多孔窯在“一步法”直接還原鐵技術(shù)上的應(yīng)用

王　躍,何森棋,宋新義（中冶長天國際工程有限責任公司,長沙　410007）

多孔窯在“一步法”直接還原鐵技術(shù)上的應(yīng)用

王躍,何森棋,宋新義
（中冶長天國際工程有限責任公司,長沙410007）

摘要：隨著近年來非高爐煉鐵在全世界冶金行業(yè)中所占比重的逐漸增多，作為目前世界上最有價值、應(yīng)用最廣泛的煤基回轉(zhuǎn)窯法直接還原工藝在單條生產(chǎn)線處理能力和自身工藝的弊端也越來越多地引起人們重視，尋求新的技術(shù)突破勢在必行。

關(guān)鍵詞：多孔窯；埋入式燒嘴；直接還原鐵工藝

1　概述及背景介紹

直接還原鐵工藝主要有煤基與氣基兩種方式，煤基直接還原是指直接以煤作還原劑的工藝，是相對于氣基直接還工藝（以天然氣或其他還原性氣體作還原劑）而言。在我國,由于天然氣資源的因素使得氣基的發(fā)展受到制約，因而業(yè)內(nèi)人士把關(guān)注轉(zhuǎn)向煤基，鑒于煤基直接還原不用焦煤，對環(huán)境又比較友好，因而在我國受到產(chǎn)業(yè)政策的支持。

2　中冶長天“一步法”系統(tǒng)

中冶長天“一步法”是精礦造球-鏈篦機預(yù)熱-煤基窯還原-冷卻筒冷卻生產(chǎn)DRI的直接還原工藝。生球從圓盤或圓筒造球機進入鏈篦機，在鏈篦機上進行干燥和預(yù)熱，到達到一定強度的時候，預(yù)熱后的生球直接進入回轉(zhuǎn)窯，一部分固體燃料與生球一道從鏈篦機的卸料端一同進入回轉(zhuǎn)窯（窯尾煤），其余還原煤由窯頭加入，金屬化球團從回轉(zhuǎn)窯排出進入冷卻筒冷卻，經(jīng)分選后得到DRI產(chǎn)品。

目前“一步法”煤基回轉(zhuǎn)窯熱工系統(tǒng)在生產(chǎn)運行中主要有以下幾個問題：（1）由于窯中二次風噴嘴的阻擋,回轉(zhuǎn)窯中后部還原煤覆蓋率低，導(dǎo)致出窯球團金屬化率波動大，生產(chǎn)不穩(wěn)定；（2）窯身二次風噴嘴的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了助燃風只能由10臺左右的二次風噴嘴引入，沿窯身方向的溫度場必然有一定的溫度波動；（3）回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度場分布不均勻，系統(tǒng)操作較困難，窯尾易結(jié)圈；（4）二次風嘴長期暴露在高溫火焰中，同時要承受球團的磨損，造成二次風嘴壽命短，球團生產(chǎn)成本高；（5）窯身二次風噴嘴由于受力條件的限制很難適應(yīng)機組大型化的要求。

3　在“一步法”熱工系統(tǒng)中引入多孔窯技術(shù)

3.1多孔窯結(jié)構(gòu)特點

多孔窯的主要原理為：燃料和空氣通過較為簡單的閥門組和管路系統(tǒng)噴入窯內(nèi)，多孔的設(shè)計方式允許通過在窯長度方向上有選擇的放置空氣或燃料管道，從而來對工藝流程進行精確的控制。作為控制溫度的媒介，空氣從料床上部噴入，當提高空氣噴入流速時，窯內(nèi)溫度將升高，反之溫度將降低。此外通過料層底部的開孔，還可以噴入燃料（重油，天然氣等），燃料通過另一套管道系統(tǒng)進行輸入。對空氣和燃料的調(diào)節(jié)可以在不影響工藝過程的情況下進行。

多孔窯的特殊結(jié)構(gòu)，可以保證在多孔窯的開孔區(qū)域溫度較為均衡，對溫度場可以進行很好的控制。徑向的燃料和空氣分布系統(tǒng)?？梢赃M行對窯沿長度方向進行溫度場的閉環(huán)控制，鐵精礦連續(xù)不斷的從窯一端進入，并伴隨著熱化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)后物料排放到圓筒冷卻機上，這種結(jié)構(gòu)可以保證產(chǎn)品有足夠的強度以及最低的粉化率，同時沿徑向噴入的空氣可以防止火焰直接沖刷耐火材料。

3.2多孔窯技術(shù)優(yōu)勢

多孔窯主要有如下幾個優(yōu)點：（1）可以對窯內(nèi)溫度進行精確的控制，有著均勻的溫度場，操作方便，窯內(nèi)不易結(jié)圈；（2）窯身二次風系統(tǒng)事故率低，可實現(xiàn)設(shè)備的大型化；（3）從工藝角度看，采用多孔窯工藝，設(shè)備的啟動時間和從冷態(tài)恢復(fù)的時間較快；（4）該窯適用于不同的原料條件，允許生球的各種物理及化學(xué)參數(shù)可以在較大幅度內(nèi)變化，并可以更換原料時進行連續(xù)生產(chǎn)；（5）多孔窯可以使用煤，重油，天然氣以及這些燃料的混合物，可以不停機對燃料種類進行更換與改變，從而可以做到更加節(jié)約的使用各種燃料。

3.3埋入式燒嘴技術(shù)取代傳統(tǒng)二次風噴嘴

（1）采用埋入式燒嘴技術(shù)可以克服目前二次風噴嘴因受力條件限制，導(dǎo)致大型化困難的問題。

（2）采用120臺左右埋入式燒嘴取代10臺左右的二次風噴嘴，可使窯長方向溫度場均勻，真正實現(xiàn)“恒溫窯”，從根本上解決困擾多年的回轉(zhuǎn)窯不好操作，易結(jié)圈等問題。

（3）采用埋入式燒嘴，窯尾煤揮發(fā)分易在窯內(nèi)將其燃盡，可緩解冷煙室溫度過高等問題。

（4）埋入式燒嘴由于暴露在高溫區(qū)的部位少，所以壽命長，可以節(jié)約生產(chǎn)成本。

（5）窯身二次風機無需安裝在窯體上，將其降至地面，因窯身風機，動力滑環(huán)，動力電纜，對熱工系統(tǒng)所帶來的不利因素均得到克服。

上圖對“一步法”回轉(zhuǎn)窯與多孔窯所采用的不同風嘴進行對比。根據(jù)對比圖及上文所論述的各種優(yōu)點，在“一步法”中引入多孔窯和埋入式燒嘴技術(shù)，可以解決目前“一步法”熱工系統(tǒng)中存在的諸多問題，從而有利于生產(chǎn)設(shè)備的大型化。

4　經(jīng)濟效益和社會效益

大型化的直接還原設(shè)備-多孔窯的技術(shù)開發(fā)符合國家產(chǎn)業(yè)政策，是國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵的技術(shù)，更適應(yīng)我國資源和能源的國情。隨著環(huán)境保護要求的不斷提高以及焦煤資源的短缺，直接還原作為一種非高爐煉鐵的短流程工藝，國內(nèi)外有著非常巨大直接還原市場，若能抓住這個大好機會，研發(fā)出滿足工業(yè)生產(chǎn)實際需要的多孔窯，必定能占領(lǐng)很大的市場份額，其社會效益及經(jīng)濟效益將是非常可觀的。

參考文獻：

[1]趙慶杰.我國直接還原鐵生產(chǎn)的現(xiàn)狀[J].煉鐵，1997(02).

[2]趙慶杰，李廣田譯.直接還原鐵及煉鋼譯文集，沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,1991.

[3]劉樹立.國外鐵礦石直接還原廠，北京：冶金工業(yè)出版社,1990.

作者簡介：王躍（1982—），男，遼寧錦州人，本科，工程師，主要從事：工程設(shè)計工作。