本實用新型的具體實施例，爆裂區220內設置有燃燒器222。由此可以使得爆裂區的溫度可以達到800-1000攝氏度。由此可以使得含水物料球團得到充分爆裂。根據本實用新型的具體示例，轉底爐的爆裂區可以通過設置燃燒器達到上述爆裂所需溫度。在該溫度下，爆裂得到的物料碎塊同時也得到了一定程度的干燥。具體地，可以設置爆裂區的角度，進而可以使得爆裂后的物料碎塊在爆裂區結束后的含水量低于2重量％。

在本實用新型的一些實施例中，直接還原含鐵原料的系統，其特征在于，進一步包括：引風機300，引風機分別與爆裂區220的煙氣出口、還原區240的煙氣出口和烘干區230的煙氣入口相連。由此，利用引風機300，可以將爆裂區220和還原區240內產生的高溫煙氣通入烘干區230內，對物料碎塊進行烘干處理，進而可以進一步節省能耗，同時減少煙氣排放，實現資源二次利用。

根據本實用新型的具體實施例，引風機300可以通過煙道260與烘干區230相連。

為了方便理解本實用新型上述實施例的直接還原含鐵原料的系統，下面對采用該系統直接還原含鐵原料方法進行描述。

根據本實用新型具體實施例的直接還原含鐵原料的方法，包括：利用混合成型設備100將含鐵原料與還原煤、蛭石、水進行混合成型處理，以便得到含水物料球團；將含水物料球團在轉底爐200內的進料區進行布料，并使含水物料球團依次經過爆裂區、烘干區、還原區和出料區，其中，含水物料球團在爆裂區發生爆裂，并得到物料碎塊；物料碎塊在烘干區內經過干燥處理，并得到干燥物料碎塊；干燥物料碎塊在還原區內發生還原反應，并獲得含有金屬鐵的產物。

傳統的在轉底爐內直接還原處理含碳球團的過程中，需要在混料過程中需要加入大量粘結劑來保證球團的干、濕球強度，同時還需要對球團進行烘干，因而造成了前期球團處理流程長、需要增加烘干設備的問題。而采用本實用新型實施例的直接還原含鐵原料的方法，通過在轉底爐內增加爆裂區和烘干區，并將含鐵原料與還原煤、蛭石和水混合成型，得到含水物料球團，利用含水物料球團易爆裂的特點，使其在爆裂的同時實現碎塊的預烘干，同時該方法還可以大量減少原料配料粘結劑用量。由此本實用新型通過在原料配料中加入蛭石不僅起到了粘結劑的作用，保證球團濕球強度，同時蛭石的加入，還可以在爆裂區加速含鐵濕球團的爆裂，使大塊的球團爆裂成小塊，進而縮短烘干時間，提高了含鐵原料還原的效率，得到的還原球團金屬化率在90％以上，使得本實用新型的經濟效益更加顯著。

根據本實用新型的具體實施例，下面參考圖3詳細描述利用本實用新型具體實施例的直接還原含鐵原料的系統對含鐵原料進行處理的方法。

S100：成型處理

根據本實用新型的具體實施例，首先將含鐵原料與還原煤、蛭石、水進行混合成型處理，以便得到含水物料球團。

根據本實用新型的具體實施例，含鐵原料為含鐵難選礦、含鐵鋼鐵廠冶金固廢和含鐵有色冶金固廢中的至少一種。由此有利于充分利用含鐵難選礦、含鐵鋼鐵廠冶金固廢和含鐵有色冶金固廢等，實現資源有效利用。同時提高該方法的適用性。

根據本實用新型的具體實施例，蛭石的添加量為含鐵原料的0.5-5重量％。發明人發現，蛭石用量過少不能使球團爆裂，用量過多則爆裂后得到的碎塊過小，不利于后續出料，同時增加成本，帶入更多雜質。

根據本實用新型的具體實施例，含水物料球團中水含量為8-15重量％，由此采用的含水物料球團中水含量為8-15重量％，有利于保證球團的強度，便于后續烘干處理。根據本實用新型的具體實施例，含水物料球團的平均粒徑為20-40mm。含水物料球團尺寸過小球團不易爆裂，球團尺寸過大，爆裂后得到的物料碎塊的尺寸也過大，不利于后面的烘干和還原。因此，控制含水物料球團的平均粒徑為20-40mm，更加有利于保證球團的強度，并且更加容易發生爆裂，并得到粒度合適的物料碎塊。

S200：爆裂

根據本實用新型的具體實施例，使含水物料球團在爆裂區發生爆裂，并得到物料碎塊。在爆裂區內，含水物料球團在突然的高溫作用下，球團內部水分受熱形成蒸汽，使得球團迅速爆裂成物料碎塊，同時部分水分得到揮發，產生高溫煙氣。

根據本實用新型的具體實施例，爆裂區內的溫度為800-1000℃。由此可以使得含水物料球團得到充分爆裂。根據本實用新型的具體示例，轉底爐的爆裂區可以通過設置燃燒器達到上述爆裂所需溫度。在該溫度下，爆裂得到的物料碎塊同時也得到了一定程度的干燥。具體地，可以根據含水物料球團的含水量，設置爆裂區的角度，進而可以使得爆裂后的物料碎塊在爆裂區結束后的含水量低于2重量％。

另外，發明人發現爆裂區溫度過高有可能使得含水物料球團爆裂成粉末，不利于后續烘干和還原處理，而溫度過低則不利于形成平均粒徑分布較窄的物料碎塊，進而增加后續烘干難度、降低還原效率。根據本實用新型的具體實施例，采用上述爆裂溫度，可以使得平均粒徑為20-40mm含水物料球團爆裂后，得到的物料碎塊的平均粒徑為5-8mm。該粒度比較適合后續的烘干和還原處理，進而提高處理效率。

本實用新型實施例的直接還原含鐵原料的方法，針對含鐵原料不易成球的特點，通過加入蛭石將其制成含水物料球團，并在轉底爐內設置一個單獨的高溫爆裂區，進而使得含水物料球團在爆裂的過程中實現初步干燥，爆裂后含水量在2重量％以下，同時得到粒度適合進行還原的物料碎塊。該方法克服了前期球團處理流程長、需要額外添加烘干設備的難點，不僅起到了快速烘干物料碎塊的目的，極大減少了原料配料階段粘結劑量的加入量，提高了生產效率，具有更加顯著地經濟效益。

S300：烘干

根據本實用新型的具體實施例，使物料碎塊在烘干區內經過干燥處理，并得到干燥物料碎塊。由此便于下一步的還原處理。

根據本實用新型的具體實施例，烘干區內的溫度為600-1000℃。由此可以使得物料碎塊水分降至2重量％以下，進而提高還原效率。

根據本實用新型的具體實施例，在轉底爐內直接對爆裂后的物料碎塊進行烘干，不僅可以降低烘干效率，同時與現有的對含水物料球團直接烘干相比，可以顯著降低烘干能耗。

根據本實用新型的具體實施例，可以利用爆裂產生的煙氣對物料碎塊進行干燥處理，可以避免排放更多的煙氣，污染環境，同時有利于充分利用工藝過程中剩余熱量，實現能源二次利用，進一步節省能耗。

S400：還原

根據本實用新型的具體實施例，將干燥物料碎塊在還原區內發生還原反應，并獲得含有金屬鐵的產物。

根據本實用新型的具體實施例，可以利用物料碎塊還原產生的高溫煙氣通入烘干區內對物料碎塊進行干燥處理，進而可以進一步節省能耗，同時減少煙氣排放。

實施例1

將某難選赤鐵礦破碎至1mm以下，將破碎后的赤鐵礦、還原煤、蛭石按赤鐵礦：還原煤：蛭石＝100：28：3的比例混合均勻后，加入水將混合料壓制成球團，球團水分為10％，球團的直徑為30mm。將含水的球團投入到轉底爐內，在經過900℃的高溫區域后球團爆裂成5mm左右的碎塊，經過烘干區域后，碎塊的水分降至2％，球團進入到還原區，在還原區域內還原煤將赤鐵礦還原，最終得到金屬化率為90％的團塊。

實施例2

將鋼鐵廠粉塵、還原煤、蛭石按赤鐵礦：還原煤：蛭石＝100：25：1.5的比例混合均勻后，加入水將混合料壓制成球團，球團水分為10％，球團的直徑為40mm。將含水的球團投入到轉底爐內，在經過900℃的高溫區域后球團爆裂成8mm左右的碎塊，經過烘干區域后，碎塊的水分降至2％，球團進入到還原區，在還原區域內還原煤將赤鐵礦還原，最終得到金屬化率為90％的團塊。

實施例3

將鉛鋅渣、還原煤、蛭石按鉛鋅渣：還原煤：蛭石＝100：20：4的比例混合均勻后，加入水將混合料壓制成球團，球團水分為12％，球團的直徑為35mm。將含水的球團投入到轉底爐內，在經過850℃的高溫區域后球團爆裂成6mm左右的碎塊，經過烘干區域后，碎塊的水分降至2％，球團進入到還原區，在還原區域內還原煤將赤鐵礦還原，最終得到金屬化率為90％的團塊。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“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”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

此外，術語“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特征的數量。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。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；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，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。