直接还原炼铁试验电炉的设计(3)
同样，随着工业的发展，人类对生态环保的要求也越来越高，传统的高炉炼铁技术对能源消耗，粉尘、有害气体和污水等的排放都给环境造成严重的污染。庞大的建设投资和越来越严的环保要求都成为了高炉炼铁技术发展的极大困扰和障碍。
1.1.2 非高炉炼铁法转底炉工艺的兴起和发展
高炉炼铁技术遇到了空前的挑战，这种庞大的投资额和越来越严的环保要求使得高炉炼铁技术已经很难满足现代发展的需要。从而不断涌现出包含现代非高炉炼铁技术在内的各种新流程、新方法[4]。
转底炉工艺思想最早由Ross公司(Midrex公司前身)提出，从1978年在美国Ellwood市建成第一座具有商业意义的转底炉[5]。之后，美国、德国、日本等国家都相继投入力量开发研究，并且先后建立起工业化生产厂，包括INMETCO工艺、Fasmet工艺、FASTMELT工艺、Tedsmelt工艺和IDP工艺、Itmk3工艺、Hi-Qip工艺等[6-12]。目前该技术已经逐渐趋于成熟并表现出一定的商业发展潜力。
1.2 转底炉炼铁工艺的原理和特点
转底炉直接还原工艺最早是美国动力铁集团为处理钢铁厂固体废弃物，通过改进炼钢工艺中环形加热炉发展而来的。后来不同的国家将这种技术发展为不同的处理方式，但其主体处理方式大致相同。通过在1200—1400℃高温下短时间内对含碳球团的快速加热还原，从中获得直接还原铁或用来分离钢铁厂固体废弃物中的铁与Zn、Pb等有价金属元素的工艺[13]。
1.2.1 转底炉工艺的还原过程
球团等炉料在装入区装入炉内，然后随炉床前进，在加热区被加热到1000℃以上后进入温度更高的还原区。在还原区球团中进行还原反应，燃烧及反应所生成的气体沿着与炉床前进的相反方向流入废气系统中。被还原的球团等在炉内稍微冷却，然后通过排出装置排到炉外。
转底炉工艺中，含碳球团等炉料中的碳是主要的燃料，通过还原区高温反应产生的CO是主要还原剂，含碳球团等炉料中的碳利用非常充分。因此，该工艺既有利于节能又有利于减少污染物的排放。一般含铁料还原时间为半小时以内，所以转底炉是生产效率较高的工艺[14-15]。
转底炉的结构和还原过程如下图1.1、图1.2。
图1.1 转底炉结构展开图
图1.2 转底炉还原过程示意图
1.2.2 转底炉工艺的特点
转底炉工艺的特点包括：（1）完全用煤为还原剂，不用焦炭，且不需焦煤，不需块煤，无烟煤及瘦煤均可；（2）对原料要求灵活。不需块状料，粉矿、精矿粉均可适用；（3）还原温度较高，因而还原生成的金属铁能形成颗粒较粗大的铁粒，易于分离出来，而且还原速度快，生产效率较高；（4）转底炉及其附属设备构造比较简单，投资费用相对较低；（5）工艺操作易于控制和掌握。
1.2.3 转底炉工艺的一些缺陷和关键性技术
纵观所有的转底炉工艺，除了几种处理方式，如SMIMET和Hi—QIP工艺不进行造球，可以直接将含铁物料与还原剂分层布入转底炉外，大部分工艺采用的是先将物料进行冷固结成球，然后送入转底炉直接还原的方式。由于这种方式能保证还原的金属化率，减少粉尘的产生量，同时也方便出料，因此高效廉价的黏结剂的开发是非常必要的[16]。
目前有的企业开发的转底炉工艺采用的是蓄热式加热，这种加热方式预热温度高，能够很充分的利用能源。但是由于转底炉内粉尘、烟尘产生较大，使得蓄热体的使用寿命减短。在热量回收利用方面，烟尘和粉尘在换热器上聚集，影响了燃烧温度和热交换效率，因此各种粉尘和烟尘在换热器上聚集行为和对换热器热交换效率的影响也是需要合理解决的一项技术难点[17]。