一种用于铁矿直接还原的台车连续炉

一种用于铁矿直接还原的台车连续炉

1铁精矿粉直接还原铁的生产直接归还铁或海绵铁是重要的精炼原料。它不仅用作电炉炼钢的基本原料,以提高钢的纯净度,而且也用作转炉冷却剂。可是,目前我国的直接还原铁产量远远不能满足炼钢生产的需要。2002年进口直接还原铁130万吨,2003年前10个月进口136万吨。与此同时,每年还进口废钢800～900万吨。可见,在我国急需发展直接还原铁生产。全球的直接还原铁产量中,以天然气作为还原剂的气基法占90%左右。而我国的天然气有限,目前还不可能用于生产直接还原铁。因此,比较符合我国国情的直接还原法是以煤作为还原剂的煤基法。回转窑法是煤基直接还原法之一,在我国已经有几十年的发展历史,现已积累丰富的实践经验。但是,回转窑法比较适合处理高品位的块矿,在使用铁精矿粉上还有一定的难度。我国的铁矿资源主要是贫矿,需要经过选矿加工成铁精矿粉后使用。用铁精矿粉生产直接还原铁的方法中,用炉底运载含碳球团通过高温炉焙烧的方法比较成熟。例如,Fastmet法,Inmetco法,DryIron法,IDI法等。这些方法都采用环形转底炉作为焙烧炉。我们根据唐钢石人沟铁矿的实际情况采用了台车连续炉作为还原焙烧炉。通过实践说明,台车连续炉和转底炉一样,在工艺上都能达到还原焙烧的要求,但在炉子结构和运行上各有优缺点。2可靠性浓密列的结构2.1设备特点:出料台,台架,均积唐钢石人沟铁矿海绵铁生产线的年产量为6万吨。用两座台车连续炉,并行布置。每座炉子年产量3万吨,小时产量5吨。从炉型看,此还原焙烧炉类似于典型的两段式轧钢加热炉。高温段长度49m,配置3台链条炉排燃煤机供热。低温段长度21m,没有供热点。炉子总有效长度70m,有效宽度2.8m。整个炉底由26个台车组成,台车宽2.9m,长2.8m。另外还有一个周转台车,总台车数27个。周转台车从炉子底下返回进料端后,利用升降台提升到与炉内台车相平。推车机将此台车推动进行布料的同时,出料端顶出一个台车。出料台车在行进中,靠水冷螺旋出料机将台车面上的海绵铁推入出料溜槽。出完料的台车用升降台下降到回车位置,然后利用回车机拖到进料端。如此往复运行,使台车面上的球团通过炉膛的低温区和高温区进行还原焙烧。排烟方式为上排烟,烟气出炉经过换热器利用一部分余热后,再从烟道排走。换热器用于预热燃烧还原产物CO用的二次风。通过上下交错布置的两排风管将二次风喷入炉内,使炉膛横断面上温度均匀。2.2过多条件放出来管每座焙烧炉配置三个链条炉排燃煤机。炉排与炉膛并行布置。从炉排上生成的燃烧火焰通过喷火口进入炉膛,与对面的二次风汇合,形成旋转的高温气流。这样可以保证炉子横断面上的温度均匀。由于炉子横断面的温度均匀问题得到保证,因此燃烧室放在哪一侧已不重要。根据生产平面布置的要求,两座炉子之间需要安放成品处理设备,因而每个炉子的三个燃烧室都放在炉子的外侧。为了延长链条炉排的使用寿命,燃烧用一次风为冷风。2.3车底冷却和车底油膜的密封设计台车是球团料层的载体,它将含碳球团运送到炉内进行还原焙烧。台车由两部分组成:下部为型钢焊接成的金属构架并配有车轴和车轮,上部为耐火材料。由于所运载的球团料层不厚(<100mm),炉料的重量很小(<200kg/m2),因此,台车的耐火材料层采用轻型结构。台车面在运行中经历周期性的冷却和加热。出完料的热台车在返回途中因散热而降温。当布上冷料后,受炉料吸热而继续被冷却。只有底层料被炉气加热到超过台车面温度后,台车面才开始处于被加热状态。当台车表面温度升到出料温度(约1200℃)后,覆盖的热料被去除,台车面又进入冷却状态。由于加热和冷却的周期短(一般小于2h),温度不高(<1200℃),因此,发生温度变化的砖层厚度不超过50mm。综合考虑台车耐火材料层的热工状况,台车耐火材料层的总厚度为300mm,上部重质浇注料层厚76mm,下部轻质绝热层厚224mm。这样的结构可明显减少炉底的蓄热损失和散热损失。为了保持台车的完整性和坚固性,台车四周用不锈钢纤维耐火浇注料整体浇注。炉子的密封方法为砂封。由于台车底耐火材料层不厚,因此不宜采用一般隧道窑台车上的“曲封”结构。为了防止砂封刀直接受炉膛辐射加热而变形,将砂封刀缩入耐火材料90mm。这样处理在实际应用中取得较好的效果,没有出现砂封刀变形的现象。为了保持生产连续运行,台车必须返回重复使用,本炉采用炉底下通道内回车的方式。台车的推车机为螺杆式。台车的升降机用液压传动。台车返回用链条拖动。设计的不间断推车间隔时间为3.5min。由于炉内有台车25个,因此最短的焙烧时间为88min,即1.46h。3运营状态3.1炉内温度分布供热点:原设计的供热点为三个,经过调试发现,炉子的供热点可以减少为两个。这样既可达到炉温要求,又可节约燃料。炉温:要求紧靠出料端炉膛温度最高,规定为1370℃。在选取的较稳定的32h时段内,此处的实际温度波动在1278～1387℃之间,其中,连续16个小时的炉温维持在1370±10℃的范围内。可见,用链条炉排烧散煤,可以达到比较稳定的炉温。炉子断面上的温度分布均匀。从焙烧出的产品看,在横向没有发现不均匀现象。在用两个供热点的情况下,沿炉子长度方向上的温度分布如图1所示。此温度分布基本符合焙烧要求。炉内气氛:为了充分利用燃料燃烧和还原产物CO燃烧的热量,要求供入空气量要足够,使炉膛内能实现完全燃烧。实测结果是:高温段进入低温段处的自由氧含量为0.3%～3.3%,炉尾烟气中的氧含量为4.3%左右。这说明总体供风量足够,炉尾燃烧完全。炉膛压力:在启动引风机排烟的情况下,有足够的抽力排烟。用烟道阀可以灵活调节炉膛压力。3.2铁精矿粉再次磁选后产品的感官指标见表1在较稳定的时段内,海绵铁产品的全铁为87.17%～92.04%,平均89.34%,金属化率为92.02%～97.34%,平均94.71%。通常,铁精矿粉经过再次磁选后,全铁提高到69%以上。采用宁夏的低灰无烟煤作为还原剂,减少了带入产品中的杂质。因此,产品全铁可达到90%左右。由于采用了盖碳保护措施,防止了还原出的金属铁被再氧化,产品的金属化率一般都大于92%,通常在94%左右。3.3平均焙烧能力生产率决定于料层厚度和焙烧时间。当料层厚度为35～50mm,盖碳10mm的情况下,焙烧时间应当在2h以内。但是,由于升降台的液压系统和回车系统常出故障,实际焙烧时间都比规定的长得多。在比较稳定的分析时段内,料层厚度35mm,焙烧时间却达到3.6～5.1h,平均4.86h(292min)。由于焙烧时间延长,生产率只达到1.37t/h。从实测的金属化率随炉子长度的变化数据发现,料层在炉内经历约40%的路程时已经还原到金属化率92%以上。显然,还原后在炉内有很长的无谓停留时间,这是导致生产率很低的根本原因。只要台车运转机构正常,还原后及时出料,炉子的焙烧能力可以达到5t/h的设计要求。根据燃煤量的统计,在比较稳定的32h的分析时间段内,煤耗量平均为1136kg/h。按平均产量1.37t/h计算,单位产品煤耗为829.2kg/t。在此基础上计算出满负荷(产量5t/h)情况下的燃耗为283.6kg/t,相应的热平衡列入表1。就现有的生产条件来看,满负荷生产(生产率为5t/h)的煤耗小于300kg/t,盖碳消耗小于150kg/t,加上内配煤约250kg/t,总燃耗不超过700kg/t。4讨论4.1转底炉和地面流转的比较对含碳球团进行还原焙烧的炉型有两种:环形转底炉和台车连续炉。在唐钢石人沟铁矿的具体条件下,我们选用了台车连续炉。台车连续炉与转底炉比较,优点是:(1)钢结构简单。转底炉的钢结构需要加工和焊接成圆形,且同心度要求高。一般的工厂难以施工,必须有专门的设备加工。而连续炉的炉膛是直条形,其钢结构不需特殊加工,一般的工厂就可以施工。(2)砌筑容易。砌筑直条型炉膛的砖形简单,而砌筑转底炉就需要大量异形砖。(3)炉体坚固。转底炉的内墙在热膨胀时会松动,甚至倒塌。对此薄弱部分需采取特殊措施加固。(4)供热点可以减少。在转底炉的环形炉膛内墙和外墙上,都需要安装若干个烧嘴供热,这样才能满足炉温分布的要求。如果供热点太少,则会出现炉温分布不均匀。(5)台车面维修方便。台车损坏时可以很方便地更换维修,而转底炉炉底出现局部损坏时只能停炉维修。台车连续炉与转底炉比较,缺点是:(1)台车运转机构比较复杂。每次周转一个台车时,需要有推车、下降、返回、上升四个动作,即需要四个驱动装置轮流工作。而转底炉运行只有一台炉底驱动装置连续运转。显然,转底炉的炉底转动机构运行稳定、可靠。唐钢石人沟铁矿的台车连续炉,在生产中台车运转机构常常出现故障,使焙烧时间延长。(2)不能使用水封。转底炉的水封槽是环形,适合用水封。水封简单、方便、可靠。台车连续炉无法用水封,只能用砂封。用砂封的阻力大,带出的砂子还需返回。(3)炉底气密性不好。台车连续炉的炉底被分割成若干个台车,台车之间不可避免会有缝隙。在铺料前的加热阶段,高温炉气可能从缝隙中窜到台车底下。(4)不适合快速焙烧。目前,焙烧含碳球团料层实现直接还原的工艺有三种:一是以Inmetco法、Fastmet法和DryIron法为代表的薄料层快加热工艺,焙烧时间20～30min。二是加拿大卢维高等提出的厚料层高炉温工艺,焙烧时间50～70min。三是北京科技大学提出的盖碳保护直接还原工艺,焙烧时间90～120min。按石人沟焙烧炉的台车数为25个计算。如果实施上述三种工艺,其推车间隔分别为0.8～1.2、2～2.8、3.6～4.8min。要实施第一种焙烧工艺,则要求在1.2min内实现台车推进和返回的整个过程,显然这是比较困难的。可见,用第一种焙烧工艺的几种方法都采用转底炉。对于第二、三种焙烧工艺,因焙烧时间较长,才可以采用台车连续炉。4.2焦炉下有两间线原理改变的公车公车,也有两台车连续炉早在80年代就在德国用于轧钢加热炉。和推钢式连续炉比较,由于炉内没有水冷支撑管,因而钢坯的加热质量好,没有水管“黑印”,而且热损失小,燃料消耗低。轧钢用台车连续炉的回车方式有两种:一是炉底下通道内回车,二是水平面上回车。作为还原焙烧炉也可采用这两种回车方式。炉底下通道内回车的优点是:占地面积小,返回台车没有对中问题。其缺点是:热台车返回时在炉底下面散热,会恶化台车车轮轴承的工作环境。为了解决此问题,需要用强制通风或水冷方式将此热量带走。4.3串联布置式布置为了缩短台车运转的距离,采用双炉串联的布置方案是可取的。笔者在1997年为莱钢矿山建设公司所提的可行性研究报告中,曾提出过这样的方案,即两个台车连续炉头尾相接串联布置。从一个炉子推出的台车,横向移动一个很短的距离立即进入相邻的另一个炉子使用。这样就大大缩短了推车间隔时间,即可以缩短焙烧时间。卢维高等提出的布置方案也是如此。当然,这样布置也有缺点:两个炉子的布料点和出料点都相距很远,物流不太顺畅。4.4内配碳球团直接还原法的节能潜力从表1所列的数据可知,在正常的满负荷工作的情况下,内配碳球团还原反应生成的CO燃烧放热5.051GJ/t,占38.8%。还原和炉料升温吸热之和为4.631GJ/t,占35.6%。可见,CO燃烧放热量很大,比还原过程需要的热量还多。如果没有热损失,且烟气温度很低,则靠CO燃烧放热已能满足还原反应需要的热量,理论上可以不需要燃料燃烧供热。这说明,用内配碳球团直接还原法有巨大的节能潜力。目前,蓄热燃烧技术已经在轧钢加热炉上得到广泛应用,取得很好的节能效果。如果将蓄热燃烧技术用于内配碳球团