陳正東¹  李友兵²

 (1、黃岡市中基窯爐有限公司；2、湖南華鼎礦業(yè)有限公司)

摘要：還原鐵的發(fā)展方向應是處理我國低品位難選冶的鐵礦。對含鐵35%的泥盆系沉積土狀褐鐵礦，經(jīng)華氏低溫固相還原隧道窯，鐵粉品位為98.6%。含磷鮞狀赤鐵礦脫磷達63%。鐵粉品位95%，回收率都在95%以上。

關(guān)鍵詞：低品位礦、降低生產(chǎn)成本、分壓比、還原鐵隧道窯

前言

    我公司—中基窯爐有限公司是生產(chǎn)各種窯爐設備的專(zhuān)業(yè)機構。座落在山青水秀的文明古城湖北省黃岡市，是國內最大的直接還鐵隧道窯生產(chǎn)企業(yè)之一，擁有國家<<二級窯爐施工資質(zhì)>>和<<安全資質(zhì)>>，是中國粉末冶金協(xié)會(huì )理事單位，黃岡市窯爐協(xié)會(huì )會(huì )員單位。并有多項直接還原鐵隧道窯實(shí)用型專(zhuān)利和發(fā)明專(zhuān)利，成功應用于直接還原鐵隧道窯的設計和施工，公司在國內外已成功建造了近百條還原鐵隧道窯，得到了用戶(hù)的一致好評。

    還原鐵已經(jīng)不是新概念，它的用途主要是三大方面：一是用于煉鋼，二是用于粉末冶金，三是用于化工。目前生產(chǎn)還原鐵的原料來(lái)源主要是兩塊，一塊是鋼廠(chǎng)的氧化鐵皮，一塊是純度達71%的高純磁鐵礦。由于高純磁鐵礦的原料很有限，價(jià)格高，貨源不穩定，使得煉鋼海綿鐵的生產(chǎn)也不穩定。氧化鐵皮的產(chǎn)量更有限，基本被鋼廠(chǎng)自己壟斷

    而中國又是鋼鐵的生產(chǎn)大國和使用大國。鐵礦石儲量我國雖然是一個(gè)大國，但易選冶的鐵礦卻非常有限，主體礦石還是依賴(lài)進(jìn)口。根據統計，現在世界上的鐵礦出口，有一半多被中國買(mǎi)回來(lái)了。中國現有的鐵礦石大多是難選、極難選的低品位鐵礦。最有代表性是湘西、鄂西地區的含磷鮞狀赤鐵礦。根據地質(zhì)資料，上述兩地區的含磷鮞狀赤鐵礦的遠景儲量達數百億噸，還有湘南地區泥盆系沉積的土狀褐鐵礦，在郴州到欽州一線(xiàn)也有數十億噸儲量，這幾處的鐵礦都曾被評為極難選冶的鐵礦。

    本文的重點(diǎn)就是向大家匯報、我公司在處理低品位難選冶、鐵礦方面的研究成果和展望其發(fā)展方向。

一、對泥盆系沉積的土狀褐鐵礦研究

    泥盆系沉積的土狀褐鐵礦，最有代表的是湖南省藍山縣太平低品位鐵錳礦。在37平方公里的礦區范圍內，遠景儲量達3億噸。曾被有關(guān)部門(mén)定義為極難選冶、無(wú)工業(yè)開(kāi)采價(jià)值的呆礦。2010年我公司和湖南省華鼎礦業(yè)合作，針對該礦的特點(diǎn)，量身定做了焙燒該礦的專(zhuān)用的隧道窯，獲得了圓滿(mǎn)地成功。該隧道窯我們定名為：華氏低溫固相還原鐵隧道窯。

    該礦石的特點(diǎn)是沉積未變質(zhì)，是極易水化的粘土質(zhì)，常規選礦根本無(wú)法進(jìn)行。鐵的品位在37%、錳是7%，還含有1～1.5%的鉛鋅。我們在對該礦深入研究后修建了華氏低溫固相還原鐵隧道窯。窯長(cháng)168米，尾氣溫度200度，助燃的空氣經(jīng)冷卻段熱交換器，溫度達350度，平均一噸鐵粉只需0.85噸的燃料煤。因為鐵礦是華鼎礦業(yè)自己的礦山，且為露天開(kāi)采，每噸約為50元，加上礦權價(jià)款和資源稅，一噸干基礦石的進(jìn)爐價(jià)低于100元。所以一噸鐵粉的生產(chǎn)成本約為1800元，鉛鋅在煙道灰中回收，焙燒好的礦石經(jīng)過(guò)球磨磁選，回收金屬鐵粉，磁選的尾砂含錳為19%。且錳全部被還原為二價(jià)錳，該尾砂是電解錳的優(yōu)質(zhì)原料，故無(wú)需尾砂庫。

    公司和華鼎礦業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，發(fā)揮各自的長(cháng)處，完成難選冶鐵礦科研，從而取得很好的社會(huì )效益，是一種很好的模式。我公司在遼寧朝陽(yáng)金麟鐵粉廠(chǎng)、設計制造，寬斷面金屬框架全棉海綿鐵隧道窯、也是采用這個(gè)模式，在節能環(huán)保上非常好，大大降低生產(chǎn)成本。

二、對含磷鮞狀赤鐵礦的研究

    含磷鮞狀赤鐵礦最具有代表性，因為該礦儲量大，分布廣。對它的研究，有重大的經(jīng)濟效益。和國內一家著(zhù)名大公司合作，現在已取得階段性成果。含磷鮞狀赤鐵礦的成分如下：含鐵38.02%、鈦0.14%、釩0.056%、磷1.04%、硫0.073%。該礦主要是分布在湘鄂西部，儲量巨大。首都鋼鐵公司、武漢鋼鐵公司都花巨資獲得礦權，由于含磷太高一直未能大規模投產(chǎn)。國內的多家科研機構對脫磷進(jìn)行了多年的研究，進(jìn)展并不理想。原因是磷存在于鮞狀的中心，常規選礦無(wú)法實(shí)現。

    針對該礦的特點(diǎn)，我們設計了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的梭式窯，做中等規模的實(shí)驗，該礦的要求，主要是三點(diǎn)：一是在低溫下還原出鐵來(lái)，二是脫磷，三是節能降耗。最難的是脫磷。該項目還未做完，只有階段性的成果。由于鐵的含量只有38%，三噸原礦才能焙燒出一噸鐵粉，如果磷被鐵粉富集，那么鐵粉中磷的含量為3%。鐵精粉中的含磷量已降到0.57%，原理已弄清，方法已找到，將鐵精粉中的磷降到0.1%以下，只是時(shí)間問(wèn)題。

三、還原鐵的發(fā)展方向

    在前文我們講過(guò)，中國是鋼鐵生產(chǎn)大國，同時(shí)也是鐵礦進(jìn)口大國。我國的鐵礦大多是難選冶的低品位的鐵礦。高純鐵礦在我國儲量有限，不是我們的發(fā)展方向。用低溫固相還原法，處理難選冶、低品位鐵礦、才是我們的發(fā)展方向，這才符合我國的國情，根據我們的研究成果，該方向有廣闊的前景。作為研究生產(chǎn)窯爐的專(zhuān)門(mén)機構，我們責任重大、任重道遠。

1、CO2和CO的分壓比滿(mǎn)足還原要求時(shí)的去罐研究

    還原鐵的生產(chǎn)過(guò)程中，碳化硅罐是一個(gè)重要的成本。在無(wú)罐還原方面，國內很多企業(yè)做過(guò)大量的研究，但鮮有用于成功生產(chǎn)的。核心問(wèn)題是CO2和CO的分壓比不能滿(mǎn)足還原要求。

C+ CO2=2CO------------------（1）(吸熱)

   C+O2=CO2-------------------- （2）(放熱)

3 CO+Fe2O3=2Fe+ 3CO2-----（3）

P(CO)／P(CO2)=K

    分壓比K和還原溫度成反比，和反應速度成正比。在1150度K值大于100有助還原快速進(jìn)行。在1150度還原時(shí)，必須要把維持高溫的火焰與球團隔離。因為反應2是放熱反應，反應1為吸熱反應。要維持高溫就一定有大量的二氧化碳，除非在1300度以上。要保證K值，又要去罐，只有三條路可走：一是用礦土本身做罐，罐當燒結礦用，罐內做還原鐵；二是讓球團穿衣；三是采用豎爐。這些都有廣泛研究前景，我公司也已取得了較滿(mǎn)意的研究結果。

2、脫雜研究

    傳統的煉鋼方法是先富集選礦后再上高爐還原，有些礦在前期選礦不可能，我公司的研究方向就是先還原后選礦。比如含磷鐵礦，前期脫磷基本不可能，在配制球團時(shí)就要加入脫磷劑，還原后磷以熬合物的形式進(jìn)入渣相。這方面的研究我們已取得階段成果。這方面的技術(shù)，由于與合作單位有保密協(xié)定，不便詳談

3、海綿鐵裝卸料設備的研發(fā)

    自動(dòng)化裝卸料設備，是還原鐵發(fā)展走向現代化、規?；I(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物。公司研發(fā)的自動(dòng)化裝卸料系統、在遼寧本溪鋼廠(chǎng)成功應用，它省時(shí)省工省力，極大地提高了工作效率，得到廠(chǎng)家好評。同時(shí)，國內外生產(chǎn)廠(chǎng)家到現場(chǎng)考察，遼寧朝陽(yáng)、大石橋己成功安裝生產(chǎn)，效果顯著(zhù)，并岀口馬來(lái)西亞和朝鮮等，為還原鐵的可持續發(fā)展提供了有力的保證。

4、節能研究

    節能是我們生產(chǎn)窯爐企業(yè)的重要內容。根據能量守恒原理。能量的來(lái)源是、燃燒的煤、或可燃性氣體，能源接受方是：

①、生成的氣體物質(zhì)帶走一部分能量

②、燒紅的固體物質(zhì)帶走一部分能量

③、還原反應消耗一部分的能量

④、結晶水的汽化消耗一部分能量

⑤、壁面傳導損耗一部分能量

⑥、整個(gè)爐體的輻射，損耗一部分能量。

助燃空氣中的氧氣只占20%，大部分是氮氣，約為氧氣的4倍。

窯內外排物的熱容如下：

AL2O3(固)  79.04 JK-1mol-1

SiC(固)   29.8JK-1mol-1

N2（氣）  29.21JK-1mol-1

CO2（氣）37.11JK-1mol-1

Fe(固)    25.1JK-1mol-1

H2O（氣）25.5JK-1mol-1

    由于氮氣的分子量小，按重量來(lái)計，氮氣的熱容是二氧化碳的2.5倍，重量又是氧氣的四倍，所以氮氣帶走的熱量是非常大的。根據計算無(wú)熱風(fēng)助燃時(shí)，一公斤煤所產(chǎn)生的煤氣的熱量（4200大卡）僅被氮氣氣體帶走的能量是934.61大卡，占總能量的22.25%。所以要節能，最要緊的是，要熱風(fēng)助燃和降低尾氣溫度。

5、公司建造窯爐的基本原則

        ①、根據業(yè)主產(chǎn)量的不同，燃料各異而設計大、中、小型隧道窯。

②、各段結構配置合理，能很好地適應不同鐵粉還原工藝及產(chǎn)量要求。

③、隧道窯長(cháng)或短多處采用特殊結構，節能降耗，環(huán)保高產(chǎn)。

④、隧道窯窯外工藝有：鐵粉干燥、裝、卸、破、壓等根據產(chǎn)量不同而設計自動(dòng)或半自動(dòng)機械化。

⑤、熱風(fēng)350℃助燃。

⑥、預熱帶占總長(cháng)度的25%，充分預熱。

⑦、調整窯壓平衡，使尾氣的溫度降到200℃以下，降低尾氣的溫度比另外干燥的意義要大得多。

⑧、窯頂和墻面的保溫要好，既要耐火還要保溫。

中國直接還原鐵行業(yè)的發(fā)展，離不開(kāi)在座各位的辛勤付出，作為在這個(gè)行業(yè)摸爬滾打十幾年的專(zhuān)業(yè)機構，我們在節能降耗、環(huán)保高產(chǎn)、低品位鐵礦工藝技術(shù)方面成果顯著(zhù)，窯爐設計和建造技術(shù)日趨成熟。公司將竭誠為大家提供一流的服務(wù)，為我國直接還原鐵行業(yè)的發(fā)展作出積極的貢獻！

歡迎在座的各位領(lǐng)導、各位專(zhuān)家到中基窯爐公司和所建造的窯爐基地參觀(guān)考察、指導工作！

       謝謝大家！