用于粉狀物料的還原反應裝置的制作方法

本發明涉及冶金技術領域，尤其是涉及一種用于粉狀物料的還原反應裝置。

背景技術：

相關技術中，用于粉狀物料的還原反應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效率低，且還原反應不夠徹底。

技術實現要素：

本發明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，本發明提出一種用于粉狀物料的還原反應裝置，所述還原反應裝置進料順暢且物料在還原反應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，大大提高還原反應效率。

根據本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置，包括：反應爐體，所述反應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有進料口，所述冷卻段的底部設有出料口，所述進料段的下方設有還原尾氣出口，在所述出料口之上設有還原氣進口，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，所述加熱裝置設于所述還原段內，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有燃燒器；至少一個進料噴嘴，所述進料噴嘴設于所述進料口處，所述進料噴嘴內限定出沿上下方向延伸的下料通道和風道，所述進料噴嘴被構造成將物料引射進入所述反應腔內且使得進入所述反應腔室內的物料在反應腔室的橫截面上分散開。

根據本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置，通過在進料口處設置進料噴嘴，物料通過進料噴嘴進入反應腔室內，通過進料噴嘴的引射作用使得物料可以順暢、快速地進入反應腔室內，避免進料口發生堵塞；另外，進料噴嘴可以將物料在反應腔室的橫截面上分散開，不僅可以避免物料發生粘結的問題，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更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應效率。

另外，根據本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置，還可以具有如下附加技術特征：

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

可選地，所述風道具有在內外方向上相對的內壁和外壁，所述內壁和所述外壁的其中一個上設有可下上移動的調風錐，所述內壁和所述外壁中的另一個與所述調風錐之間限定出面積可變的所述出風口。

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

可選地，所述第一風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構，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腔室內且位于所述下料出口和所述第二出風口的下方，所述第一進風口設于所述第一段的頂壁上，所述第一出風口設于所述第二段的側壁上。

可選地，所述第一出風口包括多個且沿周向間隔設于所述第二段的側壁上。

可選地，所述第一出風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，所述第二風道具有在內外方向上相對的內壁和外壁，所述內壁和所述外壁的其中一個上設有可下上移動的調風錐，所述內壁和所述外壁中的另一個和所述調風錐之間限定出面積可變的所述第二出風口。

根據本發明的一個實施例，所述還原尾氣出口設于所述進料段的側壁上。

可選地，所述冷卻段包括風冷區域和設于所述風冷區域下方且與所述風冷區域連通的水冷區域，所述還原氣進口設于所述風冷區域的側壁上。

本發明的附加方面和優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，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結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是根據本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置的結構示意圖；

圖2是根據本發明一個實施例的進料噴嘴的結構示意圖；

圖3是根據本發明另一個實施例的進料噴嘴的結構示意圖。

附圖標記：

還原反應裝置100；

反應爐體1；進料段11；進料口111；還原尾氣出口112；

還原段12；

冷卻段13；風冷區域131；還原氣進口1311；布風板1312；

水冷區域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；

風道32；進風口321；出風口322；內壁323；外壁324；調風錐325；

下料通道301；下料進口3011；下料出口3012；

第一風道302；第一進風口3021；第一出風口3022；第一段3023；第二段3024；

第二風道303；第二進風口3031；第二出風口3032；內壁3033；外壁3034；調風錐3035。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，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，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，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發明和簡化描述，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。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。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”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。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，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描述根據本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置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，根據本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置100包括：反應爐體1、加熱裝置2和至少一個進料噴嘴3。

反應爐體1內限定出反應腔室，反應爐體1上設有與反應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設于反應腔室內且位于進料口111和出料口1321之間以對物料的還原反應提供熱量。具體地，物料由進料口111進入反應腔室內，還原氣體由還原氣進口1311進入反應腔室內，物料和還原氣體在反應腔室內混合接觸，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所需的溫度，物料和還原氣體發生還原反應，且反應產生的還原產物和還原尾氣分別由出料口1321和還原尾氣出口112排出反應腔室。

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

根據本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置100，通過在進料口111處設置進料噴嘴3，物料通過進料噴嘴3進入反應腔室內，通過進料噴嘴3的引射作用使得物料可以順暢、快速地進入反應腔室內，避免進料口111發生堵塞；另外，進料噴嘴3可以將物料在反應腔室的橫截面上分散開，不僅可以避免物料發生粘結的問題，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更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應效率。

在本發明的一個實施例中，如圖2所示，進料口111設于反應爐體1的頂壁，進料噴嘴3內限定出沿上下方向延伸且由內到外依次嵌套的下料通道31和風道32，即下料通道31嵌設在風道32內，或者說風道32外套在下料通道31的外側，下料通道31和風道32彼此隔開，風道32的頂部和下料通道31的頂部分別設有進風口321和下料進口311，風道32的底部和下料通道31的底部分別設有與反應腔室連通的出風口322和下料出口312，即風道32的頂部設有進風口321，下料通道31的頂部設有下料進口311，風道32的底部設有出風口322，下料通道31的底部設有下料出口312，其中出風口322和下料出口312均與反應腔室連通，下料出口312豎直向下導引出料，出風口322在由外向內的方向上向下導引出風。需要說明的是，“內”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，并通過下料出口312排出下料通道31，風道32內適于通入特定流速的氣流，氣流通過進風口321進入風道32內，并通過出風口322排出風道32，通過使下料出口312豎直向下導引出料，出風口322在由外向內的方向上向下導引出風，這樣由下料出口312排出的物料將會被由出風口322排出的氣流引射進入反應腔室內，進料順暢、快速，并且由于出風口322在由外向內的方向上向下導引出風，氣流在出風口322處形成紊流，在氣流的作用下，物料在反應腔室的橫截面上分散開，由此不僅可以避免物料在反應腔內發生粘結的問題，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更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應效率。

可選地，風道32內通入的氣流為氮氣流、氬氣流等惰性氣體流；優選地，風道32內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成的混合氣體流，這樣由風道32內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，物料和還原氣體能夠更充分混合，還原反應更加快速和充分，另外，還可以省去在反應爐體1上另外設置還原氣進口1311。

優選地，如圖2中所示，下料出口312高于出風口322，這樣氣流將在下料出口312的下方導出，氣流在下料出口312的下方形成紊流，由下料出口312排出的物料均經過氣流分散后再引射進入反應腔室內，物料可以被充分分散，由此避免部分物料未經分散而直接進入反應腔室內。

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

可以理解的，風道32內通入的氣流的流速可以根據物料的類型以及物料的投入量來進行設定，例如當物料的投入量較大時，可以通入較大流速的氣流，當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腔室的橫截面上被分散開，物料的還原反應速度更快且反應更充分。

在本發明的一個優選示例中，風道32具有在內外方向上相對的內壁323和外壁324，內壁323和外壁324的其中一個上設有可下上移動的調風錐325，內壁323和外壁324中的另一個與調風錐325之間限定出面積可變的出風口322。具體地，在本發明的一些示例中，如圖2中所示，風道32的內壁323上設有可上下移動的調風錐325，調風錐325和風道32的外壁324之間限定出面積可變的出風口322；在本發明的另一些示例中，風道32的外壁324上設有可上下移動的調風錐325，風道32的內壁323和調風錐325之間限定出面積可變的出風口322。即在通過在上下方向上移動調風錐325，可控制出風口322的出風面積，由此可以調節出風口322處的氣流的流速，在單位時間內通入風道32內的氣流量不變的情況下，當出風口322的面積增大時，出風口322處的氣流流速將減小，當出風口322的面積減小時，出風口322處的氣流流速將會增大，即通過調節調風錐325的位置即可調節出風口322處的氣流流速，例如可以實現出風口322處的氣流流速在60～120m/s范圍內的無級調節，以匹配反應腔室內不同的投料量。

在本發明的優選實施例中，調風錐325為一環狀物，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。當需要調整調風錐325的位置時，放松螺母，使調風錐325上下移動至合適位置時，再通過收緊螺母使調風錐325固定。依據進料量的多少和工藝要求通過調節調風錐的位置，可以調節風道中風向情況。

在本發明的一個實施例中，如圖3所示，進料口111設于反應爐體1的頂壁，進料噴嘴3內限定出沿上下方向延伸且由內到外依次嵌套的第一風道302、下料通道301和第二風道303，第一風道302的頂部、下料通道301的頂部和第二風道303的頂部分別設有第一進風口3021、下料進口3011和第二進風口3031，第一風道302的底部、下料通道301的底部和第二風道303的底部分別設有與反應腔室連通的第一出風口3022、下料出口3012和第二出風口3032，下料出口3012豎直向下導引出料，第一出風口3022在由內向外的方向上向上導引出風，第二出風口3032豎直向下導引出風或在由外向內的方向上向下導引出風。需要說明的是，“內”指的是鄰近第一風道302中心軸線的位置，“外”指的是遠離第一風道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，并通過下料出口3012排出下料通道301，第一風道302和第二風道303內分別通入特定流速的氣流，第一氣流通過第一進風口3021進入第一風道302內并通過第一出風口3022排出，第二氣流通過第二進風口3031進入第二風道303內并通過第二出風口3032排出，物料通過下料進口3011進入下料通道301內并通過下料出口3012排出下料通道301。通過使下料出口3012豎直向下導引出料，第一出風口3022在由內向外的方向上向上導引出風，第二出風口3032豎直向下導引出風或在由外向內的方向上向下導引出風，使得由第一出風口3022流出的第一氣流和由第二出風口3032流出的第二氣流之間形成紊流，在氣流的作用下，物料在反應腔室的橫截面上分散開，由此不僅可以避免物料在反應腔內發生粘結的問題，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更加充分和快速，由此大大提高物料的還原反應效率。

可選地，第一風道302和第二風道303內通入的氣流為氮氣流、氬氣流等惰性氣體流；優選地，第一風道302和第二風道303內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成的混合氣體流，這樣由第一風道302和第二風道303內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，物料和還原氣體能夠更充分混合，還原反應更加快速和充分，另外，還可以省去在反應爐體1上另外設置還原氣進口1311。

優選地，如圖3中所示，下料出口3012高于第一出風口3022和第二出風口3032，這樣第一氣流和第二氣流將在下料出口3012的下方導出，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排出的物料均經過氣流分散后再引射進入反應腔室內，物料可以被充分分散，由此避免部分物料未經分散而直接進入反應腔室內。

如圖3所示，第一風道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構，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腔室內且位于下料出口3012和第二出風口3032的下方，第一進風口3021設于第一段3023的頂壁上，第一出風口3022設于第二段3024的側壁上。進一步地，第一出風口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°，由第一出風口3022導引出的氣流可以將物料充分分散開，物料在反應腔室的橫截面上分布更加均勻。

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

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

在本發明的一個優選示例中，第二風道303具有在內外方向上相對的內壁3033和外壁3034，內壁3033和外壁3034的其中一個上設有可下上移動的調風錐3035，內壁3033和外壁3034中的另一個和調風錐3035之間限定出面積可變的第二出風口3032。

具體地，在本發明的一些示例中，如圖3中所示，第二風道303的內壁3033上設有可上下移動的調風錐3035，調風錐3035和第二風道303的外壁3034之間限定出面積可變的第二出風口3032；在本發明的另一些示例中，第二風道303的外壁3034上設有可上下移動的調風錐3035，第二風道303的內壁3033和調風錐3035之間限定出面積可變的第二出風口3032。即在通過在上下方向上移動調風錐3035，可控制第二出風口3032的出風面積，由此可以調節第二出風口3032處的氣流的流速，在單位時間內通入第二風道303內的氣流量不變的情況下，當第二出風口3032的面積增大時，第二出風口3032處的氣流流速將減小，當第二出風口3032的面積減小時，第二出風口3032處的氣流流速將會增大，即通過調節調風錐3035的位置即可調節第二出風口3032處的氣流流速，例如可以實現第二出風口3032處的氣流流速在60～120m/s范圍內的無級調節，以匹配反應腔室內不同的投料量。

在實際生產過程中，設定好第一出風口3022的中心線與豎直方向之間的夾角α的大小和風速之后，進料噴嘴控制系統會根據不同的工藝參數計算出調風錐3035的位置和分配風量大小，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。

優選地，調風錐3035的高度要高于第一出風口3022的高度，這樣使得第一出風口3022處的氣流和第二出風口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更高，物料被均勻、充分分散開，物料在反應腔室的橫截面上分布更加均勻。

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

加熱裝置2的類型不受具體限制，只要能夠為還原反應裝置100提供穩定的反應溫度即可，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，為還原反應裝置100中的還原反應提供熱源。蓄熱式輻射管21在管體兩端分別設置有燃燒器(圖未示出)，在一端燃燒器燃燒產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生的火焰在噴出時也形成溫度梯度。當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℃。在還原反應裝置100內部，多根蓄熱式輻射管21沿豎直方向間隔分布。如此，可以保證各區域溫度分布均勻。溫度場的溫度可通過多種方式調節，例如，調整蓄熱式輻射管21在水平方向和/或豎直方向上的個數、蓄熱式輻射管21的層數、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沿豎直方向并排設置在還原段12內，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的側壁上設有與蓄熱式輻射管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中發生燃燒反應，產生的高溫煙氣為物料還原反應提供熱量后通過煙氣出口213排出。優選的，燃氣和空氣燃燒產生的熱量主要以輻射的方式將熱量傳遞給還原反應裝置100中的物料和還原氣體，使其發生還原反應獲得還原產物，蓄熱式輻射管21內的燃氣流動系統與還原反應裝置100內的還原氣流動系統彼此隔絕，不會影響還原反應裝置100內的還原過程。

進一步的，可以通過調節通入蓄熱式輻射管21的燃氣流量可以精確控制還原反應裝置100內的溫度場，由此可以控制還原反應裝置100內溫度場個數以及溫度梯度，實現對還原反應裝置100內還原過程的精確控溫。由此，所述加熱裝置2，實現了對還原段12中物料和還原氣體進行均勻加熱，避免反應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。

物料經由還原反應裝置100頂部的進料段11添加到還原反應裝置100中，在還原反應裝置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內爐膛溫度較高(優選的，還原段12的爐膛被加熱裝置2加熱至900-1200℃)，為還原反應的進行提供有利條件。物料和還原氣體在還原段12發生還原反應，物料與還原性氣體的反應機理為：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動力學條件大大改善，還原反應可以在數秒內完成，實現了直接還原鐵的快速生產過程。另外，物料經由進料段11自由下落到還原段12，還原氣體經由冷卻段13進行預加熱(還原氣體被預熱至300-600℃)后自由上升到還原段12，兩者以對流的方式發生沖擊碰撞，充分接觸，發生化學反應，得到還原產物和還原尾氣。

冷卻段13位于還原反應裝置100的底部，用于對得到的還原產物進行冷卻處理。所述冷卻段13包括自上至下依次設置的風冷區域131和水冷區域132，依次對得到的還原產物進行冷卻處理。所述還原氣進口1311設有布風板1312，用于引入還原氣體對熱態還原產物進行初步冷卻處理，以便于將反應生成的熱態還原產物與剛進入反應器內的常溫還原氣體進行換熱處理，得到初步冷卻的還原產物(溫度降至600-900℃)和預加熱的還原氣體(被預熱至300-600℃)；其中，所述初步冷卻的還原產物由于自身重力不斷下落，進入水冷區域132進行二次冷卻處理；所述預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，風冷區域131的換熱處理，既實現了對熱態還原產物的初步冷卻，又有利于預熱后的還原氣體進入還原段12后快速升溫并反應，充分利用了還原產物的熱量，減少生產過程的能量消耗，降低生產成本。所述水冷區域132的四周設有水冷壁1322，用于吸收反應器爐膛內還原產物的熱量；其中，水冷壁1322是水冷區域132的重要部件，分布在反應器底端四周，內部為流動的水或蒸汽，用于吸收反應爐體1中還原產物的熱量，實現還原產物的二次降溫。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設于進料段11的側壁上，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生沖擊碰撞，高溫的還原尾氣對物料起到預熱作用，充分利用還原尾氣的熱量，減少生產過程的能量消耗。

下面描述兩個利用本發明實施例的用于粉狀物料的還原反應裝置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裝置100的進料噴嘴3加入反應腔室內；

(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)、還原反應裝置100的還原段12的蓄熱式輻射管21溫度設為950℃；

(4)、將常溫還原氣從風冷區域131的還原氣進口1311通入反應腔室內，與鐵精礦進行還原反應；

(5)、還原氣中co體積分數為80％，h2體積分數為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生還原反應，還原尾氣經進料段11的還原尾氣出口112排出還原反應裝置100；

(7)、反應生成的金屬化粉料經還原反應裝置100的出料口1321排出還原反應裝置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裝置100的進料噴嘴3加入反應腔室內；

(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)、還原反應裝置100的還原段12的蓄熱式輻射管21溫度設為950℃；

(4)、將常溫還原氣從風冷區域131的還原氣進口1311通入反應腔室內，與鐵精礦進行還原反應；

(5)、還原氣中co體積分數為60％，h2體積分數為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生還原反應，還原尾氣經進料段11的還原尾氣出口112排出還原反應裝置100；

(7)、反應生成的金屬化粉料經還原反應裝置100的出料口1321排出還原反應裝置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一定指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何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發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，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。