影响还原过程的三大要素是动力学条件、热力学条件和热平衡条件。

    如果动力学条件很差，则炉内反应处于动力学的控制下。在这种条件下，一切能够提

高还原速度的措施都可促进矿石的还原过程。其中最重要的有以下几项：

    温度提高，竖炉中包括还原过程在内的所有化学反应速度都会相应提高。在较低的温

度水平下，这种趋势更为明显。因此，提高温度水平可缩短还原时间，提高还原气的利用

率。    ’

    提高系统压力，还原气摩尔浓度成比例提高。浓度的提高导致有效碰撞次数的增加。因

此提高压力有助于加速还原反应的进行。典型的一级反应速度应和压力成正比。但实际反

应往往与一级反应有着或大或小的偏差。由于铁的还原反应中没有气体摩尔数的变化，故

压力变化不影响还原反应热力学平衡，但会影响熔剂中的碳酸盐分解。

    H：和H。O的扩散速度较CO和CO。高得多。因此在扩散控速范围内，提高氢含量对加

速还原过程和提高气体利用率非常有效。无论是内扩散或外扩散控制，提高还原气氢含量

对还原过程都是有利的。

    提高气体流速可减小边界层厚度，有利于气体分子在气固界面上的扩散。如果过程处

于外扩散控制范围内，提高气流速度可加快还原速度。但这一措施对改善内扩散或表面反

应控制下的过程无效，且往往导致气体利用率的降低。

    适当降低矿石粒度可提高反应界面和气固界面，缩短内扩散距离。因此，降低矿石粒

度对改善动力学控制范围内的还原过程是有效的。但必须注意，矿石粒度不能过小，特别

是不可使粉末过多，以免破坏料柱透气性。

    如果动力学条件较好，则铁矿石的还原过程和气体利用率与动力学无关，仅由热力学

(即化学平衡)和热平衡决定。实践和研究结果证明，还原竖炉的运行条件大多符合或接近

这种情况。由前面的讨论可知，在热力学和热平衡的控制下，竖炉内的关键点在570℃。如

果在这一温度下Fe。O。、FeO、Fe和气相达到平衡，可获得实际上的最高气体利用率。

    图5—4示出的热模拟试验结果表明，在低于570℃的区域没有金属铁出现。从理论分析

也可知道，570C以下，Fe。O。的进一步还原只能是生成金属铁。对于这个反应来讲，该区

域的还原势太低，矿石停留时间过短，动力学条件也不利。因此不太可能，更不可能大量

生成金属铁。另一方面，Fe。O。的还原进行很迅速，对热力学条件的要求也很低，570℃以

上的区域不会有大量的Fe：o。存在。因此，570℃附近铁的存在形态以Fe。O。为主，并与Feo

共存。模拟试验的过程样分析也验证了这一论断。在这种条件下，气体利用率取决于气体

成分与平衡成分接近的程度。

    设570℃时气相与Fe、FeO及Fe。0。达到平衡，当气相矾为O．28(COREx实际生产

的近似值)时，气体利用率约为49％。这样的气体进入低温区，再将Fe。O。还原成FesOt，

气体利甩率进一步提高至46。6％(R。一o。92)。这是该成分的还原气实际能够达到的气体利

用率上限。

    表5—6给出了COREX尾气的生产实测值。可以算出，实际生产达到的气体利用率约为

45．4％。这个值与理论计算最高值相当接近，误差在3％以下。这说明，工业竖炉的气体利

用率与理论最高值非常接近，以最高值代替实际值讨论竖炉还原过程不会带来大的误差。理

论最高气体利用率可用式(3—4)或式(3—2)求出。COREx熔炼煤制取的还原气x0一般在

O．28左右，可近似取7—46％。

图5—5给出了德国Kehl中试厂和南非Iscc)r生产厂COREX装置的主要尺寸。年产6

万t生铁的中试装置中，还原竖炉最大直径2．2m，最小直径2m，高12m。年产30万t工

业装置(C1000)的竖炉最大直径5．5m，最小直径5m，高17m。年产70万t的

C200—0装置中，竖炉平均直径7．5m，高20m

 COREX竖炉与直接还原竖炉相比具有以下特点：
    可使用含尘还原气，自熔炼炉排出的煤气仅经一次热除尘即通人还原竖炉。
    还原剂以CO为主，还原气中含C0高达60％～70％。
    可使用全天然矿冶炼。
    海绵铁通过螺旋卸料机排出。
    可使用矿石与熔剂的混合料。
    竖炉还原产品海绵铁具有93％左右的金属化率。其中夹杂着在竖炉中经过部分分解和
预热的熔剂。加入的熔剂是白云石和石灰石，排出时组成以’Mg()和CaCO。为主。这种混
合炉料通过海绵铁螺旋直接由竖炉加入熔炼炉。
    COREX竖炉的海绵铁卸料螺旋是COREX的专利之一。该设备是1980～1981年期间
设计出来的。C1000和(；2000均使用6个海绵铁卸料螺旋。螺旋结构如图5—6所示。
 

。