天津鋼管公司

前言

直接還原鐵主要做為廢鋼的高質(zhì)量替代物，所謂直接還原鐵，就是鐵礦石（球團(tuán)）等金屬物料在固態(tài)下的去氧還原。

直接還原鐵有兩種成熟的工藝：一種是天然氣氣基豎爐工藝，另一種回轉(zhuǎn)窯法（包括SL/RN CODIR DRC等）為代表的煤基直接還原法。天津大無(wú)縫為適應(yīng)中國(guó)天然氣不足的國(guó)情，故選擇引進(jìn)英國(guó)DAVY技術(shù)的煤基回轉(zhuǎn)窯法。

1 DRC法工藝流程及簡(jiǎn)要說(shuō)明

1.1 DRC法工藝概述

DRC法工藝與其他一些主要的煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵工藝相類(lèi)似，原料---鐵礦石、煤、石灰石按控制的數(shù)量從窯的給料端加入，窯慢速旋轉(zhuǎn)，使鐵礦石與煤朝窯的卸料端運(yùn)動(dòng)，同時(shí)被加熱與還原。供煤燃燒所需的空氣，由窯殼風(fēng)機(jī)提供。煤是做為工藝過(guò)程所需的熱源和還原劑，可以不必用天然氣或油之類(lèi)的任何碳?xì)浠衔锶剂?，能成功的進(jìn)行操作。

在窯的第一段----預(yù)熱端，通過(guò)控制煤中揮發(fā)份的燃燒，使混合料加熱到還原溫度，在窯的第二段----還原帶，進(jìn)一步控制煤的燃燒，為給形成還原鐵所進(jìn)行的物質(zhì)反應(yīng)提供熱量。

從窯卸料端排出的直接還原鐵，金屬化率可達(dá)92%以上，S含量可以控制在小于0.01左右，其他雜質(zhì)含量主要取決于鐵礦石本身的質(zhì)量。

窯內(nèi)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及在一定的生產(chǎn)率條件下，物料在窯內(nèi)停留時(shí)間，是與溫度密切相關(guān)的，希望回轉(zhuǎn)窯能有較高的操作溫度，但其溫度上限又受物料固相之間的關(guān)系、含硫化物的性狀以及燒結(jié)條件所限。假如在窯內(nèi)某一部位供熱過(guò)多物料會(huì)過(guò)熱，從而會(huì)產(chǎn)生眾所周知的窯內(nèi)結(jié)圈現(xiàn)象。結(jié)圈的形成是料層內(nèi)固體顆粒燒結(jié)的積累。它們沿窯長(zhǎng)的某一處形成一個(gè)環(huán)，如果造成過(guò)熱的條件持續(xù)存在，結(jié)圈環(huán)將不斷地增長(zhǎng)，直至將窯的內(nèi)徑阻塞，所以結(jié)圈現(xiàn)象應(yīng)竭力避免和盡早處理。

在達(dá)到給定的生產(chǎn)指標(biāo)的同時(shí)，又要避免窯內(nèi)結(jié)圈，最重要的是應(yīng)精確地進(jìn)行溫度測(cè)量與控制。在這一方面，DRC工藝給予了特別注意。

還原產(chǎn)品從回轉(zhuǎn)窯窯頭排出后，進(jìn)入冷卻筒內(nèi)冷卻，然后運(yùn)到產(chǎn)品篩分磁選系統(tǒng)，把海綿鐵產(chǎn)品、殘?zhí)颗c灰分等非磁性物分開(kāi)，并使直接還原鐵產(chǎn)品按大小粒度分級(jí)，細(xì)顆粒的予以壓塊。

生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的廢煙氣從窯尾抽出。煙氣具有高的溫度，并含有CO與其他可燃物，這些可燃物在后燃燒室經(jīng)過(guò)燃燒，使溫度進(jìn)一步提高，這些高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，用于發(fā)電，降溫后的廢煙氣經(jīng)布袋除塵器進(jìn)行凈化，由廢氣風(fēng)機(jī)抽出，通過(guò)煙囪排入大氣。

1.2工廠(chǎng)操作要求 

1.3工廠(chǎng)保證值

根據(jù)合同規(guī)定：DAVY公司對(duì)工廠(chǎng)的保證值如下：

工廠(chǎng)生產(chǎn)能力：?jiǎn)巫G450噸(DRI)/日；

鐵的回收率：最小96%；

產(chǎn)品平均金屬化率，最小92%；

產(chǎn)品平均含硫量，最大0.01%；

煤耗：最大450公斤（固定碳）/噸鐵；

廢煙氣含塵量（布袋除塵器出口）最大50mg/Nm3；

冷卻筒排料溫度：最大100℃；

余熱鍋爐蒸汽參數(shù)：蒸汽量 36t/h、蒸汽溫度450℃、蒸汽壓力39公斤；

產(chǎn)品分離間空氣含塵量：最大10mg/ Nm3；

生產(chǎn)設(shè)備作業(yè)率：最小95%；

過(guò)程控制系統(tǒng)作業(yè)率：最小99.9%。

1.4原料要求和準(zhǔn)備

1.4.1含鐵原料的選用

要求：鐵含量高，脈石含量小，有害雜質(zhì)少，化學(xué)成份穩(wěn)定，粒度適宜（南非礦）

 

1.4.3脫硫劑的選擇

CaO 50-54.6%    Al₂O₃<1.0%   P<0.02%   S<0.012-0.041%  SiO₂<2%   粒度1-6mm

1.5.回轉(zhuǎn)窯的工藝原理及操作

回轉(zhuǎn)窯以低價(jià)煤為還原劑、燃料創(chuàng)造和保證還原性回轉(zhuǎn)窯的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(wù)，因還原反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，因此，回轉(zhuǎn)窯還必須具有足夠多的供熱能力，保證回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃料的燃燒需要更強(qiáng)氧化性氣氛，以保證足夠的燃燒強(qiáng)度和能力。在窯內(nèi)同一橫截面上，創(chuàng)造自由空間的強(qiáng)氧化性氣氛和料層內(nèi)的強(qiáng)還原性氣氛并存，并相互促進(jìn)強(qiáng)化，保持一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡是還原性回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)行的最基本條件。

 

回轉(zhuǎn)窯內(nèi)待處理的物料在加熱后，料層內(nèi)還原煤受熱放出的揮發(fā)份，物料還原放出的還原產(chǎn)物（CO），這些還原性氣氛不斷從料層表面放出，在料層表面形成一個(gè)強(qiáng)還原性氣氛，如穩(wěn)定存在即可實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯自由空間的氧化性氣氛和還原性氣氛的完全隔離，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯自由空間進(jìn)行燃燒為回轉(zhuǎn)窯供熱，料層內(nèi)進(jìn)行還原反應(yīng)。

1.5.1 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)脫硫和有害雜質(zhì)的去除

1.5.1.1 碳酸鹽的分解

石灰石：CaCo₃=CaO+ CO₂

白云石：CaMg(Co₃)₂= CaCO₃+MgO+CO₂

        CaCo₃=CaO+ CO₂

1.5.1.2 硫在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的行為

由礦石和煤帶入到窯內(nèi)的硫主要有三種形式：硫酸鹽、硫化物和有機(jī)硫。煤中帶入的硫是窯內(nèi)硫的主要來(lái)源。  

以硫酸鹽形式存在的硫，比其它兩種形式的硫含量較少，在窯內(nèi)可部分還原成CaS進(jìn)入非磁性物去除，硫化物（FeS₂）中的硫在窯中預(yù)熱段的氧化性氣氛下部分焙燒，放出SO₂。進(jìn)入廢氣。

FeS₂在還原性氣氛下，則有H₂S放出進(jìn)入氣相。有機(jī)硫的存在是回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)還原過(guò)程中特別應(yīng)注意的。大多數(shù)有機(jī)硫結(jié)合在碳中，在還原過(guò)程中會(huì)隨著碳的氣化而釋放出來(lái)。高溫下，硫大部分進(jìn)入氣相，氣態(tài)的H₂S和COS容易被新生的海綿鐵吸收，形成FeS在還原條件下通過(guò)氣相脫硫和加入的脫硫劑去除。

公式：吸硫反應(yīng)：

Fe+H₂S=FeS+ H₂

FeO+ H₂S= FeS+H₂O

Fe+COS= FeS+CO

Fe+COS= FeS+CO₂

還原條件下，氣相脫硫反應(yīng)為：

FeS+ H₂= Fe+ H₂S

FeS+CO= Fe+ COS

爐料中加入脫硫劑石灰石，分解后，發(fā)生CaO的脫硫反應(yīng)：

FeS+ CO=Fe+ COS

COS+ CaO=CaS+ CO₂

綜合以上兩個(gè)反應(yīng)，得到：

FeS+ CO+ CaO =Fe+ CaS+ CO₂

脫硫劑石灰石密度不易過(guò)粗，應(yīng)有較大顆粒表面積，以加速脫硫反應(yīng)。

1.5.1.3 有害雜質(zhì)的去除

在回轉(zhuǎn)窯還原過(guò)程中，除鐵的還原以外，少量雜質(zhì)元素被還原或揮發(fā)，部分被去除。礦石中的脈石與未能除去的成份仍然留在還原鐵中，鐵礦石中的磷常呈磷酸鹽形式存在，不會(huì)因還原揮發(fā)而除去。

    因有害元素在還原鐵中含量極低，故稱(chēng)還原鐵為優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代品。

2主要設(shè)備情況

整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)包括：供料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯冷卻筒系統(tǒng)、產(chǎn)品分離系統(tǒng)、壓塊系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、成品儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)。

2.1 回轉(zhuǎn)窯

 

∮5m╳80 m 由窯殼支撐系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、擋輥和密封等部分組成。

窯殼選用耐熱鋼板，進(jìn)口日本鋼材。

回轉(zhuǎn)窯采用三點(diǎn)支撐，并配有液壓擋輥裝置。

主傳動(dòng)為直流傳動(dòng)包括：直流電機(jī)、主減速機(jī)、抱閘、聯(lián)軸器等。轉(zhuǎn)速0.06-0.6rpm。

輔助傳動(dòng)為交流電機(jī)：轉(zhuǎn)速0.06 rpm。

潤(rùn)滑采用油池飛濺潤(rùn)滑。

窯密封系統(tǒng)為迷宮式魚(yú)鱗片結(jié)構(gòu)，保證窯頭微正壓。

2 .2冷卻筒

∮3.5m╳50 m兩點(diǎn)支撐，轉(zhuǎn)速2.7rpm。采用外部淋水間接冷卻的方式降溫。

2.3 磁選機(jī)

產(chǎn)品分離間共有10臺(tái)磁選機(jī)；4臺(tái)風(fēng)選機(jī)。

2.4 壓塊機(jī)

德國(guó)進(jìn)口將小于4mm粉料壓塊，能力14.5t/h，壓塊體積20立方厘米，抗壓強(qiáng)度5000N.

2.5 余熱鍋爐

強(qiáng)制循環(huán)回程水管爐，主要由管速、氣包、供水系統(tǒng)、清灰系統(tǒng)、支撐與殼體部件組成。

管速主要為4組：屏式受熱面、過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器、吹灰方式為蒸汽吹灰。

2.6 煙氣凈化系統(tǒng)

包括：布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)、閥門(mén)、液力偶合器等。

布袋除塵器分8個(gè)倉(cāng)室，不僅是除塵環(huán)保設(shè)備，也是工藝控制設(shè)備，過(guò)濾效果達(dá)到粉塵含量小于50毫克/m³。