隧道窯直接還原法是一種重要的煤基直接還原煉鐵法。這種方法是瑞典人E.Sieurin於1911年發明的。此法在瑞典已有多年的生產歷史，50年代經過技術改造後實現了機械化的生產。
基本介紹
- 中文名：隧道窯直接還原法
- 外文名：tunnel kiln direct reduction
- 類別：還原煉鐵法
- 學科：冶金工程
- 發明人：E.Sieurin
- 發明時間：1911年
介紹,發展展望,套用,工藝特點,工藝原理,
介紹
隧道窯直接還原法由固體反應罐法的機械化發展而來。最主要的固體反應罐法是赫格納斯(Hoganas)直接還原法。它是瑞典人E.Sieurin於1911年發明的。此法在瑞典已有多年的生產歷史，50年代經過技術改造後實現了機械化的生產。
該法使用高品位精礦粉(含Fe69%～70%)為原料，精礦粉經壓制後裝入黏土質或碳化矽質坩堝中，然後用還原焦粉和石灰在其周圍充填。加入的石灰量約為混合料的10%～15%，以保證有良好的脫硫效果。充填方式為間隔式或花格式多種。還原碳需配加過量，以保證還原反應充分及冷卻過程中不被再氧化。坩堝裝料後加蓋但並不密封使還原過程生成的CO從坩堝中排出後在窯中燃燒，這能提供所需熱量的約80%。裝料後的坩堝排列在台車上送入隧道窯中加熱，在30h內使之升溫到1220℃，然後經60h的保溫及冷卻，在爐料溫度下降到200℃以下時出窯，海綿鐵經清理、破碎、研磨後用磁選機分選，產品用於粉末冶金或代替廢鋼用於生產特殊鋼。
該法生產周期長、生產率低是其最大的缺點，然而設備簡單，操作容易，產品質量好是其優點，因而此法實際上仍有一定的套用價值。
發展展望
煤基直接還原煉鐵在技術成熟程度、可靠性和生產能力等諸方面還不能與高爐煉鐵相比，更談不上取代它，短期內只能成為高爐煉鐵的補充。但直接還原在鋼鐵工業中的地位日益鞏固。熔融還原具有以非焦煤為能源，可以使用粉礦或塊礦為原料，對原燃料適應性強;工藝過程可控性好;所產液態鐵水適用於氧氣轉爐精煉;可使用高密度能量;傳熱傳質好，適於強化生產;生產過程簡單，能耗低和適用於小型化生產等一系列優點，已引起世界範圍的重視。預計近10年內熔融還原流程將陸續實現工業化。
套用
1954年在瑞典的烏克塞勒松德(Oxelosund)建成一座年產3.5萬t海綿鐵的直接還原廠，它是一個機械化程度很高的現代化工廠，其工藝能耗為16.75GJ/t，其中12.56GJ/t是用煤加熱，其餘4.18GJ/t是用油加熱，電耗為100～200kWh/t。該廠現已停產。除瑞典外，在加拿大、墨西哥及美國在50年代都建立過年產2萬t左右的隧道窯坩堝海綿鐵生產廠。美國赫格納斯公司(Hoeganaes OSA)1953年建廠於Riverton有2台183m的隧道窯，額定生產能力為7萬t/a，產品為高純度海綿鐵，用以生產霧化鐵粉，還原劑為煤和油。現也已停產。
日本60年代為解決冶金鐵粉的需求在此基礎上發展了一種製取高級鐵粉的方法稱做川崎鐵粉法Kip(Kawasaki Iron Powder)系採用純淨的48目的氧化鐵皮為原料，經兩段還原及多次磁選分離後得到一種脫碳退火的優質鐵粉，此產品成分含C約0.003%，Fe約99%;日本已建一座年產2萬t的還原廠。
80年代蘇聯為解決特殊鋼生產所需超純淨重型廢鋼的需要，在烏克蘭馬基也夫(Г.Макеев)工廠建立了一個半工業試驗的隧道窯，採用高品位精礦和低灰分的煤為原料，造塊成型，利用天然氣在隧道窯中加熱還原，該 項 由 頓 涅 茨 克 工 學 院 (ДонецкийПолитехнический Институт)開展的工作已取得一定進展。
工藝特點
隧道窯罐裝法生產直接還原鐵是將精礦粉、煤粉、石灰石粉，按照一定的比例和裝料方法分別裝入還原罐中，然後把罐放在窯車上推入隧道窯中，料罐經預熱1150℃加熱還原和冷卻之後，使精礦粉還原，得到海綿鐵的方法。 隧道窯生產工藝的特點：
(1).原料、還原劑、燃料容易解決
此方法使用的原料是精礦粉（或鐵鱗），這遠比富鐵塊礦好解決，同時，生產中不需要把精礦粉先變成氧化球團，生產費用也低；還原劑是普通無煙煤粉或焦碳末，煤中灰分熔點也不要求很高；供熱的燃料是普通動力煤或煤粉，有多餘高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣、混合煤氣、石油氣的地方也可用這些氣體做熱源，還可使用發生爐煤氣或重油作為熱源。
(2).生產工藝容易掌握，生產過程容易控制
隧道窯工藝採用煤、煤氣、重油或煤粉的加熱方式，燃燒室設在沿隧道窯長度方向的兩側牆上，根據爐溫的加熱曲線調整燃量或燃氣量，使爐內溫度穩定地控制在一定的範圍內。正常反應的爐內溫度為950——1180℃。對於隧道窯車上的罐連續地從窯頭裝入窯內，經過預熱段、還原段、保溫緩冷段後，完成還原過程，進入卸料工序；因此，隧道窯工藝容易掌握，過程容易控制。
(3).設備運行穩定，產品質量均勻
隧道窯海綿鐵工藝的工序環節少，設備簡單，隧道窯的特殊結構保證了運行可靠，隧道窯本身在上述焙燒溫度下壽命很長，幾乎沒有故障可出。因為每個料罐都在同樣的氣氛下，經過同樣時間的預熱、焙燒還原、保溫緩冷的過程，在一定容積的焙燒罐內，精礦粉和煤粉按照一定的比例和裝料方法裝入焙燒罐後，在一定的焙燒溫度和焙燒時間的條件下必然能得到一定金屬化率的產品。產品質量必然是均勻的，生產實踐已證實了這一點。
工藝原理
隧道窯直接還原法的鐵精粉與還原劑在圓筒形反應罐內進行還原，反應罐裝在有燃燒室和小車可以從中通過的隧道窯內加熱，反應罐冷卻後出窯倒罐取出直接還原鐵管，用機械刷清除管內外粘附的非金屬物質的顆粒。 反應罐在窯內總運行時間包括加熱、還原、冷卻共48h左右。
赫格納斯法的工藝流程、隧道窯和台車坩堝如圖所示。原料為高品位精礦和低灰分焦粉，用燃料油加熱。圓筒坩堝直徑450mm，高約2.5m裝在軌道台車上，隧道窯長165m，預熱段50m，均熱和冷卻段分別為55m和60m，窯內可停放68個台車，每個台車有20個坩堝，坩堝在1220℃的高溫段停留30小時，總的停留時間為90h。主要的還原反應為
Fe3O4+4C=3Fe+4CO
典型的赫格納斯直接還原鐵成分為：TFe～97%，MFe約93.0%，金屬化率約95.9%，Fe約4.0%，C約0.2%，S約0.008%，P約0.012%;脈石約1.6%。
