新型煤基直接还原竖炉的开发

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1、第18卷增刊11998年9月矿冶工程MININGANDMETALLURGICALENGINEERINGVol18Suppl1September1998新型煤基直接还原竖炉的开发黄柱成李光辉姜涛邱冠周(中南工业大学矿物工程系．长沙．410083)摘要探讨了在新型煤基竖炉中铁矿石直接还原的可行性和工艺条件。试验结果表明：在叫(c；／钟(Fe)=0．5．预还原温度在300～900℃，预还原时间为30rain，终还原温度在950～1020℃，终还时问为100min的条件下．铁矿石的金属化率超过95％，还原煤的消耗量低于700kg／tDRI。关键词直接还原煤基竖炉近百年来

2、，各国冶金学家们一直在探索非高炉炼铁的途径，至今比较成功的就是直接还原法。从我国国情出发，贮量大、分布广的非焦煤资源为我国发展煤基直接还原提供了充足的廉价能源条件，这决定了我国应立足于国内资源情况，积极发展煤基直接还原工艺。当前，我国较成熟的煤基还原法是回转窑法，但回转窑法尚存在一系列的缺点：设备多、投资高、能耗高、生产能力小、操作管理难度大等。因此，煤基回转窑法在我国的推广还有困难，有必要探索新的出路。最近，外热式竖炉的研究已取得了一些进展，但由于外热式竖炉全部采用传导方式传热，有传热速度慢，生产效率低、热利用率低的缺点。本研究就是在外热式竖炉的基础上，寻求一

3、种有利于克服上述缺点的直接还原工艺——新型煤基竖炉直接还原法。该法在预热预还原段采用热废气直接加热的方式对料层进行干燥、预热，在终还原段与外热式竖炉法相同，因而缩短了传热时间，提高了生产率，并大大降低了能耗，是一种颇具有发展前景的新方法。1新型煤基竖式直接还原炉的炉型选择目前，获得工业应用的竖炉直接还原法有6种：Wiberg法、Miderx法、Purofer法、Armco法、NSC法和KinglorMetor法。6种方法均以块矿、氧化球团或其混合物为炉料进行直接还原，其唯一使用固体还原荆(各种煤)的是用于意大利Crenona直接原厂的KingerMetor法。其

4、它5种竖炉法均以气体为还原剂，其能耗约为11～13GJ／tDRI，产品金属化率大于90％，除Wiberg法单炉生产能力小些外，其他方法单炉生产能力已达到年产DRI产品10万t以上。气基竖炉法中所需的煤气重整设备是十分昂贵且易损坏的，而且我国天然气资源比较缺乏，不适于发展气基直接还原原法，所以气基竖炉直接还原法的发展在我国受到很大限制。我国主要要立足于非焦煤对直接还原工艺进行研究。近来，外热式竖炉直接还原法的研究取得了一定进展。外热式煤基试验竖炉炉型构造如图l所示。该炉型结构的优点有：(1)还原煤气化与铁矿石还原处于同一反应室内，减少了设备，节省了投资1(2)反应

5、室顶与燃烧室废气便于收集，经净化后返回使用，活跃了炉内气氛，均匀了炉内温度分布，提高了炉内铁矿石的还原速度；(3)因地制宜选择外热源及外热方式，生产规模小，～次投资低，适合地方钢铁企业采用。但炉型结构的缺点有：(1)外热式结构以传导为主要传热方式．传热速度慢，生产周期长，生产率低；(2)炉内存在温度梯度，有可能影响产品质量稳定；增刊1黄柱成等；新型煤莲直接还原竖炉的开发269≮iZ受蓼-椰htdj阮与l啊；!争‘千*7璜热E縻}5，I上还原区}匕k：么d过蘸区胪净*㈣星轮饼kt心j江—￡舞鹭圉1外热式煤基试验竖炉炉型1——保温层一硅藻土；2——耐火层一粘土砖；3

6、——碳矽棒电热室；4——干燥预热段～炉衬一粘土砖；5——还原段内衬一碳化硅砖；6——冷却段水籍；7——排出料；8——A炉料：9——排废气口(3)能耗很高，外热耗达5．4～6．3GJ／tDRI，内还原热耗达8．7～9．2OJ／tDRI，且外传热困难，废气中含CO高，难以合理利用，所以也不适于大规模发展。因此，近几年来，曾对新型煤基竖炉的炉型研究开发进行了大量的工作，有过许多种不同的炉型设想，现将其中一种炉型简要介绍如下。新型煤基竖炉构型如图2所示。球团和煤从给料端加入，在下行过程中与燃烧室产生的热废气相遇而被加热，完成干燥、预热和顼还原过程，随后，进入还原段，还原

7、段采用外热式加热，以保证还原段气氛，炉料在还原段中完成还原反应，冷却后排出炉外。该炉型有如下特点：(1)干燥预热采用内热式加热，以对流方式传热为主，缩短了干燥预热时间，有利于提高劳动生产率；(2)还原段采用外热式传热，有利于保护该段的还原性气氛，确保终还原反应的完成；妹匝+爆囤2新型煤基竖炉构型(3)燃烧室可因地制宜选择固、液、气体燃料燃烧放热进行加热，也可以实现炉顶煤气的循环使用，有利于降低能耗。2实验模拟装置和实验研究结果21实验模拟装置及研究方法试验装置示意如图3所示。具体操作步骤如下：球团和煤按一定的碳铁比配料后，装入反应罐中，当燃烧室温度上升到500℃

8、左右时，将反应罐放在预热