煅烧设备回转窑在冶金史的舞台上一直扮演着重要的角色,特别是在选铁煅烧等域是其他设备无法取代的。
煅烧过程温度高,会造成回转窑结圈比较严重,因此,经过技术不断的成熟,现已演变为低温固态还原海绵铁(直接还原铁)的重要工艺方法。较先进的当属是钛精矿球团的回转窑预还原和电炉熔炼的两段法生产钛渣工艺。
所有的固体碳还原金属氧化物的反应,其矿炭的固—固相反应是微不足道的,即都是通过碳的气化反应CO2+C=2CO完成的。因此,钛铁矿的固体碳还原反应可表示为:FeTiO3+CO=Fe+TiO2+CO2.
热力学计算表明,在CO+CO2系统中,CO分压必须很高时反应才能进行。由于该反应是可逆的,要防止产物再氧化,系统中CO的浓度必须高于平衡时CO的浓度,其较小量可用下面的公式求出:FeTiO3+nCO=Fe+TiO2+(n-1)CO+CO2
在1000~1150摄氏度时,必须使CO+CO2系统中CO的体积分数大于94%,此反应才能进行。在回转窑中,碳的气化反应(布多尔反应)理论上能够达到这样的数值,但只能达到平衡。同时,由于气体在矿粒内存在着扩散阻力,致使它们内部和外部比较,内部CO含量偏低,很可能达不到指定的含量,因此,要提高直接还原钛铁矿的铁金属化率,可以通过提高反应的平衡常数Kp和系统的CO分压来达到。升高温度能使CO还原FeTiO3反应的平衡常数Kp增大,也有利于布多尔反应的进行,使CO的分压升高,即有利于提高还原产物的铁金属化率。
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