用于铁矿石的流化床型还原设备及用此设备还原铁矿石的方法

摘要

三阶段流化床型还原设备及用其还原程度范围宽的细铁矿石的方法。该设备包括系列布置的带有与其相连的第一旋风除尘器的干燥/预热炉，带有与其相连的第二旋风除尘器的初级预还原炉、在沸腾流化态下仅终还原预还原过的铁矿石中的粗矿石部分，同时转移该铁矿石中的中等/细矿石部分的二级高气体速度还原炉、终还原该中等/细矿石，形成其沸腾流化床的二级低气体速度还原炉，装在此二级低气体速度还原炉中的内部旋风除尘器及捕获未被内部旋风除尘器捕到的粉矿的第三旋风除尘器。

说明书

本发明涉及在生产生铁或工业纯铁的工艺过程中还原细铁矿石的流化床型还原设备，及用这种设备还原细铁矿石的方法，而尤其是涉及能以稳定的流化态有效地还原尺寸范围很宽的细铁矿石的设备，及用此设备还原细铁矿石的方法。

一般说来，常规的自还原的矿石生产生铁的方法包括用高炉的方法和用竖炉的方法。按后一方法，在竖炉还原的铁矿石中于电炉中熔炼。

在以高炉生产生铁的方法的情况下，将大量焦炭用作热源和还原剂。按此法，为改善透气性和还原，将铁矿石以烧结矿的形式加入。

因此，用高炉的常规方法需要生产焦化的煤的焦炉及生产烧结矿的设备。为此，将用高炉的方法是一种要求大量投资和高能耗的方法。由于高质量的炼焦煤在世界上分布不均，而且其储量正在减少，因而在对钢的需求增加时此缺点就变得严重了。另一方面，用竖炉还原铁的方法需要使铁矿石球团化的预处理步骤。由于此法还用天然气作热源和还原剂，所以其缺点是，它仅能在保证容易地供应天然气的地区作商业性实施。

最近，用非焦煤代替焦炭自铁矿石生产生铁的熔融还原法，作为一种新的生产铁的方法，一直引人瞩目。这种熔融还原法一般将用这样的体系：其中在另一炉中预还原的铁矿石在熔化炉中被完全还原，从而产生热金属。

在此还原炉中，铁矿石在其熔化前以固相被还原。换言之，加于此还原炉中铁矿石被还原，而同时与产于该熔化炉中的还原气体接触。

用于此法的还原过程被分为两类：移动床类型和流化床类型，这取决于铁矿石与还原气体如何接触的条件。已知的是，还原尺寸分布很宽的细铁矿石的最有前途的方法之一是流化床类型的工艺，其中矿石被经分配器供应的还原气体于流化态下还原，该分配器是装在此还原炉的下部的。

此流化床类型的还原炉的一个例子公开于公开号为平-1-114653的日本实用新案中，而且其结构被图解于图1中。如图1中所示，该炉包括一园柱状炉体1，细铁矿石于其中还原。该园柱状炉体1设有矿石入口2，还原气体入口3，还原矿石出口4及废气出口5。

在此流化床类型的炉中，首先经矿石入口2将细铁矿石加于园柱形炉体1中。当还原气体经气体分配器6以适当的流量供于该炉中时，铁矿石就在该分配器上形成流化床，从而其可与还原气体混合及被其搅动，在此状态下，铁矿石可被还原气体还原。供于该还原炉中的还原气体，就象流体沸腾一样而在铁矿石层中形成气泡，而后穿过此颗粒层上升，借此形成沸腾流化床。被还原的铁矿石经矿石出口4自此炉中排出，然后送入熔融汽化器。

对于这种流化床型还原设备而言，它需要将还原气体的流量减至最小，同时形成有效的流化床，从而不仅减少了铁矿石的场所，而且还提高还原气体的效率。因此，应将铁矿石的粒度严格限于某种范围内。换言之，对形成有效流化床所需的还原气体流量强烈地取决于欲被还原的铁矿石粒度。结果，处理粒度范围很宽的铁矿石是不可能的。因此，欲加入上述流化床型炉中的矿石的粒度一般被限于1mm或更小。但作为炼铁工业原料被提供的铁矿石，至少50％的粒度大于1mm。

因此，在这种流化床型还原炉中，铁矿石在使用前按其粒度筛分，而较大粒度的矿石或在被粉碎到所需尺寸后加入此还原炉，或者按加入有上述缺点的竖炉中。结果，由于工艺步骤数目的增加而提高了设备投资。

本发明人基于其研究和实验的结果推荐本发明，该发明可解决在常规方法中所遇到的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种三阶段的流化床型还原设备，它包括一个用于干燥和预热铁矿石的单型的干燥/预热炉、一个用于细铁矿石预还原的单型初级还原炉、及用于铁矿石终还原的双型终还原炉，借此所以稳定的流化态有效地还原粒度范围很宽的铁矿石，将气体在其流化床型还原炉中的使用流量减至最小，减少还原铁的滞留时间，提高还原铁的产率，以提供用此设备还原细铁矿石的最优方法。

本发明的另一目的在于提供一种流化床型还原设备，它包括用于干燥和预热铁矿石的干燥/预热炉和初步和最终还原此铁矿石的双型还原炉，借此能以稳定的流化态有效地还原粒度范围宽的细铁矿石，不管铁矿石的粒度如何都达到均匀还原，及改善还原率，气体使用流量和气体消耗率，以及提供用此设备的最佳还原细铁矿石的方法。

一方面，本发明提供了一种还原粒度分布宽的细铁矿石的流化床型还原设备，它包括干燥和预热供自料仓的铁矿石的干燥/预热炉；捕获含于来自该干燥/预热炉的废气中的粉状铁矿石的第一旋风除尘器；在沸腾流化态下预还原经干燥/预热的铁矿石和被第一旋风除尘器捕获的铁矿石粉尘的初级还原炉；捕获含于来自此初级还原炉的废气中的铁矿石粉尘的第二旋风除尘器；在沸腾流化态下仅终还原此预还原铁矿石中的粗矿部分而同时淘析该铁矿石的中等/细矿部分的第二级高气体速度还原炉；终还原自该二级高气体速度还原炉被分出的中等/细矿石，而同时形成其沸腾流化床的二级低气体流速还原炉；及捕获含于来自二级低气体速度矿石还原炉的废气中矿粉的第三旋风除尘器。

另一方面，本发明提供一种还原粒度分布宽的细铁矿石的流化床型还原设备，它包括：干燥/预热供自料仓的铁矿石的干燥/预热炉；捕获含于来自该干燥/预还原炉的废气中铁矿石粉尘的第一旋风除尘器；以沸腾流化态仅初步还原(预还原)自该干燥/预热炉的经预热矿石中的粗大矿石部分，而同时分出该经预热的铁矿石中的中等/细矿部分的初级高气体速度还原炉；预还原自该初级高气体速度还原炉被分出的中等/细铁矿石，同时形成其沸腾流化床的初级低气体速度还原炉；捕捉含于来自初级低气体速度还原炉的废气中的铁矿石粉尘的第二旋风除尘器；将在初级高气体速度还原炉中预还原粗大铁矿石终还原，而同时形成其沸腾流化床的第二高气体速度还原炉；终还原在初级高气体速度还原炉中预还原的中等/细铁矿石，而同时形成其沸腾流化床的二级低气体速度还原炉；捕捉含于来自该二级低气体速度还原炉的废气中的铁矿石粉尘的第三旋风除尘器，该第三旋风除尘器将被捕捉的铁矿石粉尘再循环至该二级低气体速度还原炉的下部或熔融气化器的下部；以及捕捉含于来自该二级高气体速度还原炉的废气中的矿石粉尘的第四旋风除尘器。

再一方面，本发明提供一种还原粒度分布宽的细铁矿石的方法，它包括步骤：在干燥/预热炉中将供自料仓的铁矿石干燥和预热；于初级还原炉中将干燥/预热过的铁矿石预还原；在二级高气体速度还原炉中将此经预还原的铁矿石中的粗矿石部分终还原，而同时形成其沸腾流化床；及于二级低气体速度还原炉中将经此预还原的铁矿石中的中等/细矿石部分终还原，而同时形成其沸腾流化床。

又一方面，本发明提供了还原粒度分布很宽的细铁矿石的方法，它包括的步骤为：在于燥/预热炉中将供自料仓的铁矿石干燥和预热；在初级高气体速度还原炉中将经干燥/预热的铁矿石中的粗大矿石部分预还原，同时形成其沸腾流化床；在一初级低气体速度还原炉中将该经干燥/预热的铁矿石中的中等/细矿石部分预还原；在第二高气体速度还原炉中将该经预还原的粗矿石终还原，同时形成其沸腾流化床；在第二低气体速度还原炉中将该经预还原的中等/细铁矿石终还原，同时形成其沸腾流化床。

本发明其它的目的和方面从下列结合附图描述实施方案将变为明嘹，其中：

图1是说明常规的还原铁矿石的流化床型还原炉的示意图；

图2是说明符合本发明的实施方案的用于还原粒度分布宽的细铁矿石的流化床型还原设备的示意图；

图3是说明符合本发明的另实施方案的还原粒度分布宽的细铁矿石的流化床型还原设备的示意图；

图4是说明符合本发明的又一实施方案的，还原粒度分布宽的细铁矿石的流化床型还原设备的示意图；

图5是说明流化床中铁矿石随还原时间降解的曲线；

图6是说明终速度随还原气体压力的变化的曲线，它分别示出不同粒度矿石的初还原(预还原)和终还原；

图7是说明最小流化速度随还原气体压力的变化的曲线，它分别代表不同粒度下的初还原(预还原)和终还原。

在图2中图解说明了一种符合本发明的，还原粒度分布宽的细铁矿石的流化床型还原设备。

如图2中所示，该流化床型还原设备包括一将供自料仓90的铁矿石干燥和预热的干燥/预热炉10，一将来自此干燥/预热炉10的经干燥/预热的铁矿石预还原的初级还原炉20，通过形成其沸腾流化床将于该初级还原炉中预还原过的铁矿石中的粗矿石部分终还原，同时将该铁矿石中的中等/细矿石部分分入第二低气体速度还原炉的二级高气体速度还原炉30，以及将供自该第二高速气体还原炉30的中等/细铁矿石终还原，同时形成其沸腾流化床的二级低气体速度还原炉40。

该干燥/预热炉10有一上大下小的园柱体，其中，其下部的直径小于其上部直径。即，该干燥/预热炉10的炉体包括一个放大的上园柱体部分101、其直径从其中端至其上端平滑增大的中间锥形部分102，和缩小下园柱体部分103。该干燥/预热炉10在其底部设有接受来自初级还原炉20的废气的第一气体入口11。第一气体分配器12设在该干燥/预热还原炉10的下部103，以便将经第一气体入口11供入的废气于该干燥/预热炉中均匀分布。

在干燥/预热炉10的下部103的侧壁还装有用于接收来自料仓90的第一矿石入口15，一个将干燥/预热过的矿石中的粗矿石从干燥/预热炉10中排出的第一粗矿石出口13及将经干燥/预热的铁矿石中的中等/细矿石从该干燥/预热炉中排出的第一中等/细矿石出口14。在上部101的侧壁设有第一废气出口16，以便将废气从干燥/预热炉10排出。

第一矿石入口15借助矿石供应管线91与料仓90相连，从而可经其将铁矿石供入。第一废气出口16借助第一废气管53与第一旋风除尘器50相连。第一粗矿石和中等/细矿石出口13和14借助第一管线17与初级还原炉20相连，以便经其输送铁矿石。第一旋风除尘器50有第一粉矿排出线51及第一经清洁的气体排放线52。第一粉矿排放线51于其一端与第一管线17相连，从而铁矿石可经其输送。

优选地，来源于初级还原炉20的第二清洗过的气体排放管线62的第一吹扫气体管线P1与第一管线17的弯曲部分相连，以便将少量吹扫气体供入第一管线17，借以防止其被于其中输送的铁矿石堵塞。出于同样的目的，另一条与第二清洗过气体排放线62相连的吹扫气体管线(未示)可与第一粉矿排放线51的弯曲部分相连。

与干燥/预热炉10相似，初级还原炉20也有上大下小的园柱状炉体，其中下部直径小于上部直径。即，初还原炉20的炉体包括一放大的上园柱体部分201、一个直径从其下端至其上端平滑增大的锥形部分202，及一缩小的下园柱体部分203。在初还原炉20底部设有接收来自一级低气体速度还原炉40的废气的第二气体入口21。第二气体分配器22装在初还原炉20的下部203，以便在初还原炉20中均匀分布经第二气体入口21供入的废气。

在初还原炉20的下部203的侧壁还装有接收来自干燥/预热炉10的铁矿石的第二矿石入口25，排放来自初还原炉20的预还原过的铁矿的粗矿石部分的第二粗矿石出口23及排放来自初还原炉20的经预还原的铁矿石的中等/细矿石部分的第二中等/细矿石出口24。第二废气出口26设在该上部201的侧壁，以便将废气从初还原炉20中排出。

第二矿石入口25经第一循环管线17与干燥/预热炉10相连，以便接收来自干燥/预热炉10的经于燥/预热的矿石。第二废气出口26借助第二废气管63与第二旋风除尘器60相连，以便将废气经其输送。第二粗和中等/细矿石出口23和24借助第二管线27与第二级高气体速度还原炉30相连，从而将铁矿石经其输送。第二粉矿排放管线61的一端与第二旋风除尘器60的底部相连。从第一吹扫气体管线P1分出的第二清洁气体排放管线62以其一端与第二旋风除尘器60的顶部相连。第二粉矿排放线61以其另一端与第二管线27相连。最好是，将来源于二级高气体速度还原炉30的第一还原气体供应管31a的第二吹扫气体管P2与第二粉矿排放线61的弯曲部相连，从而将少量吹扫气体供往此管线61，借此防止管线61被其中所输送的铁矿石阻塞。出于同样的目的，另一与第一还原气体供应管线31a相连的吹扫气体管线(未示)可与第二管线27的弯曲部相连。

第二清洁过的气体排放管线62与干燥/预热炉10的第一气体入口11相连。另一方面，为供应来自初级还原炉20的经预还原的铁矿石，将第二管线27以其一端与二级高气体速度还原炉30的第三矿石入口35相连。

同时，二级高气体速度还原炉30具有一园柱状炉体，在其整个长度上有均匀的直径。在二级高气体速度还原炉30的底部设有接收来自还原气体源(未示)的还原气体的第三气体入口31。第三气体分配器装32在二级高气体速度还原炉30的下部，以便在此二级高气体速度还原炉30中分配经第三气体入口31入的还原气体。在二级高气体速度还原炉30下部的一侧设有接受来自初还原炉20的，与被第三旋风除尘器60捕捉的粉矿一起的经预还原的铁矿石的第三矿石入口35。第三气体入口31与第一还原气体供应管31a相连，该管是与还原气体源(未示)相连的。

二级高气体速度还原炉30还具有向外排出在此二级高气体速度还原炉30中经终还原的铁矿石的粗矿石部分的第三粗矿石出口33，和将来自此二级高气体速度还原炉30的经终还原铁矿石中的中等/细矿石部分和来自此二级高气体速度还原炉30的废气一起排往二级低气体速度还原炉40的第三中等/细矿石出口34。第三粗矿石排放管线33c与第三粗矿石出口33相连。另一方面，第三中等/细矿石出口34经第三中等/细矿石排放管线34a与二级低气体速度还原炉40相连。

二级低气体速度还原炉40有一上大下小的园柱形炉体，其中其下部直径小于其上部直径。即，该二级中等/细矿石还原炉40的炉体包括一放大的上园柱形部分401、其直径自其下端至其上端平滑增大的中间锥形部分402和缩小的下园柱形部分403。在此二级低气体速度还原炉40的底部设有接受来自还原气体源(未示)的还原气体的第四气体入口41。第四气体分配器42装在此二级低气体速度还原炉40的下部403处，以便在二级低气体速度还原炉40中均匀地分配经第四气体入口41供入的还原气体。第四气体入口41与和还原气体源(未示)相通的第二还原气体供应管线41a相连，从而还原气体可经其输送。第二还原气体供应管线41a可与第一还原气体供应管线31a合并。

在二级低气体速度还原炉40的下部403的侧壁处还设有向外排放在此二级低气体速度还原炉40经终还原的中等/细矿石的第三中等/细矿石出口44。还有，在该二级低气体速度还原炉40的上部401的侧壁还设有将来自此二级低气体速度还原炉40的废气排出的第三废气出口46。

最好在二级低气体速度还原炉40中设有一个内部旋风除尘器80。二级低气体速度还原炉40将收于其中的中等/细铁矿石以沸腾流化态用还原气体还原，该气体是由二级高气体速度还原炉30和二级低气体速度还原炉40的还原气体合并起来的。此时，超细的，即铁矿石中的粉状部分在二级低气体速度还原炉40中被废气带走。内部旋风除尘器80收到进入来自二级低气体速度还原炉40的废气中的粉状铁矿石，然后将其与此废气分离，再将其再循环到二级低气体速度还原炉40的下部，同时经第三废气管73将废气排入第三旋风除尘器70。

第四中等/细矿石入口44借助第三管线44a与还原铁储存容器(未示)相连。第三废气管73经第三废气出口46与第三旋风除尘器70相连。

第三旋风除尘器70于其底部与第三粉矿排出管线71的一端相连，而于其顶部与第三经清洁的气体排放管72的一端相连，第三粉矿排放管71的另一端与第三管线44a相连。第三粉矿排放管71与第三中等/细矿石排放管34a相交。最好是，在第34a和71的交汇处放一双向排放阀71a，以便可将于第三旋风除尘器70中捕到的粉状铁矿石再循环到二级低气体速度还原炉40的下部，或供往下一阶段。

若二级低气体速度还原炉40不包括内旋风除尘器80，则第三旋风除尘器70经第三废气管73直接与二级低气体速度还原炉40相连。

为了提高本发明流化床型还原设备中的欲被还原的铁矿石的粗矿石部分的粒度上限，干燥/预热炉10、初级还原炉20和二级粗矿石还原炉30的下部尺寸还可减小。有关于此，图3图解说明了一种符合本发明另一实施方案的流化床型还原炉，其结构为的是适应欲被还原的铁矿石的粗矿石部分的粒度的提高。在图3中，与图2中的部件相对应的部件仍以相同的标号标出。

如于图3所示，以标号200标出的流化床型还原设备包括一具有双锥形园柱体结构的干燥/预热炉10A、一有双锥形园柱体结构的初级还原炉20A及一有单锥形园柱体结构的二级高气体速度还原炉30A。即，干燥/预热炉10A包括一上部101A，一第一锥形部102A，一中间部104A、一第二锥形部105A及一下部103A。与干燥/预热炉10A相似，初级还原炉20A包括一上部201A、一第一锥形部202A、中间部204A、第二锥形部205A及下部203A。另一方面，二级粗矿石还原炉301包括上部30A、锥形部302A及下部303A。

按本发明任一实施方案，此流化床型还原设备可包括将粗的和中等/细矿石熔融终还原而产生工业纯铁的熔融气化器99。在此例中，产自熔融气化器99的废气可用作二级低气体速度还原炉40和二级高气体速度还原炉30A的还原气体，这可见于图3。

为何干燥/预热炉10和10A、初还原炉20和20A及二级高气体速度还原炉30有锥形园柱体结构的原因不仅在于，在各炉的下部将包括中等/细矿石部分的铁矿石活跃地流态化，借此改善还原气体的利用程度及该气体的消耗率，而且还在于降低各炉上部中的还原气体的气体速度，借此抑制铁矿石被带走。

将要在干燥/预热炉10和10A和初级还原炉20和20A中处理的铁矿石包括粗矿石部分及中等/细矿石部分。另一方面，在二级高气体速度还原炉30和30A中仅还原粗铁矿石，而在二级低气体速度还原炉40中仅还原中等/细铁矿石。因此，用于这些炉中气体速度彼此不同。

就干燥/预热炉10和10A，初级还原炉20和20A及第二低气体速度还原炉40而言，最好是应将各相关的炉下部中的还原气体的气体速度保持等于铁矿石最小流化速度的1.5-3.0倍。但在各炉上部中的还原气体的气体速度应保持低于带出的铁矿石的极限速度。就二级高气体速度还原炉30和30A(它们为园柱形，在其整个长度上都有均匀的气体速度)而言，最好是将还原气体的气体速度保持等于该最小流化速度的1.5～3.0倍，以便完成粗矿石的沸腾流态化。

为了提供最佳气体速度，在干燥/预热炉10和初级还原炉20的各自相关的下部的内经最好等于二级高气体速度还原炉30的内径的1.2-1.8倍。若炉10和20的下部内径小于炉30的内径的1.2倍，则炉10和20中的还原气体的气体速度就变得过高，而且它将导致细铁矿石的流态化过快。在此情况下，铁矿石和还原气体间同乎不发生反应。另一方面，若炉10和20的各自下部的内径大于炉30内径的1.8倍，炉10和20中的还原气体的气体速度就变得过低，而且这导致流态化停滞现象。

干燥/预热炉10和初级还原炉20各自相关的下部高度等于同一下部内径的7.0-12.0倍也是有利的。二级高气体速度还原炉30的高度等于其这一内径的20-30倍也是有利的。

最好是，干燥/预热炉10和初级还原炉20的各自相关上部的内径等于二级高气体速度还原炉30内径的3.5-5.0倍。若炉10和20上部的内径小于炉30内径的3.5倍，炉10和20中的还原气体的气体速度就变得过高。从而它导致细铁矿石过快的流态化。另一方面，若炉10和20各自上部的内径大于炉30内径的5.0倍，则炉10和20中的还原气体的气体速度就变得过低，从而引起流态化停滞现象。干燥/预热炉10和初级还原炉20各自相关上部的高度最好等于同一上部此内径的2.0-4.0倍。

同时，二级低气体速度还原炉40的下部内径最好等于二级高气体速度还原炉30的内径的2.0-3.0倍。若炉40下部的内径小于炉30内径的2.0倍，炉40中的还原气体的气体速度就变得过高，从而它引起细铁矿石的过快的流态化。若炉40的下部的内径大于炉30内径的3.0倍，炉40中的还原气体的气体速度就变得过低，从而它引起流态化停滞现象。

最好是，在二级低气体速度还原炉40上部处的内径等于二级高气体速度还原炉30的内径的2.8-4.0倍。若炉40上部的内径小于炉30内径的2.8倍，炉40中还原气体的气体速度就变得过高，从而使细铁矿石的流态化过快。另一方面，若炉40上部的内径大于炉30内径的4.0倍，炉40中的还原气体的气体速度就变得过低，从而引起流态化停滞现象。

较好的是，第二低气体速度还原炉40下部的高度等于同一下部内径的7.0-12.0倍，而其上部的高度等于同一上部的内径的2.0-4.0倍。

另一方面，在图3中所示的流化床型还原设备的情况下，覆盖自分配器32起至相当于二级高气体速度还原炉30A的整个高度的5-25％高度的该炉30A的下部303A以将其内径缩小到等于上部301A内径的0.5-0.9倍而改形。覆盖自分配器12至相当于干燥/预热炉10A的整个高质的5-15％的高度的该炉10A的下部103A以将其内径缩小到等于中间部分104A内径的0.5-0.9倍而改形。覆盖自分配器22至相当于初级还原炉20A的整个高度的5-15％的高度的炉20A的下部203A也以将内径缩小到等于中间部分204A的内径的0.5-0.9倍而改形。通过这种结构，在干燥/预热炉10A和初级还原炉20A的情况下，各炉下部的气体速度变得比各相关炉的中间部分中的此速度高1.3-4.0倍。由于上述的改形在二级高气体速度还原炉30A的情况下，其炉下部中的气体速度变得比该炉上部中的气体速度高1.3-4.0倍。因而，使分布于各炉下部的粗铁矿石的流态化更活跃就变为可能。结果，可防止由于粗矿石在高温下的流态化停滞而在其中产生的粘结。此外，可流态化的铁矿石的粒度可加大，借此扩宽了原料的可使用范围。

最好是，在二级高气体速度还原炉30A的下部的高度等于同一下部内径的2.0-3.0倍，而其上部的高度等于同一上部内径的1.5-2.0倍。

在理论和实验的基础上，本发明人发现：铁矿石的降解在于高温下进行的流态化还原的早期已几乎完成，而且还发现，气体的消耗率通过对铁矿石的两种不同粒度部分，即粗的和中等/细粒度部分分别进行此流态化还原而提高。本发明人还发现：细铁矿石的流态化所需的气体速度是预还原和终还原间的气体速度，这是因为铁矿石的密度随着还原的进行而下降，此时还原气体的密度增加的缘故。考虑到这些事实，本发明提出了图4中所解释的另一种流化床型还原设备。

如于图4中所示，以标号300标示的该设备包括干燥和预热供自料仓90B的铁矿石同时形成其流化床的干燥/预热炉10B。在干燥/预热炉10B下游布置了初级高气体速度还原炉20C，以使在炉20C中用废气将经干燥和预热的铁矿石中的中等/细矿石部分带走，借此将其与铁矿石中的粗矿石部分分开。初级高气体速度还原炉20C仅将其中保留的经干/预热的铁矿石中的粗矿石部分初还原。该设备还包括将自炉20C带出的中等/细矿石初还原，同时形成其流化床的初级低气体速度还原炉20B，将经初还原的粗铁矿石终还原，同时形成其流化床的二级高气体速度还原炉30B，以及将经初还原的中等/细矿石终还原，同时形成其流化床的二级低气体速度还原炉40B。

在干燥/预热炉10B的底部设有接受来自第二旋风除尘器60B的废气的第一气体入口11B。第一气体分配器12B装在干燥/预热炉10B的下部。在干燥/预热炉10B的一侧设有接收来自料仓90B的铁矿石的矿石入口15B，在其另一侧设有第一粗矿石出口13B和第一中等/细矿石出口14B。经第一管线17B将矿石出口13B和14B与初级高气体速度还原炉20C相连，从而可经其输送铁矿石。

第一废气出口16B设在与第一矿石入口15B相对的上部101的侧面，以便将废气自干燥/预热炉10B中排出。第一废气出口16B借助第一废气管53B与第一旋风除尘器50B相连。第一旋风除尘器50B适于捕捉含在来自干燥/预热炉10B的废气中的粉状铁矿石。第一旋风除尘器50B的底部与第一粉矿排出管51B相连，其顶部与第一清洁过的废气体52B相连。第一粉状矿石排出管51B的一端连于第一管线17B，从而铁矿石可经其运送。

在初级低气体速度还原炉20B的底部设有接收来自第三旋风除尘器70B的废气的第二气体入口21B。第二气体分配器22B装在初级低气体速度还原炉20B的下部。初级低气体速度还原炉20B下部之一侧设有第二中等/细矿石出口24B，而在其另一侧设有第二中等/细矿石入口25B。初级低气体速度还原炉20B上部的与第二中等/细矿石出口24B相对的一侧设有第二废气出口26B，以便将废气自初级低气体速度还原炉20B中排出。第二旋风除尘器60B用于捕捉含于来自初级低气体速度还原炉20B的废气中的粉矿。第二旋风除尘器60B的底部与第二粉矿排放管61B相连，其顶部与第二清洁过的废气管62B相连。第二废气出口26B经第二废气管63B与第二旋风除尘器60B相连，以便可经其输送气体。

于初级高气体速度还原炉20C的底部设有接收来自第四旋风除尘器70C的废气的第三气体入口21C。第三气体分配器22C装在初级高气体速度还原炉20C的下部。在初级高气体速度还原炉20C下部的一侧还设有第二粗矿石出口23C，而在其上部的一侧则设有第三中等/细矿石出口24C。此出口24C也可以是来自炉20C的废气的出口。在初级高气体速度还原炉20C的下部的另一侧还有第三矿石入口25C。

第三中等/细矿石出口24C经第一中等/细矿石排放管24aC与初级低气体速度还原炉20B相连，从而矿石可经其运送。第二粉矿排放管61B与第一中等/细矿石排放管24aC相交。最好是，在管24aC和61B间的相交处装有双向排放阀64B，以便可将于第二旋风除尘器60B中被捕到的粉状铁矿石用循环到初级低气体速度还原炉20B中，或直接再循环到第二低气体速度还原炉40B的下部。

在二级高气体速度还原炉30B的底部设有接收经第五废气管99b来自熔融汽化器99的废气的第四废气入口31B。第四气体分配器32B装在二级高气体速度还原炉30B的下部。在二级高气体速度还原炉30B的下部的一侧还设有第四矿石入口35B，而在其下部的另一侧则装有第三粗矿石出口33B。在二级高气体速度还原炉30B的上部的与第四矿石入口35B相对的一侧还设有第三废气出口36B，以便将废气从二级高气体速度还原炉30B中排出。

第四旋风除尘器70C起着捕捉含在来自二级高气体速度还原炉30B的废气中的粉状铁矿石的作用。第四旋风除尘器70C的底部与第四粉矿排放管线71C相连，而其顶部与第四清洁过的废气的管线72C相连，管线72C的一端与第三气体入口21C相连。第三废气出口36B借助第四废气排放管73C与第四旋风除尘器70C相连，从而经其向上游输送气体。

二级高气体速度还原炉30B经第一粗矿石排放管35aB与初级高气体速度原炉20C相连，至经二级粗矿石排放管线33aB与熔融汽化器99相连，从而经其向下游输送气体。

二级低气体速度还原炉40B的底部设有接收经第六废气排放管99C来自熔融经器99的废气的第五气体入口。第五气体分配器42B装在二级低气体速度还原炉40B的下部。在二级低气体速度还原炉40B下部的一侧还有第五矿石入口43B和第三中等/细矿石出口44B。在其下部的另一侧设有第六矿石入口45B。在二级低气体速度还原炉40B上部的一侧设有第四废气出口46B。

最好是在二级低气体速度还原炉40B中装有内部旋风除尘器80B。内部旋风除尘器80B在二级低气体速度还原炉40B中将被合并的气体所携带的粉矿与产自二级低速气体还原炉40B的废气分离。内部旋风除尘器80B将分离出的粉矿再循环到二级低气体速度还原炉40B的下部，同时将清洁过的废气经第三废气管73B排往第三旋风除尘器70B。第六矿石入口45B经第二中等/细矿石排放管45aB与第二中等/细矿石出口24B相连。第二粉矿排放管的一端与第二中等/细矿石排放管45aB相连。

第三中等/细矿石出口44B经第三中等/细矿石排放管43aB与熔融汽化器99的下部相连。第五矿石入口43B经第四粉矿排放管71C与第四旋风除尘器70C相连。

第三中等/细矿石排放管43aB经第二管线47B与第四粉矿排放管71C相连。

第三旋风除尘器70B的底部与第三粉矿排放管71B相连，其顶部与第三清洁过的废气的管线72B相连，管72B的一端是连于循环管47B的。当二级中等/细矿石还原炉40B不包括内部旋风除尘器80B时，则第三旋风除尘器70B经第三废气排放管73B直接与二级低气体速度还原炉40B相连。第三粉矿排放管71B与第四粉矿排放管71C相交。最好在管71B和71C的交汇处装一双向排放阀74B。在第四粉矿排放管71C和第二循环管47B的连接处最好设另一个双向排放阀74C。

最好将吹扫气体管P接于第一循环管17B，第一粗矿石排放管35aB和第二中等/细矿石排放管45aB的各自的弯曲处，以便将少量吹扫气体供入这些管线，借以防止这些管线被经其输送的铁矿石堵塞。

干燥/预热炉10B、初级低气体速度还原炉20B、及二级低气体速度还原炉40B都有上大下小的园柱形炉体，其中，下部的内径小于其上部的内径。即，各炉的每个炉体都包括一放大的上园柱形部分，一个直径从下端至上端增大的中间锥形部分和一个缩小的下园柱体部分。另一方面，初级和二级高气体速度还原炉20C和30B有一在整个长度上直径均匀的园柱形炉体。较好地是，干燥/预热炉10B，初级低气体速度还原炉20B和二级低气体速度还原炉40B在其各自下部的高度等于同一下部内径的7.0-12.0倍。初级和二级高气体速度还原炉20C和30B的高度等于其内径的20-30倍也是较好的。

在图4中，标号99a指熔铁水出口。

现在叙述符合本发明的，用布局示于图2的流化床型还原设备生产还原铁或生铁水的方法。

如图2中所示，盛于料仓90的细铁矿石的经矿石供应管线91和第一矿石入口15被供往干燥/预热炉10。干燥/预热炉10还被供以来自初级还原炉20的，经过第二旋风除尘器60、第二清洁过的废气管62和第一气体入口11的废气。借助第一气体分配器12将此废气均匀地分配在于燥/预热炉10中。用此均匀分布的气体，将沸腾流化态下的铁矿石干燥和预热。然后将经干燥和/预热的矿石经粗矿石出口13，中等/细矿石出口14，第一管线17和第二矿石入口25输往初级还原炉20。

该废气从干燥/预热炉10向外顺次经第一废气出16、第一废气管53、第一旋风除尘器50和第一清洁过的气体排放管53排出，在炉10中铁矿石是被耗完之前的废气干燥和预热的。含于此废气中的粉矿于第一旋风除尘器50中被捕捉，然后经第一粉矿排放客51和第一矿石入口25再循环到初级还原炉20。

然后被供应的经干燥和预热的矿石在此预初级还原炉20中于流化态下被此废气还原，此废气是经第三旋风除尘器70、第三清洁后的废气管72、第二气体入口21和第二气体分配器22输入的。经预还原的铁矿石经粗矿石出口23或中等/细矿石出口24排出，然后经第二管线27和第三矿石入口35输往二级高气体速度还原炉30。

在初级还原炉20中也产生废气，而同时将铁矿石初还原。此废气顺次经第二废气出口26、第二废气管63、第二旋风除尘器60和第二清洁了的废气管22从初还原炉20排出，然后被引入干燥/预热炉10。含于该废气中的粉矿在第二旋风除尘器60中被捕捉，而后经第二粉矿排放管线61、第二循环管线27和第三矿石入口35再循环到二级高气体速度还原炉30中。

二级高气体速度还原炉30将接受于其中的铁矿石中的粗矿石部分用经第一还原气体供应管31a、第三气体入口31和第三气体分配器32供入炉30的还原气体，于沸腾流化态下终还原。此时，二级高气体速度还原炉中的铁矿石中的中等/细矿石部分被产于二级高速气体还原炉30中的废气带出。供入二级粗矿石还原炉30的还原气体的速度总应高于中等/细矿石的该临界速度。

而后被废气带走的中等/细铁矿石经第三中等/细矿石出口34、第三中等/细矿石排放管34a及第四矿石入口45被移到二级低气体速度还原炉40。另一方面，经终还原的粗铁矿石被输往还原铁储存容器或经第二粗矿石出口33和第三粗矿排放管33a输往熔融汽化器99(在图3的情况下)。

同时，供于二级低气体速度还原炉40中的中等/细铁矿石于沸腾流化态下被经第二还原气体供应管41a、第四气体入口41和第四气体分配器42供于炉40的还原气体终还原。经终还原的中等/细铁矿石被输往还原铁储存容器，或经第二中等/细矿石出口44和第三中等/细矿石排放管运往熔融汽化器99(如在图3的情况下)。供于二级中/细矿石还原炉40中的还原气体的流量应总高于中等/细矿石的该平均最小流态化速度。

在于二级低气体速度还原炉40中的中等/细铁矿石的终还原过程中产生的废气顺次经内部旋风除尘器80、第三废气出口73、第三旋风除尘器70及第三清洁过的气体排放管72放出后被引入初级还原炉20。含于此废气中的粉矿于内部旋风除尘器80中与废气分离，而后经第三粉矿排放管71再循环至第三管线44a。

当将此经还原的铁矿石加入熔融汽化器99中时，它们被熔炼，由此产生铁水。另一方面，存于还原铁储存容器中的经还原的铁矿石将因各种目的运往下一阶段。

另一方面，最好是干燥/预热炉10和10A，初级还原炉20和20A及二级低气体速度还原炉40各下部中的气体的气体速度保持在等于保留在各自流化床中的铁矿石最小流态化速度的1.5-3.0倍。对于这些炉子而言，在各自上部中的气体的气体速度保持得比被带走的铁矿石的临界速度低也是较好的。就二级高气体速度还原炉30和30A而言，最好将气体的气体速度保持为等于粗铁矿石最小流态化速度的1.5-3.0倍的数值。供于二级低气体速度还原炉40和二级高速气体还原炉30和30A的气体的压力和温度范围分别为2-4atm和800-900℃也是较好的。对干燥/预热炉10和10A、初级还原炉20和20A及二级低气体速度还原炉40而言，在各炉中出现的压降最好是范围为0.3-0.6atm，而出现于各炉中的温降最好是范围为30-80℃。铁矿石在各炉中的滞留时间最好是20-40分钟。

现将叙述用具有图4中所示布局的流化床型还原设备的符合本发明的另一种生产还原铁或生铁水的方法。

如于图4中所示，盛于料仓90B中的细铁矿石被供往干燥/预热炉10B，而后于此干燥/预热炉10B中被供自第二旋风除尘器60B的废气还原。而后将经干燥/预热的铁矿石运往初级高气体速度还原炉20C的下部，该炉20C是接受来自第四旋风除尘器70C的废气作还原气体的。该初级高气体速度还原炉20C中的还原气体的速度被控制得高于中等/细矿石的此临界速度，借此用废气将铁矿石中的中等/细矿石部分带走。结果，这种中等/细矿石部分与铁矿石的粗矿石部分分离。此留在初级粗矿石还原炉20C中的粗矿石部分被初还原，而同时形成一种沸腾流化床。而后将此粗矿石经第二粗矿石出口23C运往二级高气体速度还原炉30B。另一方面，在初级高气体速度还原炉20C中被废气带走的中等/细矿石经第一中等/细矿石入口24aC被运往此初级中等/细矿石还原炉20B的下部。在初级低气体速度还原炉20B中，中等/细矿石以沸腾流化态被供自第三旋风除尘器70B的废气，以高于中等/细矿石平均最小流态化速度的数值初还原。在还原后，中等/细矿石被运往二级低气体速度还原炉40B。

在初级低气体速度还原炉20B中，粉矿被供于该初级低气体速度还原炉20B中的还原气体，带走该气体是经第一中等/细矿石排放管24aC或第二气体矿石入口21B供入的。这些粉矿与废气一起从初级低气体速度还原炉20B中被输往第二旋风除尘器60B，于其中粉矿被捕捉。通过双向排放阀64B，被捕获的粉矿被再循环至初级低气体速度还原炉20B，或二级低气体速度还原炉40B，从而它们被初还原或终还原。这些经还原的中等/细矿石和粉矿分别经第二中等/细矿石出口24B和第二粉矿排放管61B排出。供入二级高气体速度还原炉30B中的粗矿石被终还原，而同时通过来自熔融汽化器99的废气形成其沸腾流化床。在还原后，该粗矿石经第三粗矿石出口33B和第二粗矿石排放管线33aB被加入熔融汽化器99中。熔融汽化器99将收到的矿石熔化，从而产生生铁。

在二级高气体速度还原炉30B中的气体速度与初级高气体速度还原炉20C中的气体速度相等。自二级高气体速度还原炉30B中被带出的粉状铁矿石在第四旋风除尘器70C中被捕捉，而后通过使用双向排放阀74C被循环至第二低气体速度还原炉40B或直接加于熔融汽化器99之中，供于二级低气体速度还原炉40B中的中等/细矿石被供自熔融汽化器99的废气于此炉40B的沸腾流化床上被终还原。供于二级低气体速度还原炉40B中的还原气体的速度与初级低气体速度还原炉20B中的还原气体速度相等。在二级低气体速度还原炉40B中的被夹带的粉状铁矿石被内部旋风除尘器80B和第三旋风除尘器70B捕捉，而后被再循环至二级低气体速度还原炉40B中，从而它们可被终还原。在第三旋风除尘器70B中被捕获的粉状铁矿石也可通过使用双向排放阀74B被直接加于熔融汽化器99中。经终还原的中等/细的和粉状的矿石分别经第三中等/细矿石出口44B和第三粉矿排放管线71B排出。而后这些矿石经第三中等/细矿石出口43aB加于熔融汽化器99中。熔融汽化器99将收到的矿石熔化，借此产生生铁。

为尽可能地降低气体消耗率，按本发明的这一实施方案，采用了双型流态化炉(初级低气体速度还原炉20B，初级高气体速度还原炉20C、二级低气体速度还原炉40B和二级高气体速度还原炉30B)。在预还原阶段，铁矿石被分成粗矿石部分和中等/细矿石部分，从而这些部分可以在流化状态被单独预还原。在最终还原阶段，矿石部分也被独自地受到终还原。此实施方案的设备利用了常规双型流化床20B和20C的优点，在这些流休床中，上部经导管24aC与下部相连。因此，可将铁矿石从预还原步骤适当地分成中等/细矿石部分和粗矿石部分。由于在预热和预还原步骤铁矿石的降解几乎完成，所以被分开的粗的和中等/细的矿石独自地初还原和终还原。但在终还原阶段，采用低气体速度和高气体速度还原炉间的无连接的流化床。由于这种结构，本发明解决了在常规双型结构中所遇到的，因气体的混合所引起的问题。由于初级和二级高气体速度还原炉20C和30B，或初级和二级低气体速度还原炉20B和40B在形状和尺寸上相同，所以它们可按气流相连。在此情况下，这些双反应器的流态化运行在气体速度方面可作相似的控制。因此就可能简化此设备的整体运行。根据本发明，单型干燥/预热炉10B、双型初级低气体还原炉20B和双型二级低气体速度还原炉40B都有上大下小的园柱型炉体，在其中它们下部的直径都小于它们的上部的直径，从而不仅在其各自缩小的下部得到铁矿石的活跃的沸腾流态化，借此提高气体的利用程度，而且还降低在其放大的上部中的气体的气体速度，从而抑制了粉矿的带出，同时降低气体的消耗率。对于这些炉子而言，在各下部中的还原气体的气体速度应等于被加于各相关炉子的流化床中的铁矿石的最小流态化速度的1.5-3.0倍。而在各上部中的还原气体的气体速度应低于被带走的铁矿石的临界速度。对于都具有均匀的园柱形结构，从而在其整个长度上都有均匀的气体速度的初级和二级高气体速度还原炉20C和30B而言，还原气体的气体速度应等于粗铁矿石最小流态化速度的1.5-3.0倍。

供往二级高气体速度还原炉30B和二级低气体速度还原炉40B中的气体的压力和温度的范围分别为2-4atm和800-900℃也是较好的。对干燥/预热炉10B、初级及二级低气体速度还原炉20B和40B及初级和二级高气体速度还原炉20C和30B而言，发生在各炉中的压降的最好范围为0.3-0.6atm，而发生于各炉中的温降的最好范围为30-80℃。较好是铁矿石在各炉中的滞留时间为20-40分钟。

通过参照下述实施例将更易理解本发明；但这些实施例仅旨在说明本发明，而不被认作对本发明范围的限制。

实施例1

制成有如图2中所示结构的流化床型还原设备。该流化床型还原设备的尺寸如下：

1)各流化床型炉的内径和高度

—干燥/预热炉

下部内径：0.3m；

下部高度：4.0m；

上部内径：0.90m；

上部高度：2.50m；

—初级还原炉

下部内径：0.3m；

下部高度：4.0m；

上部内径：0.90m；

上部高度：2.50m；

—二级高气体速度还原炉

内径：0.2m；

高度：5.20m；

—二级低气体速度还原炉

下部内径：0.5m；

下部高度：2.70m；

上部内径：0.90m；

上部高度：2.30m。

使用上述的流休床型还原设备，还原铁和生铁水的生产按以下条件进行：

2)铁矿石的加入和排出

—细铁矿石的成份

全铁：63.36％、SiO₂：5.65％、Al₂O₃：2.91％、S：0.007％、P：0.065％；

—粒度分布：

＜0.25mm＝22％、0.25-1.0mm＝28％、1.0-5.0mm＝50％；

—加料速度：6kg/分

—自第三粗矿石出口的出料速度：3.0kg/分

—自第三中等/细矿石出口的出料速度：1.2kg/分

—自第三粉矿出口的出料速度：3.0kg/分

3)还原气体

—成分：CO：65％、H2：25％

        CO₂＋H₂O：10％；

—温度：约850℃；

—压力：2.3kgf/cm²

4)各炉中的气体空截面速度

干燥/预热炉

—下部中的气体空截面速度：2.22m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒；

初级还原炉

—下部中的气体空截面速度：2.22m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒；

二级高气体速度还原炉：3.0m/秒；

二级低气体速度还原炉：

—下部中的气体空截面速度：0.32m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒；

按上述条件，就可能在干燥/预热炉10，初级还原炉20、二级高气体速度还原炉30和二级低气体速度还原炉40中将铁矿石保持在沸腾流化态下。平均气体利用程度约为29％，而气体消耗率约为1290Nm³/吨一矿石。

经第二级高气体速度还原炉30A的粗矿石出口33；二级低气体速度还原炉的第三中等/细矿石出口43和第三粉矿排放管71排出的铁矿石的平均还原度分别为87％、89％和84％。自还原开始的60分钟后，将还原铁放出。

自二级高气体速度还原炉30的第三粗矿石出口33排出的还原铁的粒度分布构成为，＜0.2mm：8％、0.2-0.5mm：11％、0.5-1.0mm：14％、1.0-3.0mm：57％、3.0-5.0mm：10％。另一方面，自二级低气体速度还原炉40的第三中等/细矿石出口43排出的还原铁的粒度分布构成为，＜0.05mm：1.0％，0.05-0.1mm：17％，0.1-0.2mm：72％，0.2-0.5mm：10％。

自各出口排出的还原铁的量和粒度由供入的还原气体的气体速度控制。当铁矿石在各炉中的滞留时间改变时，也发生还原程度的变化。

实施例2

制成结构如图3所示的流化床型还原设备。该流化床型还原设备的尺寸如下：

1)各流化床型炉的内径和高度

—干燥/预热炉

靠近分配器处的下部内径：0.22m；

靠近分配器处的下部高度：0.70m；

中间部分的内径：0.30m；

中间部分的高度：3.50m；

上部内径：0.90m；

上部高度：2.50m；

—初级还原炉

靠近分配器处的下部内径：0.22m；

靠近分配器处的下部高度：0.70m；

中间部分的内径：0.30m；

中间部分的高度：3.50m；

上部内径：0.90m；

上部高度：2.50m；

—二级高气体速度还原炉

靠近分配器处的下部内径：0.26m；

靠近分配器处的下部高度：0.50m；

上部内径：0.30m；

上部高度：4.70m；

—二级低气体速度还原炉

下部内径：0.50m；

下部高度：2.70m；

上部内径：0.90m；

上部高度：2.30m。

采用上述流化床型还原设备，在以下条件下进行还原铁和生铁水的生产：

2)加入及排出的铁矿石

—细铁矿石的成份

全铁：62.36％、SiO₂：5.65％、Al₂O₃；2.91％、S：0.007％、P：0.065％；

—粒度分布

＜0.25mm＝20％、0.25mm-1.0mm＝23％

1.0-5.0mm＝45％、5.0-8.0mm＝12％；

—加料速度：6kg/分

—自第三粗矿石出口的排放速度：3.0kg/分；

—自第三中等/细矿石出口的排放速度：1.2kg/分；

—自第三粉矿出口的排放速度：0.06kg/分；

3)还原气体

—成分：CO：65％、H₂：25％、CO₂＋H₂O＝10％；

—温度：约850℃

—压力：2.3kgf/cm²

4)各炉中气体空截面速度

干燥/预热炉

—靠近分配器处的下部中的气体

空截面速度：4.12m/秒；

—中部中的气体空截面速度：2.22m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒；

初级还原炉

—靠近分配器处的下部中的气体空截面速度：4.12m/秒；

—中间部分中的气体空截面速度：2.22m/秒；

—上间中的气体空截面速度：0.25m/秒；

二级高气体速度还原炉

—靠近分配器处的下部中的气体空截面速度：4.0m/秒；

—上部中的气体空截面速度：3.0m/秒；

二级低气体速度还原炉

—下部中的气体空截面速度：0.32m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒；

在上述条件下对粒度分布宽的铁矿石，即粒度小于8mm的铁矿石进行流态化还原，同时得到粗铁矿石的活跃的沸腾流态化，否则其主要将被分布于各炉的下部。在该实施例中，以与实施例1中的相同的与粒度小于5mm的铁矿石相当的气体消耗率和利用率得到89％的平均还原度。

实施例3

将0.4kg粒度范围为1-5mm的铁矿石于实验室规模的流化床型还原炉中，于约850℃的温度中用还原气体还原。还原条件的气体空截面速度约为4m/秒。还原气体成份为：CO：65％、CO₂：0.5％、H₂：25％、Ar：5％。检查铁矿石的降解。结果于子图5中。

计算初还原中使用成份为CO：46％、CO₂：15％、H₂：20％、H₂O：8％、N₂：11％和在终还原中使用成分为CO：59％、CO₂：3％、H₂：25％、H₂O：2％、N₂：11％的还原气体，于850℃使铁矿石流态化的情况下的于1，2，3和4atm时各自的临界速度，结果示于图6。

通过Wen和Yu式计算于850℃，用初还原炉中的成分为CO：46％、CO₂：15％、H₂：20％、H₂O：8％、N₂：11％和在终还原炉中的成分为CO：59％、CO₂：3％、H₂：25％、H₂O：2％、N₂：11％的还原气体使铁矿石流态化的情况下，于1，2，3和4atm时为得到不同粒度矿石的流态化的各自的最小流态化速度。结果示于图7。

参看图5，可发现，在热流态化还原的早期阶段(约15分钟)时，铁矿石的碎裂几乎完成。

参看图6，可发现，初级还原炉中的临界速度几乎等于终还原炉中的临界速度。图7示出了，初还原炉中所需的最小流态化速度几乎等于终还原炉中所需的这一速度。

有图4中所示结构的设备正是在符合本发明的事实上所建成的流态化还原设备。

实施例4

用于此实施例的流化床型还原设备具有图4中所示的结构，它包括干燥和预热铁矿石的干燥/预热炉10B，使经过干燥/预热的中等细铁矿石预还原的初级低气体速度还原炉20B和使经预还原的中等/细矿石终还原的二级低气体速度还原炉40B。这些炉10B、20B和40B都有上大下小的园柱形炉体，在其中，它们下部的直径小于它们上部的直径，从而不仅在其各缩小的下部获得铁矿石的活跃的流态化。借此提高了气体利用率，而且还降低了降速在其放大的上部中的气体的速度，借此抑制了将粉矿带走。该结构还包括仅使经干燥和预热的铁矿石中的粗矿石部分预还原，而同时分出中等/细矿石的初级高气体速度还原炉20C和使经预还原的粗矿石终还原的二级高气体速度还原炉30B。炉20C和30B都有在其整个长度上有均匀直径的园柱形炉体。

当经还原气体入口31B和41B和气体分配器32B和42B将约850℃的还原气体分别供入二级高气体速度还原炉30B和低气体速度还原炉40B中的同时将粒度分布宽的铁矿石加于干燥/预热炉中。铁矿石被干燥和预热，同时在炉10B中形成沸腾流化床。而后将经干燥/预热的铁矿石输往初级高气体速度还原炉20C，在初级高气体流速还原炉20C中，粗铁矿石在沸腾流化床中被预还原，而同时将此干燥/预热过的矿石中的细中等/细矿石部分分出。将经预还原的粗铁矿石输往二级高气体速度还原炉30B中，于其中它们顺次终还原。终还原后，将此粗铁矿石经第三粗矿石出口33B放出。另一方面，从初级高气体速度还原炉20C中转来的中等/细铁矿石在初级低气体速度还原炉20B中预还原，同时形成沸腾流化床，预还原后，此中等/细矿石被输往二级低气体速度还原炉40B中，于其中它们被顺次终还原。此中等/细铁矿石经第三中等/细矿石出口44B排出。

用于此实施例的流化床型还原设备的尺寸如下：

1)各流化床型炉的内径和高度

—干燥/预热炉

下部内径：0.3m；

下部高度：4.0m；

上部内径；0.9m；

上部高度：2.5m；

—初级高气体速度还原炉

内径：0.2m；

高度：5.2m；

—初级低气体速度还原炉

下部内径：0.5m；

下部高度：2.7m；

上部内径；0.9m；

上部高度：2.3m；

—二级高气体速度还原炉

内径：0.2m；

高度：5.2m；

—二级低气体速度还原炉

下部内径：0.5m；

下部高度：2.7m；

上部内径；0.9m；

上部高度：2.3m。

用上述流化床型还原设备，以下列条件进行还原铁和生铁水的生产：

2)加入和放出的铁矿石

—细铁矿石成分

全铁：62.36％、SiO₂：5.65％、Al₂O₃：2.91％、S：0.007％、P：0.065％；

—粒度分布

＜0.25mm＝22％、0.25-1.00mm＝28％

1.0-5.0mm＝50％；

供料速度：5kg/分

自第三粗矿石出口的排放速度：1.7kg/分；

自第三中等/细矿石出口的排放速度：2.2kg/分。

3)还原气体

—成分：CO：65％、H₂：25％、CO₂＋H₂O＝10％；

—温度：约850℃

—压力：2.3kgf/cm²

4)各炉中的气体空截面速度

干燥/预热炉

—下部中的气体空截面速度：2.22m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒；

初级高气体速度还原炉：3.0m/秒；

初级高气体速度还原炉：

—下部中的气体空截面速度：0.32m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒；

二级高气体速度还原炉：3.0m/秒；

二级低气体速度还原炉：

—下部中的气体空截面速度：0.32m/秒；

—上部中的气体空截面速度：0.25m/秒。

按上述条件就可能于干燥/预热炉10B、初级粗矿石还原炉20B、初级中等/细矿石还原炉20B、二级高气体速度还原炉30B和二级低气体速度还原炉40B中将铁矿石保持于沸腾流化态下。在初级还原阶段，铁矿石被分成粗矿石部分和中等/细矿石部分。这些部分矿石自被分别预还原和终还原。在该实施例中，平均气体利用率约为30％，而气体消耗率约为1270Nm³/吨-矿石。自开始还原的60分钟后，经第三粗矿石和中等/细矿石出口33B和44B放出平均还原度约为90％的还原铁。    

如从上述可知，按本发明，铁矿石在干燥/预热炉中被干燥和预热后，按粒度被分开。粗矿石在初级高气体速度还原炉20B中预还原，而后在二级高气体速度还原炉30B中终还原。另一方面，中等/细矿石在初级低气体速度还原炉20B中预还原，而后在二级低气体速度还原炉40B中终还原。因此，不管铁矿石的粒度如何，都能生产出还原度相当均匀的还原铁，同时使粗和中等/细矿石间有良好的分离。同时还可能按供应厂和供应部位以合适的粒度将还原铁供往熔融汽化器。经第三粗矿石出口33B或中等/细矿石出口44B放出的还原铁和量和粒度都可用还原气体的速度调节。铁矿石的还原度还可用其在各炉中的滞留时间控制。由于全部三阶段流化床型还原操作均按本发明用沸腾流态化进行，故可改进气体的利用率和消耗率。该流化床型还原设备还具有即使在长时间运行也能防止管线堵塞和非流态化的结构。

虽然出于说明的目的叙述了本发明的较佳实施方案，但本领域中的普通技术人员将知道，各种不违背本发明的公开于所附权利要求中的范围和基本精神的各种改型、添加和替换都是可能的。