回转窑炼铁法的分类及现状

2017-07-25   作者：佚名   网友评论 0 条

　　还原性回转窑依据窑内物料的形态差异可分为：

　　1)、预热预还原回转窑：回转窑窑内物料进行预热、干燥、脱除结晶水、碳酸盐分解、铁矿物的部分还原。窑内最高温度通常≮1000℃。通常预热预还原回转窑是整个工艺中的一个环节，如：预热预还原回转窑--矿热炉法生产镍铁。

　　2）、直接还原回转窑：窑内炉料最高温度低于“开始软化温度”最低的物料的开始软化温度值100～150℃。窑内物料呈完全固体状态，在不熔化、不造渣的条件下完成还原过程，产品呈基本保留入炉形状的固态以金属铁为主要成分，包含原料脉石成分的“直接还原铁”。

　　3）、深度还原窑：窑内炉料最高温度略高于软化开始温度（在荷重还原条件下收缩3%时的温度）最低的物料的软化开始温度值，但低于炉料软化温度（在荷重还原条件下收缩30%时的温度）。窑内物料在进行还原反应的同时产生固相造渣反应，但不熔化，物～料呈现烧结块状，类似水泥熟料生产回转窑窑内物料形态。排出回转窑的物料中铁呈＞0.10mm的金属颗粒分布在物料团块中。回转窑产品-还原团块经水淬、磁选获得产品-细颗粒状金属铁。

　　4）、粒铁回转窑：粒铁法是上世纪30年代德国开发的以酸性脉石的矿石为原料，以低阶煤为还原剂和燃料，生产颗粒状金属铁的工艺方法，还原反应器为回转窑。炉料入窑后，经干燥、预热、铁矿物还原、炉料的造渣，最终铁矿物还原为金属铁，并以1.2～30mm铁颗粒的形态均匀的“悬浮在”半熔态的炉渣中。包裹着颗粒状金属铁颗粒的半熔态“团块”，连续的从卸料端排出回转窑，然后，经水淬、选择性破碎、磁选获得产品--颗粒状金属铁。

　　朝鲜以劣质煤为还原剂，酸性脉石铁矿为原料，采用 “回转窑粒铁法”炉渣碱度（CaO+MgO/SiO2）0.10～0.30，生产含铁95～97%颗粒状金属铁是朝鲜钢铁生产中炼铁生产的主要方法。

　　日本金属公司大江山厂以煤为还原剂以红土镍矿为原料,生产含镍13～15%的颗粒状镍铁的“大江山法”。镍、铁矿物在固态下还原成金属，并聚合成0.10～30.0mm颗粒。镍铁金属颗粒均匀的悬浮在半熔状态炉渣中。渣铁混合物已团块形态排除回转窑，经水淬、选择性破碎、磁选获得颗粒状金属镍铁。该工艺因低阶煤为还原剂和燃料，电力消耗低，生产成本低，成为红土镍矿生产镍铁最经济的方法之一。

　　5）、熔态回转窑（生铁水泥法回转窑）:以高碱度碱性含铁物料为原料,以煤为还原剂,原料在窑内进行物料的干燥、预热、铁矿物的还原，炉料在回转窑内最终形成铁水和液态炉渣。铁水从回转窑最低点的出铁口定期放出,液态渣从回转窑出料端排出。因炉渣冷却后可作为水泥熟料原料，故该法称为生铁水泥法（Baseet法）。该法适合处理碱性矿石，所生产的铁水S、P极低可用于铸造。该法因单机生产能力过小，耐火材料消耗高，操作困难等原因被淘汰。我国上世纪70年代在浙江萧山进行过试验性生产。

　　2.2 还原性回转窑的特征

　　还原性回转窑通常以低阶煤为还原剂、燃料，进入回转窑的待处理物料通常由矿石和煤、熔剂组成。还原性回转窑最重要的任务是炉料的还原，创造和保证还原性回转窑内良好还原气氛和足够的还原能力是回转窑控制的最重要任务。因还原反应是强吸热反应，因此，回转窑还必须具有足够的供热能力。回转窑内燃料的燃烧需要强氧化性气氛，以保证足够的燃烧强度和能力。

　　在回转窑窑内同一横截面上，创造自由空间的强氧化气氛和料层内的强还原性气氛并存，并相互促进强化，保持一个稳定地动态平衡是还原性回转窑正常运行的最基本条件。

　　从图1右侧横截面图可看出：料层表面的CO气膜是保证回转窑自由空间的强氧化气氛和料层内的强还原性气氛并存的最基础条件。

　　回转窑内待处理的物料在被加热后，料层内由还原煤受热放出的挥发份（H2+CO+CnHm），物料进行还原反应放出还原反应产物（CO），这些还原性气体不断从料层表面放出，在料层表面形成一个还原性气体膜。如果这个由还原性气体组成的气膜能稳定存在，即可实现将回转窑自由空间的氧化性气氛与料层内的还原气氛完全隔离，实现还原性回转窑自由空间进行燃烧为回转窑供热，料层内进行还原反应。

　　控制还原性气膜的稳定存在是还原性回转窑生产控制的最重要任务。因还原性气膜的外层接触回转窑自由空间的氧化性气氛必然产生氧化燃烧，燃烧产生的热量成为回转窑的重要热源之一。还原性气膜因外层的氧化燃烧消耗与料层放出的还原性气体量达到动态平衡时，回转窑即可实现加热和还原同时进行，达到还原性回转窑的还原的目的。

　　由此，造成还原性回转窑的结构、控制、操作与氧化性回转窑有重大差异。

　　1）、回转窑的燃料燃烧火焰应远离料面，绝对不得冲击料面的还原性气体保护膜。

　　2）、因回转窑内待处理物料中的煤从400℃开始大量放出挥发分，铁的还原从570℃开始进行，回转窑后部还原煤放出的挥发分和还原产生的CO难以从窑头烧嘴供给燃烧所需要的氧气，通常还原性回转窑必须设置独立的向回转窑中、后部供氧的高风速二次供风管，或在窑身设置窑身风机。

　　3）、还原窑内状况与氧化窑不同，氧化窑窑内呈清晰、明亮状，从窑头可以清晰的看到窑内物料状态。而还原窑内呈浑暗状，不透亮，难以看到远处的料面。

　　还原性回转窑窑内炉料表面有一层炉料内放出的可燃性气体构成的气膜，这层气膜将回转窑内自由空间的氧化气氛与料层内的还原气氛分割开来。气膜的表层与自由空间的氧化气氛产生燃烧反应形成一层火焰，这层火焰的形态、厚度影响炉料内的还原气氛，影响炉料的还原。料面火焰有力向上，略向窑尾倾斜属正常炉况；料面火焰倾向料面或窑的燃烧火焰扑向料面，炉料会产生再氧化；料面没有火焰且窑的燃烧火焰直接接触料面，料面发亮，炉料产生再氧化，由于新还原出来的金属铁活性极大，已还原了的炉料被氧化，将使炉料表面温度急剧上升，造成炉料熔化，继而产生粘结，严重时产生“结圈”。

　　4）、为了保证单位料面有足够的还原气体溢出，需要有足够的料层厚度。因此，还原性回转窑的填充率远大于氧化性回转窑，通常还原性回转窑填充率应达到20.0～25.0%，而氧化性回转窑填充率通常8.0～10.0%。直接还原窑出料端的出口直径仅为窑内径的50%以下。粒铁法回转窑的出料端直径仅为窑内径的0.45～0.50。

　　5）、因待还原的铁矿物的还原是通过还原剂CO、还原产物CO2的扩散过程完成，回转窑窑内的还原反应是扩散控制过程，还原过程需要较长的时间。还原窑内炉料在窑内的停留时间远大于氧化窑物料在窑内的停留时间。

　　氧化球团回转窑内物料的停留时间仅仅30分钟；生产水泥熟料的回转窑炉料在窑内停留时间2.0～3.0小时。而生产直接还原铁的回转窑炉料在窑内的停留时间需要8.0～10.0小时。天津钢管￠4.80×80m的直接还原窑炉料在窑内停留时间～10.0小时。￠3.60×60m粒铁回转窑物料在窑内停留时间为8.0～10.0小时。

　　因此，还原性回转窑的斜度远小于氧化窑，通常还原性回转窑的斜度≯2.50%。还原性回转窑的转速也远低于氧化窑，通常还原性回转窑的转速≮1.0转/分钟。

　　6）、为保证炉料充分还原，单纯依靠加大窑长，降低回转窑转速、增大填充率是无法满足还原反应的需要，改善窑内温度的分布，延长适宜还原的温度区间长度更为有效，还原性回转窑窑内温度分布曲线与氧化性回转窑有重大差异。因此，还原性回转窑的窑头烧嘴的型式与氧化性回转窑差异巨大。还原性回转窑必须使用长焰层流烧嘴，以保证窑内有较长的还原所需要的高温区。大型还原性回转窑通常不使用细颗粒煤粉、气体燃料为燃料。大型直接还原铁回转窑使用粒煤（3.0～17.0mm）烧嘴进行加热，不仅大幅度降低了煤粉加工成本，且大幅度加长了烧嘴燃烧火焰，使窑内的温度分布更加合理。

　　7）、为保证炉料充分还原，改善窑内温度的分布，延长适宜还原的高温度区间长度，直接还原回转窑通常在回转窑设置若干窑身风机，窑身风机通过供风管将空气导入回转窑中心，为还原反应生成的CO、还原剂放出的挥发分的燃烧供氧。￠4.8×80m直接还原回转窑配备9台窑身风机。“粒铁法”回转窑通常采用高压二次风向窑的后部供风，提高后部的温度，拉长还原带的长度。二次风管的出口速度超过80m/s。现代粒铁回转窑在窑的后端也采取设置窑身风机提高回转窑后部温度，拉长还原带的长度。

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