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金属化球团技术现状
2009-10-17
概述了金属化球团技术的发展;分析了金属化球团的特点;介绍了金属化球团的还原机理以及工业 化生产金属化球团的两大基本方法———气基法和煤基法;最后通过对5种金属化球团具体生产工艺的对比,指出 目前最适合我国的金属化球团生产工艺是转底炉工艺和回转窑工艺。
Series No. 400 Octoberꢀ 2009 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总09第年 第40010期 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 金属化球团技术现状 康 兴 东 ꢀ 刘 建 朋 ꢀ 夏 春 才 ꢀ 陈 志 英 ꢀ 陈 铁 军 5 1. 中 冶 东 方 工 程 技 术 有 限 公 司 ; 2. 唐 山 钢 铁 设 计 研 究 院 ; . 中 冶 长 天 国 际 工 程 有 限 公 司 ; 4. 韶 关 钢 铁 集 团 公 司 烧 结 厂 ; 5. 武 汉 科 技 大 学 ) 1 2 3 4 ( 3 摘 ꢀ 要 ꢀ 概 述 了 金 属 化 球 团 技 术 的 发 展 ; 分 析 了 金 属 化 球 团 的 特 点 ; 介 绍 了 金 属 化 球 团 的 还 原 机 理 以 及 工 业 化 生 产 金 属 化 球 团 的 两 大 基 本 方 法 ——— 气 基 法 和 煤 基 法 ; 最 后 通 过 对 5 种 金 属 化 球 团 具 体 生 产 工 艺 的 对 比 , 指 出 目 前 最 适 合 我 国 的 金 属 化 球 团 生 产 工 艺 是 转 底 炉 工 艺 和 回 转 窑 工 艺 。 关 键 词 ꢀ 金 属 化 球 团 ꢀ 技 术 现 状 ꢀ 生 产 工 艺 Status for Metalized Pellets Technology 1 2 3 4 5 Kang Xingdong ꢀ Liu Jianpeng ꢀ Xia Chuncai ꢀ Chen Zhiying ꢀ Chen Tiejun ( 1. Beris Engineering and Research Corporation; 2. Tangshan Iron and Steel Design Institute; 3 . Changtian International Engineering and Research Corporation; 4. Sintering in Shaoguan Iron and Steel Group Company; 5. Wuhan University of Science and Technology) Abstractꢀ The paper summarizes the development of metalized pellets technology, analyzes its characteristics, and in troduces its mechanism of reduction and the two basic methods in production, that is, the gasbased method and the coal based method. And then, five processes for producing the metalized pellets are compared, pointing out that the most suitable process in production of metalized pellets in China is the rotary furnace process and the rotary reduction kiln process. Keywordsꢀ Metallized pellets, Status of technology, Production process ꢀ ꢀ 金 属 化 球 团 法 是 特 殊 球 团 法 之 一 , 该 工 艺 所 生 了 半 工 业 试 验 , 但 已 用 于 生 产 的 主 要 有 4 种 : ① 回 转 窑 法 ( 如 SL/ RN 法 、 Krupp 法 和 SDR 法 ) ; ② 竖 炉 法 ( 如 Midrex 法 、 Armco 法 和 Purofer 法 ) ; ③ 竖 罐 法 ( 如 HYL 法 ) ; ④流 化 床 法 ( 如 FIOR 法 和 HIB 法 ) 。 直 接 还 原 法 在 工 业 上 的 应 用 始 于 20 世 纪 50 年 产 的 金 属 化 球 团 也 称 为 预 还 原 球 团 , 其 实 质 是 : 在 直 接 还 原 过 程 中 , 球 团 以 固 态 完 全 还 原 成 海 绵 铁 。 金 属 化 球 团 技 术 在 国 外 已 得 到 较 大 发 展 , 并 表 现 出 强 大 的 生 命 力 1] 。 近 年 来 , 我 国 金 属 化 球 团 技 术 也 有 较 大 突 破 , 在 消 化 国 外 技 术 的 同 时 , 自 主 研 究 开 发 出 转 底 炉 法 和 回 转 窑 法 生 产 金 属 化 球 团 新 工 艺 , 并 均 已 投 入 实 际 工 业 生 产 。 金 属 化 球 团 技 术 顺 应 了 直 接 还 原 法 生 产 海 绵 铁 — 电 炉 串 联 炼 钢 的 短 流 程 生 产 工 艺 , 是 炼 铁 和 炼 钢 生 产 中 的 一 项 重 要 技 术 革 新 。 [ [ 3] 。 代 , 到 60 年 代 才 有 重 大 突 破 如 表 1 所 示 : 2006 年 世 界 海 绵 铁 产 量 达 到 5 979 万 t; 2007 年 许 多 新 建 产 能 在 中 东 、 印 度 和 俄 罗 斯 投 产 , 世 界 海 绵 铁 产 量 达 到 6 722 万 t。 印 度 已 连 续 5 年 成 为 世 界 最 大 海 绵 铁 生 产 国 , 年 产 量 达 到 1 900万 t, 其 中 70% 采 用 煤 基 回 转 窑 生 产 ; 委 内 瑞 拉 的 产 量 居 世 界 第 二 , 年 产 量 为 770 万 t。 目 前 世 界 上 有 7 座 Midrex 炉 、 4 座 采 用 HYLSA/ Energiron 技 术 的 设 备 正 在 建 设 中 , 这 两 种 工 艺 均 为 天 然 气 基 直 接 还 原 工 艺 ; 还 有 100 座 产 能 为 2. 5 万 t ~ 5 万 t 的 回 转 窑 将 在 印 度 建 造 。 我 国 从 1996 年 起 粗 钢 产 量 一 直 位 居 1 趋 势 2] , 而 金 属 化 球 团 是 金 属 化 炉 料 的 主 要 原 料 。 金 属 化 球 团 技 术 的 发 展 与 直 接 还 原 法 生 产 海 绵 铁 技 术 的 发 展 息 息 相 关 。 ꢀ 金 属 化 球 团 技 术 的 发 展 金 属 化 炉 料 的 应 用 是 现 代 冶 金 工 业 发 展 的 重 要 [ 长 期 以 来 , 冶 金 工 作 者 一 直 试 图 避 免 高 炉 冶 炼 而 直 接 获 得 金 属 铁 ( 海 绵 铁 ) 。 自 1800 年 以 来 , 先 后 有 300 种 以 上 的 直 接 还 原 方 法 问 世 ; 仅 1950 年 至 康 兴 东 ( 1980— ) , 男 , 中 冶 东 方 工 程 技 术 有 限 公 司 机 械 化 室 , 工 程 师 , 硕 士 , 014010 内 蒙 古 包 头 市 昆 区 钢 铁 大 街 45 号 。 1 975 年 就 研 究 了 大 约 100 种 方 案 , 其 中 12 种 进 行 12· · ꢀ ꢀ ꢀ 康 兴 东 等 : 金 属 化 球 团 技 术 现 状 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 10 期 世 界 第 一 , 2007 年 粗 钢 产 量 为 4. 9 亿 t, 占 世 界 总 产 量 的 36% 以 上 , 而 我 国 海 绵 铁 生 产 还 处 于 起 步 阶 段 , 生 产 能 力 落 后 , 远 不 能 满 足 需 求 。 2007 年 我 国 矿 资 源 具 有 贫 、 细 、 杂 的 特 点 , 只 有 通 过 选 矿 才 能 得 到 高 品 位 含 铁 原 料 , 但 这 些 含 铁 原 料 多 为 经 过 细 磨 的 粉 矿 , 不 适 于 烧 结 生 产 , 对 于 球 团 生 产 则 较 为 适 合 。 [ 4] 。 海 绵 铁 产 量 仅 为 50 万 t, 不 到 世 界 产 量 的 1% 据 不 完 全 统 计 , 2002 年 我 国 从 国 外 进 口 海 绵 铁 130 万 t, 2007 年 进 口 量 达 320 万 t。 除 上 述 5 点 主 要 原 因 外 , 国 际 国 内 对 于 节 能 降 耗 、 清 洁 生 产 意 识 的 增 强 和 要 求 的 提 高 , 也 对 金 属 化 球 团 技 术 的 发 展 具 有 促 进 作 用 。 表 1ꢀ 世 界 海 绵 铁 产 量 统 计 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 万 t 2 0 世 纪 0 年 代 20 世 纪 20 世 纪 2 ꢀ 金 属 化 球 团 的 特 点 金 属 化 球 团 与 一 般 氧 化 球 团 相 比 , 除 粒 度 均 匀 、 1 997 年 2006 年 2007 年 5 60 年 代 有 重 大 突 破 70 年 代 3 5. 4 260. 1 3620 5 979 6 722 强 度 高 外 , 还 具 有 以 下 优 越 性 : ( ( ( ( 1) 金 属 化 率 高 , 可 达 95% 以 上 ; 2) 粉 化 率 低 ; ꢀ ꢀ 迄 今 为 止 , 我 国 以 海 绵 铁 为 原 料 的 电 弧 炉 炼 钢 工 艺 还 不 普 遍 , 试 验 和 生 产 过 程 中 出 现 渣 量 大 、 “ 冰 山 现 象 ” 等 问 题 , 造 成 出 钢 时 间 延 长 、 电 耗 及 石 墨 电 极 消 耗 增 加 , 工 艺 水 平 相 当 于 Krupp 公 司 20 世 纪 5] , 这 也 是 我 国 海 绵 铁 生 产 发 展 缓 慢 3) 孔 隙 率 高 , 后 续 冶 炼 反 应 速 度 快 ; 4) 成 分 稳 定 , TFe 含 量 高 , 有 害 杂 质 含 量 低 ; [ ( 5) 后 续 冶 炼 能 耗 小 ; 7 0 年 代 的 水 平 ( 6) 为 短 流 程 冶 金 工 艺 提 供 了 保 证 。 的 主 要 原 因 之 一 , 但 这 又 恰 恰 说 明 我 国 海 绵 铁 生 产 发 展 潜 力 巨 大 , 金 属 化 球 团 技 术 的 应 用 具 有 广 阔 前 景 。 另 外 , 金 属 化 球 团 不 易 破 碎 粉 化 , 便 于 运 输 和 储 存 , 而 且 受 场 地 建 设 影 响 小 , 可 在 矿 山 及 其 附 近 生 产 , 也 可 在 钢 铁 厂 内 部 生 产 。 近 年 来 促 使 金 属 化 球 团 技 术 迅 速 发 展 的 主 要 原 因 有 以 下 几 个 方 面 : 金 属 化 球 团 的 缺 点 在 于 其 生 产 受 设 备 限 制 影 响 大 , 生 产 规 模 小 , 大 规 模 生 产 工 艺 和 设 备 还 有 待 研 究 和 开 发 。 国 外 最 大 规 模 的 金 属 化 球 团 产 能 为 165 万 t, 而 我 国 最 大 规 模 的 金 属 化 球 团 产 能 仅 为 15 万 t。 ( 1) 冶 金 焦 价 格 大 幅 上 涨 , 而 石 油 、 天 然 气 被 大 量 开 发 , 特 别 是 高 效 率 天 然 气 转 化 法 的 应 用 , 满 足 了 金 属 化 球 团 生 产 对 还 原 煤 气 的 需 要 , 解 决 了 能 源 的 来 源 和 价 格 问 题 。 3 ꢀ 金 属 化 球 团 的 还 原 机 理 和 工 业 生 产 方 法 3 . 1ꢀ 金 属 化 球 团 还 原 机 理 ( 2) 超 高 功 率 新 技 术 的 应 用 使 电 炉 炼 钢 得 到 高 金 属 化 球 团 是 由 合 格 生 球 或 氧 化 球 团 在 还 原 剂 速 发 展 , 合 格 废 钢 供 应 不 足 , 金 属 化 球 团 作 为 废 钢 的 替 代 品 , 其 需 求 空 间 被 大 大 扩 展 。 作 用 下 , 氧 化 铁 还 原 成 金 属 铁 而 形 成 的 。 试 验 研 究 表 明 , 氧 化 铁 的 还 原 是 逐 段 呈 带 状 发 展 的 。 所 谓 逐 ( 3) 废 钢 ( 多 数 是 从 社 会 收 集 的 废 钢 ) 中 往 往 含 段 , 是 指 氧 化 铁 与 还 原 剂 作 用 时 , 还 原 过 程 按 Fe O 有 某 些 对 钢 性 能 不 利 的 有 色 金 属 元 素 , 如 铜 、 锡 、 砷 、 铅 等 , 无 论 是 采 用 氧 化 熔 炼 法 还 是 采 用 还 原 熔 炼 法 都 无 法 去 除 。 随 着 废 钢 的 循 环 利 用 , 这 些 元 素 在 钢 中 的 含 量 会 越 积 越 多 , 而 加 入 金 属 化 球 团 可 以 稀 释 它 们 。 2 3 4 → → Fe 3 O 4 →FeO→Fe( 570 ℃ 以 上 ) 或 Fe 2 O 3 →Fe 3 O Fe( 570 ℃以 下 ) 的 顺 序 分 段 完 成 , 即 由 于 温 度 的 不 同 , 进 行 3 步 还 原 或 2 步 还 原 。 所 谓 呈 带 状 , 是 指 还 原 时 , 较 低 价 铁 的 氧 化 物 包 围 较 高 价 铁 的 氧 化 物 , 中 心 是 未 还 原 的 最 高 价 铁 的 氧 化 物 ( Fe2 O3 或 Fe O ) , 最 外 层 则 是 金 属 铁 , 如 图 1 所 示 。 ( 4) 选 矿 技 术 的 发 展 为 金 属 化 球 团 生 产 的 原 料 提 供 了 保 障 。 原 来 只 能 使 用 杂 质 少 且 品 位 高 的 天 然 富 矿 粉 生 产 金 属 化 球 团 , 现 在 利 用 经 选 矿 处 理 的 高 品 位 铁 精 矿 粉 生 产 的 金 属 化 球 团 , 其 杂 质 含 量 可 降 低 到 不 需 要 在 还 原 生 产 中 脱 除 , 从 而 简 化 了 直 接 还 原 技 术 , 提 高 了 还 原 生 产 产 能 。 3 4 ( 5) 铁 矿 资 源 的 紧 张 , 尤 其 是 高 品 位 富 块 矿 的 缺 乏 , 促 进 了 低 品 位 铁 矿 资 源 的 开 发 利 用 。 在 目 前 铁 矿 资 源 用 量 较 大 , 国 外 铁 矿 限 产 、 价 格 上 涨 的 情 况 下 , 国 内 铁 矿 资 源 开 发 利 用 的 力 度 加 大 。 而 我 国 铁 图 1ꢀ Fe2 O3 还 原 过 程 示 意 · 13· 总 第 400 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 10 期 随 着 还 原 反 应 向 球 团 中 心 推 移 , 金 属 铁 层 及 较 低 价 铁 的 氧 化 物 层 的 厚 度 不 断 增 加 , 而 较 高 价 铁 的 氧 化 物 层 的 厚 度 则 不 断 缩 小 。 但 当 球 团 较 小 、 或 气 体 还 原 剂 能 自 由 穿 透 整 个 球 团 、 或 球 团 内 配 有 固 体 还 原 剂 时 , 还 原 仅 具 有 逐 段 性 , 而 没 有 明 显 的 分 带 。 对 于 气 体 还 原 剂 , 氧 化 铁 的 还 原 有 两 种 机 理 起 决 定 性 作 用 : 3. 2ꢀ 金 属 化 球 团 的 工 业 生 产 方 法 工 业 化 生 产 金 属 化 球 团 的 原 则 工 艺 流 程 如 图 2 所 示 。 ( 1) 在 固 体 与 气 体 间 的 相 界 面 上 发 生 相 界 反 应 ; ( 2) 在 固 体 相 界 上 及 其 内 部 由 于 金 属 铁 向 较 高 含 氧 量 区 域 扩 散 而 发 生 固 相 反 应 。 当 还 原 速 度 较 快 时 , 外 表 形 成 一 层 多 孔 的 金 属 铁 , 还 原 气 体 可 以 在 固 相 层 内 扩 散 , 在 Fex O/ Fe 界 面 上 , 浮 士 体 被 还 原 为 金 属 铁 , 其 反 应 式 为 Fe O + CO( 或 H2 ) → Fe + CO2 ( 或 H O) , 图 2ꢀ 金 属 化 球 团 工 业 生 产 原 则 工 艺 流 程 金 属 化 球 团 的 工 业 生 产 方 法 根 据 使 用 燃 料 的 不 同 分 为 两 大 类 : 以 煤 气 作 为 还 原 剂 和 载 热 体 的 气 基 法 , 以 固 体 煤 作 为 还 原 剂 和 热 源 的 煤 基 法 。 x 而 铁 离 子 向 被 还 原 的 铁 氧 化 物 内 扩 散 , 使 较 高 价 铁 2 3 . 2. 1ꢀ 气 基 法 的 氧 化 物 转 变 为 较 低 价 铁 的 氧 化 物 , 其 反 应 式 为 2 气 基 法 所 用 还 原 气 常 转 化 自 天 然 气 、 焦 炉 煤 气 、 + Fe O + Fe + 2e → 4Fe O, 4 3 4 x 液 化 石 油 气 、 重 油 等 。 天 然 气 和 液 化 石 油 气 主 要 使 2 + 4 Fe O + Fe + 2e → 3Fe O . 2 3 3 用 蒸 汽 转 化 , 生 成 CO 和 H2 ; 重 油 使 用 氧 气 部 分 氧 此 种 情 况 下 反 应 受 Fe O/ Fe 界 面 反 应 所 控 制 。 x 化 法 将 碳 氢 化 合 物 转 化 为 CO 和 H 。 2 当 球 团 外 表 形 成 一 层 较 致 密 的 金 属 铁 层 时 , 还 原 气 体 无 法 进 入 球 团 内 部 , 只 能 发 生 从 球 团 表 面 除 去 氧 的 反 应 , 而 氧 化 铁 的 还 原 则 是 通 过 Fe + ( Fe3 + ) 在 国 外 , 气 基 法 占 主 导 地 位 , 约 占 90% 左 右 。 气 基 法 的 典 型 代 表 是 Midrex 法 , 采 用 竖 炉 工 艺 , 为 美 国 米 德 莱 克 斯 ( Midrex) 公 司 所 发 明 , 是 目 前 最 完 善 、 生 产 能 力 最 大 、 使 用 最 普 遍 的 直 接 还 原 法 , 其 生 产 设 备 由 供 料 系 统 、 还 原 竖 炉 、 烟 气 处 理 装 置 、 天 然 气 重 整 炉 组 成 6] 。 该 法 生 产 的 海 绵 铁 占 直 接 还 原 法 生 产 海 绵 铁 总 量 的 60% 以 上 。 2 2 - 和 O 在 固 相 产 物 层 晶 格 内 的 扩 散 进 行 , 反 应 速 度 受 这 些 离 子 扩 散 的 影 响 。 当 还 原 剂 为 固 体 燃 料 时 , 若 固 体 燃 料 不 与 铁 矿 石 混 合 制 成 球 团 矿 而 被 单 独 喷 入 还 原 设 备 高 温 区 内 [ ( 回 转 窑 ) , 则 固 体 燃 料 将 受 高 温 作 用 而 氧 化 成 煤 虽 然 气 基 法 在 直 接 还 原 方 面 占 绝 对 优 势 , 但 它 需 采 用 重 整 的 天 然 气 作 还 原 剂 , 故 只 能 应 用 在 天 然 气 资 源 丰 富 且 价 廉 的 地 区 。 气 , 此 时 还 原 过 程 基 本 与 采 用 气 体 还 原 剂 时 相 同 。 若 将 固 体 还 原 剂 细 磨 后 混 匀 到 球 团 内 部 , 则 还 原 过 程 是 氧 化 铁 与 碳 直 接 反 应 , 其 反 应 式 为 气 基 法 的 主 要 生 产 过 程 是 : 天 然 气 进 入 转 化 炉 内 , 在 镍 基 触 媒 的 催 化 下 , 通 过 裂 化 反 应 转 化 成 还 原 气 , 即 3 Fe O + C = 2Fe O + CO, 2 3 3 4 Fe O + C = 3FeO + CO, 3 4 FeO + C = Fe + CO, CH + H O → CO + 3H . 4 2 2 Fe O + 4C = 3Fe + 4CO. ꢀ 当 然 铁 氧 化 物 也 可 能 与 碳 反 应 生 成 CO2 , 但 反 3 4 还 原 气 入 炉 温 度 为 750 ~ 900 ℃, 送 入 距 竖 炉 顶 部 ꢀ 2 / 3 处 的 还 原 区 ; 球 团 矿 从 炉 顶 通 过 布 料 器 ( 或 多 个 应 温 度 高 于 900 ~ 1 000 ℃ 时 , 这 种 反 应 的 作 用 极 小 。 通 常 只 要 球 团 矿 内 部 有 足 够 量 的 固 体 还 原 剂 , 则 直 接 还 原 产 生 的 CO 的 浓 度 从 球 团 中 心 到 外 表 都 超 过 Fe O 与 CO 反 应 生 成 Fe 和 CO 时 所 需 要 的 加 料 管 ) 布 入 炉 中 , 在 还 原 区 与 CO 和 H 进 行 还 原 2 反 应 , 反 应 方 程 式 为 Fe O + 3H → 2Fe + 3H O, 2 3 2 2 2 3 2 Fe O + 3CO → 2Fe + 3CO . 2 3 2 CO 平 衡 浓 度 。 此 时 , 在 球 团 内 部 气 相 中 的 CO 和 炉 料 在 炉 内 停 留 约 6 h, 金 属 化 率 在 92% 以 上 。 生 CO 的 比 值 接 近 固 体 碳 气 化 反 应 的 平 衡 值 , 这 样 就 2 成 的 海 绵 铁 进 入 竖 炉 下 部 没 有 砖 衬 的 冷 却 带 , 用 专 [ 1] 。 可 防 止 外 表 金 属 铁 被 CO 再 度 氧 化 2 · 14· ꢀ ꢀ ꢀ 康 兴 东 等 : 金 属 化 球 团 技 术 现 状 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2009 年 第 10 期 门 的 冷 却 气 或 炉 顶 气 冷 却 到 30 ℃后 排 出 炉 外 , 以 保 证 海 绵 铁 在 大 气 中 不 再 氧 化 。 碎 细 的 产 品 可 压 制 成 块 存 放 , 供 电 炉 熔 炼 使 用 。 直 接 还 原 后 的 废 气 中 仍 含 大 量 的 CO 和 H2 ( 约 占 70% ) , 通 过 洗 涤 器 返 回 重 整 炉 , 然 后 进 入 竖 炉 循 环 使 用 。 设 料 柱 。 张 圣 弼 和 倪 瑞 明 发 明 的 一 种 海 绵 铁 或 金 属 化 球 团 的 生 产 工 艺 采 用 的 就 是 多 层 转 体 炉 7] 。 4. 2ꢀ 回 转 窑 工 艺 [ 回 转 窑 工 艺 以 固 体 燃 料 作 为 还 原 剂 , 以 回 转 窑 作 为 反 应 器 , 还 原 剂 和 球 团 矿 ( 生 球 或 经 过 氧 化 焙 烧 的 球 团 矿 ) 同 时 进 入 回 转 窑 进 行 还 原 焙 烧 , 可 得 到 金 属 化 率 在 90% 以 上 , 粒 度 为 5 ~ 15 mm, 用 作 炼 钢 原 料 的 金 属 化 球 团 。 表 2 列 举 了 回 转 窑 工 艺 处 理 3 . 2. 2ꢀ 煤 基 法 煤 基 法 以 使 用 烟 煤 为 宜 , 烟 煤 能 够 与 CO2 反 应 生 成 CO( 生 产 中 称 这 种 性 能 为 煤 的 反 应 性 ) 。 煤 中 灰 分 的 熔 化 温 度 要 求 在 1 150 ℃ 以 上 , 即 比 直 接 还 原 法 操 作 温 度 高 50 ~ 100 ℃, 以 避 免 析 出 的 灰 分 与 炉 料 和 炉 墙 发 生 粘 连 , 造 成 生 产 故 障 。 煤 基 法 使 用 的 煤 还 要 求 灰 分 低 ( < 25% ) 、 硫 量 低 ( < 0. 8% ) 。 煤 基 法 中 应 用 最 广 的 是 回 转 窑 工 艺 , 其 中 最 具 有 代 表 性 的 是 SL/ RN 工 艺 。 回 转 窑 工 艺 可 按 不 同 作 业 温 度 还 原 球 团 矿 , 生 产 海 绵 铁 、 粒 铁 及 液 态 铁 水 , 但 以 在 较 低 温 度 下 生 产 海 绵 铁 最 有 意 义 。 煤 基 转 底 炉 新 工 艺 克 服 了 回 转 窑 工 艺 生 产 金 属 化 球 团 的 一 些 不 足 , 已 在 工 业 生 产 中 崭 露 头 角 。 虽 然 回 转 窑 工 艺 及 转 底 炉 工 艺 目 前 在 煤 基 直 接 还 原 法 中 占 主 要 地 位 , 但 都 由 于 种 种 原 因 而 发 展 缓 慢 。 [ 1] 。 1 t 球 团 矿 的 燃 料 和 热 量 消 耗 情 况 表 2ꢀ 回 转 窑 工 艺 的 燃 料 和 热 量 单 耗 项 ꢀ ꢀ 目 无 烟 煤 烟 ꢀ 煤 褐 ꢀ 煤 煤 单 耗 / ( kg/ t) 天 然 气 单 耗 / ( L/ t) 热 量 单 耗 / ( J/ t) 250 84. 4 355 665 0 0 9. 9 × 106 1. 1 × 107 1. 2 × 107 ꢀ ꢀ 回 转 窑 工 艺 可 处 理 品 位 范 围 较 宽 的 含 铁 原 料 ( 包 括 冶 金 含 铁 渣 尘 等 二 次 资 源 ) ; 对 入 窑 球 团 矿 粒 度 的 要 求 视 球 团 矿 的 还 原 性 而 定 , 一 般 5 ~ 15 mm, 易 还 原 的 可 达 20 mm; 对 球 团 矿 化 学 成 分 的 要 求 不 严 格 , 但 采 用 高 铁 分 、 低 脉 石 的 球 团 矿 是 达 到 经 济 合 理 的 前 提 。 回 转 窑 工 艺 的 优 点 是 可 以 直 接 使 用 固 体 煤 作 为 能 源 , 能 有 效 去 除 某 些 杂 质 , 缺 点 是 生 产 率 低 , 热 效 率 低 , 因 而 应 用 范 围 不 广 泛 , 多 适 用 于 天 然 气 资 源 匮 乏 地 区 。 煤 基 法 生 产 金 属 化 球 团 工 艺 中 , 为 改 善 还 原 反 应 效 果 , 缩 短 反 应 时 间 , 尽 可 能 提 高 金 属 化 率 , 多 采 用 两 次 配 加 还 原 剂 的 办 法 。 即 首 先 在 造 球 时 配 入 一 部 分 煤 粉 或 焦 粉 , 使 生 球 内 部 有 足 够 多 的 还 原 剂 与 含 铁 原 料 充 分 接 触 , 以 利 于 还 原 反 应 进 行 ; 其 次 , 在 干 燥 预 热 和 焙 烧 时 , 配 加 足 够 量 的 还 原 剂 以 保 证 外 部 还 原 性 气 氛 , 一 般 可 使 用 煤 粉 或 焦 粉 , 或 喷 入 一 定 量 的 水 煤 浆 等 , 有 条 件 的 可 使 用 天 然 气 。 4 . 3ꢀ 竖 炉 工 艺 竖 炉 工 艺 是 气 基 法 生 产 金 属 化 球 团 的 最 主 要 、 最 有 效 工 艺 。 该 工 艺 将 铁 精 矿 制 成 的 生 球 经 过 氧 化 焙 烧 成 为 氧 化 球 团 成 品 后 再 送 入 还 原 竖 炉 进 行 还 原 ; 最 终 产 品 金 属 化 率 达 95% 左 右 , 多 用 作 炼 钢 原 料 。 4 ꢀ 几 种 金 属 化 球 团 生 产 工 艺 对 比 金 属 化 球 团 生 产 工 艺 很 多 , 目 前 较 成 功 、 已 应 用 利 用 竖 炉 工 艺 生 产 金 属 化 球 团 矿 , 每 吨 产 品 总 1 0 于 生 产 的 , 按 还 原 设 备 可 划 分 为 5 种 , 即 转 底 炉 工 艺 、 回 转 窑 工 艺 、 竖 炉 工 艺 、 竖 罐 工 艺 和 带 式 机 工 艺 。 其 中 , 竖 罐 工 艺 是 一 种 非 连 续 性 生 产 工 艺 , 其 余 4 种 则 为 连 续 性 生 产 工 艺 。 的 热 消 耗 约 为 1. 4 × 10 J。 竖 炉 工 艺 的 主 要 缺 点 在 于 对 入 炉 球 团 强 度 的 要 求 很 高 , 所 以 必 须 使 用 经 氧 化 焙 烧 后 的 球 团 矿 , 相 对 于 生 球 →回 转 窑 工 艺 多 了 一 道 高 温 氧 化 焙 烧 工 序 , 整 体 工 艺 流 程 相 对 较 长 。 此 外 , 竖 炉 工 艺 还 存 在 单 炉 能 力 较 小 , 对 原 料 适 应 性 差 , 受 煤 气 资 源 制 约 等 问 题 。 所 以 , 竖 炉 工 艺 生 产 金 属 化 球 团 在 我 国 发 展 前 景 不 乐 观 。 4 . 1ꢀ 转 底 炉 工 艺 转 底 炉 工 艺 是 一 种 较 新 的 金 属 化 球 团 生 产 工 艺 , 分 单 层 转 底 炉 工 艺 和 多 层 转 底 炉 工 艺 两 种 形 式 。 单 层 转 底 炉 工 艺 使 用 原 料 粉 与 煤 粉 均 匀 混 合 而 成 的 单 一 球 团 , 而 多 层 转 底 炉 工 艺 为 降 低 能 耗 , 提 高 设 备 利 用 率 和 产 品 质 量 , 使 用 2 层 或 3 层 等 原 料 粉 与 煤 粉 不 相 混 的 不 同 球 团 , 炉 子 的 各 层 由 加 强 筋 联 接 , 随 最 底 层 炉 底 一 起 转 动 , 并 在 转 底 炉 上 方 进 料 口 处 增 4. 4ꢀ 竖 罐 工 艺 竖 罐 工 艺 最 早 被 用 来 还 原 富 矿 块 , 是 一 种 非 连 续 性 生 产 工 艺 , 生 产 时 一 般 需 多 个 罐 子 交 替 使 用 , 依 ( 下 转 第 20 页 ) · 15·
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