·172* 北京科技大学学报 2007年增刊1 还原的机理和实验研究，获得了大量的理论依据和 作用，一定程度上隔绝了球团内部与环境气氛，因 实验数据，充分证明由含碳球团自还原作用生产金 而使球团可在氧化性气氛下进行还原反应， 属铁是完全可以实现的.在此基础上，开始了大量 含碳球团制造所采用的研磨、配料、混合设备 的半工业、工业试验， 必须保证球团的化学成分精确及矿煤的均匀混合， 1992年，北京科技大学和当时的舞阳钢铁公司 煤粉的粒度应在0.25mm以下，矿粉粒度小于0.1 合作，自行设计和建设了一座直径3m,年生产能 mm.还原剂用煤一般为无烟煤，要求固定碳>75%， 力3000t的试验用转底炉，于1992年5月开始第 挥发分<20%，低灰分，低硫.挥发分高，球团还 一次半工业试验，同年12月至1993年2月进行了 原后强度差，不能满足熔分炉的要求， 第二次半工业试验.这是在我国建设的第一座用于 冷固结含碳球团应满足恰当的物理和力学性 铁矿石直接还原的转底炉.由于设备原因和缺乏操 能，在输送、加热、还原的过程中粉化率最低，为 作经验，产品的平均金属化率只达到76%~78%. 达到这一要求，首先必须选用合适的特殊粘结剂配 1996年，北京科技大学和鞍山市科委合作，在 方，其次采用合理的造球技术.传统造球技术多采 鞍山汤岗子铁矿建成了一座转底炉试验装置，转底 用圆盘滚球机，对原料粒度要求比较高，因此需要 炉平均直径5.5m,炉底有效宽度2.0m,炉底面积 配备相应规格的磨料设备.目前所采用的对辊压球 30m2,设计油烧嘴12个.1997年6月8日，开始 技术对原料粒度要求相对较低，生产率高，球团强 热态试验，6月19日完成了第一次热试，这次试验 度好，美国动力钢公司原来采用滚球技术，后来也 是北京科技大学在舞阳钢铁公司的转底炉生产试验 改为压球技术.目前所生产的含碳球团的强度指标 的继续.试验初步取得了良好的结果：产品的金属 一般为：湿球0.5m落下次数4~7次，湿球抗压6~ 化率稳定，达80%一85%：操作容易，证明转底炉生 7kg/个：干球1m落下次数10~15次，干球抗压 产直接还原铁是可行的， 75一95kg/个.完全可以满足转底炉生产的要求. 北京科技大学治金喷枪研究中心自1998年以 2.2转底炉喂料和出料设备 来，一直致力于转底炉生产金属化球团一一熔分炉 转底炉内含碳球团升温、反应所需热量主要来 熔分双联工艺的研究开发，并从2000年着手设计工 源于炉壁、炉气的辐射传热，因此要求炉内球团薄 业规模的转底炉，现在已经在山西和河南的两家钢 层均匀布料.根据这一特点，研制出振动布料机， 铁公司建成了中径13.5m,炉底面积100m2的转底 实现在转底炉炉底横向、径向都均匀布料，避免机 炉2台，设计年生产能力为金属化球团矿7万 械强度有限的球团破碎，避免原料堆积和料层不 t.2001年12月山西翼城的转底炉建成，举行了开 均.振动给料科机兼有筛除球团粉末的作用.该装置 炉仪式，并生产出一批合格的金属化球团矿.由于 易于维护，且允许在各种生产率下操作 山西翼城明亮钢铁公司的高炉煤气不能持续稳定供 螺旋出料机的功能是将还原后的金属化球团卸 应，转底炉炉温难以保持必要的水平，因此被迫停 出炉外，因处理的金属化球团温度为1000℃左右， 炉，解决煤气供应问题.河南巩义永通钢铁公司的 所以必须耐热耐磨，螺旋采用水冷，叶片上堆焊硬 转底炉于2003年11月试运转成功，但由于诸多因 质合金，由北京科技大学治金喷枪研究中心专门设 素的制约，一直处于停炉状态.2005年9月山西明 计，该装置可使成品金属化球团从炉膛顺利排出且 亮钢铁公司、北京科技大学与山东瑞拓公司合作， 不产生大量粉末，螺旋本身也易于拆卸和维修 对转底炉进行完善和改造，于2006年4月进行试生 2.3金属化球团冷却设备 产，取得成功，生产出金属化球团，金属化率达到 不同于氧化球团，高温金属化球团在大气中易 80%以上，各项经济指标达到预期的结果 于氧化，因此，设计金属化球团冷却机时应考虑到 防止再氧化.熔分炉采用热装时同样需要采取防氧 2转底炉含碳球团炼铁关键技术 化的措施. 2.4炉子热工 2.1含碳球团成球技术 转底炉高温快速还原，关键炉温必须保持在 冷固结含碳球团是实现转底炉直接还原工艺的 1350℃左右，国外使用天然气为燃料，容易实现大 关键因素，具有与一般氧化球团和块矿不同的还原 于1350℃的炉温.我们采用发生炉煤气或者高炉煤 方式，是靠内部碳进行自身直接还原，无需外部提 气，实现办法主要采取高风温和煤气预热.另一方 供还原剂.还原产生的CO在球团周围形成自封闭• 172 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 还原的机理和实验研究，获得了大量的理论依据和 实验数据，充分证明由含碳球团自还原作用生产金 属铁是完全可以实现的．在此基础上，开始了大量 的半工业、工业试验． 1992 年，北京科技大学和当时的舞阳钢铁公司 合作，自行设计和建设了一座直径 3 m，年生产能 力 3000 t 的试验用转底炉，于 1992 年 5 月开始第 一次半工业试验，同年 12 月至 1993 年 2 月进行了 第二次半工业试验．这是在我国建设的第一座用于 铁矿石直接还原的转底炉．由于设备原因和缺乏操 作经验，产品的平均金属化率只达到 76%~78%． 1996 年，北京科技大学和鞍山市科委合作，在 鞍山汤岗子铁矿建成了一座转底炉试验装置，转底 炉平均直径 5.5 m，炉底有效宽度 2.0 m，炉底面积 30 m2 ，设计油烧嘴 12 个．1997 年 6 月 8 日，开始 热态试验，6 月 19 日完成了第一次热试，这次试验 是北京科技大学在舞阳钢铁公司的转底炉生产试验 的继续．试验初步取得了良好的结果：产品的金属 化率稳定，达 80%~85%；操作容易，证明转底炉生 产直接还原铁是可行的． 北京科技大学冶金喷枪研究中心自 1998 年以 来，一直致力于转底炉生产金属化球团——熔分炉 熔分双联工艺的研究开发，并从 2000 年着手设计工 业规模的转底炉．现在已经在山西和河南的两家钢 铁公司建成了中径 13.5 m, 炉底面积 100 m2 的转底 炉 2 台，设计年生产能力为金属化球团矿 7 万 t．2001 年 12 月山西翼城的转底炉建成，举行了开 炉仪式，并生产出一批合格的金属化球团矿．由于 山西翼城明亮钢铁公司的高炉煤气不能持续稳定供 应，转底炉炉温难以保持必要的水平，因此被迫停 炉，解决煤气供应问题．河南巩义永通钢铁公司的 转底炉于 2003 年 11 月试运转成功，但由于诸多因 素的制约，一直处于停炉状态．2005 年 9 月山西明 亮钢铁公司、北京科技大学与山东瑞拓公司合作， 对转底炉进行完善和改造，于 2006 年 4 月进行试生 产，取得成功，生产出金属化球团，金属化率达到 80％以上，各项经济指标达到预期的结果． 2 转底炉含碳球团炼铁关键技术 2.1 含碳球团成球技术 冷固结含碳球团是实现转底炉直接还原工艺的 关键因素，具有与一般氧化球团和块矿不同的还原 方式，是靠内部碳进行自身直接还原，无需外部提 供还原剂．还原产生的 CO 在球团周围形成自封闭 作用，一定程度上隔绝了球团内部与环境气氛，因 而使球团可在氧化性气氛下进行还原反应． 含碳球团制造所采用的研磨、配料、混合设备 必须保证球团的化学成分精确及矿煤的均匀混合， 煤粉的粒度应在 0.25 mm 以下，矿粉粒度小于 0.1 mm．还原剂用煤一般为无烟煤，要求固定碳>75％， 挥发分<20％，低灰分，低硫．挥发分高，球团还 原后强度差，不能满足熔分炉的要求． 冷固结含碳球团应满足恰当的物理和力学性 能，在输送、加热、还原的过程中粉化率最低．为 达到这一要求，首先必须选用合适的特殊粘结剂配 方，其次采用合理的造球技术．传统造球技术多采 用圆盘滚球机，对原料粒度要求比较高，因此需要 配备相应规格的磨料设备．目前所采用的对辊压球 技术对原料粒度要求相对较低，生产率高，球团强 度好．美国动力钢公司原来采用滚球技术，后来也 改为压球技术．目前所生产的含碳球团的强度指标 一般为：湿球 0.5 m 落下次数 4～7 次，湿球抗压 6～ 7 kg/个；干球 1 m 落下次数 10～15 次，干球抗压 75～95 kg /个．完全可以满足转底炉生产的要求． 2.2 转底炉喂料和出料设备 转底炉内含碳球团升温、反应所需热量主要来 源于炉壁、炉气的辐射传热，因此要求炉内球团薄 层均匀布料．根据这一特点，研制出振动布料机， 实现在转底炉炉底横向、径向都均匀布料，避免机 械强度有限的球团破碎，避免原料堆积和料层不 均．振动给料机兼有筛除球团粉末的作用．该装置 易于维护，且允许在各种生产率下操作． 螺旋出料机的功能是将还原后的金属化球团卸 出炉外，因处理的金属化球团温度为 1000℃左右， 所以必须耐热耐磨，螺旋采用水冷，叶片上堆焊硬 质合金，由北京科技大学冶金喷枪研究中心专门设 计．该装置可使成品金属化球团从炉膛顺利排出且 不产生大量粉末，螺旋本身也易于拆卸和维修． 2.3 金属化球团冷却设备 不同于氧化球团，高温金属化球团在大气中易 于氧化，因此，设计金属化球团冷却机时应考虑到 防止再氧化．熔分炉采用热装时同样需要采取防氧 化的措施． 2.4 炉子热工 转底炉高温快速还原，关键炉温必须保持在 1350℃左右，国外使用天然气为燃料，容易实现大 于 1350℃的炉温．我们采用发生炉煤气或者高炉煤 气，实现办法主要采取高风温和煤气预热．另一方