概述还原铁隧道窑生产工艺技术与应用

2017-07-05   作者：佚名   网友评论 0 条

 　　陈正东,陈泽林,胡国寅

　　黄冈市中基窑炉有限公司

　　煤基隧道窑还原铁在生产过程中都必须经历隧道窑热工设备焙烧的过程，在此过程中，装在碳化硅罐内的铁粉随温度变化发生一系列物理、化学变化，从而生成达到一定质量要求的海绵铁产品。焙烧过程直接决定产品的产量和质量，是还原铁隧道窑生产的关键工序，因此，人们常常把窑炉比作工厂的心脏，比喻其重要性。入窑前，铁粉/铁鳞和煤粉都分别经过铁粉干燥机和煤粉干燥机进行干燥，水份达到一定要求后（一般为3%以下），按照一定的比例和装料的方法将其装入碳化硅罐中，然后按照一定的装车方式放置在窑车上，再按照规定的时间推入隧道窑中焙烧。通过干燥机干燥仅仅是排除物料表面结晶水，而物料内部的结构水只有在入窑后经干燥才能完全排除，从而为后续还原作准备。因此，排除物料中的结构水同样重要，煤基还原铁隧道窑工厂热工设计便包含了物料结构水干燥、铁粉焙烧还原、产品冷却三个环节。干燥工序是焙烧的基础，对于物料的焙烧质量和效率是非常重要的。煤基还原铁隧道窑热工设计包含结物料结构水干燥设计、焙烧还原设计和产品冷却四部分，四部分是一个有机整体，是还原铁窑炉生产的几个要素，缺一不可。

　　从内容上热工设计包含系统设计和结构设计两方面，系统设计是核心内容，直接决定产品是否达产达标，系统设计表现在结构设计上，结构设计是实现系统运行的工具和手段，是前者的保障，决定生产线的正常运行和生命周期。简言之，系统是热工体系的灵魂，结构是热工系统的载体，结构设计需要服从热工系统的要求。

　　1 要以原料性能和物料要求为一体进行热工设计热工系统设计的基础和依据是原料性能和物料的要求。煤基还原铁隧道窑用煤炭作为还原剂，对挥发份、热值和灰分熔点有要求，一般来讲，固定碳大于60%，挥发份小于10%，灰分熔点大于1250℃，指标较高的煤炭，无论对节能降耗还是减少设备故障率都有好处。隧道窑工艺生产还原铁的原料是铁粉矿，比如矿山超纯粉、普通矿粉、氧化铁皮（铁鳞）、钒钛磁铁矿粉、红土镍矿粉等，含铁品位要高，一般来说磁铁矿大于65%，赤铁矿应大于60%，氧化铁皮大于72%，脉石（SiO2+AI2O3）量小于3%~5%，普通矿粉品位60%以上的可生产炼钢海绵铁，超纯粉品位达到71.8%以上、氧化铁皮（铁鳞）大于72%的可生产粉末冶金。因此，根据铁矿粉品位的不同可生产不同规格的直接还原铁。煤基还原铁隧道窑工厂设计的第一要素是按照原料和制品的特点与要求，加强对热工系统设计的重视，设计最佳焙烧还原系统，在此基础上进行有效的结构设计。

　　2 要从装罐方式和装车方式入手，确定技术参数直接还原铁大都采用碳化硅罐方式生产，选择合适的碳化硅罐很关键。一要选择材质好的碳化硅材料，二要设计好碳化硅的外形和内空尺寸，三要确定好装料比例。内空装料一般分外圈、中圈和内圈三部分，其中内圈和外圈装煤粉，中圈装铁粉，罐的顶部和底部装一定量的煤粉。三圈的比例确定很重要，它决定了产品质量的好与坏。比例确定好后，制作不锈钢模具用于装料。

　　装车方式确定窑车台面尺寸。罐与罐之间需要留足一定的间隙，罐的四周考虑预留充足的火道，使罐内的铁粉得到充足的还原。

　　根据铁粉的物理性能和化学变化，确定铁粉的总还原时间。装有铁粉和还原煤粉的碳化硅罐在隧道窑运行过程中，铁粉的分子结构每时每刻都在发生变化，掌握其还原规律很重要。一旦掌握不好，生产出来的还原铁产品要么出现过火、过烧现象，要么出现还原不透，欠烧、夹生现象。因此，有效分配预热--焙烧--冷却时间，让铁粉在煤基还原铁隧道窑中生产出合格产品非常关键。还原时间还与推车速率、窑内存车数、烧嘴功率数量等因素有关，它决定了还原铁隧道窑的长度。简言之，需要多长、多宽的还原铁隧道窑才能满足铁粉的还原要求，这需要全盘综合考虑，总还原时间的确定是最关键的因素，它决定了还原铁产品的成败。

　　3 热工系统的设计

　　热工系统设计就是根据铁粉焙烧性能的需要确定合适的窑体空间，并在窑体适当部位设置排烟口、抽风口、烟道、燃烧器以及管路、通风设备等，引导窑体气流按既定轨迹流动。

　　目前通常采用逆流式干燥工作原理，气体与物料逆向而行，在行进过程中进行热交换而完成物料干燥预热、焙烧、冷却的过程。在干燥预热段设置烟道闸板控制气体流动速度。在焙烧还原段设置若干烧嘴燃烧，保证物料的充分还原。冷却系统也是窑炉的重要系统，一般采用风冷和水冷的方式。风冷采用急冷风强制冷却，辅以换热置换热空气进入烧嘴辅助燃烧；水冷主要是设置水箱，冷却制品的同时，热水可供洗澡和取暖用。

　　窑墙与窑车之间采用双曲封装置，防止热风下串。窑车下设置车下风冷却系统，冷却窑车金属件的同时使车上与下部通道内压力平衡，起到稳定气流、减少窑体断面温度差的作用。

　　附属系统--监测系统、窑车运转系统也是热工设备不可或缺的，监测系统是热工系统调节的依据，自动监控系统可以称得上是窑炉生产控制的指挥部。运转系统要保证载有碳化硅罐的窑车按既定速率平稳地通过热工设备，生产中一定要有稳定的进出制度，才能保证物料在热工过程中状态的稳定性，从而保证窑炉气流和压力的稳定性。进出制度紊乱时，产品质量的稳定性以及窑炉结构材料、构件的稳定性都会受到影响。

　　4 热工设备的结构设计

　　热工设备的结构设计时提供一个适宜的密闭空间供物料完成预热--焙烧--冷却全过程，这个过程决定热工设备必须具备耐热和隔热的功能，同时要稳定安全，有利于热工系统的实现，有利于窑内气流平稳、断面温度均匀。

　　煤基还原铁隧道窑的预热、焙烧、冷却过程中，最高温度在900～1170℃之间，温度设计满足一定恒温时间要求。结构设计时要充分考虑热负荷对结构稳定性的影响。耐火、保温材料根据窑内温度选材，材料厚度需要计算确定，保证窑炉外表面温度符合国家标准的要求。

　　窑顶是窑炉结构设计的重点，一般采用标准60℃中心角拱顶结构，宽窑也可采用平顶结构，不管是拱顶和平顶结构，都是稳定可靠且利于气流的运行。根据应力的计算，确定立柱的用材和大小，以保证拱顶和平顶安全可靠。

　　窑炉结构要围绕耐火、隔热、稳定、安全、密封、利于实现热工系统、耐久这些基本原则进行设计。需要说明的是，窑炉施工和生产管理对其使用性和耐久性起着至关重要的作用。结构设计时以窑体和系统均处于稳定态为基础，生产管理不善会导致窑内气流温度与压力不稳定而破坏窑体的气密性，影响窑炉的工作效率。

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