1—礦石和燃料(還原劑)的混合物;2—脫水和給熱帶;3—還原帶;4—粒鐵帶;5—半成品出口;6—燒嘴及空氣人入口;7—還原帶反應(yīng)情況;8—CO燃燒情況;9-鐵的氧化物在料層中還原情況;10—粒鐵帶反應(yīng)情況;11—氧化性氣體;12—還原性氣體;13—熔渣表面上形成的鐵的氧化物的還原;14一直接觸熔渣表面氧化性氣氛;15—粒鐵帶前邊爐料成份;16—燃料(還原劑);17—海綿鐵;18—礦石;19—粒鐵帶料層中被充分還原的燃料;20—粒鐵;21—含F(xiàn)eO高的爐渣;22—出鐵前的爐料組成;23—含F(xiàn)eO低的爐渣。

 

　　爐料是由粒度<5—10毫米的礦石和熔劑及粒度0—5毫米含低揮發(fā)份(<10%)的燃料(還原劑)組成的混合物，經(jīng)準(zhǔn)備處理的爐料進(jìn)入斜度l—2%的回轉(zhuǎn)窯中。由于燃料的揮發(fā)物中碳不能作為還原劑，因而采用含揮發(fā)分低的還原劑。燃料中的揮發(fā)分應(yīng)在預(yù)熱帶從燃料中放出，并在回轉(zhuǎn)窯的自由空間燃燒，向爐料供熱。

　　礦石與還原劑的粒度有著特殊的意義，當(dāng)爐料中存在大量>5毫米還原劑時使礦石還原反應(yīng)速度與礦石還原的完全性降低;另方面粒度中<0.5毫米的燃料會被爐氣從爐中吹出。因此，最好的冶煉指標(biāo)是在還原劑的粒度約2毫米時取得 [5,12]。此外，當(dāng)?shù)V石與燃料粒度差過大時，沿回轉(zhuǎn)窯橫斷面與長度方向會產(chǎn)生偏析，粒度大的物料易于處于爐料的外層，爐料產(chǎn)生分層可引起反應(yīng)速度大大減慢。

　　在回轉(zhuǎn)窯卸料端裝有燃燒煤氣或煤粉的燒嘴。爐料在回轉(zhuǎn)窯中呈薄層狀分布，通過在料層上面燃燒氣流的對流和輻射傳熱使?fàn)t料加熱，同時，回轉(zhuǎn)窯自由的爐襯的溫度被燃燒氣流加熱將高于爐料溫度，當(dāng)爐料與爐襯接觸時通過傳導(dǎo)傳熱將爐料加熱。

　　鐵的氧化物通過氣相產(chǎn)生下列還原反應(yīng)：

　　Fe203+3CO=2Fe+3CO2 (1)

　　3CO2+3C=6CO (2)

　　Fe203+3C=2Fe+3CO (3)

　　由于爐料空隙間空氣中的氧對爐料的碳的氧化作用形成最初的一氧化碳。為使還原反應(yīng)順利進(jìn)行必須保證礦石與還原劑緊密接觸，因此被粉碎的爐料在裝回轉(zhuǎn)窯以前精細(xì)的混勻是必須的，混勻工作在專門的混料機(jī)中(垂直葉片式或螺旋混料機(jī))。

　　回轉(zhuǎn)窯沿長度方向分成三個帶：
 

　　預(yù)熱帶：在占回轉(zhuǎn)窯全長20%的第一帶內(nèi)把爐料加熱到600℃以上，并排除爐料中吸附水和結(jié)晶水;

　　還原帶：在占爐子全長50%的第二代內(nèi)進(jìn)行碳酸鹽分解，并用還原劑的碳對鐵的氧化物進(jìn)行部分還原。爐料中析出大量的一氧化碳在爐料表面形成一層保護(hù)層，料層內(nèi)部為還原氣氛，從爐料上表面進(jìn)入的氧化性氣氛不多，對料層內(nèi)部氣相還原性質(zhì)的影響不大。當(dāng)一氧化碳燃燒時，對爐襯加熱，當(dāng)爐子轉(zhuǎn)動時，赤熱得爐襯再將熱量傳給爐料。當(dāng)?shù)V石中存在大量結(jié)晶水或碳酸鹽時，還原帶的還原反應(yīng)減慢，當(dāng)還原不充分的礦石繼續(xù)運(yùn)動到高溫區(qū)時將導(dǎo)致還原不充分的礦石難于形成粒鐵，并導(dǎo)致結(jié)瘤。

　　粒鐵帶：當(dāng)部分被還原的爐料加熱到>1100℃時，爐料進(jìn)入占爐子長度30%的粒鐵帶。

　　在沿回轉(zhuǎn)窯的長度不同區(qū)域取樣研究證明：在進(jìn)入粒鐵帶以前被還原成鐵的量僅占爐料中鐵量30—50%，大部分的鐵是在粒鐵帶內(nèi)殘留在糊狀渣中的碳從一氧化鐵中還原出來的。爐料在粒鐵帶內(nèi)停留5—6小時，爐料在粒鐵帶利用裝在卸料端的燃料燒嘴控加熱到1200—1330℃，粒鐵帶的適宜溫度取決于爐料的組成和成分。

　　粒鐵帶由于還原反應(yīng)減少，單位時間內(nèi)因還原而從爐料中放出的一氧化碳減少，從而使?fàn)t料中新還原出的鐵和有氧化作用的爐氣直接接觸幾率增大，使熔渣表面部分已被還原出來的鐵被再氧化時產(chǎn)生大量的熱，促使未完成還原的FeO和部分脈石從新還原出來的金屬鐵中熔化出來，當(dāng)溫度為1200—1300℃時海綿鐵焊接成鐵粒。

　　當(dāng)爐子回轉(zhuǎn)時在爐渣中的FeO與爐料的過剩碳接觸并重新被還原，因此渣中鐵的總損失減少。由于粒鐵帶料層表面鐵的氧化反應(yīng)和料層內(nèi)部氧化物的還原反應(yīng)同時進(jìn)行保證了高的鐵回收率，創(chuàng)造了用回轉(zhuǎn)窯粒鐵法處理難選貧礦的經(jīng)濟(jì)可行性，成為回轉(zhuǎn)窯粒鐵法的特點(diǎn)。

　　為防止?fàn)t料的再氧化，在回轉(zhuǎn)窯的出料端，即粒鐵帶末端設(shè)置耐火材料擋圈，以保持粒鐵帶末端有較厚的料層。

　　為保持回轉(zhuǎn)窯內(nèi)反應(yīng)正常進(jìn)行，粒鐵帶渣量應(yīng)不小于0.6—0.8噸/噸粒鐵。用貧礦(30%Fe)時渣量為1.5—2.0噸/噸粒鐵。用酸性脈石的貧礦工作時渣堿度(CaO+MgO)/SiO2為0.15～0.3時鐵的回收率最高，一般(CaO+MgO)/SiO2約為0.2。粒鐵爐渣成分及其性質(zhì)決定了回轉(zhuǎn)窯粒鐵法冶煉過程。無論是粒鐵帶由渣中還原出來小金屬粒鐵或者是在還原帶還原出來后生成的大金屬粒鐵都將在粒鐵帶粘合長大成鐵粒。

　　當(dāng)回轉(zhuǎn)窯連續(xù)轉(zhuǎn)動時，大顆粒的鐵粒迅速下降，并接觸到爐襯，而小顆粒的鐵粒仍停留在爐渣中，隨爐渣黏度減小，鐵粒在料層下部富集，爐料中重新還原的鐵向料層下部的擴(kuò)散條件改善，因而促進(jìn)了鐵粒的順利形成和長大。

　　從粒鐵形成的觀點(diǎn)看，最適宜粒鐵爐渣黏度為1000—2000泊，等溫條件下在粒鐵渣中用CaO置換SiO2和Al2O3時爐渣粘度降低形成短渣。CaO等濃度幾乎與等粘線平行。研究證明：在人工形成的粒鐵渣SiO2——Al2O3——CaO系統(tǒng)中加入MgO、FeO、MnO和TiO2則渣粘度降低。以MgO代替CaO亦可使?fàn)t渣粘度有某些降低。但在實(shí)際生產(chǎn)中渣中MgO量較少，所以在爐料計(jì)算中將MgO和CaO合并計(jì)算。粒鐵渣中FeO、MnO含量增加對爐渣粘度的降低影響程度，比增加爐渣堿度時降低的急劇。爐渣中FeO含量增加雖然降低爐渣粘度，但由于爐渣對鐵的侵潤加劇使粒鐵形成過程反而變壞了。此外，爐渣含F(xiàn)eO高會加快粒鐵帶爐襯的侵蝕。

　　為保證回轉(zhuǎn)窯內(nèi)爐渣中FeO的還原，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)爐渣應(yīng)存在一定量的過剩的還原劑。一般渣中呈機(jī)械混合物狀態(tài)的殘留碳量應(yīng)為3～6%。粒鐵中含碳0.7～1.0%，對形成粒鐵最有利。當(dāng)爐渣中FeO含量≯6～8%時，粒鐵可以獲得這樣的含碳量。

　　當(dāng)爐渣的流動性過好時，破壞了熔池中的攪拌作用，所有粒鐵不論其粒度大小均集聚在料層下部。沉到爐料底層的鐵?？赡苷掣皆诟G襯上，導(dǎo)致粒鐵帶結(jié)附鐵質(zhì)結(jié)瘤——“鐵圈”。因此粒鐵回轉(zhuǎn)窯必須保持嚴(yán)格的溫度制度，因?yàn)檎扯瘸c爐渣化學(xué)成分有關(guān)外，在很大程度上決定于溫度條件。德國馬克思工廠粒鐵回轉(zhuǎn)窯爐渣當(dāng)溫度1500℃時粘度為20～820泊，溫度1300℃時增加到1000～2700泊。德國埃契金工廠處理鎳鐵礦時爐渣溫度從1500℃降低到1300℃自然粘度從19泊增加到2700泊。

　　雖然粒鐵回轉(zhuǎn)窯與水泥生產(chǎn)都在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，但回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的爐料形態(tài)卻完全不同，水泥回轉(zhuǎn)窯爐料不產(chǎn)生液相，并且卸料端的溫度較高，這就使得生產(chǎn)水泥比粒鐵生產(chǎn)更能充分利用回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)點(diǎn)，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)爐料不產(chǎn)生液相，而僅僅產(chǎn)生固相造渣反應(yīng)和燒結(jié)團(tuán)聚，將大幅度減少回轉(zhuǎn)窯發(fā)生結(jié)圈、結(jié)瘤的危險。

　　對于一般高爐渣可以用(CaO+MgO)/ SiO2進(jìn)行評價，但評價粒鐵回轉(zhuǎn)窯爐渣時必須更加有區(qū)別地估計(jì)到個別成分對爐渣冶金性能的影響。高爐渣與粒鐵渣性質(zhì)與成分的不同表明：用(CaO+MgO)/ SiO2估價粒鐵回轉(zhuǎn)窯爐渣時必須考慮到個別成份對爐渣冶金性能的不同影響。根據(jù)Φ·約翰遜Γ·布蘭金的數(shù)據(jù)，粒鐵渣的堿度可以近似的用[CaO+1.4MgO+0.8(FeO+MnO)+0.7TiO2]/(SiO2+Al2O3)表示，其變動值在0.22～0.32范圍內(nèi)。

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