回轉(zhuǎn)窯煉鐵法的分類及現(xiàn)狀

2017-07-25   作者：佚名   網(wǎng)友評論 0 條

　　還原性回轉(zhuǎn)窯依據(jù)窯內(nèi)物料的形態(tài)差異可分為：

　　1)、預熱預還原回轉(zhuǎn)窯：回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)物料進行預熱、干燥、脫除結(jié)晶水、碳酸鹽分解、鐵礦物的部分還原。窯內(nèi)最高溫度通常≮1000℃。通常預熱預還原回轉(zhuǎn)窯是整個工藝中的一個環(huán)節(jié)，如：預熱預還原回轉(zhuǎn)窯--礦熱爐法生產(chǎn)鎳鐵。

　　2）、直接還原回轉(zhuǎn)窯：窯內(nèi)爐料最高溫度低于“開始軟化溫度”最低的物料的開始軟化溫度值100～150℃。窯內(nèi)物料呈完全固體狀態(tài)，在不熔化、不造渣的條件下完成還原過程，產(chǎn)品呈基本保留入爐形狀的固態(tài)以金屬鐵為主要成分，包含原料脈石成分的“直接還原鐵”。

　　3）、深度還原窯：窯內(nèi)爐料最高溫度略高于軟化開始溫度（在荷重還原條件下收縮3%時的溫度）最低的物料的軟化開始溫度值，但低于爐料軟化溫度（在荷重還原條件下收縮30%時的溫度）。窯內(nèi)物料在進行還原反應的同時產(chǎn)生固相造渣反應，但不熔化，物～料呈現(xiàn)燒結(jié)塊狀，類似水泥熟料生產(chǎn)回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)物料形態(tài)。排出回轉(zhuǎn)窯的物料中鐵呈＞0.10mm的金屬顆粒分布在物料團塊中?；剞D(zhuǎn)窯產(chǎn)品-還原團塊經(jīng)水淬、磁選獲得產(chǎn)品-細顆粒狀金屬鐵。

　　4）、粒鐵回轉(zhuǎn)窯：粒鐵法是上世紀30年代德國開發(fā)的以酸性脈石的礦石為原料，以低階煤為還原劑和燃料，生產(chǎn)顆粒狀金屬鐵的工藝方法，還原反應器為回轉(zhuǎn)窯。爐料入窯后，經(jīng)干燥、預熱、鐵礦物還原、爐料的造渣，最終鐵礦物還原為金屬鐵，并以1.2～30mm鐵顆粒的形態(tài)均勻的“懸浮在”半熔態(tài)的爐渣中。包裹著顆粒狀金屬鐵顆粒的半熔態(tài)“團塊”，連續(xù)的從卸料端排出回轉(zhuǎn)窯，然后，經(jīng)水淬、選擇性破碎、磁選獲得產(chǎn)品--顆粒狀金屬鐵。

　　朝鮮以劣質(zhì)煤為還原劑，酸性脈石鐵礦為原料，采用 “回轉(zhuǎn)窯粒鐵法”爐渣堿度（CaO+MgO/SiO2）0.10～0.30，生產(chǎn)含鐵95～97%顆粒狀金屬鐵是朝鮮鋼鐵生產(chǎn)中煉鐵生產(chǎn)的主要方法。

　　日本金屬公司大江山廠以煤為還原劑以紅土鎳礦為原料,生產(chǎn)含鎳13～15%的顆粒狀鎳鐵的“大江山法”。鎳、鐵礦物在固態(tài)下還原成金屬，并聚合成0.10～30.0mm顆粒。鎳鐵金屬顆粒均勻的懸浮在半熔狀態(tài)爐渣中。渣鐵混合物已團塊形態(tài)排除回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)水淬、選擇性破碎、磁選獲得顆粒狀金屬鎳鐵。該工藝因低階煤為還原劑和燃料，電力消耗低，生產(chǎn)成本低，成為紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵最經(jīng)濟的方法之一。

　　5）、熔態(tài)回轉(zhuǎn)窯（生鐵水泥法回轉(zhuǎn)窯）:以高堿度堿性含鐵物料為原料,以煤為還原劑,原料在窯內(nèi)進行物料的干燥、預熱、鐵礦物的還原，爐料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)最終形成鐵水和液態(tài)爐渣。鐵水從回轉(zhuǎn)窯最低點的出鐵口定期放出,液態(tài)渣從回轉(zhuǎn)窯出料端排出。因爐渣冷卻后可作為水泥熟料原料，故該法稱為生鐵水泥法（Baseet法）。該法適合處理堿性礦石，所生產(chǎn)的鐵水S、P極低可用于鑄造。該法因單機生產(chǎn)能力過小，耐火材料消耗高，操作困難等原因被淘汰。我國上世紀70年代在浙江蕭山進行過試驗性生產(chǎn)。

　　2.2 還原性回轉(zhuǎn)窯的特征

　　還原性回轉(zhuǎn)窯通常以低階煤為還原劑、燃料，進入回轉(zhuǎn)窯的待處理物料通常由礦石和煤、熔劑組成。還原性回轉(zhuǎn)窯最重要的任務是爐料的還原，創(chuàng)造和保證還原性回轉(zhuǎn)窯內(nèi)良好還原氣氛和足夠的還原能力是回轉(zhuǎn)窯控制的最重要任務。因還原反應是強吸熱反應，因此，回轉(zhuǎn)窯還必須具有足夠的供熱能力?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)燃料的燃燒需要強氧化性氣氛，以保證足夠的燃燒強度和能力。

　　在回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)同一橫截面上，創(chuàng)造自由空間的強氧化氣氛和料層內(nèi)的強還原性氣氛并存，并相互促進強化，保持一個穩(wěn)定地動態(tài)平衡是還原性回轉(zhuǎn)窯正常運行的最基本條件。

　　從圖1右側(cè)橫截面圖可看出：料層表面的CO氣膜是保證回轉(zhuǎn)窯自由空間的強氧化氣氛和料層內(nèi)的強還原性氣氛并存的最基礎(chǔ)條件。

　　回轉(zhuǎn)窯內(nèi)待處理的物料在被加熱后，料層內(nèi)由還原煤受熱放出的揮發(fā)份（H2+CO+CnHm），物料進行還原反應放出還原反應產(chǎn)物（CO），這些還原性氣體不斷從料層表面放出，在料層表面形成一個還原性氣體膜。如果這個由還原性氣體組成的氣膜能穩(wěn)定存在，即可實現(xiàn)將回轉(zhuǎn)窯自由空間的氧化性氣氛與料層內(nèi)的還原氣氛完全隔離，實現(xiàn)還原性回轉(zhuǎn)窯自由空間進行燃燒為回轉(zhuǎn)窯供熱，料層內(nèi)進行還原反應。

　　控制還原性氣膜的穩(wěn)定存在是還原性回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)控制的最重要任務。因還原性氣膜的外層接觸回轉(zhuǎn)窯自由空間的氧化性氣氛必然產(chǎn)生氧化燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量成為回轉(zhuǎn)窯的重要熱源之一。還原性氣膜因外層的氧化燃燒消耗與料層放出的還原性氣體量達到動態(tài)平衡時，回轉(zhuǎn)窯即可實現(xiàn)加熱和還原同時進行，達到還原性回轉(zhuǎn)窯的還原的目的。

　　由此，造成還原性回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)、控制、操作與氧化性回轉(zhuǎn)窯有重大差異。

　　1）、回轉(zhuǎn)窯的燃料燃燒火焰應遠離料面，絕對不得沖擊料面的還原性氣體保護膜。

　　2）、因回轉(zhuǎn)窯內(nèi)待處理物料中的煤從400℃開始大量放出揮發(fā)分，鐵的還原從570℃開始進行，回轉(zhuǎn)窯后部還原煤放出的揮發(fā)分和還原產(chǎn)生的CO難以從窯頭燒嘴供給燃燒所需要的氧氣，通常還原性回轉(zhuǎn)窯必須設(shè)置獨立的向回轉(zhuǎn)窯中、后部供氧的高風速二次供風管，或在窯身設(shè)置窯身風機。

　　3）、還原窯內(nèi)狀況與氧化窯不同，氧化窯窯內(nèi)呈清晰、明亮狀，從窯頭可以清晰的看到窯內(nèi)物料狀態(tài)。而還原窯內(nèi)呈渾暗狀，不透亮，難以看到遠處的料面。

　　還原性回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)爐料表面有一層爐料內(nèi)放出的可燃性氣體構(gòu)成的氣膜，這層氣膜將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)自由空間的氧化氣氛與料層內(nèi)的還原氣氛分割開來。氣膜的表層與自由空間的氧化氣氛產(chǎn)生燃燒反應形成一層火焰，這層火焰的形態(tài)、厚度影響爐料內(nèi)的還原氣氛，影響爐料的還原。料面火焰有力向上，略向窯尾傾斜屬正常爐況；料面火焰傾向料面或窯的燃燒火焰撲向料面，爐料會產(chǎn)生再氧化；料面沒有火焰且窯的燃燒火焰直接接觸料面，料面發(fā)亮，爐料產(chǎn)生再氧化，由于新還原出來的金屬鐵活性極大，已還原了的爐料被氧化，將使爐料表面溫度急劇上升，造成爐料熔化，繼而產(chǎn)生粘結(jié)，嚴重時產(chǎn)生“結(jié)圈”。

　　4）、為了保證單位料面有足夠的還原氣體溢出，需要有足夠的料層厚度。因此，還原性回轉(zhuǎn)窯的填充率遠大于氧化性回轉(zhuǎn)窯，通常還原性回轉(zhuǎn)窯填充率應達到20.0～25.0%，而氧化性回轉(zhuǎn)窯填充率通常8.0～10.0%。直接還原窯出料端的出口直徑僅為窯內(nèi)徑的50%以下。粒鐵法回轉(zhuǎn)窯的出料端直徑僅為窯內(nèi)徑的0.45～0.50。

　　5）、因待還原的鐵礦物的還原是通過還原劑CO、還原產(chǎn)物CO2的擴散過程完成，回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)的還原反應是擴散控制過程，還原過程需要較長的時間。還原窯內(nèi)爐料在窯內(nèi)的停留時間遠大于氧化窯物料在窯內(nèi)的停留時間。

　　氧化球團回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料的停留時間僅僅30分鐘；生產(chǎn)水泥熟料的回轉(zhuǎn)窯爐料在窯內(nèi)停留時間2.0～3.0小時。而生產(chǎn)直接還原鐵的回轉(zhuǎn)窯爐料在窯內(nèi)的停留時間需要8.0～10.0小時。天津鋼管￠4.80×80m的直接還原窯爐料在窯內(nèi)停留時間～10.0小時?！?.60×60m粒鐵回轉(zhuǎn)窯物料在窯內(nèi)停留時間為8.0～10.0小時。

　　因此，還原性回轉(zhuǎn)窯的斜度遠小于氧化窯，通常還原性回轉(zhuǎn)窯的斜度≯2.50%。還原性回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速也遠低于氧化窯，通常還原性回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速≮1.0轉(zhuǎn)/分鐘。

　　6）、為保證爐料充分還原，單純依靠加大窯長，降低回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、增大填充率是無法滿足還原反應的需要，改善窯內(nèi)溫度的分布，延長適宜還原的溫度區(qū)間長度更為有效，還原性回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)溫度分布曲線與氧化性回轉(zhuǎn)窯有重大差異。因此，還原性回轉(zhuǎn)窯的窯頭燒嘴的型式與氧化性回轉(zhuǎn)窯差異巨大。還原性回轉(zhuǎn)窯必須使用長焰層流燒嘴，以保證窯內(nèi)有較長的還原所需要的高溫區(qū)。大型還原性回轉(zhuǎn)窯通常不使用細顆粒煤粉、氣體燃料為燃料。大型直接還原鐵回轉(zhuǎn)窯使用粒煤（3.0～17.0mm）燒嘴進行加熱，不僅大幅度降低了煤粉加工成本，且大幅度加長了燒嘴燃燒火焰，使窯內(nèi)的溫度分布更加合理。

　　7）、為保證爐料充分還原，改善窯內(nèi)溫度的分布，延長適宜還原的高溫度區(qū)間長度，直接還原回轉(zhuǎn)窯通常在回轉(zhuǎn)窯設(shè)置若干窯身風機，窯身風機通過供風管將空氣導入回轉(zhuǎn)窯中心，為還原反應生成的CO、還原劑放出的揮發(fā)分的燃燒供氧。￠4.8×80m直接還原回轉(zhuǎn)窯配備9臺窯身風機。“粒鐵法”回轉(zhuǎn)窯通常采用高壓二次風向窯的后部供風，提高后部的溫度，拉長還原帶的長度。二次風管的出口速度超過80m/s?，F(xiàn)代粒鐵回轉(zhuǎn)窯在窯的后端也采取設(shè)置窯身風機提高回轉(zhuǎn)窯后部溫度，拉長還原帶的長度。

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