隧道窑工艺介绍

隧道窑工艺介绍

隧道窑罐装法生产直接还原铁（海绵铁）是瑞典人在1911年首先用于工业生产直接还原铁（海绵铁）的方法，经过多年的技术发展，已经是一种有效的生产直接还原铁（海绵铁）的方法。一九九二年河北东瀛有限责任公司在此基础上进行了大量的技术改进和创新，研制开发了新型的隧道窑直接还原铁（海绵铁）生产法。开创了在我国使用隧道窑生产海绵铁的新纪元，在此后经过不断的改进和完善，形成了无论从投资规模的大与小、无论自动化程度的高与低的系列海绵铁生产工艺，它能满足各种环境、各个区域、各种投资人群的要求，河北东瀛有限责任公司所研制开发的各种工艺无论从投资比例还是投资效益、无论从产品成本还是对原料要求、无论从产品质量还是工艺的成熟性、设备运行的可靠性、稳定性，无论从节能还是环保在我国都是唯一可信赖的、也是遥遥领先的。它是将精矿粉、煤粉、石灰石粉，按照一定的比例和装料方法，分别装入还原罐中，然后把罐放在罐车上，推入条形隧道窑中或把罐直接放到环形轮窑中，料罐经预热1150℃加热焙烧和冷却之后，使精矿粉还原，得到直接还原铁（海绵铁）的方法。

使用隧道窑直接还原铁（海绵铁）生产工艺已有几十条生产线建成投产。当精矿粉含铁67%以上时，此法生产的直接还原铁（海绵铁）实物分析结果是：C≥0.04%, S<0.01%, P<0.02%, SiO2<3%, MFe≥86%, TFe≥92% M≥94%。

1.隧道窑生产工艺的特点：

(1)原料、还原剂、燃料容易解决

此方法所用的原料是精矿粉或品位≥60%的赤铁矿或褐铁矿，这远比富铁块矿好解决，同时，生产中不需要把精矿粉先变成氧化球团，生产费用也低，而且生产中不添加任何粘结剂，这样避免了原料的污染；还原剂是普通无烟煤粉或焦碳末，煤中灰分熔点也不要求很高；供热的燃料是普通动力煤或煤粉，有多余高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、混和煤气、石油气的地方也可用这些气体做热源，还可使用发生炉煤气或重油作为热源，使用范围十分广阔。

当前我们把优质、磨细、高品位的铁精矿供给高炉冶炼使用，不但不能充分发挥这种精矿自身的优点，而且还会带来不利影响，技术经济上并不合算。

(2)生产工艺容易掌握，生产过程容易控制

隧道窑工艺采用煤、煤气、重油或煤粉的加热方式，燃烧孔设在沿隧道长度方向的两面侧墙上或炉顶上，根据炉温的加热曲线调整燃量或燃气量，使炉内温度稳定地控制在一定的范围内。正常反应的炉顶温度为950～1180℃。对于条形隧道窑车上的焙烧罐连续地从窑头装入窑内，经过预热段、还原段、保温缓冷段后，完成还原过程，进入卸料工序；对于环行窑，窑内的焙烧罐在加热煤粉喷嘴的交变作用下，经过预热阶段，还原阶段和保温缓冷阶段之后，完成还原过程，精矿粉和煤粉的比例和装罐方法很容易掌握，焙烧温度和焙烧时间也不难实现，因此隧道窑工艺容易掌握，过程容易控制。

(3)设备运行稳定，产品质量均匀

隧道窑直接还原铁（海绵铁）工艺的工序环节少，设备简单，条形隧道窑的特殊结构保证了运行可靠；隧道窑本身在上述焙烧温度下寿命很长，几乎没有故障可出。因为每个料罐都在同样的气氛下，经过同样时间的预热、焙烧还原、保温缓冷的过程，在一定容积的焙烧罐内，精矿粉和煤粉按照一定的比例和装料方法装入焙烧罐后，在一定的焙烧温度和焙烧时间的条件下，必然能得到一定金属化率的产品。产品质量必然是均匀的，生产实践已证实了这一点。

(4)固定资产投资少

年产2万吨的隧道窑直接还原铁（海绵铁）的吨铁投资仅为300～400元，比单纯建小高炉一个工序的投资还便宜，规模加大投资会更少。

(5)生产成本低

我国从马来西亚、澳大利亚、南非、印度进口的直接还原铁（海绵铁）的到厂价为4000元/吨以上；1993年天津无缝钢管公司所建的年产30万吨直接还原铁（海绵铁）厂的吨铁成本为4500元，国内其它简易回转窑生产的直接还原铁（海绵铁）成本也在3200元/吨以上。而用隧道窑工艺，在靠近精矿粉产地的地方建直接还原铁（海绵铁）厂，每吨直接还原铁（海绵铁）的成本在1600～1900元之间，成本差距巨大，市场竞争力无法对比。

(6)工厂的规划灵活

隧道窑直接还原铁（海绵铁）工艺两条或叁条隧道窑为一组，每组生产直接还原铁（海绵铁）2～15万吨，一个工厂可同时建一组或多组，当资金暂时紧张时，还可建年产1万吨的一条隧道窑，投资为400万元左右，规模灵活。吨铁投资和成本不因规模变化而有悬殊变化。

(7)具有更广泛的应用潜力

用含铁67%以上的精矿粉生产的直接还原铁（海绵铁），可做为电炉炼钢的原料；用含铁71.5%以上的精矿粉生产的直接还原铁（海绵铁），可用于粉末冶金。

(8) 没有污染

由于精矿粉在隧道窑中，焙烧还原游离铁的过程是一种高温下的化学变化，还原反应物主要是CO2和金属铁，没有水污染和噪声污染，只有燃煤时产生的粉尘，并经过窑内沉降，经烟囱排出，不污染环境。

(9)冷压块

由于采用了本公司的专利生产直接还原铁（海绵铁）压块，可根据用户需要自由配碳，并压制成各种形状、重量的冷压块。能满足不同用户的不同要求，从而扩大了市场的供应范围。(10)设备简单

隧道窑工艺一般只由还原炉、台车、过渡车、顶车机、测温仪表、烟囱等简单易操作设备组成。

(11)上马快,建设周期短

一条年产2万吨直接还原铁（海绵铁）生产线建设周期仅为2个月。

从上面的数据和分析可以看出，隧道窑直接还原铁（海绵铁）生产工艺在投资少、成本低、运行稳定方面更为突出，因此，应在有精矿粉的地方大力发展隧道窑直接还原铁（海绵铁）。

2.生产工艺：

焦粉或煤粉+精矿粉+石灰石粉-装罐-入炉焙烧—冷却—成品检验—入库。精矿粉、焦粉或煤粉，石灰粉按一定比例装罐，人工码放在台车上，由推进器推入炉内，经预热、加热并保温一定时间后出炉，空冷后卸罐，成品经检验合格后入库。罐体、台车循环使用，采用人工加煤，自然燃烧的方式，每天每条线可生产34吨，正常情况下年产量1万吨，两条线为一组，年产量为2万吨。

3.主要设备：

(1)隧道窑(2)台车(3)推进器(4)烟囱(5)仪表

4.辅助工程：

一条年产1万吨直接还原铁（海绵铁）生产线占地长120m，宽24m。

车间采用简易罩棚，不设天车，长120m，宽24m，建筑面积2880m，2条线年产2万吨，占地长120m，宽36m。

5.电力：

年产1万吨直接还原铁（海绵铁）生产线装机容量为120kv·A，主要用于驱动推进器和车间照明，2条线总装机容量为160kv·A。

6.供水：

本工程生产不用水，只考虑生活用水，用量很小。

7.投资估算

年产1万吨直接还原铁（海绵铁）生产线建设投资350万元，不考虑土地与电力增容（根据当地原材料价格不同，价格可实际调整）。

8.经济评价和成本估算

职工定员：一条隧道窑生产线总用工人数70人(包括所有工人及行管人员)。

成本估算：按一般价格估算，每吨直接还原铁（海绵铁）的成本为1600～1900元/吨。

成本因不同地区原材料价格差异而不同，应根据当地的实际价格调整。

经济效益分析：

年产1万吨直接还原铁（海绵铁），建设期2个月，达产期1个月，产品售价按2500元/吨计算。

10000吨×2500元/吨，年产值2500万元。税率6%，税金150万元。

年利润：350～500万元。

按此计算一年即收回全部投资。

如以实际达产日计算，正常情况下，几个月即可收回全部投资，经济效益非常突出。

如按年产2万吨计算，建设期2个月，达产期1个月，产品售价按2500元／吨计算。

产值5000万元，税率6%，税金300万元。

年利润：700～1000万元

按此计算：半年即可收回全部投资。

9.说明：

隧道窑—固体碳还原法，如内配碳还原剂中添加催化剂可使生产率成倍增长，还原时间大大缩小，该技术为我公司专利技术。

直接还原铁（海绵铁）新工艺A--C工艺介绍

1. 工艺流程

A—C工艺的含义为：实现全自动化控制，机械化装卸料，采用快速还原炉进行还原、最后形成冷压块铁的直接还原铁（海绵铁）生产工艺方法。该工艺的工艺流程可分为如下五个工序：

1.1原料准备及其烘干破碎工序

将脱硫剂、还原剂两种物料装入定量料斗，定量料斗按两种物料的重量比，通过输送机将物料送到烘干室内对两物料进行烘干、混合。烘干后的物料含水量小于3%，烘干后的物料，通过输送机送到还原剂破碎机内进行粉碎，粉碎粒度为1.5mm以下。破碎后的物料，经输送机提升到高位料仓，然后再由输送机送到储存料仓。精矿粉由输送机直接送入烘干机组进行烘干，烘干后含水量小于3%，烘干后的精矿粉由输送机送入高位料仓，然后再由输送机送至储存料仓。

1.2自动装料工序

本工艺根据需要可生产球状、柱状或瓦片状直接还原铁（海绵铁），从保证产品质量，减少生产环节和有利于实现自动装卸料角度考虑，以生产瓦片状为最好。本工艺采用瓦片状形式。装料系统由料仓、定量管和装料头三部分组成，精矿粉和还原剂，经过储存料仓，将料卸到布料仓内，再由装料头装入每个还原坩埚，实现向坩埚布料。

1.3还原焙烧工序

此工序在快速还原炉内完成。适宜稳定的炉温和还原时间是决定直接还原铁（海绵铁）质量的关键，此工序包括预热、还原、冷却三个阶段。首先，载车经过传动机构，将载车送入快速还原炉内的预热段，在此间，物料中的水分完全蒸发，脱硫剂分解，温度升至还原温度，进入高温还原段，在此间，氧化铁被充分还原，形成单质铁，然后进入冷却段进行冷却，冷却到200℃以下后出炉。

1.4自动卸料工序

物料出炉后在常温中降到100℃～50℃后进入卸料系统进行卸料。粉灰通过风力吸走，直接还原铁（海绵铁）通过抓钳，从坩埚中取走，实现自动卸料。

1.5产品处理工序

由该工序完成直接还原铁（海绵铁）磁选、破碎及钝化处理—压块。卸完料的载车进入装料系统装料。直接还原铁（海绵铁）经过卸料装置进入中间料仓。中间料仓的直接还原铁（海绵铁）经过输送机输送至直接还原铁（海绵铁）破碎机进行破碎，破碎后的直接还原铁（海绵铁）经干磁选机进行磁选，磁选后的直接还原铁（海绵铁）粉由输送机输送到压块机组进行压块成形，通过传动机构入库。

2.工艺特点

2.1原料、还原剂，燃料容易解决

A—C工艺所用的原料是精矿粉或品位≥60%的赤铁矿或褐铁矿，远比富铁块矿好解决，同时生产中不需要先把精矿粉先变化氧化球团。生产费用也低，还原剂是普通无烟煤粉或焦碳末，煤中的灰份熔点也不要求很高，供热的热源可为普通动力煤或煤粉，有多余的高炉煤气、转炉煤气，焦炉煤气、混和煤气、石油气的地方也可用这些气体作为热源或用发生炉煤气作热源，还可使用重油作燃料。

2.2工艺稳定

本工艺吸取了各直接还原铁（海绵铁）工艺的优点，并加以改进和创新形成了一种更稳定可靠的新工艺，由于采用封闭式坩埚在还原炉内还原的方法，使坩埚内还原性气氛的浓度和压力都高，并采用计算机控制炉温，温差小，且还原气氛易保持，故很容易保证还原工艺的要求，产品质量稳定。

2.3工艺实用性强

A—C工艺对精矿粉、还原煤的要求不高，实用性强，工艺制度易于控制，操作简单，能较快的稳定产品质量，工人经过培训即可掌握。

2.4成本低、质量稳定

用A—C工艺生产的直接还原铁（海绵铁），每吨铁成本在1600元～1900元之间，吨铁成本较回转窑低50%左右，具有很强的成本优势。

用A—C直接还原铁（海绵铁）生产工艺的工序环节少，每个装料坩埚都经过预热、加热还原、冷却相同的过程，在同样的气氛下，同样容器内，经过同等的时间，出来的产品质量必然是均匀的。

2.5机械化程度高

本工艺选用了机械装卸料系统，替代了传统的人工装卸料，从而减轻了工人的劳动强度，改善了劳动环境，提高了产品质量，降低了产品消耗及产品成本，同时减少用工量，年产5万吨直接还原铁的工厂，全厂劳动定员只有100人，年产10万吨直接还原铁（海绵铁）的工厂，全厂劳动定员只有130人。

2.6自动化程度、生产效率高

本工艺采用了计算机控制系统，自动控制、调节炉温，保证了直接还原铁（海绵铁）的还原工艺要求。装卸料系统和压块系统的自动控制，提高了工作效率及设备运行的准确性。

2.7采用了机械化的燃烧系统，温度容易控制

用煤气或煤粉做燃料，自动化程度高，便于温度控制，有利于保证产品的质量。

2.8本工艺环保条件好，环保容易达标

本工艺选用了先进的脱硫除尘器、高效率的反吹式扁袋除尘器以及国内先进的节能、低噪声设备，经过采取该措施使尘≤60mg/m3，Si02≤480mg/m3,噪声≤65分贝等各项环保指标，均能达到国家环保要求。另外本工艺没有污水，工作环境干净卫生。

2.9选用碳化硅材质的还原坩埚或金属坩埚，使节用寿命长：

这种坩埚导热性能好，从而缩短了还原时间，提高了产品的质量和产量。它的使用寿命长达120次以上，且可回收再用：一是可以重新制坩埚，另外还可以破碎作为耐火骨料，所以降低了成本，金属坩埚可用150次以上。由于这种坩埚强度大、不变形，还有利于实现自动化卸陷料。

2.10采取了对直接还原铁（海绵铁）的钝化处理措施—冷压块：

为了防止产品的再氧化，本工艺对产品进行了钝化处理冷压块。将密度1.9g/cm3直接还原铁（海绵铁）压制成4.5g/cm3以上的冷压块，作为终产品。冷压块的实现有效地改善了直接还原铁（海绵铁）的抗氧化性能。降低了直接还原铁（海绵铁）的吸水性，缩小了体积，有利于直接还原铁（海绵铁）的长期存储和长途运输，同时也提高了钢水的收得率，因此倍受炼钢企业的欢迎，在市场竞争中具有很强的生命力和竞争力。

2.11选用了烟气余热回收系统，提高了热效率：

将炉体烟气余热引至原料烘干机内，进行原材料的烘干，它避免了另设热源的投资，节省了热能的消耗，仅此一项，每年可节能折合标煤5544吨(年产5万吨直接还原铁（海绵铁）规模)。另外，用烟气余热预热空气(用换热器)到炉内助燃，它不仅带进了大量的物理热，而用改善了炉内燃烧环境，降低了消耗，此项每年可节能折合标煤2880吨。使每吨直接还原铁（海绵铁）工序能耗仅为350公斤标煤。

2.12本工艺采用了自动封闭式装卸料系统，控制了污染，改善了工人的操作环境，使环保能达到国家环保要求。

A—C工艺根据不同的地形、不同的产量布局灵活。另外装坩埚方式灵活多样，可柱状、球状、也可块状等多种形状。

2.13固定资产投资少

天津无缝钢管公司配两座回转窑，年产直接还原铁（海绵铁）30万吨，总投资为十几亿人民币，折合每吨直接还原铁（海绵铁）的投资为4000多元。唐钢上1260立方米高炉和配套的烧结、焦化，折合吨铁投资又比天津无缝钢管公司直接还原铁（海绵铁）的吨投资高10%，而年产5万吨以上的直接还原铁（海绵铁）厂用A—C工艺，直接还原铁（海绵铁）的吨铁投资仅为600元左右。规模加大投资会更少。

2.14对原料要求低，产品质量好

精矿粉要求：TFe≥67% Si02≤3%S≤0.02%P≤0.05%

还原剂要求：灰分≤15% 挥发份≤10% 固定碳≥75%

脱硫剂要求：Ca0≥53% Si02+AL2O3≤3% P2O5≤0.22% S03≤0.5%

所有原材料一般均能当地解决。用该工艺所生产的产品质量为TFe≥92% MFe≥89% M≥94% S≤0.02% P≤0.05% C≥0.04%

2.15产品适用范围广

用该工艺生产的直接还原铁（海绵铁）除可作为生产优质钢的原料外，还可以给粉末冶金厂提供原料，其产品的金属化率可达99%，而S、P和其它元素都很低。

2.16产品的金属化程度可控制

由于本工艺在物料配比、炉温制度及还原时间上都可以灵活调整，所以根据不同用途或需要，可通过调整生产出不同金属化率的直接还原铁（海绵铁）产品。

2.17产品不易二次氧化

由于物料整个还原过程一直在一个封闭的坩埚内进行，完成还原后，物料随坩埚出炉，在常温环境下冷却，隔绝了直接还原铁与空气的接触。另外，因罐内有过量的还原剂存在，在冷却初期，还原反应仍在进行，可保持罐内的还原气氛，并呈微正压，同样可阻止外界空气进入罐内，保证了产品的质量，不易被二次氧化。

2.18填充系数高(一般在35%以上)

3.本工艺所需主要设备

本工艺主要设备有：快速还原炉、载车、顶车机、装料系统、卸料系统、烟囱、输送机、破碎机、烘干机、卷扬机、干磁选机、空压机、除尘器、压块机、仪表等。

年产5万吨规模的直接还原铁（海绵铁）厂占地面积为174米长，宽42米。主车间采用轻钢彩板结构。

4.电力：

年产5万吨直接还原铁（海绵铁）生产线装机容量为：900kw用于所有生产车间动力配电，照明配电及其供电系统。本系统用水量很小，主要用水点为环保用水及消防用水。

5.投资估算：

本工艺较回转窑投资少50%左右，包括全部设备费用，年产5万吨直接还原铁（海绵铁）规模固定投资为3000万元，建设期为3个月。当年即可投产见效。年产10万吨直接还原铁（海绵铁）规模固定投资为5500万元(根据当地原料价格不同，价格可实地调整)建设期为5个月。使用本工艺生产直接还原铁（海绵铁）单位成本为1600～1900元／吨。冷压块的市场售价最低为2500元/吨。全部投资回收期为1～2年(不含建设期)。内部收益率为39～45%(所得税后)。投资利润率为35～50%。盈亏平衡点为25%左右。

6.成本估算

A—C工艺年产5万吨直接还原铁（海绵铁）全厂用工人数为120人(包括所有工人及行政人员)。按一般价格估算每吨直接还原铁（海绵铁）的成本为1600～1900元。

成本因不同地区原料价格差异而不同，应根据当地实际价格调整。

7.经济评价及说明：

年产5万吨直接还原铁（海绵铁），建设期4个月，达产期2个月，产品为冷压块，现市场售价为2500元/吨。

税率按6%计算，则每年上交税金为750万元.则年利润为2000万元左右。按此计算，如果生产率为85%时，则2.5年即可收回投资.

如果以实际造产日计算，正常情况下，则2.2年即可收回全部投资。