陈正东¹  李友兵²

 (1、黃冈市中基窑炉有限公司；2、湖南华鼎矿业有限公司)

摘要：还原铁的发展方向应是处理我国低品位难选冶的铁矿。对含铁35%的泥盆系沉积土状褐铁矿，经华氏低温固相还原隧道窑，铁粉品位为98.6%。含磷鲕状赤铁矿脱磷达63%。铁粉品位95%，回收率都在95%以上。

关键词：低品位矿、降低生产成本、分压比、还原铁隧道窑

前言

    我公司—中基窑炉有限公司是生产各种窑炉设备的专业机构。座落在山青水秀的文明古城湖北省黄冈市，是国内最大的直接还铁隧道窑生产企业之一，拥有国家<<二级窑炉施工资质>>和<<安全资质>>，是中国粉末冶金协会理事单位，黄冈市窑炉协会会员单位。并有多项直接还原铁隧道窑实用型专利和发明专利，成功应用于直接还原铁隧道窑的设计和施工，公司在国内外已成功建造了近百条还原铁隧道窑，得到了用户的一致好评。

    还原铁已经不是新概念，它的用途主要是三大方面：一是用于炼钢，二是用于粉末冶金，三是用于化工。目前生产还原铁的原料来源主要是两块，一块是钢厂的氧化铁皮，一块是纯度达71%的高纯磁铁矿。由于高纯磁铁矿的原料很有限，价格高，货源不稳定，使得炼钢海绵铁的生产也不稳定。氧化铁皮的产量更有限，基本被钢厂自己垄断

    而中国又是钢铁的生产大国和使用大国。铁矿石储量我国虽然是一个大国，但易选冶的铁矿却非常有限，主体矿石还是依赖进口。根据统计，现在世界上的铁矿出口，有一半多被中国买回来了。中国现有的铁矿石大多是难选、极难选的低品位铁矿。最有代表性是湘西、鄂西地区的含磷鲕状赤铁矿。根据地质资料，上述两地区的含磷鲕状赤铁矿的远景储量达数百亿吨，还有湘南地区泥盆系沉积的土状褐铁矿，在郴州到钦州一线也有数十亿吨储量，这几处的铁矿都曾被评为极难选冶的铁矿。

    本文的重点就是向大家汇报、我公司在处理低品位难选冶、铁矿方面的研究成果和展望其发展方向。

一、对泥盆系沉积的土状褐铁矿研究

    泥盆系沉积的土状褐铁矿，最有代表的是湖南省蓝山县太平低品位铁锰矿。在37平方公里的矿区范围内，远景储量达3亿吨。曾被有关部门定义为极难选冶、无工业开采价值的呆矿。2010年我公司和湖南省华鼎矿业合作，针对该矿的特点，量身定做了焙烧该矿的专用的隧道窑，获得了圆满地成功。该隧道窑我们定名为：华氏低温固相还原铁隧道窑。

    该矿石的特点是沉积未变质，是极易水化的粘土质，常规选矿根本无法进行。铁的品位在37%、锰是7%，还含有1～1.5%的铅锌。我们在对该矿深入研究后修建了华氏低温固相还原铁隧道窑。窑长168米，尾气温度200度，助燃的空气经冷却段热交换器，温度达350度，平均一吨铁粉只需0.85吨的燃料煤。因为铁矿是华鼎矿业自己的矿山，且为露天开采，每吨约为50元，加上矿权价款和资源税，一吨干基矿石的进炉价低于100元。所以一吨铁粉的生产成本约为1800元，铅锌在烟道灰中回收，焙烧好的矿石经过球磨磁选，回收金属铁粉，磁选的尾砂含锰为19%。且锰全部被还原为二价锰，该尾砂是电解锰的优质原料，故无需尾砂库。

    公司和华鼎矿业联合攻关，发挥各自的长处，完成难选冶铁矿科研，从而取得很好的社会效益，是一种很好的模式。我公司在辽宁朝阳金麟铁粉厂、设计制造，宽断面金属框架全棉海绵铁隧道窑、也是采用这个模式，在节能环保上非常好，大大降低生产成本。

二、对含磷鲕状赤铁矿的研究

    含磷鲕状赤铁矿最具有代表性，因为该矿储量大，分布广。对它的研究，有重大的经济效益。和国内一家著名大公司合作，现在已取得阶段性成果。含磷鲕状赤铁矿的成分如下：含铁38.02%、钛0.14%、钒0.056%、磷1.04%、硫0.073%。该矿主要是分布在湘鄂西部，储量巨大。首都钢铁公司、武汉钢铁公司都花巨资获得矿权，由于含磷太高一直未能大规模投产。国内的多家科研机构对脱磷进行了多年的研究，进展并不理想。原因是磷存在于鲕状的中心，常规选矿无法实现。

    针对该矿的特点，我们设计了一个专门的梭式窑，做中等规模的实验，该矿的要求，主要是三点：一是在低温下还原出铁来，二是脱磷，三是节能降耗。最难的是脱磷。该项目还未做完，只有阶段性的成果。由于铁的含量只有38%，三吨原矿才能焙烧出一吨铁粉，如果磷被铁粉富集，那么铁粉中磷的含量为3%。铁精粉中的含磷量已降到0.57%，原理已弄清，方法已找到，将铁精粉中的磷降到0.1%以下，只是时间问题。

三、还原铁的发展方向

    在前文我们讲过，中国是钢铁生产大国，同时也是铁矿进口大国。我国的铁矿大多是难选冶的低品位的铁矿。高纯铁矿在我国储量有限，不是我们的发展方向。用低温固相还原法，处理难选冶、低品位铁矿、才是我们的发展方向，这才符合我国的国情，根据我们的研究成果，该方向有广阔的前景。作为研究生产窑炉的专门机构，我们责任重大、任重道远。

1、CO2和CO的分压比满足还原要求时的去罐研究

    还原铁的生产过程中，碳化硅罐是一个重要的成本。在无罐还原方面，国内很多企业做过大量的研究，但鲜有用于成功生产的。核心问题是CO2和CO的分压比不能满足还原要求。

C+ CO2=2CO------------------（1）(吸热)

   C+O2=CO2-------------------- （2）(放热)

3 CO+Fe2O3=2Fe+ 3CO2-----（3）

P(CO)／P(CO2)=K

    分压比K和还原温度成反比，和反应速度成正比。在1150度K值大于100有助还原快速进行。在1150度还原时，必须要把维持高温的火焰与球团隔离。因为反应2是放热反应，反应1为吸热反应。要维持高温就一定有大量的二氧化碳，除非在1300度以上。要保证K值，又要去罐，只有三条路可走：一是用矿土本身做罐，罐当烧结矿用，罐内做还原铁；二是让球团穿衣；三是采用竖炉。这些都有广泛研究前景，我公司也已取得了较满意的研究结果。

2、脱杂研究

    传统的炼钢方法是先富集选矿后再上高炉还原，有些矿在前期选矿不可能，我公司的研究方向就是先还原后选矿。比如含磷铁矿，前期脱磷基本不可能，在配制球团时就要加入脱磷剂，还原后磷以熬合物的形式进入渣相。这方面的研究我们已取得阶段成果。这方面的技术，由于与合作单位有保密协定，不便详谈

3、海绵铁装卸料设备的研发

    自动化装卸料设备，是还原铁发展走向现代化、规模化工业生产的必然产物。公司研发的自动化装卸料系统、在辽宁本溪钢厂成功应用，它省时省工省力，极大地提高了工作效率，得到厂家好评。同时，国内外生产厂家到现场考察，辽宁朝阳、大石桥己成功安装生产，效果显著，并岀口马来西亚和朝鲜等，为还原铁的可持续发展提供了有力的保证。

4、节能研究

    节能是我们生产窑炉企业的重要内容。根据能量守恒原理。能量的来源是、燃烧的煤、或可燃性气体，能源接受方是：

①、生成的气体物质带走一部分能量

②、烧红的固体物质带走一部分能量

③、还原反应消耗一部分的能量

④、结晶水的汽化消耗一部分能量

⑤、壁面传导损耗一部分能量

⑥、整个炉体的辐射，损耗一部分能量。

助燃空气中的氧气只占20%，大部分是氮气，约为氧气的4倍。

窑内外排物的热容如下：

AL2O3(固)  79.04 JK-1mol-1

SiC(固)   29.8JK-1mol-1

N2（气）  29.21JK-1mol-1

CO2（气）37.11JK-1mol-1

Fe(固)    25.1JK-1mol-1

H2O（气）25.5JK-1mol-1

    由于氮气的分子量小，按重量来计，氮气的热容是二氧化碳的2.5倍，重量又是氧气的四倍，所以氮气带走的热量是非常大的。根据计算无热风助燃时，一公斤煤所产生的煤气的热量（4200大卡）仅被氮气气体带走的能量是934.61大卡，占总能量的22.25%。所以要节能，最要紧的是，要热风助燃和降低尾气温度。

5、公司建造窑炉的基本原则

        ①、根据业主产量的不同，燃料各异而设计大、中、小型隧道窑。

②、各段结构配置合理，能很好地适应不同铁粉还原工艺及产量要求。

③、隧道窑长或短多处采用特殊结构，节能降耗，环保高产。

④、隧道窑窑外工艺有：铁粉干燥、装、卸、破、压等根据产量不同而设计自动或半自动机械化。

⑤、热风350℃助燃。

⑥、预热带占总长度的25%，充分预热。

⑦、调整窑压平衡，使尾气的温度降到200℃以下，降低尾气的温度比另外干燥的意义要大得多。

⑧、窑顶和墙面的保温要好，既要耐火还要保温。

中国直接还原铁行业的发展，离不开在座各位的辛勤付出，作为在这个行业摸爬滚打十几年的专业机构，我们在节能降耗、环保高产、低品位铁矿工艺技术方面成果显著，窑炉设计和建造技术日趋成熟。公司将竭诚为大家提供一流的服务，为我国直接还原铁行业的发展作出积极的贡献！

欢迎在座的各位领导、各位专家到中基窑炉公司和所建造的窑炉基地参观考察、指导工作！

       谢谢大家！