D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.01.009 第26卷第1期 北京科技大学学报 VoL26 No.1 2004年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2004 石人沟矿敞焰煤基直接还原的实验研究 冯俊小乐恺王尚槐 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要以石人沟矿为原料，石油焦为还原剂，根据正交实验原理，在盖碳敞焰加热条件下， 进行了直接还原的实验研究.通过研究获得了海绵铁生产工艺的合理操作参数.实验结果同 时也表明，利用石人沟矿旷可以生产出全铁和金属化率均大于90%的海绵铁. 关键词正交实验；直接还原；海绵铁：金属化率 分类号T℉747.4 目前国内外优质冶金焦炭资源越来越缺乏，2： 实验原料 优质废钢来源也日趋短缺：大型化的高炉要求大 量优质焦炭，高功率和超高功率电炉炼钢要求大 实验使用的铁精矿粉由唐钢石人沟铁矿提 量优质原料，供求矛盾突出：节能和环境保护要 供，还原剂石油焦及粘结剂CMC由北京科技大 求钢铁工业合理组织生产，采用能源消耗少、污 学提供，经北京科技大学化学分析中心化验分析 染排放低的新工艺.为此，近些年来直接还原铁 得到精矿粉成分全铁TTe为69.8%，Fe0为27.3%， 的各种生产工艺受到了世界各国的高度重视.北 Ca0为0.3%，Al03为1.16%，Mg0为0.79%，Si02 京科技大学热能研究所海绵铁开发部在综合吸 为4.62%，S为0.038%，P为0.011%：石油焦的成分 取NMETCO法和FASTMET法以及隧道窑保 C为98.12%，V为1.29%，A为0.59%，S为2.16%.经 护铺法优点的基础上，开发出了盖碳保护敞焰加 筛分得到精矿粉和石油焦的粒度分布见表1. 热直接还原工艺COF法，本文采用COF法直 表1原料粒度分布 接还原工艺对唐钢石人沟矿进行了实验研究，确 Table 1 Size distribution of raw material 定其合理工艺操作参数， 原料种类/目0-8080-120120-160160-200200以上 石人沟矿%2.064.8826.706.1360.23 1主要实验设备及工艺 石油焦%15.107.2218.4812.2946.91 COF法直接还原工艺的主要实验设备有粉 3生球团性能 碎机、混料机、造球机、还原焙烧炉、冷却简和化 验检验设备等，实验工艺流程如图1所示： 实验原料准备好后进行配料，配料的依据是 精矿粉 直接还原反应方程，在球团的直接还原过程中， 实际上既存在氧化铁与碳的固相还原反应也存 粘结剂一 +配料石油焦粉 在氧化铁与一氧化碳的气相还原反应.将固相反 混料】 应与气相反应合并，最终的化学反应如下： FeO+C=Fe+CO 加水 造球→性能检测☐ Fe,0+3C=2Fe+3C0 (1) 化验分析冷却]焙烧盖碳 将原料按照方程(1)进行化学当量配料，每100g 精矿粉理论上需要配入19.897gC,则实际需要配 图1实验工艺流程 入石油焦为20.28g,粘结剂CMC的配入量是精 Figl Experimental technology process 矿粉和还原剂质量和的1.8%，按照此比例进行 配料，充分混匀，然后在中1.0m的圆盘造球机上 收稿日期200206-10冯俊小男，43岁，教授第 ‘ 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 加 比 俄牙 祖 从】 一 石人沟矿敞焰煤基直接还原 的实验研究 冯 俊 小 乐 恺 王 尚槐 北京科技大学机械工 程学 院 ， 北京 摘 要 以石 人沟矿 为原料 ，石 油焦为还 原剂 ， 根据 正 交实验 原理 ， 在 盖碳 敞焰加热条件下 ， 进行 了直接还原 的实验研究 通 过研究 获得 了海 绵铁 生 产 工 艺 的合 理操作参 数 实验 结果 同 时也表 明 ， 利用 石 人沟矿 可 以生 产 出全铁和 金属化 率均 大于 的海 绵铁 关键 词 正 交实验 直 接还 原 海 绵铁 金属化率 分 类号 目前 国 内外优质 冶金 焦 炭 资源 越 来越 缺 乏 ， 优质废钢 来源 也 日趋 短缺 大型化 的高炉 要求 大 量优质焦炭 ， 高功率和 超高功率 电炉炼钢 要 求大 量优 质 原料 ， 供求 矛盾 突 出 节 能和 环 境保 护 要 求钢 铁 工业 合 理 组 织 生产 ， 采 用 能源 消耗 少 、 污 染排放低 的新 工 艺 【 为此 ， 近些年来 直接还 原铁 的各种 生产 工 艺受 到 了世 界各 国的高度重视 北 京科 技 大 学 热 能研 究 所 海 绵铁 开 发部 在 综 合 吸 取 们叭 口，法 和 下 ，法 以及 隧道 窑保 护罐 法优 点 的基础 上 ， 开发 出 了盖碳保护 敞焰加 热直接还 原工 艺一毛 ，，法 本 文采用 法 直 接还 原工 艺对唐钢 石 人沟矿进 行 了实验研 究 ， 确 定其合 理 工 艺操 作参数 实验 原 料 实验 使用 的铁 精矿 粉 由唐 钢 石 人 沟 铁 矿 提 供 ， 还 原 剂石 油焦 及粘 结剂 由北 京科技 大 学提供 ， 经 北 京科技大学 化学分析 中心 化验 分析 得 到精矿 粉 成 分 全 铁 为 ， 为 ， 为 ， ， 为 ， 为 ， 为 ， 为 ， 为 石 油 焦 的成 分 为 ， 为 ， 为 ， 为 经 筛分得 到精矿 粉和 石 油 焦 的粒度 分布 见表 主 要 实验 设 备及 工 艺 法 直 接 还 原 工 艺 的主 要 实验 设 备 有 粉 碎机 、 混 料 机 、 造 球机 、 还 原焙烧炉 、 冷 却 筒和 化 验 检验 设 备等 实验 工 艺流 程 如 图 所 示 表 原料粒度分布 知 肠 舫。 抽 】 原料 种类 目 小 一 以上 石 人 沟矿 石 油焦肠 图 实验工 艺流程 馆 奴 收稿 日期 刁 冯 俊 小 男 ， 岁 ， 教授 生 球 团 性 能 实验 原料准 备 好 后进 行 配 料 ， 配 料 的依据 是 直 接还 原 反应 方 程 在球 团 的直 接还 原过 程 中 ， 实 际上 既存 在 氧 化 铁 与碳 的 固相 还 原 反应 也 存 在氧化铁 与一 氧化碳 的气 相还 原反应 将 固相 反 应 与气 相 反应 合 并 ， 最 终 的化 学 反应 如下 「 叶 厂 将 原料 按 照 方 程 进 行化 学 当量 配 料 ， 每 精矿粉 理论上 需要 配 入 名 ， 则 实际 需要配 入 石 油 焦 为 ， 粘 结剂 的配 入 量 是 精 矿 粉和 还 原剂质 量 和 的 按 照 此 比例进 行 配 料 ， 充分 混 匀 ， 然 后 在拟 的圆盘 造 球机上 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．01．009