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高炉炼铁新方向 流化床技术

作者:31发布时间:2013-01-25

  众所周知,高炉使用金属化炉料可大幅度增产和降低焦比。炉料的金属化率每增加10%,估算焦比降低约5.6%,同时产量也将增加。与转炉使用的直接还原铁(DRI)比较,高炉使用的直接还原铁的金属化率较低,故称之为低还原铁(LRI,即Low Reduced Iron),对原料中硫的含量要求不高,因此LRI的生产和高炉冶炼技术在国外炼铁界已成为一个研究热点。

  流态化是指固体颗粒在流体(气体或液体)的作用下悬浮在流体中跳动或随流体运动的现象。流态化现象可以由气体和固体颗粒、液体和固体颗粒,以及气体、液体和固体颗粒形成,即所谓的气—固流态化、液—固流态化和气—液—固三相流态化,其中气—固流态化在工业中应用最多。能够实现流态化过程的设备称为流化床或沸腾床。

  流化床技术具有以下优点:一是流体和固体之间的传热和传质效果增强,床层温度均匀。流化床所采用的固体物料为颗粒,比表面积很大,同时由于固体颗粒强烈的扰动、相互摩擦和碰撞,固体表面的更新速度加快,而且床层的温度均匀一致。二是床层与管壁的传热效果增强,比一般气体与管壁的传热系数要增大数十倍或上百倍。三是可以像流体一样大量输送。由于  固体颗粒在气体的作用下,可以像流体一样自由流动,这就使得对固体颗粒进行大量加工成为可能。四是便于实现过程的连续化和自动化,特别适用于固体颗粒处理量很大或催化剂循环量较大的生产过程。

  该技术也有一些缺点:一是固体颗粒磨损大、损耗多。对于气—固流化床来说,固体颗粒的剧烈扰动,造成粒子的磨损,更多的细粒和粉尘被带出设备,增加了回收系统的负荷。二是增加受热面的磨损。对于须进行热交换的工艺过程,流化床层内设有换热管束,较坚硬固体颗粒的剧烈扰动对管壁会产生磨损。三是反应效率下降。在流化床内,固体颗粒的剧烈扰动,造成严重的固体颗粒和流体沿轴向的返混(上下蹿动),大量未反应的物料被生成物稀释,使传质推动力减小,导致反应过程的转化率下降。同时,由于床内气泡的产生,气泡内的气体与固体接触不良,致使反应速率下降。

  鉴于目前高炉在传统炼铁行业中占据统治地位,采用流化床技术生产高炉用低还原铁具有更大的经济效益和环境效益。国外在实验高炉上进行的试验证明,在高炉炼铁工序中加入低还原铁,可以大幅度降低还原剂的消耗量和CO2的排放量,还可以显著提高高炉利用系数。铁料的金属化率每提高10%,实验高炉利用系数可以升高8%。因此通过流化床处理粉矿得到LRI,然后作为炉料加入高炉的工艺流程可以作为今后着力发展的新技术方向。