的金屬化還原; 溫度高于1066 K，CO分壓>0.95，可實(shí)現(xiàn)海砂礦釩鐵尖晶石中鐵的金屬化還原；溫度高于1137 K，CO分壓>0.993，VC可以開始生成；溫度高于1160 K，CO分壓>0.996，VO可以開始生成；溫度高于1180 K，CO分壓>0.997，V2C可以開始生成；溫度高于1314 K，CO分壓>0.999，V可以開始生成在固態(tài)還原溫度范圍TiO2不能被還原；通過(guò)控制釩氧化物的還原，選擇性還原鐵氧化物為金屬鐵，可以實(shí)現(xiàn)鐵與鈦/釩的分離，含釩鐵氧化物中釩的還原產(chǎn)物優(yōu)先順序依次為V2O3、VC、VO、V2C、V。

1.3 金屬相發(fā)育強(qiáng)化技術(shù)

低溫、快速還原不利于鐵晶粒的發(fā)育生長(zhǎng)，影響后續(xù)分離效果，研究發(fā)現(xiàn)在還原過(guò)程后期引入微波場(chǎng)，微波作為一種加熱手段，具有以下特點(diǎn)：①快速性，微波加熱使被加熱物本身稱為發(fā)熱體，不需要熱傳導(dǎo)的過(guò)程，內(nèi)外同時(shí)加熱，因此能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到加熱效果；②高效性，微波加熱是內(nèi)部“體熱源”，它并不需要高溫介質(zhì)來(lái)傳熱，90%以上的微波能被物料吸收轉(zhuǎn)化為熱能；③上下一致性，加熱過(guò)程在整個(gè)物體內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，升溫迅速、溫度均勻、溫度梯度小，是一種“體熱源”，避免了傳統(tǒng)加熱中固相的“冷中心”；④ 選擇性，所以不同物料由于其自身的介電性質(zhì)不同，其對(duì)微波的反應(yīng)也不相同；⑤無(wú)污染性，微波加熱所用能源為電能，對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染；⑥活化性，微波加速了反應(yīng)的進(jìn)行，降低了反應(yīng)的活化能，使得反應(yīng)溫度降低，時(shí)間縮短；可以加快材料的致密化程度和晶體顆粒的聚集長(zhǎng)大[3]。如圖5，微波可以對(duì)礦物進(jìn)行儲(chǔ)能，促使了鐵晶粒的遷移、聚集、長(zhǎng)大，能夠強(qiáng)化鐵的深度金屬化及其發(fā)育生長(zhǎng)，為后續(xù)組元分離創(chuàng)造良好礦物學(xué)條件。

 

1.4 釩定向遷移富集調(diào)控技術(shù)

釩在渣相的富集與鐵金屬化還原是一對(duì)矛盾關(guān)系，基于釩的相際遷移分配規(guī)律以及合成固釩添加劑增大鐵/釩還原差異性，重點(diǎn)研究還原過(guò)程釩的定向遷移富集調(diào)控方法。由圖6可知隨著碳鐵摩爾比的增加渣相中的釩含量也會(huì)隨之變高當(dāng)mol（C/Fe）為1.4時(shí)V含量可以達(dá)到0.35%，但是Ti含量會(huì)先隨著碳鐵摩爾比的增加而減小，當(dāng)mol（C/Fe）為1.0時(shí)Ti含量達(dá)到最低值0.36%，之后隨著碳鐵摩爾比的增加Ti含量又會(huì)迅速提高。

2 多噴孔回轉(zhuǎn)窯技術(shù)

多孔窯(見圖8)的主要原理：燃料和空氣通過(guò)較為簡(jiǎn)單的閥門組和管路系統(tǒng)噴入窯內(nèi)，多孔的設(shè)計(jì)方式允許通過(guò)在窯長(zhǎng)度方向的有選擇的放置空氣或燃料管道，從而來(lái)對(duì)工藝流程進(jìn)行精確的控制。作為控制溫度的媒介，空氣從料床上部噴入，當(dāng)提高空氣噴入流速時(shí)，窯內(nèi)溫度將升高，反之溫度將降低。為了對(duì)原料進(jìn)行還原和加熱，窯頭，窯尾煤可以同時(shí)加入，此外通過(guò)料層底部的開孔，還可以噴入燃料（重油，天然氣等），燃料通過(guò)另一套管道系統(tǒng)進(jìn)行輸入。對(duì)空氣和燃料的調(diào)節(jié)可以在不影響工藝過(guò)程的情況下進(jìn)行。

多孔窯的特殊結(jié)構(gòu)，可以保證在多孔窯的開孔區(qū)域溫度較為均衡，對(duì)溫度場(chǎng)可以進(jìn)行很好的控制。徑向的燃料和空氣分布系統(tǒng)?？梢赃M(jìn)行對(duì)窯沿長(zhǎng)度方向進(jìn)行溫度場(chǎng)的閉環(huán)控制，鐵精礦連續(xù)不斷的從窯一端進(jìn)入，并伴隨著熱化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后物料排放到圓筒冷卻機(jī)上，這種結(jié)構(gòu)可以保證產(chǎn)品有足夠的強(qiáng)度以及最低的粉化率，同時(shí)沿徑向噴入的空氣可以防止火焰直接沖刷耐火材料。

 

多孔窯作為回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)直接還原鐵的主要的生產(chǎn)方式，主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）多孔窯的特殊結(jié)構(gòu)，可以對(duì)溫度進(jìn)行精確的控制，有著均勻的溫度場(chǎng)，提高回轉(zhuǎn)窯的利用率，而且操作方便，不宜結(jié)圈，窯身二次風(fēng)系統(tǒng)事故率低，從而可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化。

2）從工藝角度看，采用多孔窯工藝，設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間和從冷態(tài)恢復(fù)的時(shí)間較快。

3）該窯適用于不同的原料條件，允許生球的各種物理及化學(xué)參數(shù)可以在較大幅度內(nèi)變化，并可以更換原料時(shí)進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。

4）燃料的多樣性，在國(guó)家能源政策緊縮的條件下，燃料的多樣性是必須面對(duì)的，只能使用單一燃料的熱工設(shè)備將受到極大的區(qū)域限制。多孔窯可以使用煤，重油，天然氣以及這些燃料的混合物，可以不停機(jī)對(duì)燃料種類進(jìn)行更換與改變，從而可以做到更加節(jié)約的使用各種燃料。

5）該技術(shù)沿窯的長(zhǎng)度方向，按一定的間距分布徑向埋入式燒嘴，二次風(fēng)由徑向風(fēng)口噴入，其獨(dú)特設(shè)計(jì)能夠精確控制窯內(nèi)溫度、改善溫度場(chǎng)分布、提高回轉(zhuǎn)窯利用率，同時(shí)不宜結(jié)圈，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化。

3回轉(zhuǎn)窯在線精準(zhǔn)測(cè)溫技術(shù)

目前已有的回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫方法主要分為接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)溫中以熱電偶測(cè)溫為主，其原理是利用兩種不同的導(dǎo)體組成閉合電路，在不同溫度環(huán)境下產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，當(dāng)熱電偶測(cè)溫端與被測(cè)物體達(dá)到溫度平衡時(shí)，可測(cè)得較精確的溫度。快插快拔熱電偶測(cè)溫裝置屬于接觸式測(cè)溫，該裝置安裝在回轉(zhuǎn)窯身上，旋轉(zhuǎn)時(shí)在偏心軌道的作用下，裝置插入窯內(nèi)測(cè)溫或退回到測(cè)溫孔內(nèi)，解決了回轉(zhuǎn)窯測(cè)溫難的問(wèn)題，如圖9；

 

快插快拔熱電偶直接接觸測(cè)溫裝置的缺點(diǎn)是一支偶僅能測(cè)一點(diǎn)溫度，結(jié)窯時(shí)會(huì)影響測(cè)量，而且壽命短，信號(hào)傳輸可靠性差，為進(jìn)一步提高測(cè)溫的準(zhǔn)度及速度，目前開發(fā)了一種回轉(zhuǎn)窯磁粒子精準(zhǔn)在線測(cè)溫的新方法，基于鐵磁性物質(zhì)的飽和磁化強(qiáng)度與溫度的關(guān)系，利用礦物自身的鐵磁性及激勵(lì)磁場(chǎng)裝置產(chǎn)生激勵(lì)磁場(chǎng)，并利用磁納米粒子濃度成像中的零磁場(chǎng)點(diǎn)掃描原理，在交流激勵(lì)磁場(chǎng)下，周圍點(diǎn)處于磁飽和狀態(tài)，只有零磁場(chǎng)點(diǎn)處的磁納米粒子產(chǎn)生時(shí)變的磁響應(yīng)信號(hào)能被探測(cè)線圈感應(yīng)，從感應(yīng)到的信號(hào)中提取諧波信息，利用諧波與溫度間的關(guān)系最終得到溫度，如圖9。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于非接觸，不用把探頭伸入爐內(nèi)；在線，實(shí)時(shí)測(cè)量爐內(nèi)溫度；可靠，裝置簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化；不用破壞回轉(zhuǎn)爐，只需要在進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口進(jìn)行改裝。

4 結(jié)論

1）我國(guó)天然氣非常稀缺，而煤資源十分豐富，如果以煤為主的還原新工藝新裝備得到開發(fā)，特別是裝備的可靠性和大型化得到大的突破，那么在國(guó)內(nèi)煤基直接還原的發(fā)展也許比氣基更好。大量的有利于提高還原速度的新工藝新技術(shù)得到了實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，這些技術(shù)可以使煤基直接還原設(shè)備大型化變得可能，也可以大幅降低投資和運(yùn)行成本，使煤基直接還原技術(shù)的發(fā)展迎來(lái)了希望。

2）高產(chǎn)高效多噴孔回轉(zhuǎn)窯煤基直接還原技術(shù)可以用于處理高品位鐵精礦生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)DRI，可以處理低品位復(fù)雜鐵礦石，更是一種有效實(shí)現(xiàn)大宗釩鈦磁鐵礦（海砂礦等多金屬礦產(chǎn)資源）選擇性分離富集，得到高附加值的鈦、釩和鐵等有價(jià)金屬的專有技術(shù)，市場(chǎng)前景巨大。

3）要加強(qiáng)以煤為主并輔以生物質(zhì)、微波加熱等新技術(shù)新裝備的開發(fā)，拓寬煤基直接還原應(yīng)用的渠道，使各種煤基直接還原技術(shù)及裝備得到不斷的發(fā)展，為短流程在我國(guó)的發(fā)展提供助力。

4）基于煤基回轉(zhuǎn)窯規(guī)模小、能耗高、易結(jié)圈、能效水平低等問(wèn)題，開發(fā)的低溫快速選擇性直接還原技術(shù)、多噴孔 回轉(zhuǎn)窯技術(shù)、回轉(zhuǎn)窯在線精準(zhǔn)測(cè)溫技術(shù)，能夠有效解決上述問(wèn)題，使得單條線年產(chǎn)30-50萬(wàn)噸DRI成為可能。

 

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