眾所周知,高爐使用金屬化爐料可大幅度增產(chǎn)和降低焦比。爐料的金屬化率每增加10%,估算焦比降低約5.6%,同時產(chǎn)量也將增加。與轉(zhuǎn)爐使用的直接還原鐵(DRI)比較,高爐使用的直接還原鐵的金屬化率較低,故稱之為低還原鐵(LRI,即Low Reduced Iron),對原料中硫的含量要求不高,因此LRI的生產(chǎn)和高爐冶煉技術在國外煉鐵界已成為一個研究熱點。
流態(tài)化是指固體顆粒在流體(氣體或液體)的作用下懸浮在流體中跳動或隨流體運動的現(xiàn)象。流態(tài)化現(xiàn)象可以由氣體和固體顆粒、液體和固體顆粒,以及氣體、液體和固體顆粒形成,即所謂的氣—固流態(tài)化、液—固流態(tài)化和氣—液—固三相流態(tài)化,其中氣—固流態(tài)化在工業(yè)中應用最多。能夠?qū)崿F(xiàn)流態(tài)化過程的設備稱為流化床或沸騰床。
流化床技術具有以下優(yōu)點:一是流體和固體之間的傳熱和傳質(zhì)效果增強,床層溫度均勻。流化床所采用的固體物料為顆粒,比表面積很大,同時由于固體顆粒強烈的擾動、相互摩擦和碰撞,固體表面的更新速度加快,而且床層的溫度均勻一致。二是床層與管壁的傳熱效果增強,比一般氣體與管壁的傳熱系數(shù)要增大數(shù)十倍或上百倍。三是可以像流體一樣大量輸送。由于 固體顆粒在氣體的作用下,可以像流體一樣自由流動,這就使得對固體顆粒進行大量加工成為可能。四是便于實現(xiàn)過程的連續(xù)化和自動化,特別適用于固體顆粒處理量很大或催化劑循環(huán)量較大的生產(chǎn)過程。
該技術也有一些缺點:一是固體顆粒磨損大、損耗多。對于氣—固流化床來說,固體顆粒的劇烈擾動,造成粒子的磨損,更多的細粒和粉塵被帶出設備,增加了回收系統(tǒng)的負荷。二是增加受熱面的磨損。對于須進行熱交換的工藝過程,流化床層內(nèi)設有換熱管束,較堅硬固體顆粒的劇烈擾動對管壁會產(chǎn)生磨損。三是反應效率下降。在流化床內(nèi),固體顆粒的劇烈擾動,造成嚴重的固體顆粒和流體沿軸向的返混(上下躥動),大量未反應的物料被生成物稀釋,使傳質(zhì)推動力減小,導致反應過程的轉(zhuǎn)化率下降。同時,由于床內(nèi)氣泡的產(chǎn)生,氣泡內(nèi)的氣體與固體接觸不良,致使反應速率下降。
鑒于目前高爐在傳統(tǒng)煉鐵行業(yè)中占據(jù)統(tǒng)治地位,采用流化床技術生產(chǎn)高爐用低還原鐵具有更大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。國外在實驗高爐上進行的試驗證明,在高爐煉鐵工序中加入低還原鐵,可以大幅度降低還原劑的消耗量和CO2的排放量,還可以顯著提高高爐利用系數(shù)。鐵料的金屬化率每提高10%,實驗高爐利用系數(shù)可以升高8%。因此通過流化床處理粉礦得到LRI,然后作為爐料加入高爐的工藝流程可以作為今后著力發(fā)展的新技術方向。
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