高產(chǎn)高效多噴孔回轉窯煤基直接還原技術(shù)研究

的金屬化還原; 溫度高于1066 K，CO分壓>0.95，可實(shí)現海砂礦釩鐵尖晶石中鐵的金屬化還原；溫度高于1137 K，CO分壓>0.993，VC可以開(kāi)始生成；溫度高于1160 K，CO分壓>0.996，VO可以開(kāi)始生成；溫度高于1180 K，CO分壓>0.997，V2C可以開(kāi)始生成；溫度高于1314 K，CO分壓>0.999，V可以開(kāi)始生成在固態(tài)還原溫度范圍TiO2不能被還原；通過(guò)控制釩氧化物的還原，選擇性還原鐵氧化物為金屬鐵，可以實(shí)現鐵與鈦/釩的分離，含釩鐵氧化物中釩的還原產(chǎn)物優(yōu)先順序依次為V2O3、VC、VO、V2C、V。

1.3 金屬相發(fā)育強化技術(shù)

低溫、快速還原不利于鐵晶粒的發(fā)育生長(cháng)，影響后續分離效果，研究發(fā)現在還原過(guò)程后期引入微波場(chǎng)，微波作為一種加熱手段，具有以下特點(diǎn)：①快速性，微波加熱使被加熱物本身稱(chēng)為發(fā)熱體，不需要熱傳導的過(guò)程，內外同時(shí)加熱，因此能在短時(shí)間內達到加熱效果；②高效性，微波加熱是內部“體熱源”，它并不需要高溫介質(zhì)來(lái)傳熱，90%以上的微波能被物料吸收轉化為熱能；③上下一致性，加熱過(guò)程在整個(gè)物體內同時(shí)進(jìn)行，升溫迅速、溫度均勻、溫度梯度小，是一種“體熱源”，避免了傳統加熱中固相的“冷中心”；④ 選擇性，所以不同物料由于其自身的介電性質(zhì)不同，其對微波的反應也不相同；⑤無(wú)污染性，微波加熱所用能源為電能，對環(huán)境沒(méi)有污染；⑥活化性，微波加速了反應的進(jìn)行，降低了反應的活化能，使得反應溫度降低，時(shí)間縮短；可以加快材料的致密化程度和晶體顆粒的聚集長(cháng)大[3]。如圖5，微波可以對礦物進(jìn)行儲能，促使了鐵晶粒的遷移、聚集、長(cháng)大，能夠強化鐵的深度金屬化及其發(fā)育生長(cháng)，為后續組元分離創(chuàng )造良好礦物學(xué)條件。

 

1.4 釩定向遷移富集調控技術(shù)

釩在渣相的富集與鐵金屬化還原是一對矛盾關(guān)系，基于釩的相際遷移分配規律以及合成固釩添加劑增大鐵/釩還原差異性，重點(diǎn)研究還原過(guò)程釩的定向遷移富集調控方法。由圖6可知隨著(zhù)碳鐵摩爾比的增加渣相中的釩含量也會(huì )隨之變高當mol（C/Fe）為1.4時(shí)V含量可以達到0.35%，但是Ti含量會(huì )先隨著(zhù)碳鐵摩爾比的增加而減小，當mol（C/Fe）為1.0時(shí)Ti含量達到最低值0.36%，之后隨著(zhù)碳鐵摩爾比的增加Ti含量又會(huì )迅速提高。

2 多噴孔回轉窯技術(shù)

多孔窯(見(jiàn)圖8)的主要原理：燃料和空氣通過(guò)較為簡(jiǎn)單的閥門(mén)組和管路系統噴入窯內，多孔的設計方式允許通過(guò)在窯長(cháng)度方向的有選擇的放置空氣或燃料管道，從而來(lái)對工藝流程進(jìn)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(shí)，窯內溫度將升高，反之溫度將降低。為了對原料進(jìn)行還原和加熱，窯頭，窯尾煤可以同時(shí)加入，此外通過(guò)料層底部的開(kāi)孔，還可以噴入燃料（重油，天然氣等），燃料通過(guò)另一套管道系統進(jìn)行輸入。對空氣和燃料的調節可以在不影響工藝過(guò)程的情況下進(jìn)行。

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

 

多孔窯作為回轉窯生產(chǎn)直接還原鐵的主要的生產(chǎn)方式，主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1）多孔窯的特殊結構，可以對溫度進(jìn)行精確的控制，有著(zhù)均勻的溫度場(chǎng)，提高回轉窯的利用率，而且操作方便，不宜結圈，窯身二次風(fēng)系統事故率低，從而可以實(shí)現設備的大型化。

2）從工藝角度看，采用多孔窯工藝，設備的啟動(dòng)時(shí)間和從冷態(tài)恢復的時(shí)間較快。

3）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)參數可以在較大幅度內變化，并可以更換原料時(shí)進(jìn)行連續生產(chǎn)。

4）燃料的多樣性，在國家能源政策緊縮的條件下，燃料的多樣性是必須面對的，只能使用單一燃料的熱工設備將受到極大的區域限制。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(lèi)進(jìn)行更換與改變，從而可以做到更加節約的使用各種燃料。

5）該技術(shù)沿窯的長(cháng)度方向，按一定的間距分布徑向埋入式燒嘴，二次風(fēng)由徑向風(fēng)口噴入，其獨特設計能夠精確控制窯內溫度、改善溫度場(chǎng)分布、提高回轉窯利用率，同時(shí)不宜結圈，可以實(shí)現設備的大型化。

3回轉窯在線(xiàn)精準測溫技術(shù)

目前已有的回轉窯測溫方法主要分為接觸式和非接觸式。接觸式測溫中以熱電偶測溫為主，其原理是利用兩種不同的導體組成閉合電路，在不同溫度環(huán)境下產(chǎn)生電動(dòng)勢，將溫度信號轉變?yōu)殡娦盘?，當熱電偶測溫端與被測物體達到溫度平衡時(shí)，可測得較精確的溫度。快插快拔熱電偶測溫裝置屬于接觸式測溫，該裝置安裝在回轉窯身上，旋轉時(shí)在偏心軌道的作用下，裝置插入窯內測溫或退回到測溫孔內，解決了回轉窯測溫難的問(wèn)題，如圖9；

 

快插快拔熱電偶直接接觸測溫裝置的缺點(diǎn)是一支偶僅能測一點(diǎn)溫度，結窯時(shí)會(huì )影響測量，而且壽命短，信號傳輸可靠性差，為進(jìn)一步提高測溫的準度及速度，目前開(kāi)發(fā)了一種回轉窯磁粒子精準在線(xiàn)測溫的新方法，基于鐵磁性物質(zhì)的飽和磁化強度與溫度的關(guān)系，利用礦物自身的鐵磁性及激勵磁場(chǎng)裝置產(chǎn)生激勵磁場(chǎng)，并利用磁納米粒子濃度成像中的零磁場(chǎng)點(diǎn)掃描原理，在交流激勵磁場(chǎng)下，周?chē)c(diǎn)處于磁飽和狀態(tài)，只有零磁場(chǎng)點(diǎn)處的磁納米粒子產(chǎn)生時(shí)變的磁響應信號能被探測線(xiàn)圈感應，從感應到的信號中提取諧波信息，利用諧波與溫度間的關(guān)系最終得到溫度，如圖9。該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于非接觸，不用把探頭伸入爐內；在線(xiàn)，實(shí)時(shí)測量爐內溫度；可靠，裝置簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化；不用破壞回轉爐，只需要在進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口進(jìn)行改裝。

4 結論

1）我國天然氣非常稀缺，而煤資源十分豐富，如果以煤為主的還原新工藝新裝備得到開(kāi)發(fā)，特別是裝備的可靠性和大型化得到大的突破，那么在國內煤基直接還原的發(fā)展也許比氣基更好。大量的有利于提高還原速度的新工藝新技術(shù)得到了實(shí)驗室和小規模生產(chǎn)工藝驗證，這些技術(shù)可以使煤基直接還原設備大型化變得可能，也可以大幅降低投資和運行成本，使煤基直接還原技術(shù)的發(fā)展迎來(lái)了希望。

2）高產(chǎn)高效多噴孔回轉窯煤基直接還原技術(shù)可以用于處理高品位鐵精礦生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)DRI，可以處理低品位復雜鐵礦石，更是一種有效實(shí)現大宗釩鈦磁鐵礦（海砂礦等多金屬礦產(chǎn)資源）選擇性分離富集，得到高附加值的鈦、釩和鐵等有價(jià)金屬的專(zhuān)有技術(shù)，市場(chǎng)前景巨大。

3）要加強以煤為主并輔以生物質(zhì)、微波加熱等新技術(shù)新裝備的開(kāi)發(fā)，拓寬煤基直接還原應用的渠道，使各種煤基直接還原技術(shù)及裝備得到不斷的發(fā)展，為短流程在我國的發(fā)展提供助力。

4）基于煤基回轉窯規模小、能耗高、易結圈、能效水平低等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的低溫快速選擇性直接還原技術(shù)、多噴孔 回轉窯技術(shù)、回轉窯在線(xiàn)精準測溫技術(shù)，能夠有效解決上述問(wèn)題，使得單條線(xiàn)年產(chǎn)30-50萬(wàn)噸DRI成為可能。

 

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