直接还原铁生产新技术综述（三）
2010-02-07 10:53:40   来源： ()　   评论：0 点击：

     5.2　采用含碳球团的高温还原铁生产技术

 

    5.2.1含碳球团在还原铁生产中的地位

 

    直接还原炼铁法由于其装置形状和使用的还原剂不同，可以分为很多种，如随

着还原温度的升高，利用固体碳的氧化（碳素溶解）反应，在1100－1300C的高温

下把固体碳材配入球。由粉状固体碳和氧化铁混合成形的含碳球团能在比高炉和熔

融还原温度更低的情况下进行快速还原。由于含碳球团的粘性强度一般很低，因此

采用这种含碳球团生产还原铁时，可采用能够在静态下加热和移动的转底炉。由于

该工艺以煤作碳材，所以即使是不产天然气的地区也能使用。而且，由于设备简单

、投资费用少，因此容易被发展中国家所采用。为提高含碳球的反应效率，因此提

高粉状碳材和氧化铁的接触密度是很重要的，且必须解决以下两个问题：

 

     a、由于固体碳的氧化反应会产生很大的吸热，因此需要传热性能好的高密度

含碳球团。

 

     b、由于含碳球团含有碳材，在大气中烧成后无法提高强度，因此需要一种只

使用一点粘结剂进行冷态粘结后，即使在还原阶段也不会给含碳球团带来大的负荷

的生产工艺。

 

    5.2.2因氧化铁的固体碳产生的还原反应和反应行为

 

    因氧化铁的固体碳而产生的还原通过反应生成的的CO、CO2气体会产生相互影

响，其反应公式一般可表示如下：

 

    FenOm+mC→nfe+mCO　：初期反应（1）

    mCO+FenOm→nFe+mCO2　：气化反应（2）

    mCO2+mC→2mCO　：Boudouard反应（3）

 

    （1）式的氧化铁和碳的固体反应以矿石和碳材的持续接触作为前提，但由于

反应生成物会分离，无法持续接触，因此还原速度会下降。在900C以上的高温区域

，虽然固体氧化铁和碳无法维持接触会造成反应速度下降，但通过（2）式和（3）

式的连锁反应，还原反应能持续进行。可以认为这种连锁反应受供热速度的控制。

由此可知，含碳球团的还原受温速度和最高加热温度的影响很大。在升温速度10C

/min、最高加热温度1100C的情况下使含碳20%的球团在N2气流中反应时，在到达最

高温度后保持30min，可得金属化率95%。另外，在加热开始后10min以内，可得还

原率99%。

 

    在气氛温度为1400C的N2气流中进行加热时，含碳球的渣和金属最终会分离。

其反应过程可以概括如下：

 

  　a、当加热温度超过1100C时，碳素溶解反应和氧化铁的还原的反应都会活跃起

来，还原迅速发展到球团中心部，球团表面开始发生金属化。

 

  　b、当加热温度超过1230C时，还原反应减小、CO2发生量减少，因此吸热反应

量也减小。在这种情况下，由于表面传热量的增加。结果升温速度会再次提高。随

着升温速度的提高，渣开始出现软化、熔融和分离。在渣渗出球团表面的同时，表

面会形成致密的金属铁壳，内部凝集的渣此时开始熔融。

 

    但是在这种还原熔融过程中，当外周部已生成金属铁壳的球团发生数个接触在

一起时，供给接触部分的还原气体受阻，使还原难以进行。另外，由于这部分的加

热速度也下降了，因此会生成大量的FeO，并开始发生熔融，最后形成内部中空的

“冰柱”。

 

    5.2.3采用转底炉快速生产还原铁的工艺

 

    把含碳球团放在转底炉上用1250－1400C的高温快速加热后，能在10min左右的

短时间内生成还原铁，目前正在研究开发将这一工艺实用化。采用转底炉时，由于

不像竖炉或回转窑那样会使团矿颗粒产生相互磨擦和转动，因此可以使用强度较低

的团矿。转底炉不仅可用于生产还原铁，而且有望用于炼铁粉或煤泥的处理和再利

用。众所周知，采用这种转底炉生产还原铁的工艺有三种：第一种是INMETCO工艺

，虽然它的规模较小，但自1978年以来，它就作为从不锈钢粉尘中回收Ni、Cr、和

Fe生产还原铁的工艺；第二种是以大量生产电炉用还原铁和以炼铁粉尘的处理为目

的的FASTMET工艺和IRON　DYNAMICS工艺；第三种是CRM正在开发的COMET工艺。最

后的这种工艺不使用含碳球，它是把粉状氧化铁和煤交叉各装两层进行加热还原。

采用这种工艺时不需要将粉状氧化铁和煤加工成球或团矿等预处理设备，但由于它

难以达到高密度化，因此担心无法提高加热速度。