多孔窯在“一步法”直接還原鐵技術上的應用

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”直接還原鐵技術上的應用

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中所占比重的逐漸增多，作為目前世界上最有價值、應用最廣泛的煤基回轉窯法直接還原工藝在單條生產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，尋求新的技術突破勢在必行。

關鍵詞：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展受到制約，因而業內人士把關注轉向煤基，鑒于煤基直接還原不用焦煤，對環境又比較友好，因而在我國受到產業政策的支持。

2　中冶長天“一步法”系統

中冶長天“一步法”是精礦造球-鏈篦機預熱-煤基窯還原-冷卻筒冷卻生產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熱，到達到一定強度的時候，預熱后的生球直接進入回轉窯，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窯（窯尾煤），其余還原煤由窯頭加入，金屬化球團從回轉窯排出進入冷卻筒冷卻，經分選后得到DRI產品。

目前“一步法”煤基回轉窯熱工系統在生產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,回轉窯中后部還原煤覆蓋率低，導致出窯球團金屬化率波動大，生產不穩定；（2）窯身二次風噴嘴的結構形式決定了助燃風只能由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）回轉窯內溫度場分布不均勻，系統操作較困難，窯尾易結圈；（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，球團生產成本高；（5）窯身二次風噴嘴由于受力條件的限制很難適應機組大型化的要求。

3　在“一步法”熱工系統中引入多孔窯技術

3.1多孔窯結構特點

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噴入窯內，多孔的設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進行輸入。對空氣和燃料的調節可以在不影響工藝過程的情況下進行。

多孔窯的特殊結構，可以保證在多孔窯的開孔區域溫度較為均衡，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。可以進行對窯沿長度方向進行溫度場的閉環控制，鐵精礦連續不斷的從窯一端進入，并伴隨著熱化學反應，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多孔窯技術優勢

多孔窯主要有如下幾個優點：（1）可以對窯內溫度進行精確的控制，有著均勻的溫度場，操作方便，窯內不易結圈；（2）窯身二次風系統事故率低，可實現設備的大型化；（3）從工藝角度看，采用多孔窯工藝，設備的啟動時間和從冷態恢復的時間較快；（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參數可以在較大幅度內變化，并可以更換原料時進行連續生產；（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約的使用各種燃料。

3.3埋入式燒嘴技術取代傳統二次風噴嘴

（1）采用埋入式燒嘴技術可以克服目前二次風噴嘴因受力條件限制，導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“恒溫窯”，從根本上解決困擾多年的回轉窯不好操作，易結圈等問題。

（3）采用埋入式燒嘴，窯尾煤揮發分易在窯內將其燃盡，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的部位少，所以壽命長，可以節約生產成本。

（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，動力電纜，對熱工系統所帶來的不利因素均得到克服。

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

4　經濟效益和社會效益

大型化的直接還原設備-多孔窯的技術開發符合國家產業政策，是國家產業政策鼓勵的技術，更適應我國資源和能源的國情。隨著環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，研發出滿足工業生產實際需要的多孔窯，必定能占領很大的市場份額，其社會效益及經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的現狀[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：遼寧科學技術出版社,1991.

[3]劉樹立.國外鐵礦石直接還原廠，北京：冶金工業出版社,1990.

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