[科普中国]-外热式竖炉直接还原法

简史

竖炉直接还原法是1932年由马丁·韦伯(Wiberg)发明的在瑞典建成了第一座生产装置，称维伯尔法(Wiberg Soderfors process)。此法开始是用木炭制造还原气。后因经济上的原因，改用焦炭制气。60年代，随着石油、天然气工业的发展，以天然气为能源的竖炉直接还原法蓬勃兴起。30多年来，先后有阿姆科(Armco)法、普罗费尔(Purofer)法、米德莱克斯(Midrex)法、NSC和希尔(HYL)法等竖炉直接还原法问世。70年代初，用煤做还原剂的外热式竖炉直接还原法(KM法)投入生产。

1968年意大利达涅利公司与瑞士蒙特福诺公司合作开始研究铁矿石直接还原，并于1971年成立金洛—梅托（Kinglor-Metor）矿业和冶金公司，专门研究外热式竖炉煤基直接还原炼铁。并随后获得专利。1973年在意大利北部布特里奥（Buttrio）建立了中试厂，年生产能力为6500t。此法简称为KM法。

1981年。缅甸第三矿业公司1981～1983年先后引进两套意大利KM法装置。每套能力为年产2万t，近几年生产数据统计：吨铁矿耗1.58t、煤（干）耗510kg、燃油耗166kg、电耗74kW·h。平均日产52t，最高日产62.5t，利用系数为1.2～1.3t/m·d。

工艺过程该法的还原过程实质是煤中的碳在高温下气化生成的CO与铁矿石中铁氧化物发生多相高温冶金物化反应。还原剂可用非结焦煤。工艺流程见图1。

铁矿石、煤与石灰石分别闭路破碎、筛分，取合格粒级配料与混合，混合料从炉顶部加入，随下部排料机构转动，物料沿炉身干燥、预热、还原、冷却各段逐步下降。竖炉燃烧室的加热采用气体或液体燃料。燃烧室的热量通过碳化硅砖墙传入竖炉还原反应室并传导至炉料中心。还原后的排出料包括直接还原铁、煤灰和未反应完的残煤。经磁选分离，大于3mm的直接还原铁入库；大于3mm的剩煤可作返煤掺入新煤中再利用。竖炉由装料漏斗、干燥段、预热段、还原段、水箱冷却段及螺旋排料机构等组成。反应室上部是炉料预热段，由一排5根φ280mm×3.1m的AISI310s不锈钢管组成，炉料在钢管内既有均匀下料，又有受燃烧废气预热的作用。

反应室中部为还原段，由碳化硅砖砌成，高度10.4m，截面呈矩形，上口小，下口大，炉型窄、长、高，加热面置于窄向两侧。一座竖炉内含6个反应室，单室有效容积为7.2m。反应室外部为燃烧室，炉墙长边方向每边沿高度布置15个短焰烧嘴，窄边方向每端沿高度布置10个长焰烧嘴。反应室下部是水箱冷却段。炉子底部是4个水平带水冷套的液压式螺旋排料机，既可排料又起控制炉料在反应室内停留时间的作用。其他设备及辅助设施包括原燃料的破碎系统、竖炉上料提升卷扬翻斗、移动式布料机、磁选机、残煤和煤灰分离器、炉顶气与燃烧废气返回利用系统。此外，还有配料、加料、排料和温度自动控制仪表、热工仪表等。设备构造较简单，运动部件少，电耗较低。操作中主要控制还原温度、还原时间和排料速度。这些参数随不同原料特性而变化。还原段温度一般控制在1000～1050℃，对难还原矿可稍高一些，但应考虑碳化硅砖的承受能力，注意碳化硅砖的保护。依据直接还原铁所需的金属化率，可调整排料速度以控制炉料在还原段停留的时间。

工艺特点（1）原燃料适应性较广，对磁、赤、褐铁矿以及攀枝花钒钛磁铁矿都进行过试验，结果较好；还原剂采用过褐煤、烟煤和无烟煤；燃料可用各种煤气、天然气、石油液化气及燃料油；

（2）设备简单、操作容易；

（3）生产装置起点规模小，最小工业装置为年产2万t，增加还原室个数，即可适当扩大生产能力；

（4）能量回收较好，生产中配置了废气显热回收和炉顶气回收两套节能装置，部分顶气可返回还原室强化还原反应，其余顶气可用作燃料以降低燃料消耗。2