新型煤基直接還原豎爐的開發(fā)

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1、第18卷增刊11998年9月礦冶工程MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGVol18Suppl1September1998新型煤基直接還原豎爐的開發(fā)黃柱成李光輝姜濤邱冠周(中南工業(yè)大學(xué)礦物工程系．長沙．410083)摘要探討了在新型煤基豎爐中鐵礦石直接還原的可行性和工藝條件。試驗結(jié)果表明：在叫(c；／鐘(Fe)=0．5．預(yù)還原溫度在300～900℃，預(yù)還原時間為30rain，終還原溫度在950～1020℃，終還時問為100min的條件下．鐵礦石的金屬化率超過95％，還原煤的消耗量低于700kg／tDRI。關(guān)鍵詞直接還原煤基豎爐近百年來

2、，各國冶金學(xué)家們一直在探索非高爐煉鐵的途徑，至今比較成功的就是直接還原法。從我國國情出發(fā)，貯量大、分布廣的非焦煤資源為我國發(fā)展煤基直接還原提供了充足的廉價能源條件，這決定了我國應(yīng)立足于國內(nèi)資源情況，積極發(fā)展煤基直接還原工藝。當前，我國較成熟的煤基還原法是回轉(zhuǎn)窯法，但回轉(zhuǎn)窯法尚存在一系列的缺點：設(shè)備多、投資高、能耗高、生產(chǎn)能力小、操作管理難度大等。因此，煤基回轉(zhuǎn)窯法在我國的推廣還有困難，有必要探索新的出路。最近，外熱式豎爐的研究已取得了一些進展，但由于外熱式豎爐全部采用傳導(dǎo)方式傳熱，有傳熱速度慢，生產(chǎn)效率低、熱利用率低的缺點。本研究就是在外熱式豎爐的基礎(chǔ)上，尋求一

3、種有利于克服上述缺點的直接還原工藝——新型煤基豎爐直接還原法。該法在預(yù)熱預(yù)還原段采用熱廢氣直接加熱的方式對料層進行干燥、預(yù)熱，在終還原段與外熱式豎爐法相同，因而縮短了傳熱時間，提高了生產(chǎn)率，并大大降低了能耗，是一種頗具有發(fā)展前景的新方法。1新型煤基豎式直接還原爐的爐型選擇目前，獲得工業(yè)應(yīng)用的豎爐直接還原法有6種：Wiberg法、Miderx法、Purofer法、Armco法、NSC法和KinglorMetor法。6種方法均以塊礦、氧化球團或其混合物為爐料進行直接還原，其唯一使用固體還原荊(各種煤)的是用于意大利Crenona直接原廠的KingerMetor法。其

4、它5種豎爐法均以氣體為還原劑，其能耗約為11～13GJ／tDRI，產(chǎn)品金屬化率大于90％，除Wiberg法單爐生產(chǎn)能力小些外，其他方法單爐生產(chǎn)能力已達到年產(chǎn)DRI產(chǎn)品10萬t以上。氣基豎爐法中所需的煤氣重整設(shè)備是十分昂貴且易損壞的，而且我國天然氣資源比較缺乏，不適于發(fā)展氣基直接還原原法，所以氣基豎爐直接還原法的發(fā)展在我國受到很大限制。我國主要要立足于非焦煤對直接還原工藝進行研究。近來，外熱式豎爐直接還原法的研究取得了一定進展。外熱式煤基試驗豎爐爐型構(gòu)造如圖l所示。該爐型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有：(1)還原煤氣化與鐵礦石還原處于同一反應(yīng)室內(nèi)，減少了設(shè)備，節(jié)省了投資1(2)反應(yīng)

5、室頂與燃燒室廢氣便于收集，經(jīng)凈化后返回使用，活躍了爐內(nèi)氣氛，均勻了爐內(nèi)溫度分布，提高了爐內(nèi)鐵礦石的還原速度；(3)因地制宜選擇外熱源及外熱方式，生產(chǎn)規(guī)模小，～次投資低，適合地方鋼鐵企業(yè)采用。但爐型結(jié)構(gòu)的缺點有：(1)外熱式結(jié)構(gòu)以傳導(dǎo)為主要傳熱方式．傳熱速度慢，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)率低；(2)爐內(nèi)存在溫度梯度，有可能影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；增刊1黃柱成等；新型煤蓮直接還原豎爐的開發(fā)269≮iZ受蓼-椰htdj阮與l??；!爭‘千*7璜熱E縻}5，I上還原區(qū)}匕k：么d過蘸區(qū)臚凈*㈣星輪餅kt心j江—￡舞鷺圉1外熱式煤基試驗豎爐爐型1——保溫層一硅藻土；2——耐火層一粘土磚；3

6、——碳矽棒電熱室；4——干燥預(yù)熱段～爐襯一粘土磚；5——還原段內(nèi)襯一碳化硅磚；6——冷卻段水籍；7——排出料；8——A爐料：9——排廢氣口(3)能耗很高，外熱耗達5．4～6．3GJ／tDRI，內(nèi)還原熱耗達8．7～9．2OJ／tDRI，且外傳熱困難，廢氣中含CO高，難以合理利用，所以也不適于大規(guī)模發(fā)展。因此，近幾年來，曾對新型煤基豎爐的爐型研究開發(fā)進行了大量的工作，有過許多種不同的爐型設(shè)想，現(xiàn)將其中一種爐型簡要介紹如下。新型煤基豎爐構(gòu)型如圖2所示。球團和煤從給料端加入，在下行過程中與燃燒室產(chǎn)生的熱廢氣相遇而被加熱，完成干燥、預(yù)熱和頊還原過程，隨后，進入還原段，還原

7、段采用外熱式加熱，以保證還原段氣氛，爐料在還原段中完成還原反應(yīng)，冷卻后排出爐外。該爐型有如下特點：(1)干燥預(yù)熱采用內(nèi)熱式加熱，以對流方式傳熱為主，縮短了干燥預(yù)熱時間，有利于提高勞動生產(chǎn)率；(2)還原段采用外熱式傳熱，有利于保護該段的還原性氣氛，確保終還原反應(yīng)的完成；妹匝+爆囤2新型煤基豎爐構(gòu)型(3)燃燒室可因地制宜選擇固、液、氣體燃料燃燒放熱進行加熱，也可以實現(xiàn)爐頂煤氣的循環(huán)使用，有利于降低能耗。2實驗?zāi)M裝置和實驗研究結(jié)果21實驗?zāi)M裝置及研究方法試驗裝置示意如圖3所示。具體操作步驟如下：球團和煤按一定的碳鐵比配料后，裝入反應(yīng)罐中，當燃燒室溫度上升到500℃

8、左右時，將反應(yīng)罐放在預(yù)熱