[s136]流態(tài)化還原煉鐵技術

　　高爐煉鐵技術在礦產資源受限和環(huán)保壓力增大等形勢下，將面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。鐵礦石對外依存度過高、鐵礦石粒度越來越小和焦炭資源枯竭等狀況，迫使人們加快步伐探索改進或替代高爐工藝的非高爐型煉鐵工藝。以氣固流態(tài)化還原技術為代表的非高爐煉鐵工藝逐步受到重視。

　　新工藝的建立和發(fā)展需要理論研究作為支撐。目前國內對于流態(tài)化還原煉鐵過程中的氣固兩相流規(guī)律的認識還不夠深入，特別是對不同屬性鐵礦粉的流態(tài)化特性、不同操作條件下的流態(tài)化還原特性，以及反應器結構對流態(tài)化還原過程的影響等相關研究還不夠充分，基于流態(tài)化還原技術的新工藝要成熟應用于大規(guī)模工業(yè)生產還有明顯距離。

　　發(fā)展流態(tài)化技術須重視基礎研究

　　流態(tài)化技術可以把固體散料懸浮于運動的流體之中，使顆粒與顆粒之間脫離接觸，從而消除顆粒間的內摩擦現(xiàn)象，使固體顆粒具有一般流體的特性，以期得到良好的物理化學條件。流態(tài)化技術很早就被引入冶金行業(yè)，成為非高爐煉鐵技術氣基還原流程中的一類重要工藝。流態(tài)化技術在直接還原煉鐵過程中主要有鐵礦粉磁化焙燒、粉鐵礦預熱和低度預還原、生產直接還原鐵的冶金功能。

　　流態(tài)床的預還原反應器中的鐵礦粉等物料與還原氣體在流態(tài)化過程中相互作用，其動力學行為可促進兩相之間的動量、熱量和質量交換，為鐵礦粉的還原反應創(chuàng)造良好的條件。為有效發(fā)揮流化床反應器的還原效果，開展氣固兩相流的理論研究很有必要，基礎性研究成果將促進流態(tài)化技術發(fā)展及工業(yè)應用。

　　

氣固兩相流相關研究進展

　　在流態(tài)化過程中，固體顆粒在流動的氣體或液體中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，具有流體的性質，其狀態(tài)受流體屬性、固體顆粒屬性、床體結構、操作條件和相間作用的影響。

　　物料屬性對流化狀態(tài)的影響。研究顆粒及氣體屬性對流態(tài)化狀態(tài)的影響具有重要意義，特別是對工業(yè)應用原料的制備和選取具有指導作用，從而使原料對流態(tài)化過程的不利影響降低到最小，并最大限度地服務于需要的流態(tài)化狀態(tài)。

　　國外早在1947年就有研究人士用金剛砂研究了粒度和粒度分布對流化質量的影響，并作了定性的描述。在針對不同平均粒徑以及粒徑分布對流化狀態(tài)的影響研究中，得出的一般結論為：大粒子趨于增加流化的湍流強度，小粒子則趨于減弱流體的湍流強度，并且在粗粒床中加入細顆粒的作用是降低平均粒徑從而改變與平均粒徑有關的流化性質。

　　床體結構對流態(tài)化狀態(tài)的影響。在流態(tài)化反應器從實驗室級試驗到半工業(yè)試驗直至工業(yè)生產規(guī)模試驗的逐漸放大過程中，出現(xiàn)氣泡的短路現(xiàn)象逐漸嚴重，氣體反混逐漸加劇，致使反應選擇性變差，轉化率降低，不利于工業(yè)生產的進行。而實踐證明，通過合理的流化床反應器設計可以很好地改善這個問題。流化床反應器的結構形式很多，但一般由床層殼體、內部裝置、換熱裝置、氣固分離裝置等組成，研究各個部分的工作特性，對控制床層內部狀態(tài)和指導反應器設計具有重要意義。

　　為了適應工業(yè)生產需要，大型化、連續(xù)性、穩(wěn)定性生產變得非常重要。針對顆粒的還原度控制、還原氣體的利用率提高、系統(tǒng)穩(wěn)定經濟高效的運行要求，流化床反應器趨向于循環(huán)流化床、多級流化床串聯(lián)，鼓泡床、快速流化床、噴動床等多種流化床混合使用，各反應器相互獨立又相互協(xié)作的方向發(fā)展，對流化床的設計和運行控制也提出了更高的要求。

　　

流態(tài)化還原技術應用展望

　　隨著適用于煉鐵的優(yōu)質鐵礦資源不斷減少、粒度越來越細，使用球團礦會增加生產成本，直接采用粉礦進行流態(tài)化還原成為煉鐵技術發(fā)展中被考慮的一種重要途徑。該工藝可直接使用粉礦，省去傳統(tǒng)的燒結、球團和煉焦流程，大大縮短鐵前工序，有利于環(huán)境保護和資源綜合利用，而且擁有高的換熱、傳質和輸送效率，因其理論上的經濟可行性與傳統(tǒng)高爐工藝形成鮮明對比而備受關注。

　　因此，研究顆粒屬性對流化特性的影響，對指導特定流化特性要求的生產工藝的物料選擇和制備具有重要意義。而合理的床體結構和內部構件設計可以有效地改善流態(tài)化過程中氣體的分布和氣泡狀態(tài)，是流化床反應器的放大及工業(yè)化應用的重要前提。

對于流態(tài)化還原的煉鐵技術發(fā)展而言，須要進一步開展理論與實驗研究，可借助物理模型和數(shù)值模擬，研究不同粒徑及分布、不同微觀性質、不同成分與密度的鐵礦粉的流化過程及性質，得出鐵礦粉屬性與流化性質的相互關系；研究針對鐵礦粉流化的不同床體形狀及尺寸和內部構件如分布板、氣泡控制部件等對鐵礦粉流化流態(tài)的影響，研究黏結失流產生的原因和條件，尋求適于鐵礦粉流化的床體設計的變量和參數(shù)，以及改善內部流體力學條件的適宜的物理量及參數(shù)、多級流化床反應器或不同流型的流化床反應器的銜接參數(shù)等。鐵礦粉在流態(tài)化狀態(tài)下表現(xiàn)出的動力學特性與傳統(tǒng)鐵礦粉還原的差異，以及不同還原條件（如溫度、壓力、氣體成分組成等）對流態(tài)化還原過程的影響也同樣值得進一步研究，以確定鐵礦粉流態(tài)化還原的熱力學和動力學適宜條件，避免黏結失流，并提高還原氣體利用率和生產效率等。還須研究反應器的放大問題，提出系列有關流化床反應器的設計及運行優(yōu)化的控制參數(shù)，以適應新工藝的發(fā)展要.
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