本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種直接還原含鐵礦物生產海綿鐵的氣基豎爐下部冷卻段冷卻氣進氣及收氣管路系統設計。

技術背景

當前，氣基豎爐工藝占世界直接還原煉鐵產量的一半以上，是最成熟的海綿鐵生產工藝。2015年，全世界直接還原鐵產量為7257萬噸，其中，氣基豎爐法生產直接還原鐵約占80%。氣基豎爐直接還原煉鐵是最重要的非高爐煉鐵方法，其產品為直接還原鐵（又稱海綿鐵），主要用作電爐煉鋼的原料，也可作為轉爐煉鋼的冷卻劑。

現有的氣基豎爐工藝較多都采用冷卻氣從豎爐底部進入換熱后從冷卻段上部被收集排出，經過處理后再次返回豎爐內使用。現有的氣基豎爐，大多豎爐內部自上至下通常分為三個部分，即預熱段、還原段、冷卻段三個部分，該豎爐的具體操作方式為：氧化鐵礦物通過預熱段預熱后在還原段得到充分還原產生熱態產品，繼續向下進入豎爐下部的冷卻段，被來自底部的冷卻氣冷卻，以達到出爐時海綿鐵溫度要求；冷卻段冷卻氣的入爐及收集方式會影響海綿鐵冷卻效果同時影響還原段的反應過程以及相應配套設備的使用；同時，還原氣從豎爐中部通入爐內，礦石原料從豎爐頂部加入，氣固兩相流動方向相反以充分進行熱量交換；其中，使用co及h2作為還原氣原料，在豎爐內部還原含氧化鐵礦物得到產品。由此可見，在整個豎爐的使用過程中，豎爐冷卻段冷卻氣進氣、收氣管路設計是保證直接還原鐵冷卻效果的重要部件，同時其管路設計安裝方式對還原段的鐵礦石還原反應也有一定的影響。但是，目前大型實驗豎爐及工業豎爐進氣與收氣系統都存在一些問題：（1）現有進氣系統采用單口進入或者直管進入，冷卻氣進入豎爐后分布不均勻，同一水平面各區域冷卻效果不同，冷卻氣換熱效果不理想，并且利用率低，而豎爐冷卻段海綿鐵存在局部溫度偏高的情況；（2）冷卻氣在冷卻段與海綿鐵換熱后繼續上行，由于收氣管路系統設計簡單或者布置不合理，導致收氣效果不佳，部分冷卻氣沒能有效收集而繼續上升進入豎爐還原段，影響了鐵礦石還原反應效果；若采用多排直管收氣效果有所改善，但又會存在管路使用材料多，阻礙料爐順利下行的情況。簡而言之，目前大型實驗豎爐及工業豎爐進氣與收氣系統都存在一定程度布置不合理，采用單一進氣口、收氣口或者單一直管及多排直管作為進氣管、收氣管，設計簡單，存在冷卻氣循環效果不佳，冷卻氣利用率低等問題。因此，如何設計出一種布置合理、冷卻氣循環效果好、冷卻氣利用率高的用于豎爐冷卻段的冷卻氣進氣與收氣系統，成為目前亟需解決的難題。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述難題，本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，該冷卻氣系統采用環管均勻布置多個進氣口及多個收氣口，同時收氣口焊接有收氣罩，保證了豎爐冷卻段冷卻氣進氣均勻性，并且冷卻氣回收實現更加高效，從而減少了冷卻氣未被有效回收而上升到豎爐還原段對還原反應帶來的不利影響；該冷卻氣系統采用冷卻氣環管收氣罩直接焊接在收氣口上，在保證增大有效收氣面積的同時對爐料的下行影響很小，對海綿鐵不會產生明顯的滯留作用，可以確保冷卻過程的海綿鐵順利下行，并且，進、收氣管路及收氣罩制作簡單，便于實現；該冷卻氣系統通過爐底料溫監控及進氣轉換系統，在保證海綿鐵產品降溫的前提下，實現滲碳氣的控制加入，有效改善了產品海綿鐵中的含碳量，提高了產品質量。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，其特征在于，包括：冷卻氣進氣管路、冷卻氣收氣管路、降溫除塵裝置、提壓裝置、進氣切換閥組、滲碳氣裝置和爐底料溫測量裝置，其中：所述冷卻氣進氣管路水平設置于豎爐冷卻段的下部，其包括進氣環管和多個進氣口，所述進氣環管的底部分布有所述多個進氣口，所述進氣環管與所述豎爐的冷卻氣入爐口連接；所述冷卻氣收氣管路水平設置于豎爐冷卻段的上部，其包括收氣環管、多個收氣口和多個收氣罩，所述收氣環管與所述豎爐的冷卻氣出爐口相連通，所述收氣環管的底部設置有所述多個收氣口，每個所述收氣口的上端與所述收氣環管相連通，所述收氣口的下端開口且固定有錐形的所述收氣罩；所述降溫除塵裝置與所述出爐口連接，用于將所述冷卻氣收氣管路排出的氣體進行降溫除塵處理；所述提壓裝置與所述降溫除塵裝置連接，用于將所述降溫除塵裝置排出的氣體進行提壓處理；所述進氣切換閥組的入氣口分別與所述提壓裝置的出氣口和所述滲碳氣裝置的出氣口連接，所述進氣切換閥組的出氣口與所述入爐口連接，用于根據冷卻段排出物料的溫度來控制冷卻氣和滲碳氣切換輸送到所述冷卻氣進氣管路中，控制滲碳氣的加入；所述爐底料溫測量裝置設置在所述冷卻氣進氣管路的下方，用于實時監測經過冷卻段冷卻處理后的物料溫度。

根據本發明的具體實施例，所述多個收氣罩的側面切線與水平面的夾角為45°-60°。

根據本發明的具體實施例，所述多個進氣口與所述多個收氣口及所述多個收氣罩的數量相同，均為6-12個。

根據本發明的具體實施例，所述冷卻氣進氣管路位于出料閥上方，所述多個進氣口的開口向下；所述冷卻氣收氣管路低于豎爐的還原氣入口，所述多個收氣口的開口向下。

根據本發明的具體實施例，通入所述進氣環管的冷卻氣為與含鐵礦物不發生化學反應的惰性氣體，所述滲碳氣裝置產生的滲碳氣是二氧化碳、一氧化碳和甲烷氣體的混合氣或者是還含有部分氮氣或氫氣的混合氣。

根據本發明的具體實施例，還包括進氣控制系統，所述進氣控制系統分別與所述進氣切換閥組和所述爐底料溫測量裝置連接，根據所述爐底料溫測量裝置監測的爐內物料溫度，自動控制所述進氣切換閥組對冷卻氣和滲碳氣進行切換氣源。

根據本發明的具體實施例，所述爐底料溫測量裝置為單點或多點熱電偶測溫，將溫度值反饋到所述進氣控制系統。

根據本發明的具體實施例，所述豎爐的內腔沿豎直方向自上而下依次為預熱段、還原段和冷卻段，所述豎爐的還原氣入口設置在所述豎爐還原段的側壁上，所述豎爐的出料閥設置在所述豎爐的底壁上。

同時，本發明還提供了一種利用上述的冷卻氣系統進行冷卻氣處理的方法，包括以下步驟：

（1）豎爐上部裝入固體含鐵礦物塊礦或球團礦作為原料，在豎爐內由上向下運動，經豎爐還原段被還原氣充分還原后，得到海綿鐵，繼續下行至冷卻段；

（2）所述海綿鐵繼續下行至豎爐冷卻段，經還原后的原料被冷卻氣進氣管路通入的冷卻氣進行冷卻處理，得到冷卻的海綿鐵，經由豎爐的出料閥排出；

（3）所述冷卻氣上行，經由多個收氣罩收集后進入冷卻氣收氣管路，經由出爐口排出豎爐，依次通過所述降溫除塵裝置進行降溫除塵處理、進入到所述提壓裝置進行提壓處理，再次經由進氣切換閥組、所述冷卻氣進氣管路通入到豎爐冷卻段的底部，對豎爐冷卻段的物料進行冷卻處理。

根據本發明的具體實施例，在步驟（2）中，在冷卻氣持續工作過程中，爐底料溫測量裝置監測豎爐爐料經冷卻處理后的溫度，并將溫度值反饋到所述進氣控制系統，當溫度值達到90℃時，進氣控制系統停止所述進氣切換閥組的冷卻氣進氣，切換為滲碳氣進氣，同時停止所述提壓裝置工作，從而使得所述冷卻氣進氣管路中只通入滲碳氣，滲碳氣不經由所述冷卻氣收氣管路外排，而是直接上升到豎爐還原段參與原料的還原反應，對豎爐底部的海綿鐵起到滲碳作用，改善海綿鐵中的含碳量；當溫度值高于設定值時，進氣控制系統停止滲碳氣進氣，切換為所述進氣切換閥組的冷卻氣進氣，同時開啟所述提壓裝置工作，使海綿鐵排出豎爐時被冷卻到100-140℃，從而實現冷卻氣對豎爐底部的海綿鐵進行冷卻處理，防止海綿鐵出爐后被再次氧化。

本發明的有益效果如下：

（1）本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，該冷卻氣系統采用環管均勻布置多個進氣口及多個收氣口，同時收氣口焊接有收氣罩，保證了豎爐冷卻段冷卻氣進氣均勻性，并且，冷卻氣回收實現更加高效，從而減少了冷卻氣未被有效回收而上升到豎爐還原段對還原反應帶來的不利影響。

（2）本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，該冷卻氣系統采用冷卻氣環管收氣罩直接焊接在收氣口上，在保證增大有效收氣面積的同時對爐料的下行影響很小，對海綿鐵不會產生明顯的滯留作用，由此，可以確保冷卻過程的海綿鐵順利下行，而且，進、收氣管路及收氣罩制作簡單，便于實現。

（3）本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，該冷卻氣系統通過爐底料溫監控及進氣轉換系統，在保證海綿鐵產品降溫的前提下，實現滲碳氣的控制加入，有效改善了產品海綿鐵中的含碳量，提高了產品質量。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的收氣罩示意圖。

圖3為本發明的收氣管剖面示意圖。

其中，1、含鐵礦物入口，2、爐頂氣出口，3、還原氣入口，4、收氣環管，5、收氣口，6、冷卻氣出爐口，7、收氣罩，8、進氣口，9、進氣環管，10、冷卻氣入爐口，11、降溫除塵裝置，12、提壓裝置，13、出料閥，14、爐底料溫測量裝置，15、進氣控制系統，16、進氣切換閥組，17、預熱段，18、還原段，19、冷卻段。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。實施例中未注明具體技術或條件的，按照本領域內的文獻所描述的技術或條件或者按照產品說明書進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品。

在本發明的描述中，需要理解的是，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。在本發明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明中，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發明中的具體含義。

根據本發明的一個方面，本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，包括：冷卻氣進氣管路、冷卻氣收氣管路、降溫除塵裝置11、提壓裝置12、進氣切換閥組16、滲碳氣裝置和爐底料溫測量裝置14，其中：所述冷卻氣進氣管路水平設置于豎爐冷卻段的下部，包括進氣環管9和多個進氣口8，所述進氣環管的底部分布有所述多個進氣口，所述進氣環管與所述豎爐的冷卻氣入爐口10連接；所述冷卻氣收氣管路水平設置于豎爐冷卻段的上部，包括收氣環管4、多個收氣口5和多個收氣罩7，所述收氣環管與所述豎爐的冷卻氣出爐口6相連通，所述收氣環管的底部設置有所述多個收氣口，每個所述收氣口的上端與所述收氣環管相連通，所述收氣口的下端開口且收氣口外端固定有錐形的所述收氣罩；所述降溫除塵裝置與所述出爐口連接；所述提壓裝置與所述降溫除塵裝置連接；所述進氣切換閥組的入氣口分別與所述提壓裝置的出氣口和所述滲碳氣裝置的出氣口連接，所述進氣切換閥組的出氣口與所述入爐口連接；所述爐底料溫測量裝置設置在所述冷卻氣進氣管路的下方。

發明人發現，本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，該冷卻氣系統利用合理的冷卻氣進氣管路及收氣管路系統設計，改善豎爐冷卻段冷卻氣進氣分布及換熱后冷卻氣收集效果，均衡爐內各部位溫度、減小爐內同水平面局部溫度過高的情況，優化豎爐冷卻段海綿鐵冷卻效果；另外，該冷卻氣系統通過冷卻氣收氣口、收氣罩設計保證氣體回收更加高效，減小冷卻氣未被有效收集上升到豎爐還原段的比例，更好的保證豎爐還原段主反應的進行；同時，本發明采用的進氣管路及收氣管路系統設計不影響爐料的順利下行，進氣管通過多口進氣的設計保證了進氣的均布，而且，收氣口上直接焊接收氣罩，在增強收氣效果的同時不會對海綿鐵產物順行產生明顯阻礙，同時，管路制造簡單，便于實現；此外，該冷卻氣系統采用設置爐底出料溫度監測系統的方式，通過程序自動控制，切換冷卻氣系統氣源，在保證冷卻效果的前提下，實現滲碳作用，對海綿鐵產品的成分進行優化，有效提高產品質量。

本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，包括冷卻氣進氣管路，用于將冷卻氣輸送到所述豎爐的冷卻段中。進一步的，所述冷卻氣進氣管路水平設置于豎爐冷卻段的下部，所述冷卻氣進氣管路位于出料閥13上方，用于將冷卻氣輸送到所述豎爐的冷卻段下段、并置于出料閥的上方，以保證冷卻氣對所述豎爐中的物料進行充分地、徹底地冷卻處理。

根據本發明的具體實施例，所述冷卻氣進氣管路包括進氣環管9和多個進氣口8；其中，所述進氣環管與所述豎爐的冷卻氣入爐口10連接，用于將冷卻氣經由所述豎爐的冷卻氣入爐口輸送到所述進氣環管中；所述多個進氣口分布在所述進氣環管的底部，用于將所述進氣環管中的冷卻氣經由所述多個進氣口處排放到所述豎爐的冷卻段中。進一步的，所述多個進氣口位于所述豎爐冷卻段的下部，并且處于出料閥13上方，用于將冷卻氣輸送到所述豎爐的冷卻段下段、并置于出料閥的上方，以保證冷卻氣對所述豎爐中的物料進行充分地、徹底地冷卻處理。優選的，所述多個進氣口的開口向下，在保證冷卻氣經由所述多個進氣口排出進入所述豎爐的冷卻段的前提下，避免所述豎爐中的物料進入所述多個進氣口中造成所述冷卻氣進氣管路的堵塞，并且不影響物料的順利下行，同時，進氣管路采用多個進氣口的設置方式保證了進氣的均布。根據本發明的具體實施例，通入所述進氣環管的冷卻氣為與含鐵礦物不發生化學反應的惰性氣體，所述滲碳氣裝置產生的滲碳氣是二氧化碳、一氧化碳和甲烷氣體的混合氣或者是還含有部分氮氣或氫氣的混合氣。

根據本發明的具體實施例，所述多個進氣口的數量和分布方式不受具體限制，只要能夠保證冷卻氣均勻分布到所述豎爐的冷卻段中即可。所述多個進氣口的數量與所述多個收氣口及所述多個收氣罩的數量相同；所述多個進氣口均勻分布在所述進氣環管的底部；所述進氣環管為360°的圓形環管。優選的，所述多個進氣口的數量為6-12個；所述多個進氣口的每兩個進氣口的間距為60°-30°，即，由于環管圓周360°，所以依據進氣口數量，兩個進氣口在進氣環管圓周上的間距為60°-30°；因此，本發明通過依據進氣環管的外徑來布置合適的進氣口數量，保證冷卻氣體的均勻進入；并且，管路制造簡單，便于實現。

本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，包括冷卻氣收氣管路，用于將所述豎爐的冷卻段中進行冷卻處理后的、被物料加熱的冷卻氣排出所述豎爐。根據本發明的具體實施例，所述冷卻氣收氣管路水平設置于豎爐冷卻段的頂部，低于豎爐的還原氣入口3，用于吸收所述豎爐的冷卻段中進行冷卻處理后的、被物料加熱的冷卻氣，并將其排出所述豎爐。進一步的，所述冷卻氣收氣管路包括收氣環管4、多個收氣口5和多個收氣罩7，所述收氣環管與所述豎爐的冷卻氣出爐口6相連通，所述收氣環管的底部設置有所述多個收氣口，每個所述收氣口的上端與所述收氣環管相連通，所述收氣口的下端開口且收氣口外端固定有錐形的所述收氣罩。

根據本發明的具體實施例，所述冷卻氣收氣管路包括收氣環管、多個收氣口和多個收氣罩，其中，所述收氣環管與所述豎爐的冷卻氣出爐口相連通，用于將所述收氣環管的冷卻氣經由所述豎爐的冷卻氣出爐口排出所述豎爐；所述收氣環管的底部設置有所述多個收氣口，用于將所述豎爐的冷卻段中進行冷卻處理后的、被物料加熱的冷卻氣經由收氣口回收到所述收氣環管中。進一步的，所述多個收氣口的開口向下，每個所述收氣口的上端與所述收氣環管相連通，所述收氣口的下端開口且收氣口外端固定有錐形的所述收氣罩；并且，該冷卻氣系統的所述多個收氣口位于所述多個進氣口的上方，安裝時可以有一定的位置偏差；由此，本發明采用環管均勻布置多個進氣口及多個收氣口，同時收氣口固定有收氣罩，保證了豎爐冷卻段冷卻氣進氣均勻性，并且冷卻氣回收實現更加高效，這樣減少了冷卻氣未被有效回收而上升到豎爐還原段對還原反應帶來的不利影響。優選的，所述收氣口的下端開口且收氣口外端采用焊接的方式固定著所述收氣罩；由此，本發明通過將冷卻氣環管收氣罩直接焊接在收氣口上，在保證增大有效收氣面積的同時對爐料的下行影響很小，對海綿鐵不會產生明顯的滯留作用，可以確保冷卻過程的海綿鐵順利下行；而且，收氣管路及收氣罩制作簡單，便于實現。

根據本發明的具體實施例，所述多個收氣口的數量和分布方式不受具體限制，只要能夠保證所述豎爐的冷卻段中完成冷卻處理后的冷卻氣進行均勻回收即可。所述多個收氣口及所述多個收氣罩的數量與所述多個進氣口的數量相同；所述多個收氣口均勻分布在所述收氣環管的底部；所述收氣環管為360°的圓形環管。優選的，所述多個收氣口及所述多個收氣罩的數量均為6-12個；每兩個收氣口的間距b為60°-30°，每兩個收氣罩的間距為60°-30°，即，由于環管圓周360°，所以依據收氣口的數量，兩個收氣口在收氣環管圓周上的間距b為60°-30°；因此，本發明通過依據收氣環管的外徑來布置合適的收氣口數量，保證冷卻氣體的均勻回收；并且，管路制造簡單，便于實現。優選的，所述多個收氣罩的側面切線與水平面的夾角a為45°-60°；由此，收氣罩具有一定的角度，保證了相對大的收氣面積，以實現良好的收氣效果，同時，收氣罩的角度不會過大，可以保證豎爐上方的海綿鐵落在收氣罩外面時，依靠自身重力向下移動，從而不會影響爐內料的順利下行。

本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，包括降溫除塵裝置11、提壓裝置12、進氣切換閥組16、滲碳氣裝置和爐底料溫測量裝置14。根據本發明的具體實施例，所述降溫除塵裝置與所述出爐口連接，用于將所述冷卻氣收氣管路排出的氣體進行降溫除塵處理；所述提壓裝置與所述降溫除塵裝置連接，用于將所述降溫除塵裝置排出的氣體進行提壓處理；所述進氣切換閥組的入氣口分別與所述提壓裝置的出氣口和所述滲碳氣裝置的出氣口連接，所述進氣切換閥組的出氣口與所述入爐口連接，用于根據冷卻段排出物料的溫度來控制冷卻氣和滲碳氣切換輸送到所述冷卻氣進氣管路中，使得在保證物料降溫的前提下，實現滲碳氣的控制加入，改善排出物料中的含碳量；所述爐底料溫測量裝置設置在所述冷卻氣進氣管路的下方，用于實時監測經過冷卻段冷卻處理后的物料溫度。由此，該冷卻氣系統通過爐底料溫監控及進氣轉換系統，在保證海綿鐵產品降溫的前提下，實現滲碳氣的控制加入，有效改善了產品海綿鐵中的含碳量，提高了產品質量。

根據本發明的具體實施例，所述冷卻氣系統還包括進氣控制系統15。所述進氣控制系統分別與所述進氣切換閥組和所述爐底料溫測量裝置連接，根據所述爐底料溫測量裝置監測的爐內物料溫度，自動控制所述進氣切換閥組對冷卻氣和滲碳氣進行切換氣源。

根據本發明的具體實施例，所述爐底料溫測量裝置為單點或多點熱電偶測溫，將溫度值反饋到所述進氣控制系統。進一步的，所述爐底料溫測量裝置采用熱電偶或其它測試裝置實現爐底料溫測定，將測定的結果傳輸到所述進氣控制系統中，當溫度達到設定值條件時，所述進氣控制系統控制進氣切換閥組進行冷卻或滲碳氣體輸送操作，實現冷卻或滲碳作用。

本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，所述豎爐的內腔沿豎直方向自上而下依次為預熱段17、還原段18和冷卻段19，所述豎爐的還原氣入口3設置在所述豎爐還原段的側壁上，所述豎爐的出料閥13設置在所述豎爐的底壁上，所述豎爐的含鐵礦物入口1設置在所述豎爐的頂壁上，所述豎爐的爐頂氣出口2設置在所述豎爐的頂壁上。根據本發明的具體實施例，所述冷卻氣進氣管路水平設置于豎爐冷卻段的下部，所述冷卻氣收氣管路水平設置于豎爐冷卻段的上部，保證豎爐冷卻段中的冷卻氣的進入和回收。進一步的，所述冷卻氣進氣管路水平設置于豎爐冷卻段的底部，位于出料閥上方，所述進氣環管的底部分布有開口向下的所述多個進氣口，而且，所述冷卻氣收氣管路水平設置于豎爐冷卻段的頂部，低于豎爐的還原氣入口，所述收氣環管的底部設置有開口向下的所述多個收氣口，每個所述收氣口的上端與所述收氣環管相連通，所述收氣口的下端開口且收氣口外端焊接有錐形的所述收氣罩。由此，利用合理的冷卻氣進氣管路及收氣管路系統設計，改善豎爐冷卻段冷卻氣進氣分布及換熱后冷卻氣收集效果，同時，均衡爐內各部位溫度、減小爐內同水平面局部溫度過高的情況，優化豎爐冷卻段海綿鐵冷卻效果；同時，本發明進氣管路及收氣管路系統設計不影響爐料的順利下行，進氣環管多口進氣保證了豎爐冷卻段冷卻氣進氣均勻性，收氣環管多口收氣實現了冷卻氣回收更加高效，并且，收氣口上直接焊接收氣罩，在增強收氣效果的同時不會對海綿鐵產物順行產生明顯阻礙，同時管路制造簡單，便于實現。優選的，該冷卻氣系統的所述多個收氣口的數量與所述多個進氣口的數量相同，所述多個收氣口位于所述多個進氣口的上方，安裝時可以有一定的位置偏差；因為爐內存在一定壓力，冷卻氣擴散較快，冷卻氣從冷卻段下部上升到上部過程中冷卻氣會逐步擴散，所以，所述多個收氣口和所述多個進氣口在安裝時不需要上下口嚴格正對位置。

根據本發明的另一方面，本發明還提供了一種利用上述的冷卻氣系統進行冷卻氣處理的方法，包括以下步驟：

（1）豎爐上部裝入固體含鐵礦物塊礦或球團礦作為原料，在豎爐內由上向下運動，經豎爐還原段被還原氣充分還原后，得到海綿鐵，繼續下行至冷卻段。

根據本發明的具體實施例，所述豎爐的內腔沿豎直方向自上而下依次為預熱段、還原段和冷卻段，所述豎爐的還原氣入口設置在所述豎爐還原段的側壁上，所述豎爐的出料閥設置在所述豎爐的底壁上。熱還原氣經由所述豎爐的還原氣入口輸送到所述豎爐的還原段中，并向上運動，與豎爐上部進入的固體含鐵礦物塊礦或球團礦進行還原反應。

根據本發明的具體實施例，通入所述進氣環管的冷卻氣為與含鐵礦物不發生化學反應的惰性氣體；所述滲碳氣裝置產生的滲碳氣是二氧化碳、一氧化碳和甲烷氣體的混合氣或者是還含有部分氮氣或氫氣的混合氣。進一步的，冷卻氣可以使用氮氣、二氧化碳氣或者其它與鐵礦物不反應的惰性氣體；滲碳氣采用二氧化碳、一氧化碳與甲烷的混合氣或者是還含有部分氮氣或氫氣的混合氣，其中，甲烷在混合氣中體積比不高于15%，混合氣中的甲烷及一氧化碳在冷卻豎爐冷卻段海綿鐵的過程中對爐料起到滲碳作用。

（2）所述海綿鐵繼續下行至豎爐冷卻段，經還原后的原料被冷卻氣進氣管路通入的冷卻氣進行冷卻處理，得到冷卻的海綿鐵，經由豎爐的出料閥排出。

根據本發明的具體實施例，在步驟（2）中，在冷卻氣持續工作過程中，爐底料溫測量裝置監測豎爐爐料經冷卻處理后的溫度，并將溫度值反饋到所述進氣控制系統，當溫度值達到90℃時，進氣控制系統停止所述進氣切換閥組的冷卻氣進氣，切換為滲碳氣進氣，同時停止所述提壓裝置工作，從而使得所述冷卻氣進氣管路中只通入滲碳氣，滲碳氣不經由所述冷卻氣收氣管路外排，而是直接上升到豎爐還原段參與原料的還原反應，對豎爐底部的海綿鐵起到滲碳作用，改善海綿鐵中的含碳量；優選的，所述滲碳氣流量為冷卻氣流量的1/3-1/4，同時這部分滲碳氣不外排而直接上升到還原段參與鐵礦石還原反應；當溫度值高于設定值時，進氣控制系統停止滲碳氣進氣，切換為所述進氣切換閥組的冷卻氣進氣，同時開啟所述提壓裝置工作，使海綿鐵排出豎爐時被冷卻到100-140℃，從而實現冷卻氣對豎爐底部的海綿鐵進行冷卻處理，防止海綿鐵出爐后被再次氧化；優選的，所述設定值為140℃。進一步的，所述進氣控制系統是通過計算機控制程序進行控制的方式，來根據所述爐底料溫測量裝置監測的爐內物料溫度完成自動控制所述進氣切換閥組對冷卻氣和滲碳氣進行切換氣源。

根據本發明的具體實施例，該冷卻氣系統包括冷卻氣進氣管路，用于將冷卻氣輸送到所述豎爐的冷卻段中。進一步的，所述冷卻氣進氣管路水平設置于豎爐冷卻段的下部，所述冷卻氣進氣管路位于出料閥上方，用于將冷卻氣輸送到所述豎爐的冷卻段下段、并置于出料閥的上方，以保證冷卻氣對所述豎爐中的物料進行充分地、徹底地冷卻處理。根據本發明的具體實施例，所述冷卻氣進氣管路包括進氣環管和多個進氣口；其中，所述進氣環管與所述豎爐的冷卻氣入爐口連接，用于將冷卻氣經由所述豎爐的冷卻氣入爐口輸送到所述進氣環管中；所述多個進氣口分布在所述進氣環管的底部，用于將所述進氣環管中的冷卻氣經由所述多個進氣口處排放到所述豎爐的冷卻段中。進一步的，所述多個進氣口位于所述豎爐冷卻段的下部，并且處于出料閥上方，用于將冷卻氣輸送到所述豎爐的冷卻段下段、并置于出料閥的上方，以保證冷卻氣對所述豎爐中的物料進行充分地、徹底地冷卻處理。優選的，所述多個進氣口的開口向下，在保證冷卻氣經由所述多個進氣口排出進入所述豎爐的冷卻段的前提下，避免所述豎爐中的物料進入所述多個進氣口中造成所述冷卻氣進氣管路的堵塞，并且不影響物料的順利下行，同時，進氣管路采用多個進氣口的設置方式保證了進氣的均布。

根據本發明的具體實施例，所述多個進氣口的數量與所述多個收氣口及所述多個收氣罩的數量相同；所述多個進氣口均勻分布在所述進氣環管的底部；所述進氣環管為360°的圓形環管。優選的，所述多個進氣口的數量為6-12個；所述多個進氣口的每兩個進氣口的間距為60°-30°，即，由于環管圓周360°，所以依據進氣口數量，兩個進氣口在進氣環管圓周上的間距為60°-30°；因此，本發明通過依據進氣環管的外徑來布置合適的進氣口數量，保證冷卻氣體的均勻進入；并且，管路制造簡單，便于實現。由此，本發明所述進氣管路環管尺寸和收氣管路環管尺寸依據所述豎爐的冷卻段內徑進行設計，進氣管路內徑和收氣管路內徑依據冷卻氣量設計，目標是在最小氣量的條件下實現使經過所述豎爐冷卻段的海綿鐵在出料前可以冷卻到低于100-140℃，防止海綿鐵出爐后被再次氧化。

（3）所述冷卻氣上行，經由多個收氣罩收集后進入冷卻氣收氣管路，經由出爐口排出豎爐，依次通過所述降溫除塵裝置進行降溫除塵處理、進入到所述提壓裝置進行提壓處理，再次經由進氣切換閥組、所述冷卻氣進氣管路通入到豎爐冷卻段的底部，對豎爐冷卻段的物料進行冷卻處理。

根據本發明的具體實施例，該冷卻氣系統包括降溫除塵裝置、提壓裝置、進氣切換閥組、滲碳氣裝置、進氣控制系統和爐底料溫測量裝置。所述降溫除塵裝置與所述出爐口連接，用于將所述冷卻氣收氣管路排出的氣體進行降溫除塵處理；所述提壓裝置與所述降溫除塵裝置連接，用于將所述降溫除塵裝置排出的氣體進行提壓處理；所述進氣切換閥組的入氣口分別與所述提壓裝置的出氣口和所述滲碳氣裝置的出氣口連接，所述進氣切換閥組的出氣口與所述入爐口連接，用于根據冷卻段排出物料的溫度來控制冷卻氣和滲碳氣切換輸送到所述冷卻氣進氣管路中，使得在保證物料降溫的前提下，實現滲碳氣的控制加入，改善排出物料中的含碳量；所述爐底料溫測量裝置設置在所述冷卻氣進氣管路的下方，用于實時監測經過冷卻段冷卻處理后的物料溫度；所述進氣控制系統，分別與所述進氣切換閥組和所述爐底料溫測量裝置連接，根據所述爐底料溫測量裝置監測的爐內物料溫度，自動控制所述進氣切換閥組對冷卻氣和滲碳氣進行切換氣源。進一步的，所述降溫除塵裝置可以為水洗塔；由此，本發明所述水洗塔的設計目的是使回收后的冷卻氣降溫、除塵；具體而言，經過所述水洗塔水洗后的冷卻氣溫度應低于40℃。進一步的，所述爐底料溫測量裝置為單點或多點熱電偶測溫，將溫度值反饋到所述進氣控制系統。所述爐底料溫測量裝置采用熱電偶或其它測試裝置實現爐底料溫測定，將測定的結果傳輸到所述進氣控制系統中，當溫度達到設定值條件時，所述進氣控制系統控制進氣切換閥組進行冷卻或滲碳氣體輸送操作，實現冷卻或滲碳作用。

根據本發明的具體實施例，該冷卻氣系統包括冷卻氣收氣管路，所述冷卻氣收氣管路水平設置于豎爐冷卻段的頂部，低于豎爐的還原氣入口，用于吸收所述豎爐的冷卻段中進行冷卻處理后的、被物料加熱的冷卻氣，并將其排出所述豎爐。所述冷卻氣收氣管路包括收氣環管、多個收氣口和多個收氣罩，其中，所述收氣環管與所述豎爐的冷卻氣出爐口相連通，用于將所述收氣環管的冷卻氣經由所述豎爐的冷卻氣出爐口排出所述豎爐；所述收氣環管的底部設置有所述多個收氣口，用于將所述豎爐的冷卻段中進行冷卻處理后的、被物料加熱的冷卻氣經由收氣口回收到所述收氣環管中。進一步的，所述多個收氣口的開口向下，每個所述收氣口的上端與所述收氣環管相連通，所述收氣口的下端開口且收氣口外端采用焊接的方式固定有錐形的所述收氣罩；并且，該冷卻氣系統的所述多個收氣口位于所述多個進氣口的上方，安裝時可以有一定的位置偏差。由此，本發明采用環管均勻布置多個進氣口及多個收氣口，同時收氣口固定有收氣罩，保證了豎爐冷卻段冷卻氣進氣均勻性，并且冷卻氣回收更加高效，這樣減少了冷卻氣未被有效回收而上升到豎爐還原段對還原反應帶來的不利影響；本發明通過將冷卻氣環管收氣罩直接焊接在收氣口上，在保證增大有效收氣面積的同時對爐料的下行影響很小，對海綿鐵不會產生明顯的滯留作用，可以確保冷卻過程的海綿鐵順利下行；而且，收氣管路及收氣罩制作簡單，便于實現。

根據本發明的具體實施例，所述多個收氣口及所述多個收氣罩的數量與所述多個進氣口的數量相同；所述多個收氣口均勻分布在所述收氣環管的底部；所述收氣環管為360°的圓形環管。優選的，所述多個收氣口及所述多個收氣罩的數量均為6-12個；每兩個收氣口的間距為60°-30°，每兩個收氣罩的間距為60°-30°，即，由于環管圓周360°，所以依據收氣口的數量，兩個收氣口在收氣環管圓周上的間距為60°-30°；因此，本發明通過依據收氣環管的外徑來布置合適的收氣口數量，保證冷卻氣體的均勻回收，管路制造簡單，便于實現。優選的，所述多個收氣罩的側面切線與水平面的夾角為45°-60°；由此，收氣罩具有一定的角度，保證了相對大的收氣面積，以實現良好的收氣效果，同時，收氣罩的角度不會過大，可以保證豎爐上方的海綿鐵落在收氣罩外面時，依靠自身重力向下移動，從而不會影響爐內料的順利下行。

發明人發現，本發明提供了一種用于豎爐冷卻段的冷卻氣系統，該冷卻氣系統利用合理的冷卻氣進氣管路及收氣管路系統設計，改善豎爐冷卻段冷卻氣進氣分布及換熱后冷卻氣收集效果，均衡爐內各部位溫度、減小爐內同水平面局部溫度過高的情況，優化豎爐冷卻段海綿鐵冷卻效果；另外，該冷卻氣系統通過冷卻氣收氣口、收氣罩設計保證氣體回收更加高效，減小冷卻氣未被有效收集上升到豎爐還原段的比例，更好的保證豎爐還原段主反應的進行；同時，本發明采用的進氣管路及收氣管路系統設計不影響爐料的順利下行，進氣管通過多口進氣的設計保證了進氣的均布，而且，收氣口上直接焊接收氣罩，在增強收氣效果的同時不會對海綿鐵產物順行產生明顯阻礙，同時，管路制造簡單，便于實現；此外，該冷卻氣系統采用設置爐底出料溫度監測系統的方式，通過程序自動控制，切換冷卻氣系統氣源，在保證冷卻效果的前提下，實現滲碳作用，對海綿鐵產品的成分進行優化，有效提高產品質量。

實施例1

某氧化鐵球團直接還原試驗豎爐，爐內壓力0.18mpa(g)，其冷卻段爐膛內徑1.5米，冷卻段高2.5米。冷卻氣進氣環管位于出料上閥上面0.3m處，管內徑15cm，進氣口8個；收氣環管位于進氣環管上方1.1m處，管內徑15cm，收氣口8個，收氣口上焊接有收氣罩，收氣罩側邊切線與水平夾角45°，收氣罩口直徑40cm。

冷卻氣水洗塔高5米內徑2米，冷卻氣從塔下部通入塔內，冷卻水從上部通入水洗塔，冷卻氣被對流水洗降溫除塵后，從塔上部流出，水洗塔出口冷卻氣35℃。水洗后的冷卻氣進入二級壓縮機，提壓至0.2mpa(g)輸送至豎爐再次用于豎爐內海綿鐵冷卻。冷卻氣從豎爐底部送入豎爐冷卻段，穩定運行后可以將海綿鐵出料之前冷卻至90℃以下，此時，計算機接收溫度信號控制進氣切換閥組工作，轉為0.2mpa(g)的滲碳氣進氣，其氣量為冷卻氣的1/3，滲碳氣為甲烷12%，二氧化碳53%，一氧化碳25%，氮氣10%的混合氣，同時提壓裝置停止工作，滲碳氣在冷卻段冷卻滲碳后，直接上升到還原段參與還原反應。當爐底爐料溫度高于140℃時，計算機程序再次控制進氣切換閥組工作，轉為冷卻氣進氣，同時開啟壓縮機提壓。通過本系統生產得到的海綿鐵產品相比單純冷卻氣冷卻得到的海綿鐵產品，其中碳含量從0.3%提高到1.1%，有效改善了產品質量。

實施例2

某氧化鐵球團直接還原試驗豎爐，爐內壓力0.18mpa(g)，其冷卻段爐膛內徑2米，冷卻段高3米。冷卻氣進氣環管位于出料上閥上面0.3m處，管內徑20cm，進氣口10個；收氣環管位于進氣環管上方2.5m處，管內徑20cm，收氣口10個，收氣口上焊接有收氣罩，收氣罩側邊切線與水平夾角60°，收氣罩口直徑45cm。

冷卻氣水洗塔高6米內徑2米，冷卻氣從塔下部通入塔內，冷卻水從上部通入水洗塔，冷卻氣被對流水洗降溫除塵后，從塔上部流出，水洗塔出口冷卻氣40℃。水洗后的冷卻氣進入二級壓縮機，提壓至0.2mpa(g)輸送至豎爐再次用于豎爐內海綿鐵冷卻。冷卻氣從豎爐底部送入豎爐冷卻段，穩定運行后可以將海綿鐵出料之前冷卻至90℃以下，此時，計算機接收溫度信號控制進氣切換閥組工作，轉為0.2mpa(g)的滲碳氣進氣，其氣量為冷卻氣的1/4，滲碳氣為甲烷15%，二氧化碳45%，一氧化碳26%，氮氣14%的混合氣，同時提壓裝置停止工作，滲碳氣在冷卻段冷卻滲碳后，直接上升到還原段參與還原反應。當爐底爐料溫度高于140℃時，計算機程序再次控制進氣切換閥組工作，轉為冷卻氣進氣，同時開啟壓縮機提壓。通過本系統生產得到的海綿鐵產品相比單純冷卻氣冷卻得到的海綿鐵產品，其中碳含量從0.4%提高到1.0%，有效改善了產品質量。

以上對本發明進行了詳細介紹，本文中應用了實施例對本申請的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本申請的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本申請的限制。

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發明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須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發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。