陶江善

天津奧沃冶金技術(shù)咨詢有限公司

1 概述

天津鋼管公司直接還原鐵廠是我國(guó)引進(jìn)英國(guó)戴維公司的DRC煤基回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝的直接還原鐵大型項(xiàng)目:建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)直接還原鐵30萬噸,設(shè)置有2條年產(chǎn)15萬噸直接還原鐵生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線設(shè)有1條φ5x 80m的回轉(zhuǎn)窯,1條φ3.5x50m的冷卻筒,1套產(chǎn)品分離裝置。1臺(tái)產(chǎn)汽量為36t/h的余熱鍋爐,1臺(tái)煙氣袋式除塵器和1臺(tái)抽風(fēng)能力為12500Qm3/h 的排煙風(fēng)機(jī)；2條生產(chǎn)線合用1組日用料倉（含供料皮帶)、1套壓塊裝置和1組成品倉。

該生產(chǎn)工藝是以高品位鐵礦石為原料，煤為燃料和還原劑，白云石或石灰石為脫硫劉，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)通過燃燒、加熱、還原等反應(yīng)、最終將鐵礦石還原成直接還原鐵。由回轉(zhuǎn)窯排出的物料需先經(jīng)冷卻筒冷卻至小于或等于100℃，再送產(chǎn)品分離間進(jìn)行篩分磁選，選出大于或等于4mm的直接還原鐵. 由帶式輸送機(jī)運(yùn)往成品倉，選出小于4mm的直接還原鐵粉，先送壓塊間壓成塊，然后經(jīng)篩分后由帶式輸送機(jī)運(yùn)往成品倉?；剞D(zhuǎn)窯的高溫?zé)煔庥膳艧燂L(fēng)機(jī)從加料端抽出并經(jīng)后燃燒室燃燒，然后進(jìn)余熱鍋?zhàn)o(hù)降溫并產(chǎn)生蒸汽，再進(jìn)布袋除塵器除塵，最終由引風(fēng)機(jī)將含塵量小于50mg/m3的煙氣通過煙囪排入大氣。

戴維直接還原技術(shù)是采用回轉(zhuǎn)窯的100%煤基直接還原。原料鐵礦石、煤、石灰石，定量加入回轉(zhuǎn)窯的供料端。窯緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)使鐵礦石和煤在被加熱和還原的同時(shí)向回轉(zhuǎn)窯的出料端移動(dòng)?；剞D(zhuǎn)窯襯有耐火材料，在供料端，中段，出料端設(shè)有耐火材料擋圈，以便延長(zhǎng)爐料停留時(shí)間。

2 煤基回轉(zhuǎn)窯工藝技術(shù)的主要特點(diǎn)

2.1 回轉(zhuǎn)窯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工藝操作條件

日用料倉中的鐵礦、石灰石以及加入煤通過稱重給料器，以可控的數(shù)量從窯的進(jìn)料端（窯尾）加入，通過回轉(zhuǎn)窯的緩慢旋轉(zhuǎn)使礦和煤在被加熱及還原的同時(shí)向出料端（窯頭）移動(dòng)。窯是耐火材料砌筑的，并在進(jìn)料端、中部和出料端設(shè)有耐火材料擋料圈，以便使停留時(shí)間延長(zhǎng)?；剞D(zhuǎn)窯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，回轉(zhuǎn)窯外觀圖見圖3。

2.2 回轉(zhuǎn)窯的二次風(fēng)技術(shù)

在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行的鐵礦石還原反應(yīng)和碳酸鹽分解反應(yīng)需吸收大量的熱量，為補(bǔ)充還原和分解反應(yīng)所需的熱量，在延窯長(zhǎng)方向，相隔一定距離設(shè)置二次風(fēng)管，用于燃燒還原反應(yīng)生成的CO和從煤中析出的揮發(fā)分。在合適的炭鐵比（0.40~0.45）條件下，為了調(diào)節(jié)和控制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的溫度，使其達(dá)到工藝所需要的窯內(nèi)溫度曲線，采用調(diào)節(jié)二次風(fēng)的風(fēng)量是工藝的主要調(diào)節(jié)手段之一。

回轉(zhuǎn)窯二次風(fēng)量的調(diào)節(jié)可由人工調(diào)節(jié)窯殼風(fēng)機(jī)入口處文丘里管內(nèi)風(fēng)擋的位置來實(shí)現(xiàn)。鑒于文丘里管內(nèi)的空氣流量與風(fēng)擋的位置在90%行程范圍內(nèi)成線性關(guān)系，因此二次風(fēng)量可間接地通過風(fēng)擋的位置傳感器反饋給主控室的監(jiān)控系統(tǒng)。

（1）窯殼風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)管的配置

在沿回轉(zhuǎn)窯80m長(zhǎng)度上共設(shè)置了10臺(tái)窯殼風(fēng)機(jī)。其中7臺(tái)窯殼風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為12960m3/h，風(fēng)壓為3922.66Pa，3臺(tái)窯殼風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為6950m3/h，風(fēng)壓為3922.66Pa。每臺(tái)窯殼的吸風(fēng)口設(shè)有消音器，其后與文丘里管相連，并設(shè)有手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。窯殼風(fēng)機(jī)的出口設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，其后與二次風(fēng)管相接，風(fēng)管伸入窯內(nèi)。二次風(fēng)管采用高鎳鉻耐熱鋼整體澆鑄而成。二次風(fēng)管在窯內(nèi)的配置見圖5。

從圖中可以看出，二次風(fēng)管的配置特點(diǎn)為預(yù)熱區(qū)的3根風(fēng)管沿軸線向加料端吹出，還原區(qū)的7根風(fēng)管沿軸線向出料端吹出；兩相鄰二次風(fēng)管之間均錯(cuò)位1800；各風(fēng)管之間的間距不等。

（2）二次風(fēng)管的配置優(yōu)點(diǎn)

①可為回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱區(qū)提供足夠的熱量

在回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱區(qū)內(nèi)需將物料從常溫加熱到750~800℃。在此溫度下回轉(zhuǎn)窯加入煤中發(fā)分大量溢出，按圖3所示，將預(yù)熱區(qū)內(nèi)的3根二次風(fēng)管沿軸線向加料端吹出，為該區(qū)創(chuàng)造了良好的二次燃料環(huán)境，使煤中溢出的揮發(fā)分得到充分燃燒，提高了預(yù)熱區(qū)內(nèi)氣體與窯床之間的溫度差，從而提高了該區(qū)域的熱轉(zhuǎn)化率，使預(yù)熱區(qū)在不附加燃料的情況下能保持所需的預(yù)熱溫度，達(dá)到物料充分預(yù)熱的目的。

②可防止中窯區(qū)結(jié)圈

在中窯區(qū)800-900℃溫度下，礦石還原成低價(jià)氧化物，窯床上存在低熔點(diǎn)的共熔混合物，因此必須嚴(yán)格控制該區(qū)域的溫度。按圖1所示，將預(yù)熱區(qū)3根二次風(fēng)管沿軸線吹向加料端，阻止了用預(yù)熱的空氣進(jìn)入中間擋圈，不但確保了預(yù)熱區(qū)的預(yù)熱溫度，而且也控制了還原區(qū)的升溫速度過快而造成的回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，起到防止中窯結(jié)圈的作用。

③可避免還原區(qū)高溫吸硫

在預(yù)熱區(qū)750~800℃溫度下，物料中的有機(jī)硫大量溢出，由于該區(qū)域的3根二次風(fēng)管沿軸線向加料端吹出，使溢出的有機(jī)硫很快隨廢氣排出，避免這部分硫進(jìn)入還原區(qū)，產(chǎn)生高溫吸硫。

④可為回轉(zhuǎn)窯還原區(qū)提供足夠的熱量

在回轉(zhuǎn)窯還原區(qū)內(nèi)進(jìn)行鐵礦石的還原反應(yīng)和碳酸鹽的分解反應(yīng)需吸收大量的熱量，又由于還原區(qū)各部分所需的熱量不等，按圖3所示，將還原區(qū)內(nèi)7根二次風(fēng)管沿軸線向出料端吹出，通過調(diào)節(jié)噴吹粒煤的分配比和二次風(fēng)量來滿足燃燒從窯床逸出的CO和煤中的揮發(fā)分，為還原區(qū)提供足夠的熱量。

2.3回轉(zhuǎn)窯的測(cè)溫技術(shù)

（1）固定熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)

在沿窯長(zhǎng)方向上設(shè)置了12支固定熱電偶。為使熱電偶能經(jīng)受長(zhǎng)期的熱輻射和腐蝕，每支熱電偶均安裝在用耐熱鋼制成的保護(hù)套管內(nèi)。熱電偶套管安裝見圖6.

 

圖中括號(hào)的數(shù)據(jù)為固定熱電偶座的數(shù)據(jù)，熱電偶伸出套管的長(zhǎng)度為3-25mm。當(dāng)回轉(zhuǎn)窯工作時(shí)，窯每轉(zhuǎn)一周，每支熱電偶可測(cè)得一個(gè)平均溫度值，該溫度值可在主控室的記錄儀上連續(xù)記錄，也可在CRT上顯示。由于固定熱電偶測(cè)定的溫度值為窯內(nèi)的物料和氣體的平均溫度，因此它將反應(yīng)回轉(zhuǎn)窯的長(zhǎng)期溫度趨勢(shì)。固定熱電偶的配置位置見表1.

（2）快速熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)

表1 固定熱電偶的配置位置

在沿窯長(zhǎng)方向共設(shè)置了16個(gè)快速熱電偶插孔，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯工作時(shí)，可定時(shí)將快速熱電偶插入16個(gè)插孔中任意幾個(gè)，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)3周以后，將這幾個(gè)快速熱電偶拔出，即可得到所測(cè)點(diǎn)的窯床和氣體溫度值。這些溫度值被記錄在主控室的記錄儀上，也可在CRT上顯示。由于測(cè)得的溫度值是窯內(nèi)某些點(diǎn)的氣體和窯床的精確溫度，因此能較快地通過調(diào)節(jié)窯殼風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口文丘里管內(nèi)擋板的開度來調(diào)整和控制窯內(nèi)的操作溫度曲線。

（3）回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫技術(shù)的特點(diǎn)
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