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第四章 直接还原流程 4.1 重点流程MIDREX 4.1.1 流程概述 MIDREX法是Midrex公司开发成功的。较大影响的是1984年Korff工程公司推出的海绵铁热压技术。MIDREX基本流程和主体设备在目前已经投产的工业装置中没有明显的变化。 还原气由天然气经催化裂化制取，裂化剂采用炉顶煤气。还原气含CO及H2共95％左右，温度为850～900℃。 CH4+H2O=CO+3H2;CH4+CO2=2CO+2H2 MIDREX竖炉属于对流移动床反应器，分为预热段、还原段和冷却段三个部分。预热段和还原段之间没有明确的界限，一般统称还原段。 炉顶煤气冷却，针对含硫较高的矿石。 4.1.2 MIDREX原料 原料要求 S、Ti要求严。S≤0.01％(炉顶煤气冷却≤0.02)。 TFe和脉石。→渣量 矿石还原性适应性强。 高温性能。高温抗压、还原粉化 原料种类。早期基本使用全球团矿冶炼，目前将其他矿种与球团矿混合使用。混用比例以综合金属化率不低于92％及不产生大量粉尘为原则。天然块矿使用比例一般在20～60％之间。 4.1.3 还原竖炉基本结构及运行情况 炉料→料斗→炉料分配器→还原段→冷却段→输送装置（上输送机→中输送机→下输送机）→排料装置（下气封→摆式卸料机） 4.1.4 气封系统 采用气封技术防止炉顶煤气和冷却气的逸出。 密封气由转化炉燃烧尾气经净化和加压得到。 气封的重点部位是炉顶和炉底。其它可能漏气的透孔也采用气封，包括阀门、一次测量仪表和烧结物破碎机的传动轴等。 密封气的压力通过压差调节器(PdC)控制到较密封点炉内压力约高500Pa。 4.1.5 还原段 竖炉还原段外部是钢壳，内衬保温层和耐热层。竖炉直径：还原段直径。 还原气→围管→喷嘴→炉内。 还原段的大部分区域温度约为820℃。铁氧化物在与还原气的对流运动中一般要还原至Rm92％。 矿石在还原段中的停留时间约为6h。 炉内温度使用热电偶监测，分三组。各组热电偶所测温度值差别过大可反应气流情况，可以发现结瘤、管道等问题。 4.1.6 冷却段 从还原段出来的海绵铁温度高达800℃以上，必须冷却。 冷却段是炉内构造最复杂的区域，主要装置是一套冷却气系统，它由一个冷却气洗涤器、一个加压机、一个脱水器、一个冷却气分配器和一套复杂的臂路组成。 约40℃的冷却气→总管→分配器→与炉料对流向上运动→冷却气搜集罩→出口管道→煤气洗涤器→加压脱水→分配器。 圆锥体的作用：下降的海绵铁被迫离开中心区；减小分配器对海绵铁下降运动的阻力；加强冷却效果。 海绵铁输送机(一组叶式烧结物破碎器)的作用：控制物流和破碎烧结物。冷却段装有3个，分别称为上输送机(3个)、中间输送机(3个)和下输送机(1个)。 破碎机的负作用：破坏未发生粘结的球团矿，产生粉末。当叶片的线速度等于球团矿的下降速度时，可使这种破坏作用降低到最小限度。因此，破碎机的转速采用无级可调的控制方式。 4.1.7 MIDREX装置与能耗 MIDREX是目前最完善的直接还原工艺。自20世纪50年代末实现工业化以来，已形成不同规模的标准化设计： 100型： 年产海绵铁16.5万t 400型： 年产海绵铁45万t 600型： 年产海绵铁67.5万t 1000型： 年产海绵铁100万t 其中使用最广泛的是400型的设计方案。 MIDREX技术发展的主要目标是竖炉大型化、减少转化炉数目和提高尾气余热利用率。 使用第二代转化炉的MIDREX装置综合能量利用率，较第一代装置约高出6.3％。主要原因是由于第二代上艺使用一个换热器依次对助燃空气和原料气进行预热，充分利用了烟气中的余热。其次第二代转化炉将催化反应管直径从250mm减小到了200mm，可提高转化炉的热效率。 4.1.8 MIDREX重要工艺参数 MIDREX的技术经济指标受原料性质的影响很大。标准流程的代表性操作指标如下： 4.1.9 流程分支 MIDREX有三个流程分支：EDR、炉顶煤气冷却和热压块。 炉顶煤气冷却流程是针对含硫较高的铁矿而开发的，它的特点是采用净炉顶煤气作冷却剂。完成冷却过程后的炉顶煤气再作为裂化剂与天然气混合，然后通入转化炉制取还原气。两个流程的区别不大，在生产过程中可作为两种不同的操作方式以适应不同硫含量的矿石。 炉顶煤气的硫中，约30～70％可在冷却过程中被海绵铁脱除。在海绵铁含硫不超标的前提下，煤气中含硫气体约可降至10×10-6以下。 热压块流程与标准流程的差别在产品处理。完成还原过程后的海绵铁在标准流程中通过强迫对流冷却至接近环境温度。热压块流程则没有这一强迫冷却过程。而是将海绵铁在热态下送入压块机，压制成90mm×60mm×30mm的海绵铁块。 热压块流