第四章钒钛磁铁矿直接还原工艺Word文档格式.docx

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图4-1回转窑还原工艺流程

回转窑还原进程示用意如图4-2所示，

图4-2回转窑还原进程示用意

钒钛磁铁矿以褐煤为能源回转窑直接还原除适应了焦煤资源日趋匮乏的形势外，还具有如下优势：

（1）回转窑具有较大的燃烧空间和热力场，能够供给足够的空气，是一个装备优良的燃料燃烧装置，能够保证燃烧的充分燃烧，能够为钒钛磁铁矿的还原提供必要的热量。

另外，回转窑具有比较均匀的温度场，能够知足钒钛磁铁矿还原进程中各个时期的换热要求。

（2）以煤代焦，能够省去高炉流程的炼焦与烧结工序，不但缩短工艺流程，而且减少环境污染。

（3）钒钛磁铁矿回转窑直接还原产品（海绵铁、金属化球团）在钢铁生产中要紧作为废钢代用品，为电炉炼钢提高优质铁资源，知足电炉生产优质钢材的需要。

回转窑直接还原产品海绵铁的粒度均匀，性能稳固，更有利于实现电炉进料操作自动化，缩短冶炼周期。

（4）钒钛磁铁矿回转窑直接还原工艺与传统的高炉炼铁工艺比较，其设备简单，投资少，效益明显，适用于地址钢铁工业，弥补了高炉——转炉生产工艺的不足。

（5）回转窑工艺较适合于钒钛磁铁矿等复杂矿的冶炼，可实现冶金尘埃及各类工业废渣的回收利用。

减少环境污染，降低了钢铁生产能耗。

这些特点使得回转窑直接还原钒钛磁铁矿工艺具有迅速进展的可能。

将“钒钛磁铁矿以煤为能源回转窑直接还原—电炉熔分炼钢—熔渣提取钒钛”是综合利用铁、钒、钛的新流程之一。

西南地域丰硕的水电资源与煤储量，为这一流程提供了足够的能源条件。

4.回转窑还原工艺各工序描述

细粒煤（0～3mm）作还原剂，0～3mm的石灰石或白云石作脱硫剂，以及通过链篦机干燥预热的钒钛磁铁矿球团组成的炉料由窑尾加入，因窑体稍有倾斜（4%斜度），在窑体以4rpm左右速度转动时，炉料被推向窑头行进。

窑头外侧有烧嘴燃烧燃料，燃烧废气那么向窑尾排出，炉气与炉料逆向运动，炉料在预热段加热，蒸发水分及分解石灰石，达到800℃的温度后，在料层内进行固体碳还原。

具体进程为：

（1）配料球团的配料包括四个部份：

钒钛磁铁矿粉、煤粉、添加剂和粘结剂。

——钒钛磁铁矿粉是配料的要紧部份，约占75%～85%。

——煤粉是还原剂，在配料中占15%～25％，将金属铁还原出来。

——粘结剂帮忙成球，使生球强度能够知足生产工艺要求，在配料中加入1%～2％。

——添加剂可缩短还原周期和提高金属化率。

（2）混料混料工段包括混合和加水，其目的是使钒钛磁铁矿粉、煤粉、添加剂和粘结剂充分混匀，并添加适当的水。

混合料的水分含量适度，是保证产品质量的关键。

混合不匀，直接关系产品的收得率；

加水是不是适合，直接阻碍压球机的正常作业和生球强度，因此混料工作十分重要。

在通常情形下，混合料的水分以7%～8％为宜。

混合料堆比重一样在（～）g/cm3之间。

（3）压球含碳球团的成型方式有两种。

1）滚球法：

将磨细的铁矿粉、煤粉和粘结剂依照必然的比例配好，混匀后在圆盘或圆筒造球机中转动成球。

转动成球的基理是靠微细颗粒间水的毛细管作使劲和分子间的引力。

此工艺适用于外配碳球团还原法。

2）压球法：

工业中多采纳对辊压球机，少数采纳冲压机。

压球的优势在于对原料的粒度要求不太严格，且能够依照工艺的要求压成各类形状的球（或块），如圆形、枕头形、椭圆型、水滴型、菱形等。

此工艺适用于内配碳球团还原法。

抗压强度、落下强度是生球的强度指标，要求单球平均抗压强度在1kg以上，平均落下强度应在3次以上。

（4）球团的干燥与预热钒钛磁铁矿生球水分含量高，直接入窑还原会因水分猛烈汽化而致生球爆裂，同时大量吸收窑内热量使热耗增加。

通过干燥和预热能够使球团平安的经受预热时期的温度应力，还能够提高生球的强度，提高设备的生产率。

链篦机是对生球进行干燥和预热的设备，一样安装在衬有耐火砖的室内，分为干燥室和预热室两部份，篦条下面有风箱，生球经多辊布料器布在链篦机上，随同篦条向前移动。

在干燥室，生球被从预热室抽过来的250～450℃的废气干燥，然后进入预热室，被从回转窑出来的1000～1100℃氧化性废气加热，发生部份氧化和再结晶。

通过干燥和预热，钒钛磁铁矿球团强度大大增加（可达15千克/个球以上），窑内球团粉化率大幅降低。

同时，钒钛磁铁矿焙烧后预热球的Fe2O3含量增加，有害杂质S等取得部份去除，为回转窑的还原提供有利条件。

（5）回转窑直接还原的进程回转窑还原进程要紧包括以下几个方面：

1）窑内炉料运动

窑体旋转很慢，由钒钛磁铁矿球团，细粒煤和脱硫剂组成的物料，在摩擦力作用被窑体带起，超过物料运动角后，在重力作用下，自堆尖滚落到底脚，因窑体倾斜，物料也前移一小段距离。

同一回转窑内，物料在窑内的停留时刻与填充率成正比。

提高填充率有利于物料加热和还原，提高单位窑容产量。

最近几年来国外作业窑的填充率已提高到20％~25%。

2）窑内气体流动。

还原性回转窑按气流与物料流向有逆流和顺流之分。

目前多数直接还原回转窑均采纳逆流窑。

钒钛磁铁矿回转窑直接还原工艺中，褐煤别离从窑身加入和窑头喷入，前者需确信适合位置，后者需选择适合的喷吹参数。

研究说明，当风速较小时，总煤量大部份靠近窑头，而风速较大那么远离窑头；

在风速相同条件下，细粒煤靠近窑头，粗粒煤远离窑头，前者在靠近窑头处燃烧及避免已还原球的再氧化均有益处，后者在窑内充分起还原剂作用，这种散布规律适合工艺需要。

最近几年来，许多工艺都将部份高挥发分还原煤改从窑头排料端喷入，并在窑尾段设置埋入式送风管，从而使挥发分得以高温析出并在窑内充分燃烧，改善了窑内温度散布和能量利用，也提高了窑尾温度，物料的加热也取得了改善，提高了设备生产能力。

3）窑内燃烧

要提高回转窑生产率，除提供充沛的热量外，还应尽可能扩大高温带长度。

煤粉不仅有良好的反映性，也有高的燃烧性。

由于窑内料层表面同二次风接触，褐煤燃烧性好，会使煤耗增大，钒钛磁铁矿球团得不到足够煤量的还原与爱惜，金属化率将会下降。

由此可见，用褐煤还原钒钛磁铁矿球团时，提高料层填充率就十分重要。

料层上部空间不含O2时，金属化率大体不受填充率阻碍,不管料层厚薄，金属化率都比较高。

一旦料层上部空间有O2时，由于燃烧性好的作用，金属化率就会下降，含O2越多，下降越猛烈。

假设提高填充率就能够抑制含O2气氛的不利阻碍。

提高填充率对抑制褐煤燃烧性好的不良阻碍有踊跃作用，而操纵一、二次风量和窑内空间氧化气氛，那么可减少燃烧性所起作用的条件。

4）窑内热互换

回转窑内热气流以辐射和对流方式加热物料和窑衬，窑衬所得热量又通过辐射传给物料、以传导方式将热量传给与之接触的物料。

5）窑内温度散布

提高温度会增进窑内铁氧化物还原反映进行，但窑内最高作业温度的确信必需考虑到钒钛磁铁矿软化温度和还原褐煤灰分软熔特性。

一样情形下，钒钛磁铁矿矿回转窑直接还原的最高作业温度应低于原料软化温度和灰分软化温度100℃～150℃，选择最高操作温度为1030～1050℃，同时为保证取得85％以上的金属化率，应维持1000℃以上的高温区占窑长的一半左右。

在许诺温度下，扩大高温区长度有利于窑内钒钛磁铁矿的还原，可有效提高生产率。

为此，还原回转窑采取了窑中供风或供燃料的手腕，借助于改变供入空气量或燃料量，调剂窑内可燃物的燃烧，以使温度散布加倍理想。

6）回转窑内的还原

回转窑内的物料在热气流的加热下被干燥、预热并进行还原反映。

还原性回转窑可分为预热带和还原带两部份。

在预热带物料没有大量吸热的反映，水当量小，尽管热速度比较小，但物料温升却比较大。

由于铁矿石与还原剂紧密接触，还原反映约在700℃开始。

物料进入还原带后，还原反映大量进行，反映产生的CO从料层表面逸出，形成爱惜层，料层内有良好还原气氛。

料层逸出气体与空气燃烧形成稳固的氧化或弱氧化气氛。

因此回转窑还原有两种不同的气体。

窑内还原反映分为二步：

CO2+C=2CO

（1）

FnOm+mCO=nFe+mCO2

（2）

气化反映在高炉冶炼进程是不希望的，而回转窑进程那么是不可少的，进行得越快，越有利于窑内还原反映。

在不致产生结圈的前提下，窑内维持较高的温度，不仅有利于燃烧反映快速进行，而且使其窑头喷入的粉煤，窑中加入煤的燃烧生成的CO浓度增加，气化反映得以顺利进展，有利于窑内钒钛磁铁矿的还原反映。

由于气化属增压反映，窑内压力增加对反映不利，因此，当回转窑为了避免大量吸入冷空气而采纳正压操作时，其正压值应当尽可能的小，做到两兼顾。

攀枝花钒钛磁铁矿由于共生有钒钛等元素，因此它的还原是一个复杂的进程。

尤其在回转窑内，还原剂有气态的CO，H2（H2要紧来自煤挥发物和少量的水的反映产物）和固态的C，而且CO的还原作用又受煤气化反映的制约，这就更增加了进程的复杂性。

通过热力学和动力学的分析，在回转窑的特定条件下，C的还原作用是较为次要的，因此有时为了对窑内铁氧化物的还原进程进行分析计算，将进程简化为还原剂主若是CO和H2，而略去C在其中的直接还原作用。

钒钛磁铁矿球团在回转窑顶用煤粉还原的还原历程能够简写为：

7）回转窑脱硫

入窑硫少量由铁矿石带入，大量（60％~90％）是还原剂和燃烧煤带入的。

钒钛磁铁矿中硫要紧呈FeS2，FeS和磁黄铁矿形态。

矿石入窑后，随着温度升高，FeS2开始分解（300~600℃），900℃分解猛烈进行。

煤中硫的形态复杂，多为有机硫、硫化物（FeS2，FeS，磁黄铁矿）和硫酸盐（CaSO4，Fe2（S04）3）三种形态。

由于加煤方式和条件不同，窑内行为也有不同。

就多数煤粉来讲，含硫多在％以上。

高硫煤粉的利用，有三种途径:

用碱性灰份褐煤操纵海绵铁含S量；

用酸性灰分褐煤配用碱性灰分煤粉操纵海绵铁含硫量；

酸性灰分褐煤加脱硫剂。

通常以为还原钒钛磁铁矿时，回转窑用白云石或脱硫成效好，可使海绵铁含硫量＜％。

实验证明，白云石焙烧后具有较高的强度，吸硫后的白云石易于和海绵铁分离，因此比容易粉化并粘附在海绵铁表面的石灰起到更好的脱硫成效。

另外，回转窑脱硫成效与脱硫工艺也有必然的关系。

8）结圈的避免

钒钛磁铁矿回转窑直接还原的最大故障是在海绵铁生产中回转窑的结圈问题，一旦结圈，窑内物料运动、气流运动、热工制度、还原进程和各类反映均遭破坏，严峻时将被迫停窑。

分析结圈成团及结圈物的组成发觉，炉衬上的粘结物主若是煤灰软熔或煤灰与还原进程铁氧化物粉末生成低熔点化合物所引发的。

实际测温还发觉，煤粉燃烧的火焰温度高于回转窑操作温度70～100℃，软熔点低的煤灰极可能就在这火焰温度下熔融，并粘结在煤灰所落下的炉衬或二次风管上。

钒钛磁铁矿粉末与煤灰混合，其熔点比煤灰低40～80℃，因此在矿粉较多时，形成硅酸盐类型低熔点粘结物，是结圈的又一个重要缘故。

在钒钛磁铁矿回转窑直接还原工艺中，幸免结圈的要紧体会是操作温度低于煤灰软熔性温度，减少窑内炉料的粉化率。

通