辐射管直接还原竖炉技术领域
本发明涉及一种还原炉，具体是一种辐射管直接还原竖炉，用于将含金属原料及
还原剂通过加热后还原成金属。
背景技术
目前，在钢铁冶炼行业中传统使用的冶炼炉由于能耗大、污染严重，已经越来越不
适应行业的发展，遭到陆续的淘汰，当前直接还原铁技术在冶炼行业中得到了较快的发展，
获得了较普遍的应用，目前直接还原铁技术所使用的冶炼炉为隧道窑、转底炉、回转窑等。
隧道窑、转底炉、回转窑由于结构上的缺陷，在使用过程中也存在一些问题，即：单条生产线
产量小、生产率低、能耗高、污染严重和直接还原铁品位低等。
如专利申请号为03254702.1的实用新型专利所公开的蓄热式辐射管燃烧机，是一
种燃烧效率高、安全，运行寿命长的辐射管燃烧机，可带来空气预热温度高，燃烧温度高，辐
射管受热均匀，热效率高等一系列的技术优势。
基于现有隧道窑、转底炉、回转窑结构上的缺陷以及蓄热式辐射管燃烧机的优势，
迫切需要设计一种直接还原炉体，将蓄热式辐射管燃烧机的优势以及直接还原竖炉的结构
特点相结合。
发明内容
本发明根据现有技术的不足提供一种辐射管直接还原竖炉，利用辐射管燃烧机的
蓄热式燃烧特点和竖炉的结构特点，降低能耗，节约成本，适于大规模生产。
本发明的技术方案：一种辐射管直接还原竖炉，包括竖直设置的炉体，所述炉体上
端为炉顶，炉体的中部为反应段，炉体的下端为排料段，所述炉顶包括炉体的顶部设置的用
于投放物料的加料口和排烟的烟道，所述炉体主体中部的反应段围绕炉体四周均匀安装有
用于对物料进行加热的辐射管燃烧机，辐射管燃烧机的辐射管伸入到炉体内部进行隔离加
热，炉体排料段设置有向反应段的物料喷入还原气体的还原气体喷嘴，炉体排料段的底部
安装排料控制阀门用于控制还原后的物料排放，排料控制阀门连接用于将还原后的物料运
送出炉体的排料通道。
所述竖炉顶部设有的进料口和烟道各自独立。
所述炉体中部的反应段的横截面为圆形或正方形。
所述辐射管燃烧机等间距的从上到下依次安装有多层。
所述每层辐射管燃烧机等间距的环绕炉体呈周向均匀分布。
所述辐射管燃烧机为蓄热式辐射管燃烧机。
本发明的技术效果：
1、能够大规模生产，辐射管直接还原竖炉炉体内径约5.5米，高度约25米，年生产
能力可以达到35万吨。
2、能耗低，辐射管燃烧机采用蓄热式燃烧，炉内温度达到1100℃时，排烟温度只有
150℃，有效节约煤气。煤气热值高，在原材料加热过程中产生的气体中不含N2气体，所以整
个炉内没有N2气体。物料在下料过程中煤气向炉顶排出，物料与煤气处于纯逆流加热状态。
3、除尘容易，由于物料是通过辐射管燃烧机辐射加热，炉内不会存在气流冲击，物
料烘干后产生的气体从炉体顶部烟道排出，其热量被物料带走，所以排出炉体的温度比较
低，可采用布袋除尘。
4、炉内温度均匀、可控，辐射管燃烧机可以合理布置，热负荷也可以灵活控制。辐
射管燃烧机在炉内作为骨架分布均匀，透气性非常好。
5、节约成本，辐射管直接还原竖炉与高炉相比，不用焦炭、不用高温高压鼓风，显
著降低成本，初步预算能节约200元/吨的成本。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明辐射管燃烧机分布结构示意图；
图3是本发明实施例二整体结构示意图；
图4是本发明实施例二辐射管燃烧机分布结构示意图；
图5是本发明蓄热式煤气辐射管燃烧机结构示意图。
图中标号分别表示：1-炉顶，2-炉体，3-反应段，4-排料段，5-加料口，6-烟道，7-辐
射管燃烧机，8-辐射管，9-喷嘴，10-排料控制阀门，11-排料通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
如图1所示，一种辐射管直接还原竖炉，包括竖直设置的炉体2，所述炉体2的上端
为炉顶1，炉体2的中部为反应段3，炉体2的下端为排料段4，所述炉顶1包括炉体2的顶部设
置的用于投放物料的加料口5和排烟的烟道6，所述炉体2主体中部的反应段3围绕炉体圆周
方向均匀安装有用于对物料进行加热的辐射管燃烧机7，辐射管燃烧机7的辐射管8伸入到
炉体内部进行隔离加热，炉体排料段4设置有向反应段的物料喷入还原气体的还原气体喷
嘴9，炉体排料段的底部安装排料控制阀门10用于控制还原后的物料排放，排料控制阀门10
连接用于将还原后的物料运送出炉体的排料通道11，辐射管燃烧机7等间距的从上到下依
次安装有多层。
如图2所示，每层辐射管燃烧机3等间距的环绕炉体呈周向均匀分布。辐射管燃烧
机3采用专利申请号为03254702.1的实用新型专利所公开的蓄热式煤气辐射管燃烧机。
如图5所示，蓄热式煤气辐射管燃烧机与普通的辐射燃烧机一样，辐射管外形为U
形或W形，其主体部分是安装在辐射管两端的燃烧装置，燃烧装置主要由燃烧器、空气／烟气
管道、煤气管道和与其相配套的换向阀组成；蓄热式煤气辐射管燃烧机的特别之处在于：本
燃烧机的辐射管的前端U/W形部分的内腔为燃烧腔室，其后端两直管部分内腔均设置有二
次煤气喷嘴和蓄热体，两端的二次煤气喷嘴和蓄热体交替进行工作；两直管部分中央均设
置有煤气管，煤气管穿过蓄热体，其前端与二次煤气喷嘴相连：煤气管中央还设置有将远程
点火火种传递到二次煤气喷嘴的点火通道，点火通道前端直达二次煤气喷嘴，后端与远程
点火器相连；煤气换向阀分别与两直管后端的煤气管相接；空气／烟气换向阀分别与两直管
后端的空气、烟气管相接，温度检测电偶设置在烟气总管上，微电脑控制盒设置在燃烧机外
壳内。管内设置有肋片和蓄热体的煤气管中央还设置有将远程点火火种传递到二次煤气喷
嘴的点火通道，点火通道前端直达二次煤气喷嘴，后端与远程点火器相连，远程点火器是一
个长筒形的密闭腔体，在点火器腔室内顺火种前进方向，依次设置有煤气进口、点火风管、
高压点火头。
所述的蓄热式煤气辐射管燃烧机远程点火器的点火步骤如下：
A、在点火端，开启压力空气进行吹扫10-30秒钟；
B、启动高压点火头使产生电火花，随即启功煤气进口，煤气的启动时间较电火花
迟1-2秒，电火花持续6-8秒，煤气供给燃烧时间为30-60秒；
C、空气／烟气换向阀和煤气换向阀进行换向，在辐射管的另一端开始准备工作；
D、在另一点火端，同样采用压力空气先进行10-30秒钟的吹扫：
E、启动高压点火头使产生电火花，随即启动煤气进口，煤气的启动时间较电火花
迟1-2秒，电火花持续6-8秒，煤气供给燃烧时间为30-60秒；
F、一个工作周期结束，下一工作周期开始；周而复始，进行以上操作，至到检测结
果显示排出烟气温度达到认定温度(150-180℃)时，停止点火操作。
所述的蓄热式煤气辐射管燃烧机，煤气换向阀、空气／烟气换向阀为空气／烟气、煤
气能同步切换的三位七通旋转切换阀。
所述的蓄热式煤气辐射管燃烧机，蓄热体为陶瓷蜂窝体、合金钢蜂窝体。
所述的蓄热式煤气辐射管燃烧机，是一种燃烧效率高、安全，运行寿命长的辐射管
燃烧机，可带来空气预热温度高，燃烧温度高，辐射管受热均匀，热效率高等一系列的技术
优势。
实施例一：
如图1和图2所示，一种辐射管直接还原竖炉，包括竖直设置的炉体2，所述炉体2的
上端为炉顶1，炉体2的中部为反应段3，炉体2的下端为排料段4，所述炉顶1包括炉体2的顶
部设置的用于投放物料的加料口5和排烟的烟道6，所述炉体2主体中部的反应段3围绕炉体
均匀安装有用于对物料进行加热的辐射管燃烧机7，辐射管燃烧机7的辐射管8伸入到炉体
内部进行隔离加热，炉体排料段4设置有向反应段的物料喷入还原气体的还原气体喷嘴9，
炉体排料段的底部安装排料控制阀门10用于控制还原后的物料排放，排料控制阀门10连接
用于将还原后的物料运送出炉体的排料通道11，辐射管燃烧机7等间距的从上到下依次安
装有多层，所述竖炉顶部设有的进料口5和烟道6各自独立，所述炉体2中部的反应段3的横
截面为圆形。
实施例二
如图3和图4所示，一种辐射管直接还原竖炉，包括竖直设置的炉体2，所述炉体2的
上端为炉顶1，炉体2的中部为反应段3，炉体2的下端为排料段4，所述炉顶1包括炉体2的顶
部设置的用于投放物料的加料口5和排烟的烟道6，所述炉体2主体中部的反应段3围绕炉体
均匀安装有用于对物料进行加热的辐射管燃烧机7，辐射管燃烧机7的辐射管8伸入到炉体
内部进行隔离加热，炉体排料段4设置有向反应段的物料喷入还原气体的还原气体喷嘴9，
炉体排料段的底部安装排料控制阀门10用于控制还原后的物料排放，排料控制阀门10连接
用于将还原后的物料运送出炉体的排料通道11，辐射管燃烧机7等间距的从上到下依次安
装有多层，所述竖炉顶部设有的进料口5和烟道6各自独立，所述炉体2中部的反应段3的横
截面为正方形。
炉体2的反应段3内径为5—5.5米。
辐射管燃烧机7伸入炉体内部的辐射管7距离为2.1—2.3米。
辐射管燃烧机7端部的辐射管7距离炉体的轴心为100—200毫米。
实际生产中，蓄热式辐射管燃烧机点火，通过辐射管加热炉体的燃烧室，从辐射管
直接还原竖炉的上部进料口烟道中投放含金属原料和还原剂等物料，辐射管将物料加热还
原成金属，进料口在投放物料的同时，烟道同时排出煤气，可将排放煤气的烟道连接煤气收
集装置，煤气收集装置收集排放出来的煤气可进行二次利用。物料还原过程中会产生气体，
气体在排出炉体后需要利用布袋除尘设备进行处理，减少污染物的排放。
本发明的一种辐射管直接还原竖炉，能够大规模生产，辐射管直接还原竖炉炉体
内径约5.5米，高度约25米，年生产能力可以达到35万吨。能耗低，辐射管燃烧机采用蓄热式
燃烧，炉内温度达到1100℃时，排烟温度只有150℃，有效节约煤气。煤气热值高，在原材料
加热过程中产生的气体中不含N2气体，所以整个炉内没有N2气体。物料在下料过程中煤气向
炉顶排出，物料与煤气处于纯逆流加热状态。除尘容易，由于物料是通过辐射管燃烧机辐射
加热，炉内不会存在气流冲击，物料烘干后产生的气体从炉体顶部加料口排出，其热量被物
料带走，所以排出炉体的温度比较低，可采用布袋除尘。炉内温度均匀、可控，辐射管燃烧机
可以合理布置，热负荷也可以灵活控制。辐射管燃烧机在炉内作为骨架分布均匀，透气性非
常好。节约成本，辐射管直接还原竖炉与高炉相比，不用焦炭、不用高温高压鼓风，显著降低
成本，初步预算能节约200元/吨的成本。