本發(fā)明涉及鐵精礦球團(tuán)(造球或壓團(tuán))微波加熱氧化焙燒生產(chǎn)高爐用氧化球團(tuán)礦試驗(yàn)研究、鐵礦內(nèi)配碳(含碳或析碳)球團(tuán)(造球或壓團(tuán))微波加熱直接還原生產(chǎn)直接還原鐵試驗(yàn)研究以及鐵礦球團(tuán)(普通/釩鈦/含鉛鋅塵泥等)常規(guī)加熱(熱風(fēng)或熱煤氣)預(yù)氧化/預(yù)還原后微波加熱直接還原生產(chǎn)直接還原鐵的研究所使用的試驗(yàn)裝置，該裝置是一種集氧化/預(yù)還原/直接還原于一體的鐵礦球團(tuán)微波燃料聯(lián)合加熱式多功能試驗(yàn)研究裝置，屬于煉鐵領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對(duì)于煉鐵工藝，直接還原生產(chǎn)常用的方法有氣基豎爐法、煤基鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯法、煤基隧道窯法、煤基轉(zhuǎn)底爐法。氣基豎爐法主要以天然氣為還原劑，若用于天然氣資源匱乏和價(jià)格昂貴的地區(qū)，造成生產(chǎn)成本過(guò)高，加之該技術(shù)投資過(guò)大，設(shè)備性能要求較高，推廣受到了極大影響；煤基鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯法以煤為還原劑，對(duì)煤資源豐富的地區(qū)有很大的吸引力，但該技術(shù)對(duì)溫度控制精度要求較高，生產(chǎn)中極易結(jié)窯、作業(yè)率較低，導(dǎo)致經(jīng)常停產(chǎn)，其推廣和應(yīng)用難度大；煤基隧道窯法投資成本低、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、原燃料適應(yīng)性強(qiáng)，但是存在能耗高、還原時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境污染大、勞動(dòng)力消耗高、產(chǎn)品質(zhì)量差等問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)該方法處于停滯狀態(tài)；煤基轉(zhuǎn)底爐直接還原技術(shù)因轉(zhuǎn)底爐設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、大型化難度小、不結(jié)窯、設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單、投資相對(duì)較少等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外的很多鋼鐵廠(chǎng)得到應(yīng)用。

煤基直接還原轉(zhuǎn)底爐技術(shù)是以煤為還原劑，在非軟熔狀況下將礦石物料中的金屬氧化物還原成金屬的一種方法。該方法不依賴(lài)于焦煤資源，原料適應(yīng)性強(qiáng)，可處理釩鈦磁鐵礦、含鉛鋅塵泥、精礦粉等各種原料，相比傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程，可大大減少污染物的排放，可有效實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。但由于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)底爐熱工制度下，物料和爐底處于相對(duì)靜止，高溫氣流對(duì)物料的加熱只靠輻射傳熱，造成料層溫度梯度大，使得爐底表面只能鋪1-2層球，料層厚度不超過(guò)40mm；其次，現(xiàn)有熱工制度是通過(guò)燃燒高熱值燃?xì)猱a(chǎn)生高溫?zé)煔鈱?duì)還原物料進(jìn)行加熱，煙氣中的co2類(lèi)氧化性氣氛會(huì)將上部物料中已還原的金屬再次氧化，造成產(chǎn)品金屬化率低。

微波加熱是指在材料內(nèi)部通過(guò)分子等微粒之間類(lèi)似摩擦的原理把微波能轉(zhuǎn)化為熱能的一個(gè)過(guò)程。微波加熱具有快速性、高效性、體積性、即時(shí)性、選擇性、無(wú)污染性和活化冶金化學(xué)反應(yīng)性等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。正是基于微波能的上述特性和自生熱原理，以及鐵及其氧化物和煤粉強(qiáng)烈的微波吸收能力，微波加熱在鋼鐵冶金領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，日益受到鋼鐵行業(yè)和科研工作者的重視。但是由于大功率微波源價(jià)格昂貴，投資建設(shè)成本高，且功率密度越高對(duì)爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求越苛刻，因此，好鋼要用在刀刃上，必須在合適的時(shí)間、關(guān)鍵的環(huán)節(jié)施加微波能，這樣既能減少微波能的使用，也可以充分發(fā)揮微波加熱的優(yōu)勢(shì)，解決 常規(guī)加熱存在的問(wèn)題。

在傳統(tǒng)加熱煤基直接還原過(guò)程中，煤粉一部分通過(guò)與空氣燃燒為還原反應(yīng)提供熱量，一部分與生成的二氧化碳進(jìn)行布多爾反應(yīng)，為還原反應(yīng)提供還原劑，所用煤量大；而微波加熱煤基直接還原過(guò)程，煤粉僅僅作為還原劑使用，煤量少。另外，采用微波加熱進(jìn)行煤基直接還原，在沒(méi)有游離氧氣的條件下，必然發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)：

fexoy+c＝fexoy-1+co(1)

2fexoy+c＝2fexoy-1+co2(2)

c+co2＝2co(3)

fexoy+yco＝xfe+yco2(4)

化學(xué)反應(yīng)(1)和(2)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(3)和(4)的啟動(dòng)器，只有當(dāng)球團(tuán)外表面的鐵氧化物和煤粉充分接觸(采用內(nèi)配碳或析碳的方式實(shí)現(xiàn))，才能確保還原物料在微波場(chǎng)中化學(xué)反應(yīng)的有效進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室條件下，需要配加一定比例的碳含量，并且產(chǎn)生的還原性氣體向爐外擴(kuò)散的速度不能太快，反之不利于鐵礦球團(tuán)的煤基直接還原反應(yīng)。熱力學(xué)研究結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)溫度超過(guò)950℃，化學(xué)反應(yīng)(3)將快速進(jìn)行，co/(co+co2)比接近1。

微波燃料聯(lián)合供熱式煤基直接還原方法及轉(zhuǎn)底爐(申請(qǐng)?zhí)枺?01310740483.4)技術(shù)的開(kāi)發(fā)充分發(fā)揮了微波加熱的特點(diǎn)，利用微波能與還原物料良好的耦合特性，同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)加熱轉(zhuǎn)底爐技術(shù)存在的問(wèn)題，從基礎(chǔ)理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)兩方面闡釋了該微波燃料聯(lián)合供熱式煤基直接還原方法的實(shí)現(xiàn)方式、目的和意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)的現(xiàn)實(shí)可行性，找出最佳的工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)和操作參數(shù)，也是為了高等院校、科研院所等更好的研究和開(kāi)發(fā)微波加熱技術(shù)，在冶金領(lǐng)域充分發(fā)揮微波的優(yōu)勢(shì)，解決一些常規(guī)加熱所存在的弊端和問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)裝置。

該試驗(yàn)裝置通過(guò)有機(jī)結(jié)合傳統(tǒng)加熱方式和微波加熱技術(shù)存在的問(wèn)題和優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，采用傳統(tǒng)加熱方式為還原物料進(jìn)行干燥、預(yù)熱和預(yù)還原供熱，采用微波加熱方式為預(yù)還原物料進(jìn)行深度還原供熱，利用還原物料強(qiáng)吸波，預(yù)還原后物料結(jié)構(gòu)疏松和孔洞發(fā)達(dá)，微波能活化冶金化學(xué)反應(yīng)，微波加熱避免產(chǎn)品二次氧化等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，為獲得高品質(zhì)的直接還原鐵創(chuàng)造了條件，也有助于推動(dòng)轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原方向的發(fā)展。

該試驗(yàn)裝置不僅可以用于鐵礦石微波加熱氧化/還原焙燒試驗(yàn)研究，研究對(duì)象包括：鐵精 礦球團(tuán)(造球或壓團(tuán))微波加熱氧化焙燒生產(chǎn)高爐用氧化球團(tuán)礦試驗(yàn)研究，鐵礦內(nèi)配碳(含碳或析碳)球團(tuán)(造球或壓團(tuán))微波加熱直接還原生產(chǎn)直接還原鐵試驗(yàn)研究等；而且可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)鐵礦球團(tuán)(普通/釩鈦/含鉛鋅塵泥等)常規(guī)加熱(熱風(fēng)或熱煤氣)預(yù)氧化/預(yù)還原后微波加熱直接還原生產(chǎn)直接還原鐵的研究。該試驗(yàn)裝置是一種集氧化/預(yù)還原/直接還原于一體的鐵礦球團(tuán)微波燃料聯(lián)合加熱式多功能試驗(yàn)研究裝置。

在本申請(qǐng)中，“任選”表示有或沒(méi)有，“任選地”表示進(jìn)行或不進(jìn)行。

本發(fā)明的目的在于提供一種微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)裝置，該裝置包括：

1)鐵礦還原物料預(yù)處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)鐵礦還原物料的干燥、預(yù)熱和預(yù)還原目的，預(yù)處理系統(tǒng)包括預(yù)處理設(shè)備和熱風(fēng)爐；其中預(yù)處理設(shè)備包括：從上至下排列的第一集氣罩、反應(yīng)腔體(a)、微波防泄裝置(b)和第一真空靜壓室，任選的位于第一集氣罩內(nèi)(例如頂部或側(cè)部)的天然氣(或煤氣)副燒嘴，以及用于將反應(yīng)腔體(a)和微波防泄裝置(b)轉(zhuǎn)移、升降和翻轉(zhuǎn)的一種滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(c)和分別與第一集氣罩和第一真空靜壓室連通的第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)和第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)；其中熱風(fēng)爐包括爐體、天然氣(或煤氣)主燒嘴、煙氣放散裝置、點(diǎn)火燒嘴、助燃風(fēng)管、爐底板和爐體支架；其中第一風(fēng)管從爐底板引出并連通至第一真空靜壓室的一側(cè)和第四風(fēng)管從第一集氣罩的另一側(cè)引出并連通至第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)；其中第三風(fēng)管從爐體的一側(cè)引出并連通至第一集氣罩的一側(cè)和第二風(fēng)管從第一真空靜壓室的另一側(cè)引出并連通至第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)；

2)微波加熱深還原系統(tǒng)，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鐵礦預(yù)還原物料的深度還原，得到高品質(zhì)的直接還原鐵，該深還原系統(tǒng)包括：從上至下排列的微波發(fā)生系統(tǒng)、第二集氣罩、從預(yù)處理系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的反應(yīng)腔體(a)和微波防泄裝置(b)、第二真空靜壓室，以及以上所述的滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(c)和與第二真空靜壓室連通的抽風(fēng)燃燒裝置；其中第五風(fēng)管從第二真空靜壓室的一側(cè)引出并經(jīng)由第五風(fēng)管連通至抽風(fēng)燃燒裝置。

第二集氣罩與第一集氣罩相同(即兩者為同一設(shè)備)或不同(即結(jié)構(gòu)稍有不同)。第二真空靜壓室與第一真空靜壓室相同(即兩者為同一設(shè)備)或不同(即結(jié)構(gòu)稍有不同)。

還有天然氣(或煤氣)輸送管與天然氣(或煤氣)副燒嘴相連接。另外，在第一集氣罩內(nèi)(例如頂部或側(cè)部)設(shè)置附加的點(diǎn)火燒嘴或點(diǎn)火器或打火器。附加的點(diǎn)火燒嘴或點(diǎn)火器或打火器為天然氣(或煤氣)副燒嘴點(diǎn)火。對(duì)于附加的點(diǎn)火燒嘴或點(diǎn)火器或打火器，也可以采用與爐體內(nèi)的點(diǎn)火燒嘴相同的點(diǎn)火燒嘴。

還有天然氣(或煤氣)輸送管與天然氣(或煤氣)主燒嘴相連接。在助燃風(fēng)管上裝有助燃風(fēng)機(jī)。

優(yōu)選的是，以上所述的微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)裝置還包括：

3)控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)用于對(duì)整個(gè)試驗(yàn)階段的包括溫度、天然氣流量、助燃風(fēng)流量、抽風(fēng)壓力、微波功率、閥門(mén)開(kāi)關(guān)在內(nèi)的條件進(jìn)行精確控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)。它可以對(duì)整個(gè)試驗(yàn)階段的溫度、天然氣流量、助燃風(fēng)流量、抽風(fēng)壓力、微波功率、閥門(mén)開(kāi)關(guān)等進(jìn)行精確控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)。它包括控制柜和旁路、支管等?？刂葡到y(tǒng)分別與反應(yīng)腔體(a)、一種滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(c)、第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)、第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)、控制柜、天然氣輸送管控制閥、助燃風(fēng)管控制閥、抽風(fēng)燃燒裝置、微波發(fā)生系統(tǒng)和任選的第一至第四管道閥門(mén)(v1、v2、v3、v4)等連接?？刂葡到y(tǒng)對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行控制和操控。

當(dāng)然，無(wú)需控制系統(tǒng)，手工也能夠控制和操控這些設(shè)備。

優(yōu)選的是，在第一風(fēng)管上設(shè)置第二閥門(mén)。在第二風(fēng)管上設(shè)置第四閥門(mén)。在第三風(fēng)管上設(shè)置第一閥門(mén)。在第四風(fēng)管上設(shè)置第三閥門(mén)。優(yōu)選的是，在第五風(fēng)管上設(shè)置小型抽風(fēng)機(jī)，和/或在第五風(fēng)管上設(shè)置第五閥門(mén)。

以上所述的滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(c)用于轉(zhuǎn)移、安放和固定反應(yīng)腔體(a)和微波防泄裝置(b)，以及側(cè)翻反應(yīng)腔體(a)實(shí)現(xiàn)倒料功能。

在微波防泄漏裝置(b)中填充了強(qiáng)吸波物質(zhì)或材料，如碳化硅等。

反應(yīng)腔體a包括圓周外殼和具有通氣小孔或具有箅條的底板。反應(yīng)腔體a的上部呈現(xiàn)開(kāi)放或敞開(kāi)方式。反應(yīng)腔體a呈現(xiàn)(上部開(kāi)放或敞開(kāi)的)罐體或缸體形式。反應(yīng)腔體a的高度或半徑各自獨(dú)立地是15-200cm，優(yōu)選20-150cm，更優(yōu)選22-100cm，更優(yōu)選25-50cm，例如都是30cm(或40cm)。

本發(fā)明還提供使用上述裝置的操作方法，即微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)方法，該方法包括：

1)設(shè)備組裝：將內(nèi)配碳鐵礦球團(tuán)(i)(其中i的c/tfe需試驗(yàn)確定，例如0.10-0.25:1質(zhì)量比，壓團(tuán)或造球，平均粒度5-25mm、優(yōu)選10～20mm)和顆粒煤(ii)(平均粒度4～12mm、優(yōu)選5～10mm)按比例(其中i+ii的c/tfe需試驗(yàn)確定，例如0.15-0.35:1質(zhì)量比)混合后放置到反應(yīng)腔體(a)中，將反應(yīng)腔體(a)和微波防泄裝置(b)通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(c)移動(dòng)到鐵礦還原物料預(yù)處理系統(tǒng)處，與第一集氣罩和第一真空靜壓室進(jìn)行系統(tǒng)密封組裝；

2)預(yù)還原階段，包括以下子步驟：2.1)鼓風(fēng)干燥:開(kāi)啟點(diǎn)火燒嘴完成點(diǎn)火燃燒，然后通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)主燒嘴的天然氣流量和助燃風(fēng)管的助燃風(fēng)流量以實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐升溫到試驗(yàn)需要的溫度t1，對(duì)于還原物料的干燥階段，打開(kāi)第二閥門(mén)和第三閥門(mén)，開(kāi)啟第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)(或第一抽風(fēng)機(jī))以實(shí)現(xiàn)對(duì)還原物料的鼓風(fēng)干燥(還原物料鼓風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要 試驗(yàn)確定)，2.2)預(yù)還原：關(guān)閉第二閥門(mén)、第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)(或第一抽風(fēng)機(jī))和第三閥門(mén)，打開(kāi)第一閥門(mén)、第四閥門(mén)和第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)(即管道冷卻抽風(fēng)除塵系統(tǒng)或第二抽風(fēng)機(jī))，通過(guò)調(diào)節(jié)主燒嘴的天然氣流量和助燃風(fēng)管的助燃風(fēng)流量來(lái)實(shí)現(xiàn)還原物料的抽風(fēng)干燥(還原物料抽風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要試驗(yàn)確定)，抽風(fēng)干燥結(jié)束后再通過(guò)調(diào)節(jié)主燒嘴的天然氣流量和助燃風(fēng)管的助燃風(fēng)流量來(lái)完成還原物料預(yù)還原階段所需要的溫度(t2，t3和t4)。

一般，t2的溫度范圍是950℃～1150℃，t3的溫度范圍是900℃～1100℃，和/或，t4溫度范圍是900℃～1100℃。一般，預(yù)還原階段的t3或t4溫度和時(shí)間需要試驗(yàn)確定。一般，預(yù)還原階段的t3或t4的溫度范圍是在900℃～1100℃，時(shí)間范圍是在20min～60min。這一溫度和時(shí)間足以確保預(yù)還原鐵礦的還原度達(dá)到40％－75％，優(yōu)選達(dá)到50％－70％，更優(yōu)選達(dá)到60％－65％。另外需要在第二風(fēng)管的外壁增加循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，以降低廢氣出口的溫度；

3)設(shè)備再組裝：關(guān)閉點(diǎn)火燒嘴、主燒嘴的天然氣、助燃風(fēng)管上的助燃風(fēng)(或助燃風(fēng)機(jī))、第一閥門(mén)、第四閥門(mén)和第二抽風(fēng)除塵系統(tǒng)，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(c)快速把反應(yīng)腔體(a)和微波防泄裝置(b)移動(dòng)到微波加熱深還原系統(tǒng)處，與微波發(fā)生系統(tǒng)、第二集氣罩和第二真空靜壓室進(jìn)行系統(tǒng)密封和組裝；任選地，在接口處采用鋁箔紙包覆，防止微波泄漏；優(yōu)選的是，微波防泄漏裝置中的填充材料為強(qiáng)吸波物質(zhì)，如碳化硅等；

4)微波加熱深還原：開(kāi)啟抽風(fēng)燃燒裝置和微波發(fā)生系統(tǒng)，其中，抽風(fēng)燃燒裝置是在保證爐內(nèi)為微正壓(如1.05-1.1大氣壓，微正壓的目的是為了加速鐵氧化物還原反應(yīng)的發(fā)生，確保公式(3)和公式(4)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)順利進(jìn)行)的條件下把產(chǎn)生的煙氣抽出，由于煙氣中的主要成分為co，需要引入抽風(fēng)燃燒裝置(即附加的燃燒器)中進(jìn)行燃燒處理；另外微波功率源功率可調(diào)，微波功率和微波加熱深還原階段溫度、時(shí)間需要試驗(yàn)確定；

5)冷卻：關(guān)閉微波發(fā)生系統(tǒng)和抽風(fēng)燃燒裝置(即附加的燃燒器)，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(c)把反應(yīng)腔體(a)移出并迅速將還原后物料翻轉(zhuǎn)倒入水中冷卻或倒入密閉的罐體中通入氮?dú)饫鋮s。

其中t1是熱風(fēng)爐內(nèi)(尤其，底部空間內(nèi))的氣氛(或氣相空間)的溫度(℃)。一般，將反應(yīng)腔體(a)內(nèi)的填裝物料(即鐵礦還原物料)分為上半層和下半層分別測(cè)定其中上下各物料層內(nèi)的溫度。t2、t3和t4分別是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)的填裝物料的上方氣相空間內(nèi)(或上方氣氛)的溫度、填裝物料的上半層內(nèi)的物料溫度以及填裝物料的下半層內(nèi)的物料溫度。即，t2是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)的填裝物料的上方氣相空間內(nèi)(或上方氣氛)的溫度(℃)。t3是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)填裝物料的上半層內(nèi)(尤其上半層的底部)的物料溫度(℃)。t4是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)填裝物料的下半層內(nèi)(尤其下半層的底部)的物料溫度(℃)。

在步驟2)預(yù)還原階段中，當(dāng)檢測(cè)到t2、t3和/或t4偏低時(shí)，通過(guò)向第一集氣罩內(nèi)的副燒 嘴開(kāi)通天然氣并點(diǎn)火燃燒，即，開(kāi)通天然氣輸送管在第一集氣罩內(nèi)的副燒嘴進(jìn)行燃燒，提高流過(guò)反應(yīng)腔體(a)的氣流的溫度。

上述方法的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：第一步，把內(nèi)配碳球團(tuán)(i)(其中i的c/tfe需試驗(yàn)確定，例如0.10-0.25:1質(zhì)量比，壓團(tuán)或造球，粒度10～20mm)和顆粒煤(ii)(粒度5～10mm)按比例(其中i+ii的c/tfe需試驗(yàn)確定，例如0.15-0.35:1質(zhì)量比)混合后放置到反應(yīng)腔體(a)中，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(c)移動(dòng)到鐵礦還原物料預(yù)處理系統(tǒng)(1)處進(jìn)行系統(tǒng)密封連接；第二步，開(kāi)啟點(diǎn)火燒嘴完成點(diǎn)火燃燒，然后通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)主燒嘴的天然氣流量和助燃風(fēng)管的助燃風(fēng)流量以實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐(3)升溫到試驗(yàn)需要的溫度t1，對(duì)于還原物料的干燥階段，打開(kāi)第二閥門(mén)(v2)和第三閥門(mén)(v3)，開(kāi)啟第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)(或第一抽風(fēng)機(jī))以實(shí)現(xiàn)對(duì)還原物料的鼓風(fēng)干燥(還原物料鼓風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要試驗(yàn)確定)，鼓風(fēng)干燥結(jié)束后，關(guān)閉第二閥門(mén)(v2)、第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)和第三閥門(mén)(v3)，打開(kāi)第一閥門(mén)(v1)、第四閥門(mén)(v4)和第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)(即管道冷卻抽風(fēng)除塵系統(tǒng))，通過(guò)調(diào)節(jié)主燒嘴的天然氣流量和助燃風(fēng)管的助燃風(fēng)流量來(lái)實(shí)現(xiàn)還原物料的抽風(fēng)干燥(還原物料抽風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要試驗(yàn)確定)，抽風(fēng)干燥結(jié)束后再通過(guò)調(diào)節(jié)主燒嘴的天然氣流量和助燃風(fēng)管的助燃風(fēng)流量來(lái)完成還原物料預(yù)還原階段所需要的溫度(t2，t3和t4)，預(yù)還原階段的溫度和時(shí)間需要試驗(yàn)確定；第三步，預(yù)還原階段結(jié)束后，關(guān)閉點(diǎn)火燒嘴、主燒嘴的天然氣、助燃風(fēng)管上的助燃風(fēng)(或助燃風(fēng)機(jī))、第一閥門(mén)、第四閥門(mén)和第二抽風(fēng)除塵系統(tǒng)，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(c)快速把反應(yīng)腔體(a)和微波防泄裝置(b)移動(dòng)到微波加熱深還原系統(tǒng)處進(jìn)行系統(tǒng)密封連接，在接口處采用鋁箔紙包覆，防止微波泄漏，微波防泄漏裝置(b)中的填充材料為強(qiáng)吸波物質(zhì)，如碳化硅等；第四步，開(kāi)啟抽風(fēng)燃燒裝置(即附加的燃燒器)和微波發(fā)生系統(tǒng)，其中，抽風(fēng)燃燒裝置是在保證爐內(nèi)為微正壓(微正壓的目的是為了加速鐵氧化物還原反應(yīng)的發(fā)生，確保公式(3)和公式(4)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)順利進(jìn)行)的條件下把產(chǎn)生的煙氣抽出，由于煙氣中的主要成分為co，需要引入燃燒器中進(jìn)行燃燒處理；另外微波功率源功率可調(diào)，微波功率和微波加熱深還原階段溫度、時(shí)間需要試驗(yàn)確定；第五步，微波加熱深還原階段結(jié)束后，關(guān)閉微波發(fā)生系統(tǒng)和抽風(fēng)燃燒裝置，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(c)把反應(yīng)腔體(a)移出并迅速將還原后物料翻轉(zhuǎn)倒入水中冷卻或倒入密閉的罐體中通入氮?dú)饫鋮s。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)或有益技術(shù)效果

首次提出了一種微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)方法通過(guò)有機(jī)結(jié)合傳統(tǒng)加熱方式和微波加熱技術(shù)存在的問(wèn)題和優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，采用傳統(tǒng)加熱方式為還原物料進(jìn)行干燥、預(yù)熱和預(yù)還原供熱，采用微波加熱方式為預(yù)還原物料進(jìn)行深度還原供熱，利用還原物料強(qiáng)吸波，預(yù)還原后物料結(jié)構(gòu)疏松和孔洞發(fā)達(dá)，微波能活化冶金化學(xué)反應(yīng)，微波加熱避免 產(chǎn)品二次氧化等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，為獲得高品質(zhì)的直接還原鐵創(chuàng)造了條件。

附圖說(shuō)明

圖1和圖2是微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)裝置圖。

圖3是控制系統(tǒng)(5)的操控設(shè)備的示意圖。

附圖標(biāo)記

1：鐵礦還原物料預(yù)處理系統(tǒng)；2：預(yù)處理設(shè)備；201：第一集氣罩；202：第一真空靜壓室；203：第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)；204：第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)；205：天然氣(或煤氣)副燒嘴，205a：天然氣(或煤氣)輸送管；3：熱風(fēng)爐；301：熱風(fēng)爐的爐體；302：天然氣(或煤氣)主燒嘴，302a：天然氣(或煤氣)輸送管；303：煙氣放散裝置；304：點(diǎn)火燒嘴；305：助燃風(fēng)管；306：爐底板；307：爐體支架；4：微波加熱深還原系統(tǒng)；401：第二集氣罩；402：第二真空靜壓室；403：抽風(fēng)燃燒裝置；404：微波發(fā)生系統(tǒng)；5：控制系統(tǒng)；6：控制柜；a：反應(yīng)腔體；b：微波防泄裝置；c：滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；l1：第一風(fēng)管；l2：第二風(fēng)管；l3：第三風(fēng)管；l4：第四風(fēng)管；l5：第五風(fēng)管；v1：第一閥門(mén)；v2：第二閥門(mén)；v3：第三閥門(mén)；v4：第四閥門(mén)。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，提供一種微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)裝置，該裝置包括：

1)鐵礦還原物料預(yù)處理系統(tǒng)1，可以實(shí)現(xiàn)鐵礦還原物料的干燥、預(yù)熱和預(yù)還原目的，預(yù)處理系統(tǒng)1包括預(yù)處理設(shè)備2和熱風(fēng)爐3；其中預(yù)處理設(shè)備2包括：從上至下排列的(第一)集氣罩201、反應(yīng)腔體a、微波防泄裝置b和(第一)真空靜壓室202，任選的位于(第一)集氣罩201內(nèi)(例如頂部或側(cè)部的天然氣(或煤氣副燒嘴205，以及用于將反應(yīng)腔體a和微波防泄裝置b轉(zhuǎn)移、升降和翻轉(zhuǎn)的一種滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)c和分別與集氣罩201和真空靜壓室202連通的第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)203和第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)204；其中熱風(fēng)爐3包括爐體301、天然氣或煤氣主燒嘴302、煙氣放散裝置303、點(diǎn)火燒嘴304、助燃風(fēng)管305、爐底板306和爐體支架307；其中第一風(fēng)管l1從爐底板306引出并連通至真空靜壓室202的一側(cè)和第四風(fēng)管l4從集氣罩201的另一側(cè)引出并連通至第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)203；其中第三風(fēng)管l3從爐體301的一側(cè)引出并連通至集氣罩201的一側(cè)和第二風(fēng)管l2從真空靜壓室202的另一側(cè)引出并連通至第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)204；

2)微波加熱深還原系統(tǒng)4，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鐵礦預(yù)還原物料的深度還原，得到高品質(zhì)的直接還原鐵，該深還原系統(tǒng)4包括：從上至下排列的微波發(fā)生系統(tǒng)404、(第二)集氣罩401、從預(yù)處理系統(tǒng)1中轉(zhuǎn)移過(guò)來(lái)的反應(yīng)腔體a和微波防泄裝置b、(第二)真空靜壓室402，以及以 上所述的滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)c和與(第二)真空靜壓室402連通的抽風(fēng)燃燒裝置403；其中第五風(fēng)管l5從(第二)真空靜壓室402的一側(cè)引出并經(jīng)由第五風(fēng)管l5連通至抽風(fēng)燃燒裝置403。

(第二)集氣罩401與(第一)集氣罩201相同(即兩者為同一設(shè)備)或不同。(第二)真空靜壓室402與(第一)真空靜壓室202相同(即兩者為同一設(shè)備)或不同。

反應(yīng)腔體a包括圓周外殼和具有通氣小孔或具有箅條的底板，上部呈現(xiàn)開(kāi)放或敞開(kāi)方式。反應(yīng)腔體a呈現(xiàn)(上部開(kāi)放或敞開(kāi)的)罐體或缸體形式。反應(yīng)腔體a的高度或半徑各自獨(dú)立地是15-200cm，優(yōu)選20-150cm，更優(yōu)選22-100cm，更優(yōu)選25-50cm，例如都是30cm(或40cm)。

還有天然氣輸送管205a與天然氣燒嘴205相連接。另外，在集氣罩201內(nèi)(例如頂部或側(cè)部)設(shè)置附加的點(diǎn)火燒嘴或點(diǎn)火器或打火器。附加的點(diǎn)火燒嘴或點(diǎn)火器或打火器為天然氣燒嘴205點(diǎn)火。對(duì)于附加的點(diǎn)火燒嘴或點(diǎn)火器或打火器，也可以采用與爐體301內(nèi)的點(diǎn)火燒嘴304相同的點(diǎn)火燒嘴304。

還有天然氣輸送管302a與天然氣主燒嘴302相連接。在助燃風(fēng)管(305)上裝有助燃風(fēng)機(jī)。

優(yōu)選的是，以上所述的微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)裝置還包括：

3)控制系統(tǒng)5。

控制系統(tǒng)5用于對(duì)整個(gè)試驗(yàn)階段的包括溫度、天然氣流量、助燃風(fēng)流量、抽風(fēng)壓力、微波功率、閥門(mén)開(kāi)關(guān)在內(nèi)的條件進(jìn)行精確控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)。它可以對(duì)整個(gè)試驗(yàn)階段的溫度、天然氣流量、助燃風(fēng)流量、抽風(fēng)壓力、微波功率、閥門(mén)開(kāi)關(guān)等進(jìn)行精確控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)。它包括控制柜6和旁路、支管等。控制系統(tǒng)5分別與反應(yīng)腔體a、一種滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)c、第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)203、第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)204、控制柜6、天然氣輸送管控制閥302、助燃風(fēng)管控制閥305、抽風(fēng)燃燒裝置403、微波發(fā)生系統(tǒng)404和任選的第一至第四管道閥門(mén)(v1、v2、v3、v4)等連接?？刂葡到y(tǒng)5對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行控制和操控。

優(yōu)選的是，在第一風(fēng)管l1上設(shè)置第二閥門(mén)v2。在第二風(fēng)管l2上設(shè)置第四閥門(mén)v4。在第三風(fēng)管l3上設(shè)置第一閥門(mén)v1。在第四風(fēng)管l4上設(shè)置第三閥門(mén)v3。優(yōu)選的是，在第五風(fēng)管l5上設(shè)置小型抽風(fēng)機(jī)，和/或在第五風(fēng)管l5上設(shè)置第五閥門(mén)v5(圖中未示出)。

以上所述的滑移、升降和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)c用于轉(zhuǎn)移、安放和固定反應(yīng)腔體a和微波防泄裝置b，以及用于側(cè)翻反應(yīng)腔體a實(shí)現(xiàn)倒料功能。

本發(fā)明還提供使用上述裝置的操作方法，即微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)方法，該方法包括：

1)設(shè)備組裝：將內(nèi)配碳鐵礦球團(tuán)(i)(其中i的c/tfe通過(guò)試驗(yàn)確定，例如0.10-0.25:1質(zhì) 量比，壓團(tuán)或造球，平均粒度5-25mm、優(yōu)選10～20mm)和顆粒煤(ii)(平均粒度4～12mm、優(yōu)選5～10mm)按比例(其中i+ii的c/tfe通過(guò)試驗(yàn)確定，例如0.15-0.35:1質(zhì)量比)混合后放置到反應(yīng)腔體a中，將反應(yīng)腔體a和微波防泄裝置b通過(guò)升降機(jī)構(gòu)c移動(dòng)到鐵礦還原物料預(yù)處理系統(tǒng)1處，與集氣罩201和真空靜壓室202進(jìn)行系統(tǒng)密封組裝。

2)預(yù)還原階段，包括以下子步驟：2.1)鼓風(fēng)干燥:開(kāi)啟點(diǎn)火燒嘴304完成點(diǎn)火燃燒，然后通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)主燒嘴302的天然氣流量和助燃風(fēng)管305的助燃風(fēng)流量以實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐3升溫到試驗(yàn)需要的溫度t1，對(duì)于還原物料的干燥階段，打開(kāi)閥門(mén)v2和v3，開(kāi)啟第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)(或第一抽風(fēng)機(jī))203以實(shí)現(xiàn)對(duì)還原物料的鼓風(fēng)干燥(還原物料鼓風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要試驗(yàn)確定)，2.2)預(yù)還原：關(guān)閉v2、第一抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)203和v3，打開(kāi)v1、v4和第二抽風(fēng)、除塵系統(tǒng)(即管道冷卻抽風(fēng)除塵系統(tǒng)或第二抽風(fēng)機(jī))204，通過(guò)調(diào)節(jié)主燒嘴302的天然氣流量和助燃風(fēng)管305的助燃風(fēng)流量來(lái)實(shí)現(xiàn)還原物料的抽風(fēng)干燥(還原物料抽風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要試驗(yàn)確定)，抽風(fēng)干燥結(jié)束后再通過(guò)調(diào)節(jié)主燒嘴302的天然氣流量和助燃風(fēng)管305的助燃風(fēng)流量來(lái)完成還原物料預(yù)還原階段所需要的溫度(t2，t3和t4)。

在預(yù)還原階段中，t2的溫度范圍是950℃～1150℃，t3的溫度范圍是900℃～1100℃，和/或，t4的溫度范圍是900℃～1100℃。在預(yù)還原階段中，預(yù)還原階段的t3或t4的溫度范圍在900℃～1100℃，時(shí)間范圍在20min～60min，以確保預(yù)還原鐵礦的還原度達(dá)到40％-75％，優(yōu)選達(dá)到50％-70％，更優(yōu)選達(dá)到60％-65％；優(yōu)選的是，另外需要在第二風(fēng)管l2的外壁增加循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，以降低廢氣出口的溫度。

3)設(shè)備再組裝：關(guān)閉點(diǎn)火燒嘴304、主燒嘴302的天然氣、助燃風(fēng)管305上的助燃風(fēng)機(jī)(或助燃風(fēng))、閥門(mén)v1、閥門(mén)v4和第二抽風(fēng)除塵系統(tǒng)204，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)c快速把反應(yīng)腔體a和微波防泄裝置b移動(dòng)到微波加熱深還原系統(tǒng)4處，與微波發(fā)生系統(tǒng)404、集氣罩401和真空靜壓室402進(jìn)行系統(tǒng)密封和組裝；任選地，在接口處采用鋁箔紙包覆，防止微波泄漏；優(yōu)選的是，微波防泄漏裝置b中的填充材料為強(qiáng)吸波物質(zhì)，如碳化硅等。

4)微波加熱深還原：開(kāi)啟抽風(fēng)燃燒裝置403和微波發(fā)生系統(tǒng)404，其中，抽風(fēng)燃燒裝置是在保證爐內(nèi)為微正壓(如1.05-1.1大氣壓，微正壓的目的是為了加速鐵氧化物還原反應(yīng)的發(fā)生，確保公式3)和公式4)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)順利進(jìn)行)的條件下把產(chǎn)生的煙氣抽出，由于煙氣中的主要成分為co，需要引入抽風(fēng)燃燒裝置403(即附加的燃燒器)中進(jìn)行燃燒處理；另外微波功率源功率可調(diào)，微波功率和微波加熱深還原階段溫度、時(shí)間需要試驗(yàn)確定。

5)冷卻：關(guān)閉微波發(fā)生系統(tǒng)404和抽風(fēng)燃燒裝置403(即附加的燃燒器)，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)c把反應(yīng)腔體a移出并迅速將還原后物料翻轉(zhuǎn)倒入水中冷卻或倒入密閉的罐體中通入氮?dú)饫鋮s。

其中t1是熱風(fēng)爐(3)內(nèi)(尤其，底部空間內(nèi))的氣氛的溫度(℃)。一般，將反應(yīng)腔體(a)內(nèi)的填裝物料分為上半層和下半層分別測(cè)定其中上下各物料層內(nèi)的溫度。t2、t3和t4分別是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)的填裝物料的上方氣相空間內(nèi)(或上方氣氛)的溫度、填裝物料的上半層內(nèi)的物料溫度以及填裝物料的下半層內(nèi)的物料溫度。即，t2是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)的填裝物料的上方氣相空間內(nèi)(或上方氣氛)的溫度(℃)。t3是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)填裝物料的上半層內(nèi)的物料溫度(℃)。t4是反應(yīng)腔體(a)內(nèi)填裝物料的下半層內(nèi)的物料溫度(℃)。

在步驟2)預(yù)還原階段中，當(dāng)檢測(cè)到t2、t3和/或t4偏低時(shí)，通過(guò)向集氣罩201內(nèi)的副燒嘴205開(kāi)通天然氣并點(diǎn)火燃燒，即，開(kāi)通天然氣輸送管205a在集氣罩201內(nèi)的副燒嘴205進(jìn)行燃燒，提高流過(guò)反應(yīng)腔體a的氣流的溫度。

上述方法的具體實(shí)現(xiàn)方式如下：第一步，把內(nèi)配碳球團(tuán)(i)(其中i的c/tfe需試驗(yàn)確定，例如0.10-0.25:1質(zhì)量比，壓團(tuán)或造球，粒度10～20mm)和顆粒煤(ii)(粒度5～10mm)按比例(其中i+ii的c/tfe需試驗(yàn)確定)混合后放置到反應(yīng)腔體a中，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)c移動(dòng)到鐵礦還原物料預(yù)處理系統(tǒng)1處進(jìn)行系統(tǒng)密封連接；第二步，開(kāi)啟點(diǎn)火燒嘴304完成點(diǎn)火燃燒，然后通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)天然氣302和助燃風(fēng)305的流量以實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐3升溫到試驗(yàn)需要的溫度t1，對(duì)于還原物料的干燥階段，打開(kāi)閥門(mén)v2和v3，開(kāi)啟抽風(fēng)機(jī)203以實(shí)現(xiàn)對(duì)還原物料的鼓風(fēng)干燥(還原物料鼓風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要試驗(yàn)確定)，鼓風(fēng)干燥結(jié)束后，關(guān)閉v2、抽風(fēng)機(jī)9和v3，打開(kāi)v1、v4和管道冷卻第二抽風(fēng)除塵系統(tǒng)204，通過(guò)調(diào)節(jié)天然氣流量302和助燃風(fēng)流量305來(lái)實(shí)現(xiàn)還原物料的抽風(fēng)干燥(還原物料抽風(fēng)干燥過(guò)程的熱工制度需要試驗(yàn)確定)，抽風(fēng)干燥結(jié)束后再通過(guò)調(diào)節(jié)天然氣流量302和助燃風(fēng)流量305來(lái)完成還原物料預(yù)還原階段所需要的溫度(t2，t3和t4)，預(yù)還原階段的溫度和時(shí)間需要試驗(yàn)確定；第三步，預(yù)還原階段結(jié)束后，關(guān)閉燒嘴304、天然氣302、助燃風(fēng)機(jī)305、閥門(mén)v1、閥門(mén)v4和第二抽風(fēng)除塵系統(tǒng)204，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)c快速把反應(yīng)腔體a和微波防泄裝置b移動(dòng)到微波加熱深還原系統(tǒng)4處進(jìn)行系統(tǒng)密封連接，在接口處采用鋁箔紙包覆，防止微波泄漏，微波防泄漏裝置b中的填充材料為強(qiáng)吸波物質(zhì)，如碳化硅等；第四步，開(kāi)啟抽風(fēng)燃燒裝置403和微波發(fā)生系統(tǒng)404，其中，抽風(fēng)燃燒裝置是在保證爐內(nèi)為微正壓(微正壓的目的是為了加速鐵氧化物還原反應(yīng)的發(fā)生，確保公式3)和公式4)的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)順利進(jìn)行)的條件下把產(chǎn)生的煙氣抽出，由于煙氣中的主要成分為co，需要引入燃燒器中進(jìn)行燃燒處理；另外微波功率源功率可調(diào)，微波功率和微波加熱深還原階段溫度、時(shí)間需要試驗(yàn)確定；第五步，微波加熱深還原階段結(jié)束后，關(guān)閉微波發(fā)生系統(tǒng)和抽風(fēng)燃燒裝置403，通過(guò)升降機(jī)構(gòu)c把反應(yīng)腔體a移出并迅速將還原后物料翻轉(zhuǎn)倒入水中冷卻或倒入密閉的罐體中通入氮?dú)饫鋮s。

首次提出了一種微波燃料聯(lián)合加熱煤基直接還原試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)方法通過(guò)有機(jī)結(jié)合傳 統(tǒng)加熱方式和微波加熱技術(shù)存在的問(wèn)題和優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，采用傳統(tǒng)加熱方式為還原物料進(jìn)行干燥、預(yù)熱和預(yù)還原供熱，采用微波加熱方式為預(yù)還原物料進(jìn)行深度還原供熱，利用還原物料強(qiáng)吸波，預(yù)還原后物料結(jié)構(gòu)疏松和孔洞發(fā)達(dá)，微波能活化冶金化學(xué)反應(yīng)，微波加熱避免產(chǎn)品二次氧化等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，為獲得高品質(zhì)的直接還原鐵創(chuàng)造了條件。