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原料要求

鐵礦石(包括氧化球團礦)、還原與燃燒用煤和脫硫劑是煤基回轉窯直接還原生產(chǎn)的主要原料，是直接還原生產(chǎn)的物質(zhì)基礎。原料的質(zhì)量不僅對直接還原的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和能源消耗等技術經(jīng)濟指標有直接影響，還決定著直接還原工藝的成敗。因此，做好原料選擇和加工準備是直接還原生產(chǎn)十分重要的基礎工作，是能否生產(chǎn)出直接還原鐵的關鍵。

一 含鐵原料的選用

用于回轉窯直接還原生產(chǎn)的含鐵原料可以是天然鐵礦石(即塊礦)，也可以是氧化球團。決定含鐵原料質(zhì)量的主要因素是：化學成分、物理性質(zhì)和冶金性能。適宜于回轉窯直接還原生產(chǎn)的鐵礦石必須：含鐵量高、脈石含量少、有害雜質(zhì)少、化學成分穩(wěn)定、粒度適宜，并且具有良好的還原性及一定的強度。

化學成分

1．含鐵量與脈石

含鐵原料以鐵氧化物為主，還含有SiO2 Al2O3、CaO、MgO等成分。在回轉窯還原過程中，所發(fā)生的主要化學變化是在固態(tài)下脫除含鐵原料中的氧，而不能脫除脈石成分和其他雜質(zhì)。因此選用的含鐵原料必須是含鐵量高、脈石含量低。通常要求含鐵量在66％以上，脈石總量小于8%。

CaO與MgO通常在礦石中含量不多，在煉鋼過程中不是有害成分，對回轉窯工藝也沒有大的影響。一般要求原料中CaO<2.5%, Mgo<1.5％。保留在直接還原鐵中的酸性脈石SiO2和Al2O3導至煉鋼電耗增高，生產(chǎn)率下降，渣量和各種材料消耗增加、爐襯壽命縮短。鐵礦石中(SiO2+Al203)應小于5.5％。

2．含硫量

硫?qū)︿摬氖亲钣泻Φ某煞?，因為它使鋼材具有熱脆性。在回轉窯直接還原生產(chǎn)中，原料帶入的硫，部分揮發(fā)進入廢氣，部分被脫硫劑吸收，工藝本身有一定的脫硫能力。但綜合考慮冶煉效果，含鐵原料的含硫量應盡可能低，一般要求小于0.03%。

3．含磷量    ’

磷也是鋼材的有害成分，它使鋼材具有冷脆性。鐵礦石中的磷，在回轉窯還原過程中不能脫除。直接還原鐵的含磷量取決于礦石的帶入量。高磷直接還原鐵用于煉鋼，迫使煉鋼增加渣量，提高爐渣堿度，使煉鋼能耗增加和產(chǎn)率下降。因此鐵礦石原料中磷含量應盡可能低，最好在O．03％以下。

4．其他成分

鉛、鋅、銅、砷、錫是優(yōu)質(zhì)鋼中的受控成分。一般要求含鐵原料中這些元素與其他有色金屬元素的總含量不大于O．02％鉀、鈉等堿金屬氧化物的腐蝕性很強，易與窯襯生成低熔點硅酸鹽，造成窯襯粘結，以致結圈，影響回轉窯正常作業(yè)。另外，含鐵原料內(nèi)含有堿金屬氧化物，將會促使其在還原過程中產(chǎn)生膨脹、粉化，造成粉塵損失。含鐵原料中堿金屬氧化物含量一般以低于0.02％為宜。

物理性質(zhì)

原料的物理性質(zhì)也是影響回轉窯直接還原的重要因素。主要包括粒度和強度。

1．粒度   

入窯礦石粒度主要是取決于礦石的還原性，粒度上限與還原性成正比，它以回窯卸料端排出物的核心得到還原為原則；粒度下限的選擇要能保證料層具有足夠的透氣性，而且能與其他原料較均勻混合，有利于防止低熔物生成和局部區(qū)段過熱。一般認為采用塊礦時粒度為5～20mm，其中小于5mm和大于20mm量分別不大于5％；采用球團礦時，粒度為9～16mm，其中10～16mm量不少于95%。

2．強度

礦石強度表示礦石在窯內(nèi)抗沖擊和磨擦的能力。原料強度不高，在回轉窯內(nèi)將被破碎，產(chǎn)生粉末，容易引起結圈。另外，還原過程產(chǎn)生粉末會增加后續(xù)處理工作，影響經(jīng)濟效益。通常用轉鼓指數(shù)和抗壓強度表示礦石的這一性能。

冶金性能

鐵礦原料的冶金性能與回轉窯直接還原工藝有密切關系，一定程度上決定著回轉窯直接還原在技術經(jīng)濟上的可行與否。冶金性能主要表現(xiàn)為礦石的還原性和爆裂性。

1．還原性

還原性是指鐵礦石中與鐵結合的氧被氣體還原劑(CO、H2)奪取的難易程度。與鐵結合的氧容易被氣體還原劑奪取的礦石，還原性好，反之則還原性差。

在回轉窯里把鐵礦石還原成金屬化直接還原鐵的時間，主要取決于礦石的還原性。還原性越好，物料在回轉窯內(nèi)停留的時間越短，窯的生產(chǎn)率越高，且允許適當降低還原作業(yè)溫度，提高回轉窯作業(yè)的安全性。另一方面，還原性好的礦石可放寬入窯粒度上限，能改善礦石的利用率和還原產(chǎn)品的利用，取得直接經(jīng)濟效益。

回轉窯直接還原工藝應該選用還原性好的塊礦和球團礦作原料。一般情況，經(jīng)過充分氧化固結的球團礦，其還原性優(yōu)于天然塊礦。通常鐵礦石還原性指標用還原度在40％時的還原速率表示，這項指標應大于O．55％／分。

2．爆裂性

在回轉窯直接還原生產(chǎn)中，鐵礦石的爆裂現(xiàn)象是由于受熱爆裂和還原引起爆裂的綜合效應所產(chǎn)生的。礦石爆裂嚴重時，回轉窯作業(yè)鐵損高，產(chǎn)量下降，還易引起窯內(nèi)結圈。

含鐵原料的綜合評價    ’

選用鐵礦石，尤其是天然塊礦，全面符合上述回轉窯直接還原工藝要求是困難的，也是不多的。往往某種礦石含鐵品位高，脈石含量少，但硫、磷含量偏高；或是含鐵量高，硫、磷雜質(zhì)含量合適，而有害金屬元素偏高；或是礦石的化學成份都比較理想，而其冶金性能或物理性質(zhì)不好。固此，對礦石作出正確的綜合評價，是選用含鐵原料的重要前提。

生產(chǎn)實踐證明，選用回轉窯直接還原含鐵原料，不能單純重視化學成分，必須兼顧礦石的冶金性能和物理性質(zhì)。

二 煤的選用

煤是回轉窯直接還原生產(chǎn)不可缺少的原料，它是煤基直接還原的還原劑和供熱燃料。煤的品質(zhì)對回轉窯直接還原的工藝流程、生產(chǎn)結果、經(jīng)濟效益均有重大影響。做好煤的選擇是回轉窯直接還原生產(chǎn)中致關重要的前提。作為煤基回轉窯直接還原用煤的質(zhì)量要求，主要從化學成分和冶金性能進行評價。

化學成分

1．固定碳和灰分

生產(chǎn)直接還原鐵的煤耗主要取決于煤的固定碳含量。固定碳含量越高，煤耗就越低。煤的固定碳含量低，則灰分增多，占去回轉窯的有效容積增加，從而降低設備效率。同時消耗于加熱灰分的能量增加。大量實踐證明，直接還原用煤最好選用固定碳含量大于50％、灰分小于20％的煤種。

2．揮發(fā)分

揮發(fā)分是指煤在加熱過程中釋放出的揮發(fā)性物質(zhì)。揮發(fā)分的放出有利于促進還原反應，為還原反應提供燃燒熱量和調(diào)節(jié)反應區(qū)域的溫度分布。但揮發(fā)分過高，使廢氣量增加，廢氣熱損失大，導致熱量消耗的增加，而控制不好則易產(chǎn)生局部過熱。煤的揮發(fā)分一般在30％為宜。

3．含硫量

入窯原料中硫負荷的80～90％是由煤帶入的。減少還原煤的含硫量是降低直接還原鐵產(chǎn)品含硫量的主要措施。煤的含硫量應小于1.0%。使用含硫量高的煤作為還原劑，需增加脫硫劑的使用量，以保證產(chǎn)品含硫量合格，從而也導致熱量消耗的增加。

4．水份

煤的水分過高，同樣會增加回轉窯直接還原的熱消耗，導致降低回轉窯的產(chǎn)率，并影響噴煤的正常作業(yè)。加入煤的含水量一般應小于10～l5%，窯頭噴吹煤最好小于5％。并且，煤的含水量應穩(wěn)定，以保證還原過程的穩(wěn)定。

冶金性能

1．反應性

煤的反應性是指煤在某溫度下，煤中固定碳與CO2反應生成CO的能力。煤的反應性是評價固體還原劑的重要指標。反應性好的煤可以使回轉窯反應窯間維持較高的cO濃度，促進鐵氧化物的還原，允許采用較低的還原作業(yè)溫度，有利于防止窯內(nèi)結圈，可以相應降低對還原煤灰分軟化溫度的要求。通常希望煤的反應性值在950℃時達到90％以上。

2．灰分熔融性

灰分熔融性是指煤的灰分在高溫條件下開始軟化(T1)、變形(T2)、到完全熔化為液態(tài)(T3)的溫度。這也是評價煤的一個重要指標。煤灰軟化溫度(T1)越高，在正常操作溫度下，窯內(nèi)物料越不容易粘結，防止窯內(nèi)結圈?；剞D窯所允許的操作溫度應低于煤灰軟化溫度150℃。一般認為灰分軟化溫度最好大于1200℃。

3。熱穩(wěn)定性

熱穩(wěn)定性是指煤在加熱過程中維持其原始粒度的性質(zhì)。熱穩(wěn)定性差的煤在使用中將過度粉碎，生成大量粉末，引起偏析，影響正常作業(yè)。熱穩(wěn)定性適當?shù)拿?，在升溫過程中粉粹適當，可以減少用前破碎處理。在回轉窯直接還原工藝中，煤的熱穩(wěn)定性指標TS+6mm大于70％即可適用。

4．自由臌脹指數(shù)和結焦指數(shù)

自由膨脹指數(shù)是測定揮發(fā)物在揮發(fā)過程中煤產(chǎn)生自由膨脹的指標。煤在窯內(nèi)超常膨脹會引起爐料體積增大，堆比重下降，爐料偏析，惡化熱傳導條件。回轉窯用煤，通常要求煤的自由膨脹指數(shù)小于l。

結焦指數(shù)大，易使煤粒粘結塊長大，導致物料偏析和爐料粘結，造成煤的利用率下降。為了保證窯內(nèi)不產(chǎn)生結焦，通常要求煤的結焦指數(shù)小于3。

5．粒度

煤的平均粒度應與礦石(或球團)的平均粒度相近，以保證爐料混合均勻，不產(chǎn)生偏析。熱穩(wěn)定性差的煤，其粒度上限可適當放寬。窯尾加入的煤應盡量減少粉末的數(shù)量，避免吹損和結圈。窯頭噴入煤的粒度必須嚴格控制，并力求穩(wěn)定。

  三 脫硫劑的選用

回轉窯加入脫硫劑的目的是去除物料的硫，改善直接還原鐵的質(zhì)量?；剞D窯直接還原生產(chǎn)常用的脫硫劑是石灰石(CaCO3)或白云石[caMg(c03)2]。

回轉窯直接還原生產(chǎn)對脫硫劑的質(zhì)量要求

1．堿性氧化物(CaO+MgO)含量高，否則，脫硫劑的用量多，增加熱量消耗。一般要求脫硫劑中酸性氧化物(SiO2+A1203)不大于3.5%。酸性氧化物含量高，即降低了堿性氧化物含量。

2．硫、磷含量要低。

3.石灰石應有一定的粒度。粒度過大，石灰石分解速度慢，增加高溫區(qū)的熱量消耗。