陳正東,陳澤林
黃岡市中基窯爐有限公司

1 還原鐵隧道窯獨特的熱工過程

        還原鐵隧道窯獨特的熱工過程，其獨特性在于還原鐵隧道窯的生產(chǎn)是加熱冷卻過程和還原反應(yīng)過程的高度統(tǒng)一。
陶瓷、磚瓦、耐火材料隧道窯只有單一的供熱源，而還原鐵隧道窯的供熱源除了燃料燃燒供熱外，還有還原劑氧化燃燒產(chǎn)生的熱量。窯車上碳化硅罐內(nèi)裝有礦粉原料和固體碳還原劑，還原劑一般為煤粉或焦末，固體碳實際裝入量要高于還原理論需要量。在高溫時罐外O2或者CO2滲入還原劑層，將碳?xì)饣癁镃O，同時向礦粉原料層及罐外擴散。擴散到礦粉原料層的CO進(jìn)行還原反應(yīng)，擴散到罐外的CO立即被燃燒掉。理論計算表明，還原100㎏品位為72%的礦粉原料需要10.5㎏純碳。但是，為了產(chǎn)生足夠的CO和保護(hù)還原后的鐵，還原劑實際裝入量是還原理論需要量的2~5倍。還原完成后，還原劑大概消耗了裝入量的40~50%，大部分的還原劑還是被燃燒掉了。

        還原鐵的反應(yīng)是一個吸熱過程，參與反應(yīng)的C釋放出的能量外加吸收的熱量，全部轉(zhuǎn)化為Fe的化學(xué)能，在進(jìn)行還原鐵隧道窯熱工分析時，必須考慮這些能量的轉(zhuǎn)化。

2 還原鐵隧道窯的物料平衡和熱平衡的計算

        還原鐵隧道窯的技術(shù)參數(shù)確立，是建立在熟知物料的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)之上。如鐵磷/礦粉原料的品位、還原劑的各項指標(biāo)以及原料的試驗結(jié)果等，生產(chǎn)工藝對隧道窯窯爐工藝起著決定性的作用，對隧道窯的功能劃分也有很大的借鑒作用。

        還原鐵隧道窯的物料平衡是對氧化鐵還原前后的理性分析。還原前的礦粉原料含量、雜質(zhì)含量，還原后精礦失重，海綿鐵的總鐵、雜質(zhì)、氧含量等要素必須作出準(zhǔn)確的分析判斷。

 

        還原鐵隧道窯的熱平衡計算包括熱供給和熱支出。熱供給有燃料燃燒熱和還原劑燃燒熱；熱支出有煙氣余熱、物料蓄熱、爐墻散熱、還原鐵化學(xué)能、漏損熱。其方程式是：燃料燃燒熱+還原劑燃燒熱=煙氣余熱+物料蓄熱+爐墻散熱+還原鐵化學(xué)能+漏損熱。通過計算可找出各項熱量所占比例，從而找到節(jié)能的關(guān)鍵所在。

3 還原鐵隧道窯的功能區(qū)劃分

        還原鐵隧道窯遵循先有物料平衡、熱平衡，后有隧道窯功能區(qū)劃分的原則，對隧道窯的布局作了統(tǒng)一規(guī)劃。還原鐵隧道窯按功能區(qū)劃分共設(shè)三大段，即預(yù)熱段、還原段、冷卻段。物料平衡和熱平衡與還原鐵隧道窯的各段分布都有著千絲萬縷的聯(lián)系。

        預(yù)熱段設(shè)有排煙孔及氣幕。在預(yù)熱段設(shè)置氣幕，降低窯頭溫度保護(hù)窯門，防止窯內(nèi)煙氣從窯頭溢出。焙燒還原段主要設(shè)置有燒嘴，小流量，多點布置，這樣火焰產(chǎn)生的氣流在窯內(nèi)形成上下對流，使得窯內(nèi)上下溫度趨于一致。由于窯內(nèi)燒嘴設(shè)置較多且靠窯頭較近，使得預(yù)熱帶上下溫度趨于一致，為縮短還原周期快速還原提供了有力保證。

        ——預(yù)熱段的主要作用是：利用保溫還原段的熱煙氣對爐料進(jìn)行加熱，使其完成爐料中水分的蒸發(fā)和水化物的分解，促使還原劑中揮發(fā)份的逸出和脫硫劑碳酸鈣（即石灰石）的分解，同時產(chǎn)生的廢煙氣由若干對支煙道匯總后經(jīng)排煙風(fēng)機排出廠房外進(jìn)行物料干燥等。

        ——保溫還原段的主要作用是：隨著爐料被逐步加熱到高溫，鐵的氧化物被CO逐步置換，直至金屬鐵全部被還原，需要較穩(wěn)定的溫度曲線和還原時間。該段設(shè)計若干對燒嘴布置在窯的兩側(cè)，通過調(diào)節(jié)燃?xì)夂涂諝獾谋壤_(dá)到最佳燃燒狀態(tài)和較理想的溫度曲線，使產(chǎn)品在較長的高火保溫區(qū)得到充分的還原效果。

        ——冷卻段充分利用空氣換熱器、水箱和冷卻風(fēng)機對產(chǎn)品進(jìn)行間接和直接冷卻，換熱器抽出的熱空氣用于助燃，減少燃料的消耗，降低生產(chǎn)成本。

 

 

4 還原鐵隧道窯的窯型選擇

        根據(jù)原料的性能及投資規(guī)模大小，選擇合適的隧道窯。如果投資額較低，則可選擇頂部為拱頂、側(cè)墻為磚混結(jié)構(gòu)的隧道窯。如果投資不是很低，則選擇平吊頂結(jié)構(gòu)、側(cè)墻為框架結(jié)構(gòu)的隧道窯?？傊瑢λ淼栏G的窯型選擇，應(yīng)著重考慮原料產(chǎn)量大小、投資總額、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、市場銷售、綜合管理水平、技術(shù)發(fā)展等要素進(jìn)行判斷。

       還原鐵隧道窯一般分重質(zhì)窯和輕體窯。重質(zhì)窯以磚混結(jié)構(gòu)為主，從里至外分四層結(jié)構(gòu)，分別是重質(zhì)耐火磚、輕質(zhì)保溫磚、耐火纖維棉和紅磚。墻體較寬，一般有0.8米厚左右，使用壽命較長。輕體窯分全棉結(jié)構(gòu)和莫來石結(jié)構(gòu)兩種，全棉結(jié)構(gòu)的隧道窯以復(fù)合棉塊作內(nèi)墻，墻體較薄，厚度400mm左右，外表用3mmA3鋼板作內(nèi)襯，復(fù)合棉塊用錨固件固定在鋼板上。全窯外框為方管鋼結(jié)構(gòu)，分成若干個單元，用彩鋼板作為裝飾，鑲嵌在鋼結(jié)構(gòu)之上，外觀新穎漂亮。優(yōu)點是升降溫快捷，省去了烘窯等環(huán)節(jié)。莫來石輕體結(jié)構(gòu)的隧道窯以莫來石作內(nèi)墻，由于莫來石保溫效果好，墻體也很薄、厚度500mm左右，外結(jié)構(gòu)與棉體隧道窯相同。

        重質(zhì)窯的窯頂一般為拱頂結(jié)構(gòu)，60℃標(biāo)準(zhǔn)中心角，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。而輕體窯一般采用平吊頂結(jié)構(gòu)，用耐熱不銹鋼（或堇青石）吊鉤將頂磚吊起，懸掛在窯頂鋼結(jié)構(gòu)之上。無論是拱頂結(jié)構(gòu)還是平吊頂結(jié)構(gòu)，都能保證還原鐵隧道窯制品的安全運行，對隧道窯窯內(nèi)溫度、壓力、氣氛制度的控制有利，能夠滿足還原工藝要求。

5 還原鐵隧道窯的熱源選擇

 

        由于煤燒還原鐵隧道窯對環(huán)境的污染很大，國家已經(jīng)明令禁止。還原鐵隧道窯一般采用比較純凈的氣體作為燃燒熱源，如天然氣、煤層氣、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、混合煤氣、冷熱發(fā)生爐煤氣等，由于熱值不同，隧道窯耗氣量也不一樣，燃燒系統(tǒng)的配置也不盡相同。

        常用的天然氣屬高壓燃?xì)猓踩员仨毞旁谑孜?。天然氣管道必須?jīng)三倍以上的壓力試驗，確保無泄漏。在天然氣管道末端，還設(shè)置有放散裝置和防爆裝置，確保用氣安全。天然氣還應(yīng)設(shè)置旁路系統(tǒng)，高壓天然氣經(jīng)減壓穩(wěn)壓后才能滿足還原鐵隧道窯的使用要求。

6 還原鐵隧道窯的專有技術(shù)與創(chuàng)新

……

  關(guān)注“driinfo",手機上同步看直接還原、鋼鐵業(yè)內(nèi)文章