的金屬化還原; 溫度高于1066 K，CO分壓>0.95，可實現(xiàn)海砂礦釩鐵尖晶石中鐵的金屬化還原；溫度高于1137 K，CO分壓>0.993，VC可以開始生成；溫度高于1160 K，CO分壓>0.996，VO可以開始生成；溫度高于1180 K，CO分壓>0.997，V2C可以開始生成；溫度高于1314 K，CO分壓>0.999，V可以開始生成在固態(tài)還原溫度范圍TiO2不能被還原；通過控制釩氧化物的還原，選擇性還原鐵氧化物為金屬鐵，可以實現(xiàn)鐵與鈦/釩的分離，含釩鐵氧化物中釩的還原產物優(yōu)先順序依次為V2O3、VC、VO、V2C、V。

1.3 金屬相發(fā)育強化技術

低溫、快速還原不利于鐵晶粒的發(fā)育生長，影響后續(xù)分離效果，研究發(fā)現(xiàn)在還原過程后期引入微波場，微波作為一種加熱手段，具有以下特點：①快速性，微波加熱使被加熱物本身稱為發(fā)熱體，不需要熱傳導的過程，內外同時加熱，因此能在短時間內達到加熱效果；②高效性，微波加熱是內部“體熱源”，它并不需要高溫介質來傳熱，90%以上的微波能被物料吸收轉化為熱能；③上下一致性，加熱過程在整個物體內同時進行，升溫迅速、溫度均勻、溫度梯度小，是一種“體熱源”，避免了傳統(tǒng)加熱中固相的“冷中心”；④ 選擇性，所以不同物料由于其自身的介電性質不同，其對微波的反應也不相同；⑤無污染性，微波加熱所用能源為電能，對環(huán)境沒有污染；⑥活化性，微波加速了反應的進行，降低了反應的活化能，使得反應溫度降低，時間縮短；可以加快材料的致密化程度和晶體顆粒的聚集長大[3]。如圖5，微波可以對礦物進行儲能，促使了鐵晶粒的遷移、聚集、長大，能夠強化鐵的深度金屬化及其發(fā)育生長，為后續(xù)組元分離創(chuàng)造良好礦物學條件。

 

1.4 釩定向遷移富集調控技術

釩在渣相的富集與鐵金屬化還原是一對矛盾關系，基于釩的相際遷移分配規(guī)律以及合成固釩添加劑增大鐵/釩還原差異性，重點研究還原過程釩的定向遷移富集調控方法。由圖6可知隨著碳鐵摩爾比的增加渣相中的釩含量也會隨之變高當mol（C/Fe）為1.4時V含量可以達到0.35%，但是Ti含量會先隨著碳鐵摩爾比的增加而減小，當mol（C/Fe）為1.0時Ti含量達到最低值0.36%，之后隨著碳鐵摩爾比的增加Ti含量又會迅速提高。

2 多噴孔回轉窯技術

多孔窯(見圖8)的主要原理：燃料和空氣通過較為簡單的閥門組和管路系統(tǒng)噴入窯內，多孔的設計方式允許通過在窯長度方向的有選擇的放置空氣或燃料管道，從而來對工藝流程進行精確的控制。作為控制溫度的媒介，空氣從料床上部噴入，當提高空氣噴入流速時，窯內溫度將升高，反之溫度將降低。為了對原料進行還原和加熱，窯頭，窯尾煤可以同時加入，此外通過料層底部的開孔，還可以噴入燃料（重油，天然氣等），燃料通過另一套管道系統(tǒng)進行輸入。對空氣和燃料的調節(jié)可以在不影響工藝過程的情況下進行。

多孔窯的特殊結構，可以保證在多孔窯的開孔區(qū)域溫度較為均衡，對溫度場可以進行很好的控制。徑向的燃料和空氣分布系統(tǒng)?？梢赃M行對窯沿長度方向進行溫度場的閉環(huán)控制，鐵精礦連續(xù)不斷的從窯一端進入，并伴隨著熱化學反應，反應后物料排放到圓筒冷卻機上，這種結構可以保證產品有足夠的強度以及最低的粉化率，同時沿徑向噴入的空氣可以防止火焰直接沖刷耐火材料。

 

多孔窯作為回轉窯生產直接還原鐵的主要的生產方式，主要有如下幾個優(yōu)點：

1）多孔窯的特殊結構，可以對溫度進行精確的控制，有著均勻的溫度場，提高回轉窯的利用率，而且操作方便，不宜結圈，窯身二次風系統(tǒng)事故率低，從而可以實現(xiàn)設備的大型化。

2）從工藝角度看，采用多孔窯工藝，設備的啟動時間和從冷態(tài)恢復的時間較快。

3）該窯適用于不同的原料條件，允許生球的各種物理及化學參數(shù)可以在較大幅度內變化，并可以更換原料時進行連續(xù)生產。

4）燃料的多樣性，在國家能源政策緊縮的條件下，燃料的多樣性是必須面對的，只能使用單一燃料的熱工設備將受到極大的區(qū)域限制。多孔窯可以使用煤，重油，天然氣以及這些燃料的混合物，可以不停機對燃料種類進行更換與改變，從而可以做到更加節(jié)約的使用各種燃料。

5）該技術沿窯的長度方向，按一定的間距分布徑向埋入式燒嘴，二次風由徑向風口噴入，其獨特設計能夠精確控制窯內溫度、改善溫度場分布、提高回轉窯利用率，同時不宜結圈，可以實現(xiàn)設備的大型化。

3回轉窯在線精準測溫技術

目前已有的回轉窯測溫方法主要分為接觸式和非接觸式。接觸式測溫中以熱電偶測溫為主，其原理是利用兩種不同的導體組成閉合電路，在不同溫度環(huán)境下產生電動勢，將溫度信號轉變?yōu)殡娦盘?，當熱電偶測溫端與被測物體達到溫度平衡時，可測得較精確的溫度。快插快拔熱電偶測溫裝置屬于接觸式測溫，該裝置安裝在回轉窯身上，旋轉時在偏心軌道的作用下，裝置插入窯內測溫或退回到測溫孔內，解決了回轉窯測溫難的問題，如圖9；

 

快插快拔熱電偶直接接觸測溫裝置的缺點是一支偶僅能測一點溫度，結窯時會影響測量，而且壽命短，信號傳輸可靠性差，為進一步提高測溫的準度及速度，目前開發(fā)了一種回轉窯磁粒子精準在線測溫的新方法，基于鐵磁性物質的飽和磁化強度與溫度的關系，利用礦物自身的鐵磁性及激勵磁場裝置產生激勵磁場，并利用磁納米粒子濃度成像中的零磁場點掃描原理，在交流激勵磁場下，周圍點處于磁飽和狀態(tài)，只有零磁場點處的磁納米粒子產生時變的磁響應信號能被探測線圈感應，從感應到的信號中提取諧波信息，利用諧波與溫度間的關系最終得到溫度，如圖9。該技術優(yōu)點在于非接觸，不用把探頭伸入爐內；在線，實時測量爐內溫度；可靠，裝置簡單，易于工業(yè)化；不用破壞回轉爐，只需要在進風口和出風口進行改裝。

4 結論

1）我國天然氣非常稀缺，而煤資源十分豐富，如果以煤為主的還原新工藝新裝備得到開發(fā)，特別是裝備的可靠性和大型化得到大的突破，那么在國內煤基直接還原的發(fā)展也許比氣基更好。大量的有利于提高還原速度的新工藝新技術得到了實驗室和小規(guī)模生產工藝驗證，這些技術可以使煤基直接還原設備大型化變得可能，也可以大幅降低投資和運行成本，使煤基直接還原技術的發(fā)展迎來了希望。

2）高產高效多噴孔回轉窯煤基直接還原技術可以用于處理高品位鐵精礦生產優(yōu)質DRI，可以處理低品位復雜鐵礦石，更是一種有效實現(xiàn)大宗釩鈦磁鐵礦（海砂礦等多金屬礦產資源）選擇性分離富集，得到高附加值的鈦、釩和鐵等有價金屬的專有技術，市場前景巨大。

3）要加強以煤為主并輔以生物質、微波加熱等新技術新裝備的開發(fā)，拓寬煤基直接還原應用的渠道，使各種煤基直接還原技術及裝備得到不斷的發(fā)展，為短流程在我國的發(fā)展提供助力。

4）基于煤基回轉窯規(guī)模小、能耗高、易結圈、能效水平低等問題，開發(fā)的低溫快速選擇性直接還原技術、多噴孔 回轉窯技術、回轉窯在線精準測溫技術，能夠有效解決上述問題，使得單條線年產30-50萬噸DRI成為可能。

 

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