米德萊克斯法是一種重要的氣基直接還原連續鑄鋼、煉鐵方法。該法是美國表面燃燒公司的研究成果。從1936年開始研究，經長期試驗，直至1966年天然氣製取還原氣和氣一固相逆流熱交換還原豎爐兩項關鍵技術的成功，才使米德萊克斯(Midrex)法發展起來。
基本介紹
- 中文名：米德萊克斯法
- 外文名：The Middlesex method
- 學科：冶金工程
- 領域：工程技術
- 範圍：能源
簡介,基本原理,豎爐的特點,還原氣重整爐,冷卻氣洗滌塔,爐頂氣洗滌塔,氣體壓縮機,冷卻系統壓縮機,惰性氣體系統,技術經濟指標,展望,
簡介
米德萊克斯法是一種重要的氣基直接還原連續鑄鋼、煉鐵方法。該法是美國表面燃燒公司的研究成果。從1936年開始研究，經長期試驗，直至1966年天然氣製取還原氣和氣一固相逆流熱交換還原豎爐兩項關鍵技術的成功，才使米德萊克斯(Midrex)法發展起來。1966年在俄勒岡州波特蘭的俄勒岡鋼廠建立了直徑450mm，日產1.5t的試驗裝置。試驗成功後，於1969年在該廠建立起兩套直徑3.7m的生產裝置，每套年產量為15萬t。1971年。米德蘭·羅斯(Midland-ROSS)公司為聯邦德國科夫公司(Korf-stahl AG)在漢堡建立起年產40萬t的直接還原鐵生產廠。從此，米德萊克斯法豎爐在世界上迅速發展，已成為技術較成熟，生產量最大的直接還原連續鑄鋼|煉鐵法。截至1992年底統計，世界上已建成和在建的米德萊克斯生產裝置年產能力為2114.8萬t。
基本原理
基本原理及工藝過程：米德萊克斯豎爐是氣、固相逆流熱交換和還原反應。鐵礦石在下降的過程中，被熱還原氣加熱和還原。豎爐直接還原流程由豎爐、還原氣重整爐(亦稱制氣爐)、爐頂氣及冷卻氣淨化、煙氣廢熱回收等部分組成。對於直接還原鐵需外售並遠距運輸的工廠，豎爐可取消冷卻區而加進直接還原鐵的熱壓系統。
豎爐的特點
(1)爐頂受料漏斗設有料面探測和報警裝置。下料總管406mm，管長6.1m，下料總管採取動力學氣體密封裝置，還設有兩個切斷閥用作長時間停爐時切斷料流和氣流。總管下接布料分配箱，箱下有16根布料支管，保證均勻布料。
(2)豎爐內有3層破碎輥，上層為3輥，輥為水冷，位於冷卻氣導出管上部。下兩層破碎輥為2輥，位於圓錐體下部。破碎輥作用為:保證下料均勻;破碎黏結的爐料;控制下料量。各輥均用液壓驅動，擺動角45°，按擺動頻率控制下料量。
(3)冷卻氣分配器和集氣管。是保證直接還原鐵均勻冷卻的重要部件，冷卻風帽倒裝在豎爐圓錐部的中心，冷卻氣從風帽進入爐內，冷卻氣上行，冷卻熱直接還原鐵。冷卻氣加熱後經3根橫跨豎爐斷面的導出管被抽出豎爐、出爐後的熱冷卻氣進入冷卻氣的洗滌塔洗滌。
(4)排料系統。在黏結爐料破碎輥的下面，設有一個料面指示報警器，保證排料氣體密封裝置正常工作並與擺桿式容積排料機聯動運行。排料部分氣封原理與爐頂下料總管的氣封原理相同。
(5)擺桿式容積排料機。在下密封管的下端，有一彎月形底板，在出料管上裝一擺桿，由液壓傳動系統控制往復運動，將管內直接還原鐵排到皮帶運輸機上。用擺桿擺動的頻率來控制排料量。
還原氣重整爐
又稱制氣爐或轉化爐。與年產40萬t直接還原豎爐配套的重整爐長3.9m，寬為10m，爐牆耐火材料厚300mm，隔熱層厚為80mm，爐頂厚230mm，爐子外面可以是鋼殼，也可以是耐火磚牆。
冷卻氣洗滌塔
米德萊克斯豎爐採用複合型除塵淨化裝置。洗滌系統由文丘里管，填料洗滌塔和錐心除霧器3部分合成。洗滌塔功用有3項：
(1)使氣體由450℃冷卻到350℃；
(2)使氣體含塵量由6000mg/m3降到4mg/m3以下；
(3)氣體除霧。洗滌塔壓降為13.73kPa。
爐頂氣洗滌塔
其特性和結構與冷卻氣洗滌塔相同。爐頂氣和冷卻氣洗滌塔除塵量約為產品產量的2%。洗滌水經閉路或開路循環水系統處理。
氣體壓縮機
採用兩級串聯組合方式，第1級加壓用兩台壓縮機並聯，保證需要的氣量；第2級加壓為一台壓縮機，保證所需的壓力。壓縮機入口壓力13.73kPa，50℃；出口為122.58kPa，90℃，額定流量為70000m3/h，每台壓縮機都有一個完善的水噴霧系統連續清洗機器並吸收壓縮機的熱量。
冷卻系統壓縮機
是一台與過程氣體壓縮機相同的單機。入口壓力為44.13kPa，溫度35℃；出口壓力89.24kPa，40℃，流量為54000m3/h，也有同工藝氣體壓縮機相同的噴霧系統。
惰性氣體系統
為保證工廠安全和獲得有效的動力密封氣以防止空氣進入工藝過程，需要3種不同功能的惰性氣體系統：
(1)密封氣系統。可由轉化爐煙氣供給，一般含氧量<1.5%最多不過3%。煙氣經冷卻、淨化、脫水、加壓後供給豎爐頂部和底部動力學密封用。也可作為儀表脈衝清洗、壓縮機清洗和系統其他目的的清洗。用量為1000～2000m3/h。
(2)清洗氣系統。保證在停電或大事故時從還原系統來的燃燒氣的清洗。壓力為1029.7kPa，清洗氣的貯罐為2600m3。貯氣量應保證工藝過程系統能達到微正壓以防空氣滲入。
(3)緊急事故惰性氣體系統。當轉化爐系統發生停電等事故不能正常工作時，則需要由緊急惰性氣體系統供給密封氣。為此，要備有一個獨立惰性氣體發生器。用燃料和適當空氣燃燒產生成分合格的惰性氣體。氣量為600m3/h，此氣體經冷卻並加壓至14.71～78.45kPa後，用於全系統緊急分配。此系統必須備有事故電源和水源以保證任何狀態下的順利工作。
技術經濟指標
技術經濟指標與原料性質密切相關。米德萊克斯法豎爐對原料有各種要求：
(1)粒度。對氧化球團或塊礦，一般要求10～30mm，<5mm的粉末不應大於5%。
(2)機械強度。應能保證運輸周轉不產生粉末。
(3)還原性。為保證豎爐高產，要求還原性好。
(4)抗爆裂性。要求加熱還原過程不爆裂。
(5)化學成分。
豎爐直接還原對礦石成分的要求主要決定於後步煉鋼對直接還原鐵成分的要求。為了煉鋼能得到較好的技術經濟指標，歐洲共同體國家對直接還原鐵的一級品礦石要求為P≤0.05%，(SiO2+A12O3)/Fe×100≤5，直接還原鐵在電爐冶煉配料為100%時，保證電爐噸鋼的渣量≤150kg。
由於熱回收系統的不斷改進，豎爐生產的總能耗不斷降低，情況如下：
(1)煙氣熱量不回收時生產1t直接還原鐵的燃料消耗為15.16GJ/t。
(2)當用煙氣預熱空氣到480℃時生產1t直接還原鐵的燃料消耗降至12.75GJ/t。
(3)將空氣預熱至540℃，工藝過程氣預熱到400℃時，就地轉化，能量降至11.50GJ/t。
(4)將空氣預熱至650℃，工藝過程氣預熱到540℃，就地轉化，能量降至9.90GJ/t。
展望
隨著鋼鐵工業的發展，廢鋼循環量越來越多，廢鋼中有害雜質量不斷積累，為保證鋼材質量，必須生產直接還原鐵來調整鋼的成分，使鋼中有害元素在限量之內。考慮到天然氣資源衰竭，正研究米德萊克斯法用煤制氣和直接用煤作還原劑的電熱法，技術上雖已經取得成功，與使用天然氣豎爐相比，在經濟上尚缺乏競爭能力。
