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金屬化原料的生產(chǎn)(直接還原)

  鞏義市三誼重工機(jī)械制造廠http://www.caizhucers.cn 目前大部分錒是用兩段法煉成的, 即先由礦石煉出生鐵,然后在煉鋼設(shè)備中進(jìn)行脫碳和去除其他雜質(zhì)的精煉。這個(gè)方j(luò)擊有許多優(yōu)點(diǎn),因而取代了幾個(gè)世紀(jì)前應(yīng)用的一段煉鋼法,但是在高爐煉鐵法整個(gè)發(fā)展和完善的過(guò)程中人們對(duì)一段煉鋼法總是有興趣。
鐵的無(wú)焦冶金或非高爐冶金有許多方法,這些方法有一個(gè)共同的特征:不用煉制生鐵就得到錒或鐵。
無(wú)焦冶金法大體可分為兩大類-液態(tài)法和固態(tài)法(高溫和低溫法)。
在高溫法中,氧化鐵的還原是在高于氧化相和金屬相熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行的。這里的產(chǎn)品是含有不同量的碳、雜質(zhì)和渣的液態(tài)金屬。盡管高溫法好象很簡(jiǎn)單,但是在試行中出現(xiàn) 的許多問(wèn)題尚無(wú)可以接受的工程技術(shù)上的解決辦法,因此這種無(wú)焦冶金法暫時(shí)還未脫離工業(yè)試驗(yàn)階段。
固相法通常叫做直接還原法,在這種方法中固體或氣體還原荊在低于爐料組分軟化點(diǎn)(約1100℃)的溫度下脫除礦石的氧。還原后所得產(chǎn)品保持鐵礦原料的外部形態(tài)。如果還 原的是鐵精礦,產(chǎn)品叫鐵粉;如果原料是球團(tuán)或粒度固定的塊礦,產(chǎn)品叫做金屬化球團(tuán)(或金屬化礦石)。還原產(chǎn)品往能叫做海綿鐵,心為它具有孔酵結(jié)構(gòu)和發(fā)育的表面。
Wl +7l還詠法是具有工業(yè)規(guī)模的療法,奠產(chǎn)品供電弧爐、輯,L轉(zhuǎn)爐和其他煉鋼設(shè)備煉鋼使用。
如果不算1 9I J年在瑞典出現(xiàn)井用于鐵粉生產(chǎn)的赫加納斯(Hoganas)法的活,耶21932年在謝杰福爾斯(瑞典)實(shí)現(xiàn)的韋伯( Wiberg)法是制取煉鋼用直接還原鐵的較古老方法。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),這個(gè)國(guó)家都以/-2.0百萬(wàn)噸/年的產(chǎn)量用韋伯爐為酸性平爐和感應(yīng)爐提供煉優(yōu)質(zhì)鋼用的海綿鐵,1957年在墨西哥奧哈拉塔和拉來(lái)納廠 (HojaLata YLamina SA)建成的能力為9 5萬(wàn)噸/年的裝置是****個(gè)生產(chǎn)金屬化爐料的人型鞋置。七r年代直接還原鐵發(fā)展較快,投產(chǎn)了爐能力h40-60萬(wàn)噸,年的連續(xù)還原的米德雷克斯(M,“r‘x)和蹲羅贊爾(I' urofcr)豎爐一 截止』9陽(yáng),世界上直接還原裝置的總能,J4L-W情況[3]妯F.百萬(wàn)噸,年: /908/U62 對(duì)直接還慷裝置將米可能擴(kuò)大的能力的估引有分歧。l列數(shù)字4,可以認(rèn)為是有足夠根據(jù)jt /985年五千至五千壇百萬(wàn)噸,1 UOo;f.九千萬(wàn)噸。
具有I業(yè)規(guī)模的直接還原泣,就其設(shè)備的形式來(lái)說(shuō),可訃向四婁(見(jiàn)囝n。
豎爐和利用堅(jiān)爐的直接還碌法(圖j.a(chǎn))。從強(qiáng)化熟窀換過(guò)程和還原過(guò)程的觀點(diǎn)來(lái)看,豎爐法是較為有效的。在豎爐中使用的鐵礦石原料是塊料(球團(tuán)、礦石),這種塊料能保證爐料有良好的透氣性。在soo~900'e的溫度下利用氫氣和一氧化碳進(jìn)行還原。加熱爐料和還原反應(yīng)所需熱量是靠加熱至IOOO-IIOO'C的還原氣體的熱量來(lái)抵補(bǔ)的,因此還原氣體的循環(huán)速度應(yīng)足夠大,而料住對(duì)氣流的阻力則要小。使?fàn)t料透氣性惡化的一些因素(如結(jié)塊、產(chǎn)生粉礦)會(huì)導(dǎo)致?tīng)t況失常,而且還會(huì)感化操作指標(biāo),因此對(duì)氧化球團(tuán)及礦石的抗壓強(qiáng)度、還原破碎及粒度組成有很高的要求。
豎爐用的還原氣體是阻轉(zhuǎn)化氣體碳?xì)浠衔锏牧,法得到的。使用的原料主要是天然氣和石油,也可以使用其它液體和氣俸碳?xì)浠粑。豎爐(米德雷克斯,普羅費(fèi)爾和阿姆柯式)直接三£源{擊的特點(diǎn)就在于其工藝及設(shè)備的形式,首先是還原氣體的制取裝置。昂首遍的辦法是,在催億劑的作用下,用爐頂煤氣中的二氧化碳和水蒸氣轉(zhuǎn)化天然氣,其次是用氧氣轉(zhuǎn)化。同一種還原方法的制取還原氣體的流程也可能因使用的原料不同而有所不同。
金屬化產(chǎn)品通常在爐下部被氣體冷卻至50-70'C。在用普羅費(fèi)爾法時(shí),出爐的海綿鐵是熱的,然后壓塊和水冷,或者在熱狀態(tài)下用專門容器進(jìn)到電弧爐去熔煉。
奧哈拉塔和拉采納法(海爾法(HYI是在尉期循環(huán)的固定床式反應(yīng)罐內(nèi)還原礦石或球團(tuán)(圖I,6),還原氣體是用蒸氣轉(zhuǎn)化天然氣法制取的,但是也可以使用其它’e體燃料和石油。在870-/OoO'C和392千帕壓力下進(jìn)行還原。簿進(jìn)入反應(yīng)罐的加熱至joo.l'e的還原氣體的物理熱加熱爐料。制出的產(chǎn)品用天然氣冷卻。
在本法中料的靜止不動(dòng)限制了料層的厚度和煤氣利用率,而且也決定了過(guò)程的周期性特點(diǎn);該過(guò)程包括裝料、料的加熱和還原、海綿鐵的冷卻和卸出等工序。為卸出部分結(jié)塊的還原料,使用了裝有刀艮和劑具的專門裝置。
這種還原裝置設(shè)有4 -5個(gè)反應(yīng)罐,在每個(gè)反應(yīng)罐都順序進(jìn)行不同的操作。在采用傳統(tǒng)的海爾法時(shí),在其中一個(gè)反應(yīng)罐中利用一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)行二次還原的反應(yīng)罐所排此的煤氣預(yù)熱原料并使鐵預(yù)還原,而二次還原則是使用轉(zhuǎn)化裝置供給的新煤氣。在下一個(gè)反應(yīng)罐中用天然氣冷卻鐵和滲碳,從較后一個(gè)反應(yīng)罐卸出海綿鐵,然后裝料。
在用固體碳進(jìn)行直接還原的方弦中應(yīng)用較廣的是使用管狀爐的SL/RN法和克虜伯(Krupp)法(圖I,B)。使用的還原劑有焦粉、肥煤、褐煤及其半焦和無(wú)煙煤等,其中一部分用作燃料。為減少還原劑和燃料中的硫轉(zhuǎn)入海綿鐵,在爐料中添加石灰石和白云石。出爐的半成品經(jīng)過(guò)冷卻,篩分和磁選,其H的是分離出海綿性、回爐的還原劑,以及送往廢料場(chǎng)的燃料歡渣和用過(guò)的石灰石。
爐子加熱是靠液體或氣體燃料的燃燒。根據(jù)選用的系統(tǒng),惰設(shè)住坤予卸料端或爐體上的燃燒器燃燒燃料。由于爐料軟化有0[起結(jié)囤的危險(xiǎn),爐溫限制在1000 -1100℃的范圖內(nèi)。
同豎爐和反應(yīng)罐相比,在旋轉(zhuǎn)的管狀爐內(nèi)可以處理粒度范同很大的礦石原料,從鐵礦砂到塊礦和球團(tuán)均可處理。
煤神的選擇在還原工藝中是非常重要的環(huán)節(jié)。煤應(yīng)保證有較高的還原速度(應(yīng)具有很大的反應(yīng)性)和高熔點(diǎn)灰分,岡為在回轉(zhuǎn)爐內(nèi)還原時(shí)的主要難題都與結(jié)固有關(guān)。
這類還原方法(SL/RN法,克虜伯法,考古爾(Codir)法,黑色冶金選礦設(shè)汁院法)在加熱系統(tǒng)和鐵礦石原料粒度方面各不相同,而阿卡爾法(ACCAR)( S-7J除用煤作還原劑外,還使用氣體和液體燃料;剞D(zhuǎn)爐生產(chǎn)的海綿鐵同其他設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品相比,具有很高的抗空氣和濕氣二改氧化的性能。
圈1 各種方法所用的直接還罪設(shè)備示意囝 } -來(lái)德雷克斯法.阿姆柯法,普羅費(fèi)爾法,6-海爾法;B-S/RN法,克虜伯法;r一法奧法(FIOR),希伯法(HIB);G一球田;P-礦石{r)l-海綿鐵;BF-還原氣體;or-排出氣體:T-燃料;y一蝶 細(xì)磨鐵精礦在沸騰層反應(yīng)裝置中的還原方法(固j,r)有法奧法和希伯法。利用流態(tài)化的原理對(duì)璉原速度施以氣體動(dòng)力學(xué)及溫度的制約。該法的缺點(diǎn)是粒料有牯附作用,這個(gè)作用有礙還原的生晨,同時(shí)還會(huì)破壞沸騰層的穩(wěn)定性。對(duì)多數(shù)細(xì)磨料來(lái)說(shuō),在n00-700℃的溫度下就有顯著的粘著現(xiàn)象。精果該反應(yīng)裝置比其他設(shè)備熱耗高,單位生產(chǎn)率低'由f反應(yīng)蛙置內(nèi)溫度低,使用(的還原荊多1P是U蕉7 b(希似法)或氧,c(法奧法)轉(zhuǎn),汜天然‘ti Jj得到氫氣。還原所需熱一t將還原ti體和礦石加熱至工作溫度uiij取j的。法奧法和希伯法的優(yōu)點(diǎn)是,可L既使用細(xì)粒鐵礦石料,不需造塊,但是由-產(chǎn)品有氧化的趨勢(shì),所以必須壓塊(2,8,9]。
在直接還原鐵的各種方法中,米德雷克斯法應(yīng)用較廣,這個(gè)方法無(wú)論是在裝置的總能力,還是生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量上都居首位,而且還具有能耗低的特點(diǎn)(見(jiàn)表i)。在生產(chǎn)規(guī)模方面,海爾法僅次于前法。從整個(gè)來(lái)看,用豎爐和反應(yīng)罐生產(chǎn)90師以上的海綿鐵,這些海綿鐵絕大多數(shù)用于煉鋼生產(chǎn)。米德雷克斯法和海爾法是足夠成熟的生產(chǎn)方怯,并且建成后很快就能達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。但是由于某些與裝置本身的技術(shù)狀況無(wú)關(guān)的原因,直接還原鐵的能力在近幾年的利用率倥約為55qo (10)。
直接還原裝置大部分建在拉丁美洲和近東(見(jiàn)表2)擁有世界火部分天然氣和石油儲(chǔ)量的發(fā)展中國(guó)家。委內(nèi)瑞拉的希伯法和法奧法裝置主要是生產(chǎn)供國(guó)內(nèi)高爐使用和銷往美國(guó)愛(ài)歐洲的商品海綿按[9]。窿H本建成的管狀爐多半用于處理冶金,j二產(chǎn)l㈨。自、塵和礦泥.這些塵混的特點(diǎn)是鉛和鋅的含嚼·衍。.盤』正撅叫Jll使這兩種元索揮直掉-刊出的如‘m鐵供高爐馥坩。在南非稅娜維特班克用總能力為,uu萬(wàn)噸,年的管狀%1r處理釩鈦磁鐵礦,其產(chǎn)品旭電高爐熔煉,日的是衍刈“I生產(chǎn)釩鐵他用的半制品——釩渣。在格倫渡魯克G1tllb ook)J (新西蘭)(j 5]采用類似的流程處理鈦磁鐵,門砂,但產(chǎn)品用電慨爐熔煉。表2列出的其余裝置生產(chǎn)的直接還原鐵大部分用于附近的電爐煉鋼牢問(wèn)。
在蘇聯(lián)有以下一些半工業(yè)性直接還原裝置t扎波羅熱錒廠和別洛列菠克鋼廣的豎爐,科學(xué)生產(chǎn)協(xié)會(huì)“圖拉黑色冶金“的帶式焙燒機(jī),西伯利亞電爐鋼廠的鏈篦機(jī)一管狀爐。

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主營(yíng)產(chǎn)品: 壓塊機(jī)、壓力機(jī)、鐵粉壓塊機(jī)、屑餅機(jī)

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