回转窑炼铁(三)

　　1—矿石和燃料(还原剂)的混合物;2—脱水和给热带;3—还原带;4—粒铁带;5—半成品出口;6—烧嘴及空气人入口;7—还原带反应情况;8—CO燃烧情况;9-铁的氧化物在料层中还原情况;10—粒铁带反应情况;11—氧化性气体;12—还原性气体;13—熔渣表面上形成的铁的氧化物的还原;14一直接触熔渣表面氧化性气氛;15—粒铁带前边炉料成份;16—燃料(还原剂);17—海绵铁;18—矿石;19—粒铁带料层中被充分还原的燃料;20—粒铁;21—含FeO高的炉渣;22—出铁前的炉料组成;23—含FeO低的炉渣。

 

　　炉料是由粒度<5—10毫米的矿石和熔剂及粒度0—5毫米含低挥发份(<10%)的燃料(还原剂)组成的混合物，经准备处理的炉料进入斜度l—2%的回转窑中。由于燃料的挥发物中碳不能作为还原剂，因而采用含挥发分低的还原剂。燃料中的挥发分应在预热带从燃料中放出，并在回转窑的自由空间燃烧，向炉料供热。

　　矿石与还原剂的粒度有着特殊的意义，当炉料中存在大量>5毫米还原剂时使矿石还原反应速度与矿石还原的完全性降低;另方面粒度中<0.5毫米的燃料会被炉气从炉中吹出。因此，最好的冶炼指标是在还原剂的粒度约2毫米时取得 [5,12]。此外，当矿石与燃料粒度差过大时，沿回转窑横断面与长度方向会产生偏析，粒度大的物料易于处于炉料的外层，炉料产生分层可引起反应速度大大减慢。

　　在回转窑卸料端装有燃烧煤气或煤粉的烧嘴。炉料在回转窑中呈薄层状分布，通过在料层上面燃烧气流的对流和辐射传热使炉料加热，同时，回转窑自由的炉衬的温度被燃烧气流加热将高于炉料温度，当炉料与炉衬接触时通过传导传热将炉料加热。

　　铁的氧化物通过气相产生下列还原反应：

　　Fe203+3CO=2Fe+3CO2 (1)

　　3CO2+3C=6CO (2)

　　Fe203+3C=2Fe+3CO (3)

　　由于炉料空隙间空气中的氧对炉料的碳的氧化作用形成最初的一氧化碳。为使还原反应顺利进行必须保证矿石与还原剂紧密接触，因此被粉碎的炉料在装回转窑以前精细的混匀是必须的，混匀工作在专门的混料机中(垂直叶片式或螺旋混料机)。

　　回转窑沿长度方向分成三个带：
 

　　预热带：在占回转窑全长20%的第一带内把炉料加热到600℃以上，并排除炉料中吸附水和结晶水;

　　还原带：在占炉子全长50%的第二代内进行碳酸盐分解，并用还原剂的碳对铁的氧化物进行部分还原。炉料中析出大量的一氧化碳在炉料表面形成一层保护层，料层内部为还原气氛，从炉料上表面进入的氧化性气氛不多，对料层内部气相还原性质的影响不大。当一氧化碳燃烧时，对炉衬加热，当炉子转动时，赤热得炉衬再将热量传给炉料。当矿石中存在大量结晶水或碳酸盐时，还原带的还原反应减慢，当还原不充分的矿石继续运动到高温区时将导致还原不充分的矿石难于形成粒铁，并导致结瘤。

　　粒铁带：当部分被还原的炉料加热到>1100℃时，炉料进入占炉子长度30%的粒铁带。

　　在沿回转窑的长度不同区域取样研究证明：在进入粒铁带以前被还原成铁的量仅占炉料中铁量30—50%，大部分的铁是在粒铁带内残留在糊状渣中的碳从一氧化铁中还原出来的。炉料在粒铁带内停留5—6小时，炉料在粒铁带利用装在卸料端的燃料烧嘴控加热到1200—1330℃，粒铁带的适宜温度取决于炉料的组成和成分。

　　粒铁带由于还原反应减少，单位时间内因还原而从炉料中放出的一氧化碳减少，从而使炉料中新还原出的铁和有氧化作用的炉气直接接触几率增大，使熔渣表面部分已被还原出来的铁被再氧化时产生大量的热，促使未完成还原的FeO和部分脉石从新还原出来的金属铁中熔化出来，当温度为1200—1300℃时海绵铁焊接成铁粒。

　　当炉子回转时在炉渣中的FeO与炉料的过剩碳接触并重新被还原，因此渣中铁的总损失减少。由于粒铁带料层表面铁的氧化反应和料层内部氧化物的还原反应同时进行保证了高的铁回收率，创造了用回转窑粒铁法处理难选贫矿的经济可行性，成为回转窑粒铁法的特点。

　　为防止炉料的再氧化，在回转窑的出料端，即粒铁带末端设置耐火材料挡圈，以保持粒铁带末端有较厚的料层。

　　为保持回转窑内反应正常进行，粒铁带渣量应不小于0.6—0.8吨/吨粒铁。用贫矿(30%Fe)时渣量为1.5—2.0吨/吨粒铁。用酸性脉石的贫矿工作时渣碱度(CaO+MgO)/SiO2为0.15～0.3时铁的回收率最高，一般(CaO+MgO)/SiO2约为0.2。粒铁炉渣成分及其性质决定了回转窑粒铁法冶炼过程。无论是粒铁带由渣中还原出来小金属粒铁或者是在还原带还原出来后生成的大金属粒铁都将在粒铁带粘合长大成铁粒。

　　当回转窑连续转动时，大颗粒的铁粒迅速下降，并接触到炉衬，而小颗粒的铁粒仍停留在炉渣中，随炉渣黏度减小，铁粒在料层下部富集，炉料中重新还原的铁向料层下部的扩散条件改善，因而促进了铁粒的顺利形成和长大。

　　从粒铁形成的观点看，最适宜粒铁炉渣黏度为1000—2000泊，等温条件下在粒铁渣中用CaO置换SiO2和Al2O3时炉渣粘度降低形成短渣。CaO等浓度几乎与等粘线平行。研究证明：在人工形成的粒铁渣SiO2——Al2O3——CaO系统中加入MgO、FeO、MnO和TiO2则渣粘度降低。以MgO代替CaO亦可使炉渣粘度有某些降低。但在实际生产中渣中MgO量较少，所以在炉料计算中将MgO和CaO合并计算。粒铁渣中FeO、MnO含量增加对炉渣粘度的降低影响程度，比增加炉渣碱度时降低的急剧。炉渣中FeO含量增加虽然降低炉渣粘度，但由于炉渣对铁的侵润加剧使粒铁形成过程反而变坏了。此外，炉渣含FeO高会加快粒铁带炉衬的侵蚀。

　　为保证回转窑内炉渣中FeO的还原，在回转窑内炉渣应存在一定量的过剩的还原剂。一般渣中呈机械混合物状态的残留碳量应为3～6%。粒铁中含碳0.7～1.0%，对形成粒铁最有利。当炉渣中FeO含量≯6～8%时，粒铁可以获得这样的含碳量。

　　当炉渣的流动性过好时，破坏了熔池中的搅拌作用，所有粒铁不论其粒度大小均集聚在料层下部。沉到炉料底层的铁粒可能粘附在窑衬上，导致粒铁带结附铁质结瘤——“铁圈”。因此粒铁回转窑必须保持严格的温度制度，因为粘度除与炉渣化学成分有关外，在很大程度上决定于温度条件。德国马克思工厂粒铁回转窑炉渣当温度1500℃时粘度为20～820泊，温度1300℃时增加到1000～2700泊。德国埃契金工厂处理镍铁矿时炉渣温度从1500℃降低到1300℃自然粘度从19泊增加到2700泊。

　　虽然粒铁回转窑与水泥生产都在回转窑中进行，但回转窑内的炉料形态却完全不同，水泥回转窑炉料不产生液相，并且卸料端的温度较高，这就使得生产水泥比粒铁生产更能充分利用回转窑的优点，回转窑内炉料不产生液相，而仅仅产生固相造渣反应和烧结团聚，将大幅度减少回转窑发生结圈、结瘤的危险。

　　对于一般高炉渣可以用(CaO+MgO)/ SiO2进行评价，但评价粒铁回转窑炉渣时必须更加有区别地估计到个别成分对炉渣冶金性能的影响。高炉渣与粒铁渣性质与成分的不同表明：用(CaO+MgO)/ SiO2估价粒铁回转窑炉渣时必须考虑到个别成份对炉渣冶金性能的不同影响。根据Φ·约翰逊Γ·布兰金的数据，粒铁渣的碱度可以近似的用[CaO+1.4MgO+0.8(FeO+MnO)+0.7TiO2]/(SiO2+Al2O3)表示，其变动值在0.22～0.32范围内。

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