CN116064987A - 利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置及还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置及还原方法，涉及铁矿熔融还原技术领域。富氧高温风或纯氧熔融还原炉内上部并联布有多组大速差搅拌喷动流化床组，直接用高温重整后的富氢煤气兑入冷循环煤气做还原气；每组包括串联的三级以上流化床；每一级流化床包括上扩张形炉身、管轴族、多层锥环形导流板、边框桨、导流板刮刀、进气机构和排料机构等。锥环形导流板相当于低阻损分布板，增加了流化床的亚级数量，更趋于逆流工艺；本装置中、下部的气速很高，粘结块仍可良好流化，并被直接排入熔融还原炉；利用粘结效应，并增加富氢甚至纯氢还原剂，提高了预还原效果，避免了高炉软融带的困扰，改善了能量利用率和工艺稳定性。

Description

利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置及还原方法

技术领域

本发明涉及铁矿熔融还原技术领域，尤其涉及一种利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置及还原方法。

背景技术

铁矿流化床还原装置的正常运行可以直接使用粉矿炼铁，避免了焦化、烧结和球团工艺的能耗和污染，其性能决定了熔融还原和直接还原工艺的主要生产指标。对于富氢、节能降碳、减少总污染物产生量，甚至对熔融还原工艺的成败具有决定性意义。目前铁矿流化床熔融还原工艺及装置的研究主要是解决还原过程中的粘结失流这一重大国际难题，以及如何为熔融还原炉熔池经济地提供高温、高熔化率和高还原度铁矿粉的问题。

中国科学院过程工程研究所郭慕孙等所著的流化床手册，***介绍了喷动床、喷动流化床、搅拌流化床、搅拌喷动床、三相喷动床的优缺点，以及设计要点；提出了搅拌桨和高速喷动中颗粒的碰撞摩擦会阻止颗粒的团聚与粘结，并易于保持和改善流化状态，这一特性对一些需要同时进行干燥（包括用膏糊状或悬浮液浆料进行喷雾造粒、包衣等）和粉磨的特殊颗粒的加工、铁矿石还原、页岩的热解、煤的焦化过程是非常有用的。尽管在干燥、造粒工艺中有一定粘结性的物料处理，已有较好的工业应用表现，目前还没有进一步在铁矿粉还原上工业应用的成功案例。

公开号CN108251588A、CN112280922A、CN1926248A和CN101473048A均对于HIsmelt工艺的SRV炉的改进和探索工作，通过斜插浸入渣层的矿粉、煤粉喷枪和顶吹高温富氧喷枪，以较大的二次燃烧率，对熔池中心的液态渣铁涌泉、飞溅物和渣层，进行了有效加热，在相当艰巨的生产条件下（回转窑矿粉预还原度15~23%，预热温度400℃左右），验证了SRV炉中液态渣中FeO的超高还原速度和二次燃烧的巨大供热能力！持续维持了熔池的高温状态，实现了较稳定的连续化工业规模生产，为熔融还原开启了一扇大门！然而，SRV炉中如此巨大的FeO还原量、热需求量和高温废气物理热量，也限制了目前HIsmelt工艺的能耗、生产成本的进一步降低。预还原矿粉的气力输送，也增加了热耗和成本。

公开号CN106566907A专利文献在墨龙HIsmelt工艺的SRV炉的上方拱顶处，又设置了一个闪速炉反应塔，SRV炉的高温废气通过换热器，来加热闪速炉反应塔所用的还原气体（包括循环煤气），以使闪速炉反应塔上部达到900℃，并进行矿粉的预还原和预热，有希望改善现行的HIsmelt工艺指标，目前尚未见进一步工业试验的报导。而闪速炉反应塔所用的还原气体（包括循环煤气）制造和换热过程，也增加了热耗和成本。

公布号CN208308897U专利文献提出了类矩形横截面的闪速炉与还原炉融合的一种高强度氧煤闪速炼铁装置，有望提高矿粉的预还原度和预热温度，而闪速炉所用的还原气体（包括循环煤气）制造和换热过程，也增加了热耗和成本。

目前对墨龙HIsmelt工艺的有益改进，更有价值的是HIsarna工艺，王东彦. 超低碳炼钢项目中的突破型炼铁技术 [J].世界钢铁，2011（2）：7-12报导，在SRV炉的拱顶上又设置了一个旋风熔融还原炉，并将常温矿粉、溶剂和氧气一同送入此处的旋风段，在此将SRV炉的煤气几乎全部燃烧，产生1571.3℃左右高温，快速完成物理水蒸发、结晶水和碳酸盐分解、聚合熔化，升温至1450℃左右，并通过热分解和还原达到20%左右的预还原度，此处很大的一个优点是可达到相当高的生产效率；中心富氧热风喷枪改为数个从拱顶斜插进去的纯氧喷枪，以完成42.9%左右的二次燃烧率，维持了墨龙HIsmelt工艺的熔池工作能力，又比HIsmelt工艺的SRV炉熔池，大幅度提高了总的热量收入和节省了还原量，有望比墨龙HIsmelt工艺取得更好的生产指标，甚至接近或好于高炉本体的能量利用率，尽管预还原度还有待提高，继续提高矿粉的预还原度，也将遇到很大的困难，目前还没有见到工业应用的报道。

北京科技大学郭汉杰、李林发布了一篇名为《非焦煤炼铁工艺及装备的未来》的文章，对Finex、HIsarna、HIsmelt进行了分析，指出韩国浦项的Finex是唯一一个利用流化床预还原工艺，且较稳定地实现了规模化生产的流程，其优势在于终还原炉产生的煤气经重整脱除CO₂后进入流化床，提高了流化床的预还原度。所用矿粉的粒度为0～8mm，平均粒径0.90～3.64mm，-0.125mm占比4.9～12.68% ，采用如此的粗粒矿粉，对于减轻流化床还原过程中的粘结失流，起到了相当大的作用，但是还不能由此就说粘结失流已彻底解决了，粘结失流对生产稳定性，对于Finex的推广仍然具有相当大的威胁，另外Finex工艺的多级还原流化床（属于比较常规的床型）的热量不足，需要燃烧部分还原煤气进行补热，这将大幅度降低煤气的还原势和还原速度，由此也增加了整体Finex工艺的能耗。而Finex工艺的预还原铁粉热压块，额外增加了工艺热耗和成本；其熔融还原炉与Corex工艺基本一致，需要加入180～230kg/t铁的焦炭或型煤，且高温条件下的密封和布料，难以达到高炉的水准。实际上Corex工艺、Finex工艺和富氢富氧高炉等工艺，预还原矿石软熔过程的不透气问题，其软熔带为这些工艺增加了很大的困扰，不得不用焦炭骨架和焦窗来通气，不仅增加了对高质量焦炭的依赖性、相关的污染、成本和资源风险，还是这些工艺进一步强化冶炼的巨大障碍。

综上所述，铁矿石流化床还原优势很大，问题也很多，已采用的各种应对粘结失流的措施，在可靠性和经济性方面仍然不尽人意，由此限制了流化床铁矿粉还原工艺的发展。由此说明，在如此高的温度、还原条件及直接还原和熔融还原工艺目标下，铁矿粉的粘结是相当强烈的，仅仅用防止粘结的办法，是不全面的，应该研发利用或适应粘结状态下的特殊流化床铁矿粉还原工艺。

对于不同工艺的熔融还原炉或称铁浴炉，如何经济地提高矿粉的预热温度和还原度，特别是与预还原装置的配合上，如何降低软熔过程物料对气流的阻力，甚至在还原气制备供应方面、预还原料运输方面、熔融还原炉体及设备的寿命和可靠性等方面，均存在不同程度的问题，由此增加了额外的热耗和成本。

发明内容

研究过铁矿流化床热态试验的人员均知，对于CO为主的还原气氛，即使铁矿流化床还原出现粘结失流后，缓冷后排出的样品，一般矿粉粘结团粒度多在2～3mm，大于5mm的较少，并且温度越高、流化床气流速度越大，粘结团粒度越大，更重要的现象是，这些矿粉粘结团实际是由多个原始矿粉颗粒相互粘连而成，内部存在很高的孔隙率，铁晶须的相互交集起着重要作用，且矿粉粘结团的强度很低，用手轻捻，即可破碎成小粉粒（接近还原前的矿粉颗粒）；对于H₂为主的还原气氛，即使粘结失流，冷却后排出的样品甚至没有多少粘结团，绝大多数还原后的颗粒仍是分散的，且与原始矿粉颗粒相差不大；由此可以推断在高温还原过程中，粘结团内部矿粉颗粒之间的粘结强度也不应该太强，而失流的主要原因是气流拽力弱于矿粉粘结团或矿粉颗粒之间、以及矿粉与器壁之间的粘性力，这就给我们提供了新的解决思路。

本发明提供了一种利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置及还原方法，属于一种多组并联的大速差搅拌喷动流化床组及其配套的熔融还原炉，大速差搅拌喷动流化床可以简称大速差流化床，多级大速差搅拌喷动流化床串联后称为大速差搅拌喷动流化床组，特别是利用铁矿粉流化床还原过程中的粘结团聚现象和粘结规律，达到提高还原效果和工艺运行稳定性的目的。

为实现此技术目的，本发明采用如下方案：利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，包括预还原段炉体和流化床熔融还原炉体，预还原段炉体下端与流化床熔融还原炉体上端连通；预还原段炉体内设置有铁矿流化床，铁矿流化床包括一组以上并联的大速差搅拌喷动流化床组，其中位于中间的大速差搅拌喷动流化床组顶部高于两侧的大速差搅拌喷动流化床组的顶部，并且并联的大速差搅拌喷动流化床组的顶部均连通在一起。

流化床熔融还原炉体包括炉身、炉腹和炉缸，炉身下端与炉腹上端连接，炉腹的下端与炉缸连接。

进一步的，还包括炉体固定支架，大速差搅拌喷动流化床组包括动力机构和上下串联的多级大速差流化床，每级大速差流化床下部的气流速度是上部的3～20倍，大幅度增强了流化床中下部的气流拽力；动力机构设置在炉体固定支架上；动力机构包括提拉缸、提拉架、两套以上的驱动机构、传动齿轮轴、密封箱、管轴族、以及分别连接在管轴族上的各种边框桨、刮刀和多层锥环形导流板，管轴族插装在上下串联的大速差流化床中，管轴族又分为定高管轴和提拉管轴；其中各定高管轴分别带动各种边框桨、刮刀和多层锥环形导流板转动，而产生相对运动。通过增强了的气流拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉粘结团或矿粉颗粒之间、以及矿粉与器壁之间的粘性力，由此保证了粘结团和大颗粒矿粉在大速差流化床中下部的良好流化状态，避免了粘结失流。

进一步的，动力机构还包括进气机构和排料机构，每级大速差流化床下方均设置有进气机构和排料机构，位于大速差搅拌喷动流化床组内的管轴族中的另一部分管轴为提拉管轴，各提拉管轴分别与各级大速差流化床的进气机构、排料机构连接，以带动进气机构和排料机构升降及转动，该排料机构，在持续搅拌着的状态下，将沉积于该区域的大颗粒矿粉和粘结团定量排入下一级流速更高的大速差流化床中，继续保持良好的流化和还原，最终排入熔融还原炉内；停炉瞬间，提拉管轴下沉，带动进气机构和排料机构下沉关闭，以防物料大量喷出造成炉凉。

进一步的，预还原段炉体侧墙顶部与炉体固定支架间设置有炉顶悬拱，炉顶悬拱与预还原段炉体侧墙上端连接，预还原段炉体侧墙下端与流化床熔融还原炉体的炉身上端连接，预还原段炉体侧墙下部设置有炉身悬拱。炉顶悬拱、预还原段炉体侧墙与炉身悬拱将全部大速差搅拌喷动流化床组包裹在熔融还原炉体上部的同一空间内。

进一步的，在炉身悬拱下方，预还原段炉体侧墙下部设置有调温带炉体，调温带中部设置有补热煤气导出管，补热煤气导出管的上下分别设有两层以上的冷循环煤气分布管（本文仅以两层加以说明），以便对来自熔融还原炉的高温煤气进行温度调节；补热煤气导出管连接有补热煤气管，补热煤气管与大速差搅拌喷动流化床组连通，并通过补热煤气阀为各级大速差流化床补充温度较高的补热煤气。

对于红土镍矿、各种含铁固废、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿、赤泥、磁铁矿等，或含有较多物理水、结晶水、氢氧化物、碳酸盐等物料的流化床焙烧工艺，由于它们在中低温区具有较大吸热反应或矿粒内部结构过分致密、还原速度过慢，本发明每组大速差搅拌喷动流化床的炉顶第一级大速差搅拌喷动流化床可改为氧化焙烧流化床，只需在氧化焙烧流化床与下方紧邻的还原焙烧流化床连接位置增加一排烧嘴,并将此燃烧废气与下方的炉顶煤气进行隔离，并分开排出炉外即可;其余第二级、第三级、…、第n级大速差搅拌喷动流化床仍然为还原焙烧流化床,与本发明上述内容完全一致，不再赘述。

进一步的，流化床熔融还原炉体内由下至上划分为死铁层、铁水层、渣层、渣铁涌泉区、一次燃烧带、焦粒喷动流化床带、局部块煤移动床区、二次燃烧带、煤气重整带和高温还原带。

利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，按如下步骤进行：

S1、将煤粉在载气作用下给入炉缸中下部，射流直达铁水层，在炉缸中心搅拌起渣铁涌泉区，为熔池提供还原剂和铁水补充渗碳；载气可为本工艺的冷循环煤气、或氮气；煤粉中还可配入少量矿粉或除尘灰，用于调节熔池的氧势，强化脱磷或抑制TiO₂的过还原，避免渣铁变粘；煤粉中还可配入甚至完全替代为氢气、焦炉煤气、天然气、生物质或有机物垃圾等有机物，增加富氢甚至纯氢还原剂；

S2、将块煤由炉身底部给入，块煤沿炉腹墙体下滑，形成局部块煤移动床区，块煤沿炉腹墙体缓慢下移的过程中，吸收二次燃烧带辐射热和炉缸煤气热量升温干馏焦化，进入焦粒喷动流化床带；

S3、在炉缸中上部给入高温富氧热风或常温纯氧，高温富氧热风或常温纯氧与S2块煤焦化后的焦粒发生剧烈的一次燃烧反应，保证了焦粒喷动流化床带的持续活跃状态；

未融化的渣铁、已融化的液态渣铁以及沿炉墙缓慢下流的高粘度蠕动渣铁自上进入焦粒喷动流化床带，被快速升温和还原，并彻底熔化；

S4、在炉身下部的二次燃烧带切向喷入高温富氧热风或常温纯氧，与向上流动的部分煤气发生螺旋二次燃烧，以快速加热穿过二次燃烧带的矿石团粒，使其大部分完成熔化，粘结聚合成粒径5mm±3mm的液滴，并预热至1550℃±30℃；

S5、进入炉身中部的煤气重整带的煤气初始平均温度在1800℃±100℃，在煤气重整带下部切向喷入氢气、焦炉煤气、天然气、0～6mm的生物质或煤粉或有机物垃圾等有机物，增加富氢甚至纯氢还原剂，利用煤的挥发分和碳粒或其他有机物完成煤气重整，得到CO₂含量在0.3%~1%、平均温度1100℃~1200℃的煤气；穿过煤气重整带、平均粒度4mm±2mm的矿石团粒，将完成部分熔化和持续粘结聚合，并被预热至平均温度1100℃±100℃；

S6、重整后的煤气进入高温还原带，自上飘落而下的矿粉团粒在高温还原带被继续还原和加热，使矿粉团粒平均温度达到950℃±100℃，矿粉团粒平均粒度在3mm±2mm；煤气平均温度降低至980~1050℃，煤气中CO₂含量增加至2~5%；

S7、S6完成后的煤气进入调温带，在调温带下部通入冷循环煤气，先将煤气平均温度调整到800~900℃；在调温带中部由补热煤气导出管引出补热煤气至大速差搅拌喷动流化床组内；在调温带上部再次通入冷循环煤气，将煤气平均温度精确调整到700~850℃，以满足大速差搅拌喷动流化床对煤气温度的要求，由大速差搅拌喷动流化床组排出的矿粉团粒在调温带提高了30℃~80℃；而多数粒度在0.5mm以上（受气流速度、温度、物料比重、密度等因素的影响，存在一定波动范围）的矿粉进入高温还原带，剩余矿粉则被气流夹带返回大速差搅拌喷动流化床组中；

S8、将干燥的0~8mm矿粉和溶剂，给入大速差搅拌喷动流化床组中，矿粉和溶剂在大速差搅拌喷动流化床组内混合还原，大速差搅拌喷动流化床组具有分级、搅拌、剐蹭破碎功能，使粘结后的矿粉团仍然在下部高流速区保持良好流化状态，避免了粘结失流，并利用粘结效应所产生的3mm±2mm的矿粉团与原始粗颗粒矿粉一起直接排到调温带，而平均还原度低于40%的、没有粘结的细矿粉则保留在大速差搅拌喷动流化床组中上部，继续还原和粘结。

进一步的，煤粉的粒度为0~3mm，块煤的粒度为3~50mm，块煤的加入量为150~600kg/吨铁。

进一步的，S2块煤升温达到1000℃±100℃，发生干馏焦化；焦粒喷动流化床带主体床层平均温度稳定在1650~1800℃。

进一步的，S3中高温富氧热风的平均温度为1200℃、氧含量≥30%，一次燃烧焦点温度超过2100℃，并紧靠渣铁涌泉区和渣层表面。

进一步的，渣层平均温度稳定在1550~1650℃，铁水层平均温度稳定在1430~1550℃，通过冷却使流化床熔融还原炉体的炉缸和炉底的碳砖内表面温度稳定在1050℃。

进一步的，二次燃烧焦点温度在2200℃以上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的每一级大速差搅拌喷动流化床的床型为上扩张型，其流化床下部的气流速度是上部的3～20倍，亚快速流化状态、湍流流化状态、鼓泡流化状态共存，在如此的床型和内部构件条件下，大粘结团和大颗粒逐渐富集于炉身下部的炉料之中，仍然可以保持良好的流化状态，还具有分级功能，沉降储备于炉底的移动床强制搅拌排料区域，在此按一定排料速度，在持续搅拌的状态下，将大粘结团和大颗粒排到流速更高的下一级流化床中，避免了本级流化床的失流问题，保证了流化床的运行稳定性，还利用其粘结性能（其平均还原度一般高于没有粘结的矿粉），提高了还原效果，同时还原矿粉粘结团颗粒的长大，也允许和适应了流化床中下部气流速度的提升，进一步提高了还原速度和有效容积利用系数。

本发明的多组并联、多级串联的大速差搅拌喷动流化床，置于熔融还原炉上部大墙内，由炉身悬拱支撑于预还原段炉体侧墙下部。

本发明的核心思想是：通过增强了的、大速差流化床10下部的气流流速和气流拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉粘结团或矿粉颗粒之间、以及矿粉与器壁之间的粘性力，由此保证了粘结团和大颗粒矿粉在大速差流化床中下部的良好流化状态，避免了粘结失流，同时沉降储备于炉底的移动床强制搅拌排料区域的大颗粒矿粉和粘结团，由排料机构，在持续搅拌着的状态下，定量排入下一级流速更高的大速差流化床中，继续保持良好的流化和还原，最终排入熔融还原炉内。

本发明的熔融还原炉膛自上而下又分为：高温还原带、煤气重整带、二次燃烧带、局部块煤移动床区、焦粒喷动流化床带、一次燃烧带、渣铁涌泉区、渣层、铁水层和死铁层。较干燥的0～8mm的矿粉和溶剂入炉后，在大速差搅拌喷动流化床组内平均还原度即达到60%左右，且多数已粘结成3mm左右的矿粉团粒，并被直接排入下方的流化床熔融还原炉体，在后续飘落过程中（属于稀相亚快速流化床），又得到持续加热、还原、粘结长大，直至全部熔化，本发明的软熔过程不增加气流阻力，避免了高炉软融带的困扰，降低了渣中FeO含量及其侵蚀作用，节省了熔池总耗热量和渣中FeO的总还原量，提高了渣铁温度。

本发明避免了其它工艺的预热预还原矿粉的中间运输工序和散热损失，在实现大型化的同时，提高了生产效率、能量利用率和运行稳定性，还可以把粘结现象这一负面效应，转变为正面效应，为熔融还原、直接还原和富氢冶炼提供了一个新的路线。

附图说明

图1为本发明实施例提供的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置的断面示意图；

图2为本发明实施例提供的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置的I-I横断面示意图；

图3为本发明实施例提供的大速差搅拌喷动流化床组断面示意图；

图4为本发明实施例提供的大速差流化床的进气和排料结构的断面示意图；

图5为本发明实施例提供的密封箱内结构示意图；

图6为本发明实施例提供的大速差流化床与进气机构和排料机构的连接示意图；

图7为本发明实施例提供的锥环形导流板的局部剖面图；

图8为本发明实施例提供的流化床熔融还原炉的纵断面示意图；

图9为图5中I处的结构放大图；

图10 为图6上部分放大图；

图11为图6下部分放大图；

图中标记为：1、提拉缸；2、提拉架；3、密封箱；301、炉顶冷循环煤气入口阀；4、第一驱动机构；401、第一传动齿轮轴；5、第二驱动机构；501、第二传动齿轮轴；6、炉体固定支架；7、固定支撑架；701、第二轴承；8、管轴族；801、A类管轴；802、B类管轴；803、提拉管轴；804、从动齿轮；805、第一轴承；806、主动齿轮；807、定高管轴；808、滑块；9、炉顶法兰；91、炉顶伸缩节；10、大速差流化床；101、上圆柱段；1011、上圆柱段边框桨；1012、连接架；102、中部锥体段；1021、炉体上部边框桨；1022、炉体中部边框桨；1023、炉体下部边框桨；103、锥环形导流板；1031、导流板段炉体边框桨；1032、排料孔；1033、第一通气孔；1034、第二通气孔；1035、加强筋；104、刮刀；1041、刮刀传力架；105、下圆柱段；1051、高速段边框桨；106、矿粉入料口；107、尾气排出口；11、进气口筒阀；1101、进气口筒阀传力架；12、进气口固定锥段；13、进气口刮刀；14、炉底吊挂固定架；15、移动床段炉体；16、移动床段边框桨；17、排料筒阀；18、排料筒阀传力架；19、扬料板；20、排料槽底板；21、排料槽侧壁；22、密封盘；23、内刮刀定心套管；24、内刮刀传力架；25、排料内刮刀；31、密封炉壁；32、调温带炉体；33、调温带边框桨 ；34、补热煤气管；35、补热煤气阀；36、补热煤气导出管；37、冷循环煤气分布管；60、密封炉壁边框桨；61、基础；62、炉底；63、炉缸；64、炉腹；65、炉身；66、铁口；67、炉缸煤粉喷枪；68、第一风口；69、块煤密封加料口；70、第二风口；71、有机物喷枪；72、智能炉墙结厚控制装置；73、炉顶悬拱；74、炉身悬拱;75、预还原段炉体侧墙。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。

如图1、图2所示，本发明提供的一种利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，包括预还原段炉体和流化床熔融还原炉体等。预还原段炉体侧墙75下端与流化床熔融还原炉的炉身65上端连通，预还原段炉体侧墙75内设置有铁矿流化床，铁矿流化床由并联的大速差搅拌喷动流化床组构成，并联的组数为三组以上（本实施例仅以七组并联，加以说明）；其中，位于中间的大速差搅拌喷动流化床组顶部高于两侧的大速差搅拌喷动流化床组的顶部，并且并联的大速差搅拌喷动流化床组的顶部均连通；预还原段炉体侧墙75底部设置有调温带炉体32，对应内部的炉膛为调温带N，调温带N处横贯有两层以上的冷循环煤气分布管37（本实施例仅以两层加以说明），调温带中部设置有补热煤气导出管36，补热煤气导出管36连接有补热煤气管34，补热煤气管34与大速差搅拌喷动流化床组连通，并通过补热煤气阀35为各级大速差流化床10补充补热煤气B。

每个大速差搅拌喷动流化床组包括动力机构、串联的大速差流化床10、调温带炉体32和密封炉壁31等，动力机构设置在炉体固定支架6上，炉体固定支架6与铁矿流化床顶部间设置有炉顶悬拱73，炉顶悬拱73与预还原段炉体侧墙75上端连接，预还原段炉体侧墙75下部连接有炉身悬拱74。多组并联的大速差搅拌喷动流化床组，布置于流化床熔融还原炉上部大墙内，并由炉身悬拱74支撑于预还原段炉体侧墙75内，再由预还原段炉体侧墙75和炉顶悬拱73 围裹在同一炉膛内，完成预还原的矿粉，多数已粘结成3mm左右的矿粉团粒和原始大颗粒矿粉一起，被直接排入下方的熔融还原炉，避免了不必要的中间运输工序和散热损失。

动力机构下部与串联的大速差流化床10连接，串联的大速差流化床10数量为3个以上，本实施例以三级串联为例进行说明，三级串联大速差流化床内含（2+1）*3个亚级流化床。

再参照图3、图4、图5和图9，每个大速差搅拌喷动流化床组的动力机构包括提拉缸1、提拉架2、两套以上的驱动机构、传动齿轮轴、管轴族8和密封箱3，以及分别连接在管轴族上的各种边框桨、刮刀、多层锥环形导流板、进气机构和排料结构等；建筑基础61上固定有炉体固定支架6，炉体固定支架6上固定有密封箱3，提拉缸1装在密封箱3外顶部中心，提拉缸1的伸缩杆穿过密封箱3顶面与提拉架2连接，提拉架2的中心轴线与提拉缸1的伸缩杆共线。提拉缸1是带有行程显示和控制功能的液压活塞缸，还可以选用防爆的电动、气动或其它机械力传动的动力设备，并带有调速和密封功能。

为降低管轴族的工作温度，并保持炉顶密封箱的低尘和均压状态，密封箱3的侧壁连接有气体管道，气体管道上安装有炉顶冷循环煤气入口阀301，使各管轴的环缝和管内均充满冷循环煤气C，从而得到冷却，并防止物料倒灌进入各管轴之间的缝隙造成的摩擦和磨损，延长了各管轴的工作寿命。

驱动机构数量为2套以上，管轴族8内的管轴按驱动机构套数分类，类数与驱动机构套数相同。驱动机构可以为电动、液动或气动，并带调速和密封功能。本实施例仅按两套阐述，密封箱3的外顶部还固定有两套驱动机构，驱动机构的输出轴穿过密封箱伸入密封箱3内，两个驱动机构关于提拉缸1对称设置，分别为第一驱动机构4和第二驱动机构5。第一驱动机构4的输出轴端部连接有第一传动齿轮轴401，第二驱动机构5的输出轴端部连接有第二传动齿轮轴501。第一传动齿轮轴401和第二传动齿轮轴501上分别键链接若干个主动齿轮806。

管轴族8为多根管轴套装在一起构成，管轴族8内的管轴按驱动机构套数分类，类数与驱动机构套数相同，以两套为例进行说明。管轴族8内的管轴按照由外至内的顺序分为A类管轴801和B类管轴802，每根A类管轴801和B类管轴802的顶端均套装固定一个从动齿轮804，A类管轴801的从动齿轮804与第一传动齿轮轴401上的主动齿轮806啮合，B类管轴802的从动齿轮804与第二传动齿轮轴501上的主动齿轮806啮合。为了更好的排布从动齿轮804，管轴的上端高度（由外至内）逐渐升高。位于最下侧的第一根A类管轴801上套装有轴承，轴承下端置于炉体固定支架6上的密封箱3的底板之上 ，并用垫铁留出走冷循环煤气C的间隙，通过轴承支撑实现第一根A类管轴801的转动。套装在第一根A类管轴801内侧的第一根B类管轴802上同样套装有轴承，该轴承下端面置于第一根A类管轴801的从动齿轮804上，同样用垫铁留出走冷循环煤气C的间隙，其他的管轴也采用此种结构形式连接；在每根管轴的下部，相邻管轴之间的缝隙中还设有滑块808或其它轴承，以控制其摆动，并减少摩擦。

管轴族8还分为定高管轴807和提拉管轴803，提拉管轴803上端套装有第一轴承805，第一轴承805下端面用垫铁与提拉架2固定连接；定高管轴807上端套装有第二轴承701，第二轴承701下端面用垫铁固定在其他定高管轴的从动齿轮804上或固定支撑架7上或密封箱3的底板上，固定支撑架7为固定在炉体固定支架6上的长方体框架，固定支撑架7上固定有横向支臂，横向支臂位于每个提拉管轴803的上方，保证提拉管轴803下沉不会影响定高管轴807的转动。

管轴族8穿过密封箱3的底板和炉体固定支架6，通过炉顶法兰9、炉顶伸缩节91与串联的大速差搅拌喷动流化床的炉体顶部连接，通过炉顶法兰9和炉顶伸缩节91吸收炉体结构的膨胀与炉体固定支架之间可能的相对位移。

每组大速差流化床10的串联数量根据实际生产情况确定，在此以3个为例进行说明：三个大速差流化床主体结构基本相同，以位于顶部的大速差流化床为例进行详细结构说明。

如图4、图5和图9所示，大速差流化床10，包括炉体和可转动的具有下料功能和气体分布功能的导流板等。炉体上端开设有矿粉入料口106和尾气排出口107，炉体为上扩张型结构，其流化床下部的气流速度是上部的3倍~20倍，亚快速流化状态、湍流流化状态、鼓泡流化状态共存。上扩张型炉体包括上圆柱段101、中部锥体段102和下圆柱段105等，上圆柱段101的下端与中部锥体段102上端固定连接，中部锥体段102下端与下圆柱段105固定连接。

上圆柱段101内设置有上圆柱段边框桨1011，上圆柱段边框桨1011由桨叶、连接架1012组成，连接架1012连接在第一根A类管轴801上，随着A类管轴801的转动而转动。

中部锥体段102为逐段缩径的2段以上锥体结构，每段锥体内均设置有边框桨，由上至下具体为炉体上部边框桨1021、导流板段炉体边框桨1031、炉体中部边框桨1022、炉体下部边框桨1023，其中炉体上部边框桨1021与上圆柱段边框桨1011连接在同一连接架1012上，上圆柱段边框桨1011位于连接架1012上侧，炉体上部边框桨1021位于连接架1012下侧。中部锥体段102内还设置有可转动的多层导流板，每层导流板上均设置有形状与导流板上表面匹配的刮刀104，刮刀104的外形为犁形或单刀面形，其刀面与对应的各锥面的切面呈8~90°的夹角，每层导流板上方的刮刀104可以设置一把或两把以上。

刮刀104与导流板转动方向相反，因此，导流板与其上下相邻的导流板或连接架1012连接在A、B不同类别的管轴上。例如：连接架1012的下表面固定有刮刀104，连接架1012连接在A类管轴上，与连接架1012相邻的上层导流板连接在B类管轴上，当连接架1012正向转动时带动刮刀104正向转动，而上层导流板反向转动，二者形成相对运动。

导流板的外沿装有导流板段炉体边框桨1031，上层导流板的下侧装有下一层导流板的刮刀104，刮刀104的外沿固定有炉体中部边框桨1022；最下层的导流板的下侧不设置刮刀，仅连接炉体下部边框桨1023即可。

如图6、图7、图10 和图11所示，导流板可以是锥环形导流板、平板形导流板、锥形导流板、曲面形导流板中的任意一种；导流板以锥环形导流板103为例进行介绍，锥环形导流板103包括锥形板和环形脊等，锥形板的上表面由内至外依次设置有多圈逐渐扩径的环形脊，环形脊底部的锥形板上开设有数个排料孔1032，排料孔1032的孔径为大速差流化床设计粘结团最大粒径的2~4倍，以便炉料（包括大颗粒矿粉和粘结团）在刮刀104的推送下通过排料孔1032落到锥环形导流板103下方或者在该层锥环形导流板103上被破碎，从而完成对料流的二次分布。锥环形导流板103与管轴之间通过加强筋1035固定连接，刮刀104通过刮刀传力架1041与管轴侧壁连接。

环形脊的断面为尖部朝上的三角形结构，环形脊的侧壁和相邻环形脊之间的锥形板上开设有尺寸较小的第一通气孔1033，第一通气孔1033的孔径为入炉料最大粒径的1.5~2.5倍，仍大于一般分布板的气孔尺寸，也具有较少的过料能力；环形脊下方对应的锥形板上还开设有尺寸较大的第二通气孔1034，通过开孔尺寸、开孔方向和开孔率的变化完成对气流进行二次分布（而不是断面上的均匀分布）。各通气孔和排料孔1032中的气流和料流的运动，随床层压差有规律的波动而“交替”进行，并且随着导流板的连续转动，进一步改善了料流和气流的二次分布效果。总体上锥环形导流板103的开孔尺寸和开孔率远大于常规气体分布板，压差较小，具有下料（包括大颗粒矿粉和粘结团）和防止堵塞的功能。

由于锥环形导流板103的上下炉体直径不同，锥环形导流板103上气孔内流速又突然提高，使锥环形导流板103的下方存在着一个气流改向空间，通过每层锥环形导流板103向下走的物料数量远大于向上走的物料（夹带），大多数物料被限制在两层锥环形导流板103之间的空间内，减少了上下两层物料的混合，相当于增加了流化床的级数（亚级），在反应工程学上更加接近逆流传热和反应，锥环形导流板103设有多层，本文仅以两层或三层加以说明。

相邻两层锥环形导流板103之间的床层，属于上扩张型大速差搅拌喷动流化床的流化形态，且锥环形导流板103上各个排料孔1032和通气孔相当于喷动床的喷口，这些喷口的射流均随管轴的旋转而运动，这种动态射流作用强于普通流化床的气泡作用，强化了乳化相中的煤气更换速度和还原速度，大幅度增强了气流对物料的拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉团粒之间和矿粉团粒与器壁之间的粘性力，就防止了失流的发生。同时，矿粉还原过程中的粘结现象，使矿粉团粒逐渐长大，就允许和适应了气流速度的进一步提高，而矿粉团粒内部，还是多孔的松散结构，具有极好的还原动力学条件，由此使本装置在提高运行稳定性和可靠性的同时，还利用粘结效应提高了气速和有效容积利用系数。

如4、图6、图10和图11所示，下圆柱段105内设置有高速段边框桨1051，高速段边框桨1051通过连接杆与提拉管轴803连接，连接杆下方的此提拉管轴803上还连接有进气机构。进气机构包括进气口筒阀11、进气口筒阀传力架1101和进气口固定锥段12等，其中进气口筒阀11通过进气口筒阀传力架1101固定在提拉管轴803上，进气口筒阀11为圆筒结构，并套装在下圆柱段105下端口外侧，因此进气口筒阀11的内径略大于下圆柱段105的外径（最优为0~2mm），进气口筒阀11的外径大于进气口固定锥段12最小内径。进气口筒阀11的外侧壁固定有进气口刮刀13，进气口刮刀13为倒置的直角三角形结构。

流化床炉体的外部固定有炉底吊挂固定架14，炉底吊挂固定架14与进气口固定锥段12连接，进气口固定锥段12位于进气口筒阀11外侧。进气口固定锥段12为上宽下窄的锥体结构，进气口固定锥段12的母线与水平面夹角为40～83°，进气口刮刀13的刀面与对应的进气口固定锥段12的切面呈8~90°的夹角，当进气口筒阀11下沉时，进气口刮刀13与进气口固定锥段12内侧壁紧密贴合。

进气口固定锥段12的下端口连接有移动床段炉体15，移动床段炉体15为圆柱筒体结构。移动床段炉体15的下侧装有排料机构。

如图4、图6、图10和图11所示，排料机构包括排料筒阀17、排料筒阀传力架18和扬料板19等，排料筒阀17通过排料筒阀传力架18与提拉管轴803连接，排料筒阀17为圆筒结构并位于移动床段炉体15外侧（最优间隙为0~2mm），排料筒阀17的外侧壁连接有扬料板19，扬料板19下端与排料筒阀传力架18连接。排料机构下方的提拉管轴上套装有密封盘22，密封盘22下方设置有排料槽。

排料槽包括排料槽底板20和排料槽侧壁21，排料槽底板20套在提拉管轴上，排料槽侧壁21上端与炉底吊挂固定架14连接，排料槽侧壁21的上沿低于扬料板19上沿；排料槽侧壁21的下端与排料槽底板20的外缘固定连接，排料槽底板20中心开设有通孔，密封盘22封堵在排料槽底板20通孔处。

排料机构还包括移动床段边框桨16、排料内刮刀25、内刮刀传力架24和内刮刀定心套管23，内刮刀定心套管23套装在提拉管轴803上，排料内刮刀25和内刮刀传力架24均固定在内刮刀定心套管23上，移动床段边框桨16固定在排料内刮刀25和内刮刀传力架24的端部。排料内刮刀25和移动床段边框桨16与对应清理面的切面呈8～90°的夹角。

在对应排料筒阀传力架18的部位，内刮刀定心套管23开有向下的豁口，且***排料筒阀传力架18的下方，在排料筒阀传力架18的拨动下实现搅拌和定量排料的旋转运动。停炉瞬间排料筒阀传力架18沿此豁口，与提拉管轴803一起下移，实现排料筒阀17和进气口筒阀11的关闭，防止炉料大量外喷。

在上述装置和结构条件下，沉降储备于炉底的移动床强制搅拌排料区域的大颗粒矿粉和粘结团，由排料机构，在持续搅拌着的状态下，定量排入下一级流速更高的大速差流化床中，继续保持良好的流化和还原，最终排入熔融还原炉内。

如图1、图3、图4所示，炉底吊挂固定架14与下一级大速差流化床的顶板均连接在中部锥体段102下部，以实现多级流化床的串联工艺。

串联在下面的多级的大速差流化床的提拉管轴803和定高管轴807，设于上述位于顶部的大速差流化床的提拉管轴803和定高管轴807的内部，所有提拉管轴803和定高管轴807均同轴线安装，相邻管轴之间旋转方向相反，相邻管轴之间的缝隙中还设有滑块808或其它轴承，以控制其摆动，并减少摩擦。串联在下面的多级的大速差流化床的其它部件的连接和工作原理与前述的位于顶部的大速差流化床相同，微小的差异是对应炉体各部位的炉体内径向下逐级减少，以适应矿粉团粒直径逐级长大，适宜流化速度逐级升高的规律。

位于顶部的大速差流化床顶部开设有矿粉入料口106和尾气出口107，位于中部的大速差流化床上端固定在位于顶部的大速差流化床中部锥体段102下方的外侧壁上，使得位于中部的大速差流化床的上圆柱段101包裹在位于顶部的大速差流化床的进气机构和排料机构的外侧，将顶部的大速差流化床10的进气、排料机构和炉底吊挂固定架14密封起来。同理，位于底部的大速差流化床10上端连接在中部大速差流化床的中下部。

如图1、图3所示，位于底部的大速差流化床10下部的进气机构和排料机构外侧设置有密封炉壁31，炉壁连接在位于底部的大速差流化床10的中部锥体段102的外侧壁上，保证物料和气体在炉内流动。密封炉壁31内设置有可转动的密封炉壁边框桨60。

密封炉壁31下方即铁矿流化床下方区域为调温带炉体32，调温带炉体32是预还原段炉体与流化床熔融还原炉体之间过渡连接部件，见图1，对于多组大速差搅拌喷动流化床并联的工艺，调温带N则合并布置于预还原段炉体侧墙75下部。

同时位于中部、底部的大速差流化床的中部侧壁均连接有一根以上的补热煤气管34，在每一级大速差流化床10的炉身中部锥体段102的上部，补热煤气管34上装有补热煤气阀35，用于提高流化气体的温度，以代替Finex工艺的燃烧提温，补热煤气管34下端连接有补热煤气导出管36，补热煤气导出管36横贯在调温带炉体32中部，补热煤气导出管36的上方和下方分别设置有多层冷循环煤气分布管37（本文仅以两层说明）。

对于红土镍矿、各种含铁固废、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿、赤泥、磁铁矿等，或含有较多物理水、结晶水、氢氧化物、碳酸盐等物料的流化床焙烧工艺，由于它们在中低温区具有较大吸热反应或矿粒内部结构过分致密、还原速度过慢，本发明每组大速差搅拌喷动流化床的炉顶第一级大速差搅拌喷动流化床可改为氧化焙烧流化床，只需增加一排烧嘴,并将此燃烧废气与下方的炉顶煤气进行隔离，并分开排出炉外即可;其余第二级、第三级、…、第n级大速差搅拌喷动流化床仍然为还原焙烧流化床,与本发明上述内容完全一致，不再赘述。

如图1、图8所示，流化床熔融还原炉体的炉型为上扩张炉型，包括基础61、炉底62、炉缸63、炉腹64和炉身65等，炉缸63墙体自下而上设置有铁口66、炉缸煤粉喷枪67和第一风口68，第一风口68上侧的炉缸63墙体与炉腹64下侧连接，炉腹64上侧与炉身65连接，炉身65墙体设置有块煤密封加料口69、第二风口70、有机物喷枪71和智能炉墙结厚控制装置72。

炉腹64墙体内型曲面母线与水平面夹角范围在0°~87°，优选范围在0°~45°；炉身65墙体内型曲面母线与水平面夹角范围在25°~90°，优选范围在70°~87°，炉腹64和炉身65的内型允许采用多个母线角度不同的锥段组成，甚至其内型的母线允许采用曲线。

其中炉缸63墙体采用紫铜复合冷却壁，铁口66以上的炉缸63墙体的砌砖采用含锆或铬质的高密度砖，其他部位采用对应高炉的冷却设备和砌砖，采用高压密闭循环软水做冷却介质，以与炉墙一起形成更稳定的渣皮保护层，大幅度提高了抵抗铁水冲刷的能力，避免出现过冷膜态沸腾状态，延长使用寿命。

流化床熔融还原炉的炉墙自下而上设置1~4个铁口66、一至多套炉缸煤粉喷枪67、二至多套第一风口68、二至多套块煤密封加料口69、一至三排第二风口70，每排二至多套第二风口70、二至多套有机物喷枪71、三排至多排智能炉墙结厚控制装置72和其他辅助设备，炉缸煤粉喷枪67和有机物喷枪71为申请人已经授权的专利技术（公布号CN114018058B），智能炉墙结厚控制装置72为申请人已经授权的专利技术（公布号CN114812211B）。

上述各风口、喷枪和加料口装置的固定和密封结构，可选择类似于高炉风口三套的结构思想或其它固定和密封结构，以便于装拆；渣、铁的排出也采用高炉的成熟装置和技术，这里不再赘述。

由上述结构形成的铁矿冶炼用流化床熔融还原炉的炉膛自下而上分为死铁层S、铁水层T、渣层U、渣铁涌泉区V、焦粒喷动流化床带X、局部块煤移动床区Y、二次燃烧带Z、煤气重整带J、高温还原带K。

铁口66下方的炉缸63腔体为死铁层S，铁口66同高的炉缸63腔体为铁水层T，炉缸煤粉喷枪67与铁口66之间的炉缸腔体为渣层U，炉缸煤粉喷枪67在炉缸63腔体中心形成渣铁涌泉区V，第一风口68在炉缸63腔体内形成一次燃烧带W，一次燃烧带W位于渣层U和渣铁泉涌区V上表面。

布置于渣层U的炉缸煤粉喷枪67的轴线与水平面夹角在10°~60°，优选为15°~45°。由此喷入的0～6mm粗粒煤粉，为熔池提供还原剂和铁水补充渗碳，载气为本工艺冷循环煤气，氮气或过热蒸汽仅做为安保吹扫气体使用，既保证了安全，又减少了氮气的引入，也可以使用氮气或过热蒸汽做为载气。其射流直达铁水层T，由此在熔池中心搅动起渣铁涌泉区V，强化了炉缸63的传质传热及其各种反应速度；在煤粉中还可以配入少量矿粉或除尘灰，用于调节熔池的氧势，强化脱磷或抑制TiO₂的过还原，避免渣铁变粘。煤粉中还可配入甚至完全替代为氢气、焦炉煤气、天然气、生物质或有机物垃圾等有机物，增加富氢（所述的富氢指的是焦炉煤气、天然气、生物质或有机物垃圾以及煤粉中的挥发分进入本装置后所产生的煤气的氢气含量与高炉煤气相比具有较大的提高。）甚至纯氢还原剂。

渣层U平均温度高达1550℃～1650℃，在此喷入粗粒煤粉（0~3mm），其射流可达铁水层T，以保证铁水的渗碳和渣中FeO的还原，渣中FeO的含量少于1%，铁水层T平均温度稳定在1430～1550℃，炉底62通过冷却，使碳砖表面温度稳定在1050℃，以防碳砖的侵蚀。其工作状态更接近高炉炉缸和Corex、Finex的炉缸的工作状态，而与HIsarna、HIsmelt相比，其渣中FeO的总还原数量（4%左右）和热量需求，却节省了很多，也避免了铁等有价值的元素随炉渣的流失，如果处理高磷矿或钒钛矿时，可在煤粉中配入部分本工艺炉顶除尘灰或少量矿粉，以增加渣铁层的氧势，避免过还原。

渣层U以上的炉缸63腔体为焦粒喷动流化床带X。块煤进入炉缸63（同步干馏）的焦粒喷动流化床带X，与第一风口68的1200℃高温富氧≥30%热风或常温纯氧发生剧烈的一次燃烧。

第一风口68的轴线与水平面夹角在0°~45°，优选为0°~30°。一次燃烧带W的焦点温度超过2100℃，并紧靠渣铁涌泉区V和渣层U表面，为熔池提供了充足的高温热量，自上滴落进入焦粒喷动流化床带X的液态渣铁以及沿炉墙缓慢下流的高粘度蠕动渣铁，在此处被快速升温和还原，并彻底熔化，平均还原度达90%左右，提高了熔池的高温热收入，并节省了熔池的直接还原总量，提高了熔池的热稳定性，渣层U平均温度稳定在1550～1650℃，铁水层T平均温度稳定在1430～1550℃，炉底通过冷却，使碳砖表面温度稳定在1050℃，以防碳砖的侵蚀。熔池各种反应产生的煤气、炉缸煤粉喷枪载气与煤粉裂解物质、以及第一风口的燃烧产物，为焦粒喷动流化床带X提供了充足的流化和喷动介质，保证了该六相高温喷动流化床（气相、液态铁相、液态渣相、泡沫渣相、固相焦粒以及微量固相矿块）的活跃状态，提高了透气性和透液性，并使焦粒喷动流化床带主体床层平均温度稳定在1650～1800℃。

块煤密封加料口69的轴线与水平面夹角在0°~43°；为提高本熔融还原炉的高温区热稳定性，由块煤密封加料口69加入3～50mm块煤，连续入炉的块煤在炉腹64墙体上，形成了数目与块煤密封加料口69相等的局部块煤移动床区Y，在缓慢下移过程中，吸收二次燃烧带辐射热和炉缸煤气热量，升温干馏焦化变成焦粒，进入焦粒喷动流化床带X，与第一风口68的1200℃高温富氧热风或常温纯氧发生剧烈的一次燃烧。

第二风口70的轴线与水平面夹角在0°~45°之间，第二风口70与炉墙内型相交形成交点，第二风口70轴线在所述交点所在的炉墙横截面形成投影线，所述投影线与交点处的炉墙横截面半径的夹角在0~50°，以便在炉身65下部形成螺旋二次燃烧带。

如此布置的第二风口70就与该处炉型内径的10～50%为直径的虚拟圆顺时针相切，以形成顺时针螺旋气流流场（逆时针也可），由此喷入1200℃高温富氧≥30%热风或常温纯氧，所进行的熔池煤气的二次燃烧焦点温度高达2200℃左右，为熔池提供了强大的高温热量。同时穿过此区域的高还原度的矿石团粒，将大部分完成熔化，并进一步粘结聚合成更大的液滴(5mm左右)，预热至1550℃左右，此区域内矿石的还原和再氧化并存，由于氧化区域较小，整体矿石平均还原度还稍有增加，达80%左右。二次燃烧带Z的高CO₂煤气，完成矿石团粒预热后，平均温度仍高达1800℃左右，这些高温热量正适合用于煤气重整。

有机物喷枪71的轴线与水平面夹角在0°~45°之间，有机物喷枪71与炉墙内型相交形成交点，有机物喷枪71轴线在所述交点所在的炉墙横截面形成投影线，所述投影线与交点处的炉墙横截面半径的夹角在0~50°，以便在炉身65下部形成螺旋煤气重整带J。如此布置的有机物喷枪71就与该处炉型内径的10～50%为直径的虚拟圆顺时针相切，形成顺时针螺旋气流流场（逆时针也可），在此喷入氢气、焦炉煤气、天然气、0～6mm的生物质或煤粉或有机物垃圾等有机物，增加富氢甚至纯氢还原剂，利用煤的挥发分和碳粒或其它有机物完成煤气的重整，为后续的流化床还原提供了良好的高还原势的高温煤气，避免了煤气热价值的降低和热量损失，同时穿过此区域的高还原度的矿石团粒(4mm左右)，相当一部分将完成熔化和进一步粘结聚合，平均还原度也进一步提高至75%左右。

在炉身65中上部，重整后的煤气进入高温还原带K，自上均匀飘落而下的矿粉团粒在高温还原带K被继续还原和加热，使矿粉团粒平均温度达到950℃左右，细矿粉继续粘接聚合，平均粒度达到3mm左右，并达到软化状态，平均还原度达到70%左右。

随着煤气平均温度的降低，炉身65墙体上密集设置三排以上智能炉墙结厚控制装置72，以控制炉墙的结厚和结瘤。

高温还原带K上方设计了调温带N，调温带N所在的预还原段炉体侧墙75下部设置了多层冷循环煤气分布管37，通入本工艺自产的冷循环煤气，在调温带N下部先将高温煤气H降温到800℃~900℃；在调温带N中部由补热煤气导出管36引出补热煤气B至大速差搅拌喷动流化床组内；在调温带上部再通入冷循环煤气，将煤气平均温度调整到700~850℃，以适应布置于上方的预还原大速差搅拌喷动流化床的煤气温度要求。在调温带N矿粉团粒M的平均温度提高了30℃~80℃，平均还原度提升了3%左右，矿粉团粒的平均粒度由于粘结团聚，而稍有变大。

在焦粒喷动流化床带以上的熔融还原炉内，在垂直运动速度分量上，矿粉团粒或液滴与炉体的相对速度和方向约等于终端沉降速度与气流速度之差，其气流速度（相对于炉体）稍低于快速流化床，而高于湍流流化床，属于稀相流化床的一种，而气流又是螺旋旋转流场（各种喷枪射流都具有一定的同切向的角度，都为顺时针或逆时针螺旋流场均可），这种流化状态下，部分小粒度矿粉团粒或小液滴会被气流裹挟向上运动，部分还会通过碰撞而粘结长大；而大粒度矿粉团粒或大液滴则会向下运动，是一种较理想的逆流传热和逆流反应过程，有利于提高能量利用率。更重要的是矿粉团粒的软化和熔化过程是在高温螺旋气流流场的稀相流化床中完成，没有增加气流阻力，彻底消除了高炉软熔带（移动床）的负作用。本发明的核心理论创新点之一是利用矿粉的粘结现象，促使矿粉粘结成团粒和团粒的长大，并辅助以适当的原始矿粉粗颗粒（1～8mm）比例，才允许气流速度的提高和维持优化的飘落时间，才能达到较高的有效容积利用系数。

工作原理或过程：

正常工作时，提拉缸1处于收缩状态，提拉管轴803和定高管轴807的从动齿轮804与主动齿轮806啮合；在第一驱动机构4和第二驱动机构5的带动下，提拉管轴803和定高管轴807均转动起来，而A类管轴801和B类管轴802产生相反方向的转动，带动连接其上的各部件也产生相对运动。

0～8mm的矿粉A（包括石灰和轻烧白云石等溶剂）由矿粉入料口106进入顶部的大速差流化床10内，按***均还原度，最终落在排料槽内，扬料板19转动将排料槽内的矿粉环向搅动起来，经排料槽侧壁21上沿流出，进入下一级，俗称第二级的大差速流化床10内。

矿粉在第二级、第三级、……,直至底部最后一级大速差流化床10内的运动和传质传热反应,也与此一致,只是对应部位的气流速度逐级升高，最后海绵铁团粒M直接排入熔融还原炉中。

来自下方流化床熔融还原炉体重整后高温高还原势的热煤气H，从最下部的调温带炉体32进入，先通过下方的冷循环煤气分布管37，兑入部分冷循环煤气C，进行初步温度调节，并通过补热煤气导出管36引出部分较热的补热煤气B，再通过补热煤气管34和补热煤气阀35，为上方的各级流化床补热，以维持各级流化床的适宜工作温度；再通过上方的冷循环煤气分布管37，又兑入部分冷循环煤气C，进行精确温度调节，以保证达到最下部的大速差流化床10对还原煤气温度的要求。

该还原煤气由下部的进气机构进入最下部的大速差流化床10内，具体为：还原煤气由经排料槽侧壁21与密封炉壁31的间隙向上流动，穿过炉底吊挂固定架14，经进气口固定锥段12与进气口筒阀11之间的缝隙，再穿过进气口筒阀传力架1101，流入大速差流化床10的下圆柱段105炉体内，还原煤气再穿过各层锥环形导流板103的排料孔1032、第二通气孔1034和第一通气孔1033，一路上升，做为喷动流化介质，保持了各部位的良好喷动流化状态，特别是下部高流速区，防止了较大的矿粉颗粒或矿粉粘结团的失流；在上升过程中还原煤气与矿粉发生传质传热和还原反应，反应后的煤气，经补热煤气管34和补热煤气阀35兑入部分较热的煤气，再按同样的路径进入上一级大速差流化床10中，……，直至尾气G由顶部的大速差流化床10的尾气排出口107排出炉外，进入炉顶煤气处理***中。如此大幅度提高了大速差流化床10中下部的气流速度和气流对物料的拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉团粒之间和矿粉团粒与器壁之间的粘性力，就防止了失流的发生。

计划停炉或突然事故停炉时，提拉缸1的伸缩缸伸出，提拉架2下沉带动，每一级大速差流化床10的提拉管轴803均向下运动，提拉管轴803上固接的部件（进气口筒阀11、排料筒阀17等）均跟随提拉管轴803向下运动，进气口筒阀11下沿与进气口固定锥段12紧密贴合，进气口筒阀11上沿与下圆柱段105下沿外壁贴合，防止大速差流化床内流化物料瞬间喷出，造成炉凉；同时排料筒阀17也一起同理关闭；这样各级大速差流化床10内的流化物料均保留在各自炉体内，停炉后，全部提拉管轴803和定高管轴807，还应慢速转动，以防矿粉粘结团过分长大和硬化，为下次投运创造良好条件。

在炉顶，冷循环煤气C通过炉顶冷循环煤气入口阀301，充入密封箱3内，起到冷却和保压作用，同时该冷循环煤气C穿过各轴承底下的缝隙，再沿管轴族8的各管轴之间的间隙下行，进入各大速差流化床10的料层中，既对各管轴进行了冷却，又防止了物料倒灌进入各管轴之间的间隙，而造成的摩擦、磨损。

利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，按如下步骤进行：

S1、将粒度为0~3mm煤粉在载气作用下给入炉缸底部，射流直达铁水层T，在炉缸中心搅拌起渣铁涌泉区V，必要时可配入少量除尘灰或矿粉，以控制熔池的氧势，促进脱磷或防止TiO₂过还原。煤粉中还可配入甚至完全替代为氢气、焦炉煤气、天然气、生物质或有机物垃圾等有机物，增加富氢甚至纯氢还原剂

S2、将粒度为3~50mm块煤由炉身底部给入，块煤的加入量为150~600kg/吨铁，块煤沿炉腹墙体下滑，形成局部块煤移动床区Y，块煤沿炉腹墙体缓慢下移的过程中，吸收二次燃烧带辐射热和炉缸煤气热量升温至1000℃左右，发生干馏焦化，进入焦粒喷动流化床带X，焦粒喷动流化床带X主体床层平均温度稳定在1650~1800℃。

S3、在炉缸中部给入高温富氧热风（平均温度为1200℃，氧含量≥30%）或常温纯氧，高温富氧热风或常温纯氧与S2块煤焦化后的焦粒发生剧烈的一次燃烧反应，一次燃烧带W的焦点温度超过2100℃，并紧靠渣铁涌泉区V和渣层U表面，为熔池提供充足的热量。

未融化的渣铁、已融化的液态渣铁以及沿炉墙缓慢下流的高粘度蠕动渣铁自上进入焦粒喷动流化床带X，并被快速升温和还原，并彻底熔化。

S4、在二次燃烧带Z切向喷入高温富氧热风或常温纯氧，向上流动的部分煤气发生螺旋二次燃烧，二次燃烧焦点温度在2200℃以上；穿过二次燃烧带Z的矿石团粒，将大部分完成熔化，并粘结聚合成粒径5mm左右的液滴，预热至1550℃±30℃。

S5、进入煤气重整带J的煤气初始平均温度在1800℃政±100℃，在煤气重整带J上方切向喷入氢气、焦炉煤气、天然气、0～6mm的生物质或煤粉或有机物垃圾等有机物，增加富氢甚至纯氢还原剂，利用煤的挥发分和碳粒或其他有机物完成煤气重整，得到CO₂含量0.3%~1%、平均温度1100℃~1200℃的煤气；穿过煤气重整带J、平均粒度4mm±2mm的矿石团粒的一部分完成熔化和粘结聚合，预热至1100℃~1200℃。

S6、重整后的煤气进入高温还原带K，自上飘落而下的矿粉团粒在高温还原带K被继续还原和加热，使矿粉团粒平均温度达到950℃±100℃，矿粉团粒平均粒度在3mm±2mm；煤气平均温度降低至980~1050℃，煤气中CO₂含量增加至2~5%。

S7、S6完成后的煤气进入调温带N，在调温带N下部通入冷循环煤气C，先将煤气平均温度调整到800~900℃；在调温带N中部由补热煤气导出管36引出补热煤气B至大速差搅拌喷动流化床组内；在调温带N上部再通入冷循环煤气C，将煤气平均温度调整到700~850℃，由大速差搅拌喷动流化床组排出的矿粉团粒在调温带N提高了30℃~80℃；而多数粒度在0.5mm以上的矿粉进入高温还原带，剩余矿粉则被气流夹带返回大速差搅拌喷动流化床组中。

S8、将干燥的0~8mm矿粉A（含溶剂），给入大速差搅拌喷动流化床组中，矿粉和溶剂在大速差搅拌喷动流化床组内混合还原，大速差搅拌喷动流化床组具有分级、搅拌、剐蹭功能，使粘结后的矿粉团仍然在下部高流速区保持良好流化状态，避免了粘结失流，并利用粘结效应所产生的3mm±2mm的矿粉团与原始粗颗粒矿粉一起直接排到调温带N，而平均还原度低于40%的、没有粘结的细（0~0.5mm）矿粉则保留在大速差搅拌喷动流化床组中上部，继续还原和粘结。

当矿粉为红土镍矿、各种含铁固废、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿、赤泥、磁铁矿物料时，S8中还包括S8-1、所有大速差搅拌喷动流化床组的每组大速差搅拌喷动流化床中的第一级大速差搅拌喷动流化床改为第一级氧化焙烧流化床，第一级氧化焙烧流化床与下面的第二级还原焙烧流化床连接位置增加一排烧嘴,将烧嘴产生的燃烧废气与下方的炉顶煤气进行隔离，炉顶煤气单独排出炉外；其余第二级、第三级、…、第n级大速差搅拌喷动流化床仍然为还原焙烧流化床；将干燥的0~8mm物料和溶剂，首先给入氧化焙烧流化床中，进行预氧化焙烧，之后排入第二级还原焙烧流化床进行还原焙烧。

进一步的，渣层U平均温度稳定在1550~1650℃，铁水层平均温度稳定在1430~1550℃，流化床熔融还原炉体的炉缸63和炉底62的碳砖内表面温度稳定在1050℃，以防碳砖的侵蚀。

本发明的优点在于：

（1）预还原段炉体的大速差搅拌喷动流化床，布置于流化床熔融还原炉体之上，并与之同体串联。采用了特种的上扩张型床型，其每级流化床下部的气流速度是上部的3～20倍，其下部床体区域设计运行状态为亚快速流化床区域，其下的区域（炉底）却设计为移动床强制搅拌排料区，流化床的中下部主要区域设计为湍流流化床区域，边沿环带及上部为鼓泡流化床区域，在如此的床型和内部构件条件下，粘结效应就发挥了正向作用：大粘结团（其还原度一般高于没有粘结的矿粉）和大颗粒逐渐富集于炉身下部的炉料之中，该粒度分级功能，适应或允许了该区域的高气流速度状态，大幅度增加了该区域的气流拽力，由此保证了该区域的良好流化状态，并使大粘结团和大颗粒逐渐富集沉降储备于炉底的移动床强制搅拌排料区，在此按一定排料速度，在持续强制搅拌状态下，将它们排到流速更高的下一级流化床中，避免了本级流化床的失流问题，还节省了还原气体的用量，而每级流化床都有一个设计的、可维持正常流化运行的矿粉团尺寸范围，超出该尺寸的矿粉团将被破碎或排料。

（2）普通的每一级流化床的物料接近全混、气固温差也相当小，这与移动床的逆流传热和逆流反应具有较大的劣势，被迫采用多级流化床来弥补。本发明在大速差搅拌喷动流化床内又设置了多层可旋转的锥环形导流板103，分别连接在所对应的管轴上，在其上还设计了与其上表面形状配合的刮刀104（连接在其上的另一根管轴上，相邻两根管轴的旋转方向相反，旋转速度可调）。锥环形导流板103还与对应的边框桨（即边框式搅拌器）相连，在所连接的管轴的带动下，就使各锥环形导流板与对应的刮刀、各边框桨与对应的炉墙，实现了相对运动，从而完成了对全部大速差流化床炉体内壁和锥环形导流板上表面的剐蹭清理和粘结块的破碎。该锥环形导流板的设计思想是：在每环脊形构件的底部，设有排料孔1032以便炉料（包括大颗粒矿粉和粘结团），在刮刀的推送下，通过这些排料孔1032落到床层下方，或在此被部分破碎，从而完成对料流的二次分布。锥环形导流板其它部位开有尺寸较小的通气孔1033，通过开孔尺寸和开孔方向的变化完成对气流的二次分布，总体上该锥环形导流板103的开孔尺寸和开孔率远大于常规气体分布板，压差较小，具有下料和防止堵塞的功能，其气体分布功能则稍逊于常规分布板。

由于该处气孔内流速突然提高，而锥环形导流板103的下方却存在着一个气流改向空间，通过每层锥环形导流板103向下走的物料数量，远大于向上走的物料，大多数物料被限制在两层锥环形导流板103之间的空间内，减少了上下两层物料的混合，相当于增加了流化床的级数（亚级），在反应工程学上更加接近逆流传热和反应。同时，锥环形导流板103对应的部位，其流化床内壁允许采用较小的炉身角，以便快速扩大炉体横截面积，减少炉体总高度，减少料面气速和夹带量，并节省处理单位数量的物料所需的气体总量。

每级流化床的锥环形导流板103可以设计一至两层，甚至多层。相邻两层锥环形导流板103之间的床层，属于大速差上扩张型搅拌喷动流化床，且喷口（多个）的射流均随管轴的旋转而运动，这种动态射流作用强于气泡作用，强化了乳化相中的煤气更换速度和还原速度，大幅度增强了气流对物料的拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉团粒之间和矿粉团粒与器壁之间的粘性力，就防止了失流的发生。同时，矿粉还原过程中的粘结现象，使矿粉团粒逐渐长大，就允许和适应了气流速度的进一步提高，而矿粉团粒内部，还是多孔的松散结构，具有极好的还原动力学条件，由此使本装置在提高运行稳定性和可靠性的同时，还提高了有效容积利用系数。

（3）每级亚快速流化床区域的下部设有旋转的进气机构，进气口固定锥段12连接于炉底吊挂固定架14上，并通过该架固定于炉体上，每级流化床的炉底吊挂固定架14的数量为3套以上，以承受炉料的重量和实现炉底各固定件的定位。进气口刮刀13连接于进气口筒阀11外侧，并与该处的高速段边框桨1051一起连接于对应的管轴上，在其带动下完成对应部位的剐蹭清理和粘结块的破碎；并且当计划停炉或事故停炉时，在该管轴带动下，进气口筒阀11瞬间完成下沉，关闭该旋转进气环口，以防床内流化物料沿旋转进气环口喷出，造成炉凉。

（4）每级流化床的炉底均设有一个移动床强制搅拌排料机构，其原理类似于公知煤气发生炉的水封排灰***，其中炉底活动密封盘22宽松地套在对应的管轴外，并悬浮置于炉底固定排料槽底板20之上，以防该处大漏料或挤料对管轴的磨损。炉底固定排料槽底板20连接于炉底固定排料槽侧壁21之下，再连接到炉底吊挂固定架14上，以实现与炉体的固定和定位，炉底固定排料槽侧壁21可为直筒形或圆锥形；其中的移动床段炉体15连接于进气口固定锥段12之下，也连接到相同的炉底吊挂固定架14上，以实现与炉体的固定和定位。炉底扬料板19连接于炉底排料筒阀17的外侧，并与炉底固定排料槽侧壁21相配合，完成炉料的提升和排料。内刮刀定心套管23宽松地套在该处的管轴上，其外连接有内刮刀传力架24、排料内刮刀25、移动床段边框桨16，并固定为一个刚性***，该内刮刀定心套管23对应排料筒阀传力架18的部位开有竖向豁口，可使本刚性***插到排料筒阀传力架18之下的炉底固定排料槽底板20之上，并在排料筒阀传力架18的拨动下，进行旋转运动，并与炉底扬料板19一起，完成物料的强制搅拌和定量排料工作，同时防止了沉降储备于此区域的大粘结团和大颗粒（仍含有少量矿粉）继续粘结在一起。当计划停炉或事故停炉时，该竖向豁口允许炉底扬料板19、炉底排料筒阀17和排料筒阀传力架18，在所对应的管轴带动下，完成下沉，关闭该炉底排料筒阀17，以防床内流化物料喷出，造成炉凉。

（5）本发明的密封箱3通过密封箱底板支撑于炉体固定支架6之上，在炉顶密封箱3内，管轴族8中的每根管轴连接着一套回转轴承和一个从动齿轮804，并设置一个主动齿轮806为其提供旋转动力；其中每级大速差流化床的移动床强制搅拌排料机构和进气机构所连接的管轴，其回转轴承的支点设计用垫铁支撑在提拉架2上，当停炉或非计划停炉时，提拉缸1与提拉架2一起带动该管轴向下运动一个距离（20～100mm），以此关闭进气口筒阀11和炉底排料筒阀17，从而防止炉内物料瞬间喷入炉底造成炉凉；而在恢复生产时，提拉缸1再提拉它们回到正常工作运行位置。而其它的管轴的回转轴承的支点，则用垫铁支撑在固定支撑架7、或密封箱3的底板、或其下方的从动齿轮804上，因此只做旋转运动，而不做上下运动；固定支撑架7直接联接在密封箱3底板之上。

（6）本发明的多组多级大速差搅拌喷动流化床，配合熔融还原工艺时，布置于熔融还原炉体内的上方，并直接利用重整后的高温，高还原势煤气（约1100℃～1200℃，CO₂0.5%左右），穿过高温还原带K后，煤气平均温度则降为980℃ ～1050℃，进入调温带N，在此先通过下冷循环煤气分布管37，兑入部分冷循环煤气 ，把煤气平均温度稳定到800℃ ～900℃，并在此设立补热煤气导出管36，用所导出的补热煤气B为上部的第二级大速差流化床10和第一级大速差流化床10进行补热，以保证它们在较理想的工作温度范围内运行，也避免了FINEX工艺为提高此处的煤气温度不得不引入氧气进行部分煤气燃烧的作法。再向上一个位置，又布置了上冷循环煤气分布管37，以便把煤气平均温度精确控制在第三级流化床10所需要的状态下（约700℃～850℃），一旦矿粉粘结过分严重，则适当调低此温度。而预还原后的海绵铁颗粒或粘结团M，从第三级流化床10排料机构排出后，直接穿过本区域，落到下面温度更高的熔融还原炉内。从而完成最终的融化与还原。

（7）在调温带N矿粉团粒的平均温度提高了30℃~80℃，平均还原度提高了3%左右，矿粉团粒的平均粒度由于粘结团聚，而稍有变大。

（8）流化床熔融还原炉的各段炉身和炉底采用高炉已成熟的炉墙和冷却壁；而渣层、铁口至一排风口附近，则采用紫铜复合高强度水冷冷却壁和含锆、铬质高密度耐材；软水密闭循环冷却，以使炉墙寿命大于10年。

（9）自上而下飘落的矿粉团粒M在调温带N平均还原度为63%左右，高温还原带K平均还原度达到70%左右，煤气重整带J平均还原度提高至75%左右，在二次燃烧带Z平均还原度再次提高至80%左右，在焦粒喷动流化床带X平均还原度提升至90%左右，大大提到了物料还原度，节省了熔池还原反应吸热量。

富氧高温风或纯氧熔融还原炉内上部并联布有多组大速差搅拌喷动流化床组，直接用高温重整后的煤气兑入部分冷循环煤气做还原气；每组包括串联的三级或多级流化床10；每一级流化床,由上扩张形炉身102、管轴族8、多层锥环形导流板103、边框桨、导流板刮刀104、进气机构和排料机构等组成。锥环形导流板103相当于低阻损分布板，增加了大速差流化床的亚级数量，更接近于逆流工艺过程；本装置中、下部的气速很高，粘结块仍可良好流化，并被直接排入熔融还原炉，利用此粘结效应，并增加富氢甚至纯氢还原剂，提高了预热、预还原效果，改善了能量利用率和工艺运行稳定性。

对于红土镍矿、各种含铁固废、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿、赤泥、磁铁矿等，或含有较多物理水、结晶水、氢氧化物、碳酸盐等物料的流化床焙烧工艺，由于它们在中低温区具有较大吸热反应或矿粒内部结构过分致密、还原速度过慢，本发明每组大速差搅拌喷动流化床的炉顶第一级大速差搅拌喷动流化床可改为氧化焙烧流化床，只需增加一排烧嘴,并将此燃烧废气与下方的炉顶煤气进行隔离，并分开排出炉外即可;其余第二级、第三级、…、第n级大速差搅拌喷动流化床仍然为还原焙烧流化床,以及熔融还原炉与本发明上述内容完全一致，不再赘述。

本文所述的所有生产参数，特别是所述的“左右”指的是比较常规或优化的原燃料条件和生产条件的状态下其波动范围在±10%，当原燃料条件和生产条件比较特殊时，其波动范围将变大，甚至应该人为重新优化这些参数及其波动范围，才能达到较好的生产效果。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的优选实施例，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，包括预还原段炉体和流化床熔融还原炉体，其特征在于，预还原段炉体下端与流化床熔融还原炉体上端连通；

预还原段炉体内设置有铁矿流化床，铁矿流化床包括一组以上并联的大速差搅拌喷动流化床组，其中位于中间的大速差搅拌喷动流化床组顶部高于两侧的大速差搅拌喷动流化床组的顶部，并且并联的大速差搅拌喷动流化床组的顶部均连通；

预还原段炉体下部设置有调温带炉体，调温带处横贯有两层以上的冷循环煤气分布管；调温带中部设置有补热煤气导出管，补热煤气导出管连接有补热煤气阀，补热煤气阀与大速差搅拌喷动流化床组连通，并通过补热煤气阀为各级大速差流化床补充补热煤气；

流化床熔融还原炉体包括炉身、炉腹、炉缸和炉底，炉身下端与炉腹上端连接，炉腹的下端与炉缸连接，炉缸的下端与炉底连接。

2.根据权利要求1所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，其特征在于，还包括炉体固定支架，大速差搅拌喷动流化床组包括动力机构和上下串联的一级以上的大速差搅拌喷动流化床，简称大速差流化床，每级大速差流化床下部的气流速度是上部的3～20倍，增强了流化床中下部的气流拽力；动力机构设置在炉体固定支架上；动力机构包括提拉缸、提拉架、固定支撑架、两套以上的驱动机构、传动齿轮轴、密封箱、管轴族、以及分别连接在管轴族上的各种边框桨、刮刀和多层锥环形导流板，管轴族插装在上下串联的大速差流化床中，以分别带动各种边框桨、刮刀和多层锥环形导流板同步转动；通过增强了的气流对物料的拽力，再叠加上各种边框桨、刮刀和锥环形导流板旋转运动的机械搅拌力和剐蹭破碎力，使之大于矿粉粘结团或矿粉颗粒之间、以及矿粉与器壁之间的粘性力，由此保证了粘结团和大颗粒矿粉在大速差流化床中下部的良好流化状态，避免了粘结失流。

3.根据权利要求2所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，其特征在于，大速差搅拌喷动流化床组还包括进气机构和排料机构，每个大速差流化床下方均设置有进气机构和排料机构，位于大速差搅拌喷动流化床组内的管轴族同时与进气机构、排料机构连接，以带动进气机构和排料机构同步升降及转动，所述排料机构，在持续搅拌着的状态下，将大颗粒矿粉和粘结团定量排入下一级流速更高的大速差流化床中，继续保持良好的流化和还原，最终排入熔融还原炉内。

4.根据权利要求1所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，其特征在于，预还原段炉体顶部与炉体固定支架间设置有炉顶悬拱，炉顶悬拱与预还原段炉体侧墙上端连接，预还原段炉体侧墙下端与流化床熔融还原炉体上端连接，该连接点附近设置有炉身悬拱，它们将所有并联的大速差搅拌喷动流化床组包裹在同一炉膛之内。

5.根据权利要求1所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，其特征在于，流化床熔融还原炉体由下至上划分为死铁层、铁水层、渣层、渣铁涌泉区、一次燃烧带、焦粒喷动流化床带、局部块煤移动床区、二次燃烧带、煤气重整带和高温还原带。

6.一种利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一项所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原装置，按如下步骤进行：

S1、将煤粉在载气作用下给入炉缸中下部，射流直达铁水层，在炉缸中心搅拌起渣铁涌泉区，为熔池提供还原剂和铁水补充渗碳；载气为所述还原装置的冷循环煤气或氮气；或煤粉中还配入矿粉或除尘灰，用于调节熔池的氧势，强化脱磷或抑制TiO₂的过还原，避免渣铁变粘；或煤粉中还配入甚至完全替代为氢气、焦炉煤气、天然气、生物质或有机物垃圾类有机物，增加富氢甚至纯氢还原剂；

S2、将块煤由炉身底部给入，块煤沿炉腹墙体下滑，形成局部块煤移动床区，块煤沿炉腹墙体缓慢下移的过程中，吸收二次燃烧带辐射热和炉缸煤气热量升温干馏焦化，进入焦粒喷动流化床带，煤中挥发分进入炉身煤气，提高了煤气的富氢效果；

S3、在炉缸中上部给入高风温富氧热风或常温纯氧，高风温富氧热风或常温纯氧与S2块煤焦化后的焦粒发生剧烈的一次燃烧反应，形成一次燃烧带；

未融化的渣铁、已融化的液态渣铁以及沿炉墙缓慢下流的高粘度蠕动渣铁自上进入焦粒喷动流化床带，并被快速升温和还原，并彻底熔化；

S4、在二次燃烧带切向喷入高风温富氧热风或常温纯氧，与向上流动的部分煤气发生螺旋二次燃烧，穿过二次燃烧带的矿石团粒，将大部分完成熔化，并粘结聚合成粒径5mm±3mm的液滴，预热至1550℃±30℃；

S5、进入煤气重整带的煤气初始平均温度在1800℃±100℃，在煤气重整带下部切向喷入氢气、焦炉煤气、天然气、0～6mm的生物质或煤粉或有机物垃圾类有机物，增加富氢甚至纯氢还原剂，利用煤的挥发分和碳粒或其他有机物完成煤气重整，得到CO₂含量在0.3%~1%、平均温度1100℃~1200℃的煤气；穿过煤气重整带、平均粒度4mm±2mm的矿石团粒的一部分完成熔化和粘结聚合，预热至1100℃±100℃；

S6、重整后的煤气进入高温还原带，自上飘落而下的矿粉团粒在高温还原带被继续还原和加热，使矿粉团粒平均温度达到950℃±100℃，矿粉团粒平均粒度在3mm±2mm；煤气平均温度降低至980~1050℃，煤气中CO₂含量增加至2~5%；

S7、S6完成后的煤气进入调温带，在调温带下部通入冷循环煤气，先将煤气平均温度调整到800~900℃；在调温带中部由补热煤气导出管引出补热煤气至大速差搅拌喷动流化床组内；在调温带上部再通入冷循环煤气，将煤气平均温度调整到700~850℃，由大速差搅拌喷动流化床组排出的矿粉团粒平均温度在调温带提高了30℃~80℃；而粒度在0.5mm以上的矿粉进入高温还原带，剩余矿粉则被气流夹带返回大速差搅拌喷动流化床组中；

S8、将干燥的0~8mm矿粉和溶剂，给入大速差搅拌喷动流化床组中，矿粉和溶剂在大速差搅拌喷动流化床组内混合还原，大速差搅拌喷动流化床组具有分级、搅拌、剐蹭破碎功能，使粘结后的矿粉团仍然在下部高流速区保持良好流化状态，避免了粘结失流，并利用粘结效应所产生的3mm±2mm的矿粉团与原始粗颗粒矿粉一起直接排到调温带，而平均还原度低于40%的、没有粘结的细矿粉则保留在大速差搅拌喷动流化床组中上部，继续还原和粘结。

7.根据权利要求6所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，其特征在于，煤粉的粒度为0~3mm，块煤的粒度为3~50mm，块煤的加入量为150~600kg/吨铁。

8.根据权利要求6所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，其特征在于，S2块煤升温达到1000℃±100℃，发生干馏焦化；焦粒喷动流化床带主体床层平均温度稳定在1650~1800℃。

9.根据权利要求6所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，其特征在于，S3中高温富氧热风的平均温度为1200℃、氧含量≥30%，一次燃烧焦点温度超过2100℃，并紧靠渣铁涌泉区和渣层表面。

10.根据权利要求9所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，其特征在于，渣层平均温度稳定在1550~1650℃，铁水层平均温度稳定在1430~1550℃，流化床熔融还原炉体的炉缸和炉底的碳砖内表面温度稳定在1050℃。

11.根据权利要求6所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，其特征在于，二次燃烧焦点温度在2200℃以上。

12.根据权利要求6所述的利用粘结效应的铁矿流化床熔融还原方法，其特征在于，当矿粉为红土镍矿、各种含铁固废、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿、赤泥、磁铁矿物料时，S8中还包括S8-1、所有大速差搅拌喷动流化床组的每组大速差搅拌喷动流化床中的第一级大速差搅拌喷动流化床改为第一级氧化焙烧流化床，第一级氧化焙烧流化床与下面的第二级还原焙烧流化床连接位置增加一排烧嘴,将烧嘴产生的燃烧废气与下方的炉顶煤气进行隔离，炉顶煤气单独排出炉外；其余第二级、第三级、…、第n级大速差搅拌喷动流化床仍然为还原焙烧流化床；

将干燥的0~8mm物料和溶剂，首先给入氧化焙烧流化床中，进行预氧化焙烧，之后排入第二级还原焙烧流化床进行还原焙烧。

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