模拟转底炉试验电炉的设计(3)
1.4转底炉炼铁的特点
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[10-12]。
1.5转底炉工艺的原理
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[13]。
转底炉的结构和还原过程如图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
1.6转底炉的工艺改进
经过近30年的发展,INMETCO工艺在生产上取得了丰富的设备文护及生产操作经验, 转底炉经过几次大修及改进, 逐步得到完善, 主要改进内容如下:
(l) 改善了炉内整个炉顶的内衬砌筑方式, 由以前的浇注料等不定型耐材改为定型耐材, 采用挂砖咬合方式, 有效的改善了炉顶耐材脱落的问题, 大大提高了耐材的使用寿命[5]。
(2) 炉内燃烧区与加、排料区隔墙由以前的喷涂料隔墙改为采用咬合挂砖隔墙, 有效的提高了隔墙的稳定性。
(3) 通过优化控制, 炉内整个燃烧系统的燃气用量大大降低,减少用量约为50% ,热效率得到极大提高, 能耗降低。
(4) 燃烧系统采用富氧, 有效降低了氮氧化物的产生量, 能耗也相应降低, 每增加1%的富氧, 降低天然气的用量约6Nm3[14-15]。
(5 )不同于轧钢的环形加热炉, 轧钢处理的是大的钢坯, 而炼铁的转底炉处理的是小颗粒球团, 因此转底炉的炉底内衬设计十分重要, 炉底的内衬分块以及膨胀缝的合理预留决定了转底炉生产的顺利与否, 既要保证生产时炉底充分的热膨胀不至于与外侧侧墙相顶死而影响生产, 又要保证停炉到冷态后炉床上的球团不至于落入炉底下的膨胀缝中将膨胀缝填死, 目前INMETCO有效的解决了这一关键性难题。
(6) 水冷排料螺杆是转底炉正常生产、高作业率的关键保证, 通过不断的改善螺杆材质及优化设计结构, 使用寿命不断提高。
1.7转底炉的热效率问题
转底炉为了能够快速还原，转底炉的布料层一般都只有一层到两层，在炉膛内有90%以上的容积并没有填充物料。因此，转底炉的能量利用率低、能耗高，为了提高能量的利用效率，目前有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，能源的燃烧利用较充分。但由于转底炉内粉尘、烟尘产生量较大，成对设置的蓄热体在周期性地加热、放热过程中极易造成烧嘴阻塞，影响其使用寿命，也有企业为了提高转底炉能量利用率开始研究多层含碳球团转底炉内直接还原行为[16-18]。
1.8 多层含碳球团转底炉内直接还原反应的研究
转底炉具有还原温度高、加热时间短、炉料与炉底相对静止等特点，无疑能较好地满足钒钛磁铁矿还原要求。在此基础上实现钒钛铁精矿内配碳球团转底炉直接还原－电炉熔分工艺也已被证实是可行的。但转底炉烟气与炉料之间几乎没有对流传热，烟气从高温炉膛直接进入烟道，致使转底炉本身的热效率受到影响。此外，转底炉内的能量主要靠辐射传热由上向下传递至料层，传热效率低，只能进行薄料层操作，致使转底炉生产力低下，从而间接地导致转底炉内热量利用率低。随着ＣＯ２减排任务的加重，降低能耗成为各工艺能否大规模应用的核心竞争力，如何提高转底炉的能量利用效率对该工艺最终广泛应用具有重要意义[19-21]。
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