用氧化鐵鱗制取直接還原鐵的實(shí)驗(yàn)室研究

1、第21卷第3,4期江西冶金Vol.21,No.3,42001年8月JIANGXIMETALLURGYAugust2001文章編號(hào):100622777(2001)03,0420020205用氧化鐵鱗制取直接還原鐵的實(shí)驗(yàn)室研究喻輔成(南昌鋼鐵有限責(zé)任公司,江西南昌330012)摘要:利用罐式法直接還原原理在試驗(yàn)室進(jìn)行了氧化鐵鱗制取直接還原鐵的研究。結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)溫度Z11200,時(shí)間Z27.2h,配煤比Z330%,可確保還原產(chǎn)品的金屬化率Y90%。關(guān)鍵詞:直接還原;氧化鐵鱗;試驗(yàn)研究中圖分類號(hào):TF591+.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:StudyofPreparationDirectROxideinLabor

2、atoryYUFu2chengandSteelCo.,Ltd.,JiangxiNanchang330012,China)Abstract:Byretortmechanismofdirectreduction,thepreparationdirectreductionironwithscaleoxideisstudiedinthelaboratory.theresultsshowthatmetalyieldofreductionproductcanreaches90%inreactiontemperationZ11200,reactiontimeZ27.2h,coaldispositionpro

3、portionZ330%.KeyWords:directreduction;scaleoxide;testingstudy為此促進(jìn)了煤基回轉(zhuǎn)窯的建設(shè),同時(shí)也帶動(dòng)了隧道窯的發(fā)展。某公司現(xiàn)有一閑置隧道窯,長(zhǎng)120m,其中高溫還原帶長(zhǎng)32.5m(19號(hào)31號(hào)車位),設(shè)有48個(gè)車位,有效截面1.62.6m,軌平面至窯頂高度2.8m;焙燒帶設(shè)有13對(duì)燒嘴,窯內(nèi)熱量由噴入的混合煤氣提供,最高溫度能達(dá)到1350,最大排煙量為47000m3/h,最大鼓風(fēng)量32700m3/h,煤氣流量為2.6103m3/h,煤氣壓力為1598.16Pa,高壓噴1概述我國(guó)在50年代末和60年代初粉末冶金工業(yè)普遍采用倒焰窯和反射爐

4、等裝置小批量地生產(chǎn)直接還原鐵,用于生產(chǎn)還原鐵粉。1965年上海粉末冶金廠建立我國(guó)第一座38.5m隧道窯開(kāi)始成批量地生產(chǎn)直接還原鐵。八九十年代武鋼粉末冶金公司先后建了105m,154m兩座隧道窯,1997年馬鋼鐵合金廠建成1座166m隧道窯,到目前為止估計(jì)國(guó)內(nèi)建有約40座小型隧道窯。1994年全國(guó)生產(chǎn)直接還原鐵約5萬(wàn)t用于生產(chǎn)還原鐵粉。由于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的品種和質(zhì)量要求的不斷提高,導(dǎo)致電爐煉鋼對(duì)業(yè)已緊俏的優(yōu)質(zhì)廢鋼的迫切需要。直接還原鐵是優(yōu)質(zhì)廢鋼的理想代用品,射流速3.1103m3/h,隧道窯生產(chǎn)高鋁磚時(shí)產(chǎn)量為3.55.0萬(wàn)t。為了充分利用該公司的閑置設(shè)備,綜合利用其兩次資源,我們開(kāi)發(fā)了用氧化

5、鐵鱗做原料,在隧道中制取海綿鐵的研究工作。收稿日期:2001206210作者簡(jiǎn)介:喻輔成(19622),男,江西上饒人,高級(jí)工程師,從事鋼鐵冶金科研工作。第21卷第3,4期喻輔成:用氧化鐵鱗制取直接還原鐵的試驗(yàn)室研究212原燃料理化性能211原燃料化學(xué)成分試驗(yàn)所用原燃料的理化性能見(jiàn)表13。212鐵鱗的可磨性由表4知,來(lái)料鐵鱗原始粒度較粗,應(yīng)進(jìn)行細(xì)磨。為此,我們?cè)谛⌒颓蚰C(jī)上進(jìn)行了可磨性試驗(yàn),取鐵鱗試樣115kg,放入小型球磨機(jī)內(nèi)磨75min,間隔15min出一次料測(cè)粒度組成。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖13。表1原始鐵鱗及生石灰的化學(xué)成份,%名稱鐵鱗G鐵鱗R鐵鱗C生石灰TFe73.2074.5064.75MF

6、e0.750.500.50FeO57.3865.7456.60CaO0.500.501.1864.57SiO20.630.528.100.66Al2O30.3235目粒度組成,%3575目25.6233.0021.0035目,3575目,75目)制備;碎焦經(jīng)烘箱干件下是否粘罐;不同廠家、不同粒級(jí)的鐵鱗在同一還原條件下的金屬化率及含硫量,確定混合鐵鱗的配比及粒級(jí)。結(jié)果見(jiàn)表5。燥后進(jìn)行篩分,控制其粒度;脫硫劑采用生石灰。31112試驗(yàn)設(shè)備及方法考慮到隧道窯窯內(nèi),宏觀為氧化氣氛,故采用馬弗爐作為焙燒設(shè)備,試驗(yàn)焙燒料用環(huán)裝方法裝入特制的剛玉坩堝,焙燒后的試樣經(jīng)冷卻、分選、稱重、取樣送化驗(yàn)分析。312預(yù)

7、備性試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室馬弗爐內(nèi)用剛玉坩堝對(duì)不同粒級(jí)的單一鐵鱗、混合鐵鱗進(jìn)行了多種條件下的還原試驗(yàn),設(shè)定還原溫度1200,還原時(shí)間4h,還原劑5TFeG13G23G1-G1-G2C1C2R1R2G1G2C1C2R1R2G1R1C1G1R1C1123鐵鱗R的可磨性曲線化學(xué)成分,%MFe75.5089.3893.0092.0093.5077.5050.5090.2593.2594.0073.0092.2584.5087.25S0.1050.1000.0170.0260.0580.0600.0330.0170.0160.0240.0570.0350.0440.036C0.0200.0710.0290.034

8、0.0270.0100.0230.0200.0100.0200.0230.0160.018SiO21.050.940.920.900.838.267.901.100.840.947.860.643.89金屬化率81.6292.9296.1295.8396.6492.9565.2693.7795.5497.4189.5794.6292.1095.3692.5096.1996.7596.0096.7583.3877.3896.2597.6096.5081.5097.5091.7591.503表示未加脫硫劑。313回歸正交試驗(yàn)鱗的可磨性試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖1,2,3。由圖1知,鐵鱗C其原樣中大于35目的占

9、20%左右,磨至45min根據(jù)預(yù)備性試驗(yàn)結(jié)果所確定的混合鐵鱗的配比及粒級(jí),定量考慮反應(yīng)溫度、時(shí)間、還原劑配加量等3個(gè)主要因素對(duì)海綿鐵質(zhì)量的影響,按回歸正交試大于35目粒度的占5%,小于75目粒級(jí)的開(kāi)始增加,當(dāng)磨至60min大于35目粒度的小于5%,小于75目粒級(jí)的增加到50%多;鐵鱗G,R性質(zhì)相近這驗(yàn)方法選表L8(27),試驗(yàn)安排及結(jié)果見(jiàn)表6,表7,每號(hào)試驗(yàn)重做一次?？蓮膱D2,3看出,其原樣中大于35目的均占10%左右,磨至45min時(shí)粒度組成開(kāi)始發(fā)生變化,3575目粒級(jí)所占比例急劇下降,小于75目粒級(jí)的比4試驗(yàn)結(jié)果的分析與討論411鐵鱗的可磨性例迅速增加?？偟膩?lái)說(shuō),鐵鱗C要比鐵鱗G,R難磨些

10、,欲達(dá)相同的粒級(jí)時(shí),至少要多磨20min。在小型錐型球磨機(jī)上進(jìn)行了G,C,R等3種鐵第21卷第3,4期喻輔成:用氧化鐵鱗制取直接還原鐵的試驗(yàn)室研究表6回歸正交試驗(yàn)安排及結(jié)果因試素驗(yàn)號(hào)12345678BjdjbjQjFx0x1x2x3x1x2x1x3x2x3x1x2x3ya1ya223y95.6395.2890.8590.2283.8488.2177.5476.4211111111697.97887.251111-1-1-1-145.9685.75264.0418.370.0111-1-111-1-127.9483.4997.586.790.011-11-11-11-1-2.288-0.290.

11、650.0511-1-1-1-111-8.248-1.038.490.591-11-1-11-114.2480.532.250.1-1-111-1-11-5.768-0.724.0.1-1-11-111-15.2280.653.4195.8894.3189.7288.3677.3483.5677.0476.1695.3896.2491.9792.0790.3392.8678.0376.68顯著性水平Y(jié)=87.25+5.32表7因素)Z1(溫度,110012001001150Z2(時(shí)間,h)Z3(還原劑配比,%)-)上水平(+1)變動(dòng)區(qū)間零水平(0)352425351030X1=(Z1-1150

12、)/100;X2=(Z2-4)/2;X3=(Z3-30)/10。412預(yù)備性試驗(yàn)結(jié)果的分析預(yù)備性試驗(yàn)著重考察在試驗(yàn)條件下是否粘罐以及不同廠家、不同粒級(jí)的鐵鱗在同一還原條件下的金屬化率及含硫量,確定混合鐵鱗的配比及粒級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5,在所設(shè)定的溫度范圍內(nèi)基本上不出現(xiàn)粘罐現(xiàn)象,為此我們?cè)诓顭岱治鰞x上做了G,C,R等3種鐵鱗的開(kāi)始軟化溫度為1350,1360,1360。在設(shè)定的還原條件下,獲得的海綿鐵的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)較為理想,平均TFe達(dá)92.25%、平均金屬化率91.41%、平均含S0.035%。鐵鱗G,R性質(zhì)相近,適合用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)海綿鐵,而鐵鱗C所含硅鈣雜質(zhì)元素較高,且TFe較低(表1,2),單

13、獨(dú)用來(lái)生產(chǎn)海綿鐵在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上不可行,只有與鐵鱗G,R搭配使用。本次試驗(yàn)考察了3種粒級(jí)的鐵鱗在同一還原條件下的金屬化率及含硫量的變化情況(試樣號(hào)的下標(biāo)1,2表示3575目,75目?jī)煞N不同粒級(jí)的鐵鱗,還有是1,2種粒級(jí)的鐵鱗的混合即混合粒級(jí)),根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知,用這3種不同粒級(jí)的鐵鱗作原料,在所設(shè)定的還原條件下均可得到合格的海綿鐵,這說(shuō)明鐵鱗粒度只需控制在小于等于35目。為了合理利用G,C,R等3種鐵鱗,做了配比試驗(yàn)并確定了G,C,R等3種鐵鱗間的配比,鐵鱗C最大可配到40%。413回歸正交試驗(yàn)分析根據(jù)預(yù)備性試驗(yàn)所確定的混合鐵鱗的配比粒級(jí),在試驗(yàn)室安排了一組回歸正交試驗(yàn),目的是就反應(yīng)溫度、時(shí)間、還

14、原劑配加量等3個(gè)主要因素對(duì)海綿鐵質(zhì)量的影響進(jìn)行量化,回歸正交試驗(yàn)安排及結(jié)果見(jiàn)表6,7。對(duì)回歸正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)回歸分析,結(jié)果表明:該回歸方程是顯著有效的。41311影響海綿鐵質(zhì)量的主要因素根據(jù)預(yù)備性試驗(yàn)的結(jié)果,只要配加8%的脫硫劑,海綿鐵中含硫可以控制在規(guī)定限值以下。因此回歸正交試驗(yàn)中只考慮反應(yīng)溫度、時(shí)間、還原劑配加量等3個(gè)主要因素對(duì)海綿鐵金屬化率的影響。反應(yīng)溫度是影響海綿鐵金屬化率最重要的因素,其次是24江西冶金2001年8月還原時(shí)間,還原劑配加量對(duì)海綿鐵金屬化率的影響很小,以至在所得回歸方程中忽略不計(jì),說(shuō)明本次試驗(yàn)所配還原劑量足以保證鐵鱗還原成海綿鐵(TFe90%,金屬化率90%)的要求

15、。41312鐵鱗還原成海綿鐵的最佳反應(yīng)溫度及時(shí)間根據(jù)回歸正交試驗(yàn)所得方程:Y=87.25+5.75x1+3.49x2(Z3=30%),經(jīng)計(jì)算處理可得:(1)當(dāng)Z1=1150時(shí),欲使Y90%,則應(yīng)Z22FeO+C=2Fe+CO2,計(jì)算的理論碳量為9.68%折算成本次試驗(yàn)所用碎焦的配比為12.1%。本次試驗(yàn)所用碎焦配比及所對(duì)應(yīng)的碳鐵比見(jiàn)表8。可見(jiàn)試驗(yàn)所配還原劑量較大,今后可考慮逐步減少其用量,有利于生產(chǎn)成本的降低。表8回歸正交試驗(yàn)中試樣的碳鐵比試樣中C/Fe0.28800.34560.4032碎焦J1(固定碳=80.31%)的配比,%253035碎焦J2(固定碳=73.68%)的配比,%27.14

16、32.5738.005.75h;(2)當(dāng)Z1=1100時(shí),欲使Y90%,則應(yīng)Z27.2h;(3)當(dāng)Z1=1200時(shí),欲使Y90%,則應(yīng)Z24h;因此,為確保還原產(chǎn)品的金屬化率Y90%,選擇的最佳條件為:Z1=1200,Z27.2h,Z3=30%。4131341314磁性物含TFe(%)磁性物總量(kg)/試樣含TFe(%)試樣含鐵料總量(kg)鐵鱗還原成海綿鐵過(guò)程中金屬鐵的收得率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9,平均收得率為94.78%,最低89.31%,最高為99.73%。此組試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)律性較強(qiáng),金屬鐵的收得率主要在95%左右波動(dòng)。3,Fe34+2C=3Fe+2CO2,12.90%折算成本次試驗(yàn)所用碎焦的配比

17、為16%;將鐵鱗中全鐵全部視為FeO,還原所得的海綿鐵中全鐵為90%,并按反應(yīng)式表9回歸正交試驗(yàn)中金屬鐵的收得率試樣編號(hào)Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z焙燒前磁性物重量,g400400400400400400400400焙燒后磁性物重量,g297.5294.5285.0290.0285.0300.0305.0302.0金屬鐵收得率,%96.2296.3091.1692.4489.3997.3095.1493.79試樣編號(hào)Z1Z2Z3Z4Z5Z6Z7Z焙燒前磁性物重量,g400400400400400400400400焙燒后磁性物重量,g305.0301.0305.0304.0297.5288.0290.5302.0金屬鐵收得率,%99.7398.1597.8397.1197.0193.2789.3192.315結(jié)語(yǔ)(1)G,C,R