5.2.1含碳球團(tuán)在還原鐵生產(chǎn)中的地位

    直接還原煉鐵法由于其裝置形狀和使用的還原劑不同，可以分為很多種，如隨

著還原溫度的升高，利用固體碳的氧化（碳素溶解）反應(yīng)，在1100－1300C的高溫

下把固體碳材配入球。由粉狀固體碳和氧化鐵混合成形的含碳球團(tuán)能在比高爐和熔

融還原溫度更低的情況下進(jìn)行快速還原。由于含碳球團(tuán)的粘性強(qiáng)度一般很低，因此

采用這種含碳球團(tuán)生產(chǎn)還原鐵時，可采用能夠在靜態(tài)下加熱和移動的轉(zhuǎn)底爐。由于

該工藝以煤作碳材，所以即使是不產(chǎn)天然氣的地區(qū)也能使用。而且，由于設(shè)備簡單

、投資費(fèi)用少，因此容易被發(fā)展中國家所采用。為提高含碳球的反應(yīng)效率，因此提

高粉狀碳材和氧化鐵的接觸密度是很重要的，且必須解決以下兩個問題：

     a、由于固體碳的氧化反應(yīng)會產(chǎn)生很大的吸熱，因此需要傳熱性能好的高密度

含碳球團(tuán)。

     b、由于含碳球團(tuán)含有碳材，在大氣中燒成后無法提高強(qiáng)度，因此需要一種只

使用一點(diǎn)粘結(jié)劑進(jìn)行冷態(tài)粘結(jié)后，即使在還原階段也不會給含碳球團(tuán)帶來大的負(fù)荷

的生產(chǎn)工藝。

    5.2.2因氧化鐵的固體碳產(chǎn)生的還原反應(yīng)和反應(yīng)行為

    因氧化鐵的固體碳而產(chǎn)生的還原通過反應(yīng)生成的的CO、CO2氣體會產(chǎn)生相互影

響，其反應(yīng)公式一般可表示如下：

    FenOm+mC→nfe+mCO?。撼跗诜磻?yīng)（1）

    mCO+FenOm→nFe+mCO2　：氣化反應(yīng)（2）

    mCO2+mC→2mCO?。?span lang="EN-US">Boudouard反應(yīng)（3）

    （1）式的氧化鐵和碳的固體反應(yīng)以礦石和碳材的持續(xù)接觸作為前提，但由于

反應(yīng)生成物會分離，無法持續(xù)接觸，因此還原速度會下降。在900C以上的高溫區(qū)域

，雖然固體氧化鐵和碳無法維持接觸會造成反應(yīng)速度下降，但通過（2）式和（3）

式的連鎖反應(yīng)，還原反應(yīng)能持續(xù)進(jìn)行?？梢哉J(rèn)為這種連鎖反應(yīng)受供熱速度的控制。

由此可知，含碳球團(tuán)的還原受溫速度和最高加熱溫度的影響很大。在升溫速度10C

/min、最高加熱溫度1100C的情況下使含碳20%的球團(tuán)在N2氣流中反應(yīng)時，在到達(dá)最

高溫度后保持30min，可得金屬化率95%。另外，在加熱開始后10min以內(nèi)，可得還

原率99%。

    在氣氛溫度為1400C的N2氣流中進(jìn)行加熱時，含碳球的渣和金屬最終會分離。

其反應(yīng)過程可以概括如下：

  　a、當(dāng)加熱溫度超過1100C時，碳素溶解反應(yīng)和氧化鐵的還原的反應(yīng)都會活躍起

來，還原迅速發(fā)展到球團(tuán)中心部，球團(tuán)表面開始發(fā)生金屬化。

  　b、當(dāng)加熱溫度超過1230C時，還原反應(yīng)減小、CO2發(fā)生量減少，因此吸熱反應(yīng)

量也減小。在這種情況下，由于表面?zhèn)鳠崃康脑黾?。結(jié)果升溫速度會再次提高。隨

著升溫速度的提高，渣開始出現(xiàn)軟化、熔融和分離。在渣滲出球團(tuán)表面的同時，表

面會形成致密的金屬鐵殼，內(nèi)部凝集的渣此時開始熔融。

    但是在這種還原熔融過程中，當(dāng)外周部已生成金屬鐵殼的球團(tuán)發(fā)生數(shù)個接觸在

一起時，供給接觸部分的還原氣體受阻，使還原難以進(jìn)行。另外，由于這部分的加

熱速度也下降了，因此會生成大量的FeO，并開始發(fā)生熔融，最后形成內(nèi)部中空的

“冰柱”。

    5.2.3采用轉(zhuǎn)底爐快速生產(chǎn)還原鐵的工藝

    把含碳球團(tuán)放在轉(zhuǎn)底爐上用1250－1400C的高溫快速加熱后，能在10min左右的

短時間內(nèi)生成還原鐵，目前正在研究開發(fā)將這一工藝實(shí)用化。采用轉(zhuǎn)底爐時，由于

不像豎爐或回轉(zhuǎn)窯那樣會使團(tuán)礦顆粒產(chǎn)生相互磨擦和轉(zhuǎn)動，因此可以使用強(qiáng)度較低

的團(tuán)礦。轉(zhuǎn)底爐不僅可用于生產(chǎn)還原鐵，而且有望用于煉鐵粉或煤泥的處理和再利

用。眾所周知，采用這種轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)還原鐵的工藝有三種：第一種是INMETCO工藝

，雖然它的規(guī)模較小，但自1978年以來，它就作為從不銹鋼粉塵中回收Ni、Cr、和

Fe生產(chǎn)還原鐵的工藝；第二種是以大量生產(chǎn)電爐用還原鐵和以煉鐵粉塵的處理為目

的的FASTMET工藝和IRON　DYNAMICS工藝；第三種是CRM正在開發(fā)的COMET工藝。最

后的這種工藝不使用含碳球，它是把粉狀氧化鐵和煤交叉各裝兩層進(jìn)行加熱還原。

采用這種工藝時不需要將粉狀氧化鐵和煤加工成球或團(tuán)礦等預(yù)處理設(shè)備，但由于它

難以達(dá)到高密度化，因此擔(dān)心無法提高加熱速度。