一种微波燃料联合加热煤基直接还原试验装置，该装置包括：1)铁矿还原物料预处理系统(1)，预处理系统(1)包括预处理设备(2)和热风炉(3)；其中预处理设备(2)包括：从上至下排列的集气罩(201)、反应腔体(A)、微波防泄装置(B)和真空静压室(202)，以及一种滑移、升降和翻转机构(C)和分别与集气罩(201)和真空静压室(202)连通的第一抽风、除尘系统(203)和第二抽风、除尘系统(204)；2)微波加热深还原系统(4)，该深还原系统(4)包括：从上至下排列的微波发生系统(404)、集气罩(401)、从预处理系统(1)中转移过来的反应腔体(A)和微波防泄装置(B)、真空静压室(402)，以及以上所述的滑移、升降和翻转机构(C)和与真空静压室(402)连通的抽风燃烧装置(403)；和3)控制系统(5)。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及铁精矿球团(造球或压团)微波加热氧化焙烧生产高炉用氧化球团矿试验研究、铁矿内配碳(含碳或析碳)球团(造球或压团)微波加热直接还原生产直接还原铁试验研究以及铁矿球团(普通/钒钛/含铅锌尘泥等)常规加热(热风或热煤气)预氧化/预还原后微波加热直接还原生产直接还原铁的研究所使用的试验装置，该装置是一种集氧化/预还原/直接还原于一体的铁矿球团微波燃料联合加热式多功能试验研究装置，属于炼铁领域。
技术介绍
对于炼铁工艺，直接还原生产常用的方法有气基竖炉法、煤基链篦机-回转窑法、煤基隧道窑法、煤基转底炉法。气基竖炉法主要以天然气为还原剂，若用于天然气资源匮乏和价格昂贵的地区，造成生产成本过高，加之该技术投资过大，设备性能要求较高，推广受到了极大影响；煤基链篦机-回转窑法以煤为还原剂，对煤资源丰富的地区有很大的吸引力，但该技术对温度控制精度要求较高，生产中极易结窑、作业率较低，导致经常停产，其推广和应用难度大；煤基隧道窑法投资成本低、设计简单、原燃料适应性强，但是存在能耗高、还原时间长、环境污染大、劳动力消耗高、产品质量差等问题，目前国内该方法处于停滞状态；煤基转底炉直接还原技术因转底炉设备构造简单、大型化难度小、不结窑、设备维护简单、投资相对较少等优点，在国内外的很多钢铁厂得到应用。煤基直接还原转底炉技术是以煤为还原剂，在非软熔状况下将矿石物料中的金属氧化物还原成金属的一种方法。该方法不依赖于焦煤资源，原料适应性强，可处理钒钛磁铁矿、含铅锌尘泥、精矿粉等各种原料，相比传统钢铁生产流程，可大大减少污染物的排放，可有效实现资源的综合利用。但由于传统转底炉热工制度下，物料和炉底处于相对静止，高温气流对物料的加热只靠辐射传热，造成料层温度梯度大，使得炉底表面只能铺1-2层球，料层厚度不超过40mm；其次，现有热工制度是通过燃烧高热值燃气产生高温烟气对还原物料进行加热，烟气中的CO2类氧化性气氛会将上部物料中已还原的金属再次氧化，造成产品金属化率低。微波加热是指在材料内部通过分子等微粒之间类似摩擦的原理把微波能转化为热能的一个过程。微波加热具有快速性、高效性、体积性、即时性、选择性、无污染性和活化冶金化学反应性等特点和优势。正是基于微波能的上述特性和自生热原理，以及铁及其氧化物和煤粉强烈的微波吸收能力，微波加热在钢铁冶金领域的基础研究和应用范围越来越广，日益受到钢铁行业和科研工作者的重视。但是由于大功率微波源价格昂贵，投资建设成本高，且功率密度越高对炉体结构设计要求越苛刻，因此，好钢要用在刀刃上，必须在合适的时间、关 键的环节施加微波能，这样既能减少微波能的使用，也可以充分发挥微波加热的优势，解决常规加热存在的问题。在传统加热煤基直接还原过程中，煤粉一部分通过与空气燃烧为还原反应提供热量，一部分与生成的二氧化碳进行布多尔反应，为还原反应提供还原剂，所用煤量大；而微波加热煤基直接还原过程，煤粉仅仅作为还原剂使用，煤量少。另外，采用微波加热进行煤基直接还原，在没有游离氧气的条件下，必然发生以下化学反应：FexOy+C＝FexOy-1+CO (1) 2FexOy+C＝2FexOy-1+CO2 (2) C+CO2＝2CO (3)FexOy+yCO＝XFe+yCO2 (4)化学反应(1)和(2)是实现整个链式反应(3)和(4)的启动器，只有当球团外表面的铁氧化物和煤粉充分接触(采用内配碳或析碳的方式实现)，才能确保还原物料在微波场中化学反应的有效进行。在实验室条件下，需要配加一定比例的碳含量，并且产生的还原性气体向炉外扩散的速度不能太快，反之不利于铁矿球团的煤基直接还原反应。热力学研究结果表明，当反应温度超过950℃，化学反应(3)将快速进行，CO/(CO+CO2)比接近1。微波燃料联合供热式煤基直接还原方法及转底炉(申请号：201310740483.4)技术的开发充分发挥了微波加热的特点，利用微波能与还原物料良好的耦合特性，同时结合传统加热转底炉技术存在的问题，从基础理论和应用设计两方面阐释了该微波燃料联合供热式煤基直接还原方法的实现方式、目的和意义。
技术实现思路
为了进一步验证该技术的现实可行性，找出最佳的工艺参数、设备参数和操作参数，也是为了高等院校、科研院所等更好的研究和开发微波加热技术，在冶金领域充分发挥微波的优势，解决一些常规加热所存在的弊端和问题，开发了一种微波燃料联合加热煤基直接还原试验装置。该试验装置通过有机结合传统加热方式和微波加热技术存在的问题和优势，扬长避短，采用传统加热方式为还原物料进行干燥、预热和预还原供热，采用微波加热方式为预还原物料进行深度还原供热，利用还原物料强吸波，预还原后物料结构疏松和孔洞发达，微波能活化冶金化学反应，微波加热避免产品二次氧化等特点和优势，为获得高品质的直接还原铁创造了条件，也有助于推动转底炉煤基直接还原方向的发展。该试验装置不仅可以用于铁矿石微波加热氧化/还原焙烧试验研究，研究对象包括：铁精矿球团(造球或压团)微波加热氧化焙烧生产高炉用氧化球团矿试验研究，铁矿内配碳(含碳或析碳)球团(造球或压团)微波加热直接还原生产直接还原铁试验研究等；而且可以同时实现铁矿球团(普通/钒钛/含铅锌尘泥等)常规加热(热风或热煤气)预氧化/预还原后微波加热直接还原生产直接还原铁的研究。该试验装置是一种集氧化/预还原/直接还原于一体的铁矿球团微波燃料联合加热式多功能试验研究装置。在本申请中，“任选”表示有或没有，“任选地”表示进行或不进行。本技术的目的在于提供一种微波燃料联合加热煤基直接还原试验装置，该装置包括：1)铁矿还原物料预处理系统，可以实现铁矿还原物料的干燥、预热和预还原目的，预处理系统包括预处理设备和热风炉；其中预处理设备包括：从上至下排列的第一集气罩、反应腔体(A)、微波防泄装置(B)和第一真空静压室，任选的位于第一集气罩内(例如顶部或侧部)的天然气(或煤气)副烧嘴，以及用于将反应腔体(A)和微波防泄装置(B)转移、升降和翻转的一种滑移、升降和翻转机构(C)和分别与第一集气罩和第一真空静压室连通的第一抽风、除尘系统和第二抽风、除尘系统；其中热风炉包括炉体、天然气(或煤气)主烧嘴、烟气放散装置、点火烧嘴、助燃风管、炉底板和炉体支架；其中第一风管从炉底板引出并连通至第一真空静压室的一侧和第四风管从第一集气罩的另一侧引出并连通至第一抽风、除尘系统；其中第三风管从炉体的一侧引出并连通至第一集气罩的一侧和第二风管从第一真空静压室的另一侧引出并连通至第二抽风、除尘系统；2)微波加热深还原系统，可以进一步实现铁矿预还原物料的深度还原，得到高品质的直接还原铁，该深还原系统包括：从上至下排列的微波发生系统、第二集气罩、从预处理系统中转移过来的反应腔体(A)和微波防泄装置(B)、第二真空静压室，以及以上所述的滑移、升降和翻转机构(C)和与第二真空静压室连通的抽风燃烧装置；其中第五风管从第二真空静压室的一侧引出并经由第五风管连通至抽风燃烧装置。第二集气罩与第一集气罩相同(即两者为同一设备)或不同(即结构稍有不同)。第二真空静压室与第一真空静压室相同(即两者为同一设备)或不同(即结构稍有不同)。还有天然气(或煤气)输送管与天然气(或煤气)副烧嘴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微波燃料联合加热煤基直接还原试验装置，该装置包括：1)铁矿还原物料预处理系统(1)，可以实现铁矿还原物料的干燥、预热和预还原目的，预处理系统(1)包括预处理设备(2)和热风炉(3)；其中预处理设备(2)包括：从上至下排列的第一集气罩(201)、反应腔体(A)、微波防泄装置(B)和第一真空静压室(202)，任选的位于第一集气罩(201)内的天然气或煤气副烧嘴(205)，以及用于将反应腔体(A)和微波防泄装置(B)转移、升降和翻转的一种滑移、升降和翻转机构(C)和分别与第一集气罩(201)和第一真空静压室(202)连通的第一抽风、除尘系统(203)和第二抽风、除尘系统(204)；其中热风炉(3)包括炉体(301)、天然气或煤气主烧嘴(302)、烟气放散装置(303)、点火烧嘴(304)、助燃风管(305)、炉底板(306)和炉体支架(307)；其中第一风管(L1)从炉底板(306)引出并连通至第一真空静压室(202)的一侧和第四风管(L4)从第一集气罩(201)的另一侧引出并连通至第一抽风、除尘系统(203)；其中第三风管(L3)从炉体(301)的一侧引出并连通至第一集气罩(201)的一侧和第二风管(L2)从第一真空静压室(202)的另一侧引出并连通至第二抽风、除尘系统(204)；2)微波加热深还原系统(4)，该深还原系统(4)包括：从上至下排列的微波发生系统(404)、第二集气罩(401)、从预处理系统(1)中转移过来的反应腔体(A)和微波防泄装置(B)、第二真空静压室(402)，以及以上所述的滑移、升降和翻转机构(C)和与第二真空静压室(402)连通的抽风燃烧装置(403)；其中第五风管(L5)从第二真空静压室(402)的一侧引出并经由第五风管(L5)连通至抽风燃烧装置(403)，反应腔体(A)呈现罐体或缸体形式，它的高度或半径各自独立地是15‑200cm。...
【技术特征摘要】
1.一种微波燃料联合加热煤基直接还原试验装置，该装置包括：1)铁矿还原物料预处理系统(1)，可以实现铁矿还原物料的干燥、预热和预还原目的，预处理系统(1)包括预处理设备(2)和热风炉(3)；其中预处理设备(2)包括：从上至下排列的第一集气罩(201)、反应腔体(A)、微波防泄装置(B)和第一真空静压室(202)，任选的位于第一集气罩(201)内的天然气或煤气副烧嘴(205)，以及用于将反应腔体(A)和微波防泄装置(B)转移、升降和翻转的一种滑移、升降和翻转机构(C)和分别与第一集气罩(201)和第一真空静压室(202)连通的第一抽风、除尘系统(203)和第二抽风、除尘系统(204)；其中热风炉(3)包括炉体(301)、天然气或煤气主烧嘴(302)、烟气放散装置(303)、点火烧嘴(304)、助燃风管(305)、炉底板(306)和炉体支架(307)；其中第一风管(L1)从炉底板(306)引出并连通至第一真空静压室(202)的一侧和第四风管(L4)从第一集气罩(201)的另一侧引出并连通至第一抽风、除尘系统(203)；其中第三风管(L3)从炉体(301)的一侧引出并连通至第一集气罩(201)的一侧和第二风管(L2)从第一真空静压室(202)的另一侧引出并连通至第二抽风、除尘系统(204)；2)微波加热深还原系统(4)，该深还原系统(4)包括：从上至下排列的微波发生系统(404)、第二集气罩(401)、从预处理系统(1)中转移过来的反应腔体(A)和微波防泄装置(B)、第二真空静压室(402)，以及以上所述的滑移、升降和翻转机构(C)和与第二真空静压室(402)连通的抽风燃烧装置(403)；其中第五风管(L5)从第二真空静压室(402)的一侧引出并经由第五风管(L5)连通至抽风燃烧装置(403)，反应腔体(A)呈现罐体或缸体形式，它的高度或半径各自独立地是15-200cm。2.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡兵，贺新华，王兆才，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：新型
国别省市：湖南;43
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