深圳海绵铁除氧剂.doc

常温块状海绵铁除氧剂，是一种环保型水处理介质。采用经活化处理得到的高活性，大比表面积的海绵铁滤料型除氧剂。常温下处理工业水（或软水）都取得理想的效果（残氧含量：0.03-0.05mg/L），该产品配套设施具有投资少，维护简单，运输成本低，除氧效果好的优点，可广泛用于锅炉和循环水设备 的防腐，是一种性价比很高的节能产品。
海绵铁滤料除氧原理：采用具有巨大比表面积的海绵铁为滤料，当含有溶解氧的水通过海绵铁时，水中氧气与海绵铁发生生彻底的氧化反应。其化学反应如下：
2Fe+2H2O+O2---2Fe(OH)2
2Fe(OH)2+H2O+2O2---2Fe(OH)3
反应产物Fe(OH)3为不溶于水的松软絮状物，当其积 累到一定程度时，即可通过反冲洗排掉，恢复到初始的除氧能力。
海绵铁滤料工作环境：处理水量：4-50t/h 反洗强度：16-21L/m2
反洗间隔：24h 工作温度：5-80℃
除氧速度：15-18m/h 处理前溶氧含量：6-8mg/L
工作压力：0.15-0.5MPa 处理后溶氧含量：0.03-0.05mg/L。
海绵铁滤料应用范围：各种锅炉、换热器、热力管线补水、工业循环冷却水及油田注水。
海绵铁滤料特点：
1.使用帮命长、无毒、不污染环境，出水含氧量稳定在0.05mg/L以下，完全符合国家低压锅炉水质标准（GB1576-2001）要求。
2.常温运行，无需加热，运行成本低，克服了热力除氧，真空除氧须加热耗能的缺点。
3.用量少，一般情况下除氧剂消耗量1吨水为10g。
4.反洗频率低，再生效果好
海绵铁的现状及其发展前景：
在中国，目前海绵铁行业的生产主要采用煤基隧道窑罐式法，本工艺的技术比较成熟，也比较稳定，近年来随着我国钢产量的日益巨增，海绵铁的需求量也越来越大。还原海绵铁的技术和装备也自然在不断的发展，还原装备经历了倒焰窑、轮窑、烧煤隧道窑、热煤气隧道窑。也有回转窑、竖窑、转底窑等其它方式，而主流还原装备就是——隧道窑罐式法。
为了扩大产量和企业规模，现在我国曾有“链蓖机-回转窑-冷却筒”、转底窑以及竖炉等还原方法。但经过几个项目的实施验证，目前我国已经上马的“链蓖机-回转窑-冷却筒”模式的还原生产线基本上都已停产了。其原因是多方面的。
 中国是第一大钢产量国家，年需求海绵铁需求量大约3000万吨。并且现在海绵铁的应用越来越广泛，除了电弧炉，还有转炉、中频感应炉也可应用。现在高炉、冲天炉也有应用。还可以用于冷却剂以及化工和其它方面也在应用。
随着焦碳价格的飞涨，高炉在填加10-15%的海绵铁（还原率80-88%），焦比几乎不变，炼铁成本却要降低500-800元/吨。
尽管中国海绵铁的应用广泛、数量巨大。而年生产能力却不到70万吨，不到印度半个月的产量。却还存在着卖难、价格低、效益低的根本问题
试问隧道窑法海绵铁企业老总们，有几个企业常年在生产？工厂效益很好？销售很顺利？回款很顺利呢？“链蓖机-回转窑-冷却筒”的生产线又有哪家在正常生产呢？
为什么我国海绵铁市场巨大，钢厂还要化高价进口国外的热压块海绵铁呢？！不喜欢用我们中国的产品呢？
1、成本高；2、质量差；3、规模小
成本高——因为目前隧道窑罐式法海绵铁主要采用TFe=65-67%的铁矿粉间接还原后取得的，生产工艺就完成了。
这种矿粉基本上符合高炉生产用，与高炉争夺资源，其结果是矿粉价格越来越高，造成海绵铁的成本也越来越高。
目前隧道窑还原海绵铁离不开耐火罐，此一项费用占260-320元/吨。这种生产模式，决定了企业规模小，生产产量低；能耗大，此一项需要成本500-600kg的块煤，合运行成本400-500元/吨。
质量差——因为目前隧道窑罐式法还原海绵铁大都采用铁矿粉，还原后不进行再加工，最多再加工成冷压块。其产品的品位、金属化率和脉石含量取决于原矿粉的指标，还原后无能为力。加上还原技术不稳定，所以还原出的海绵铁大都品位在86-89%，金属化率在小于92%，脉石含量在5-14%。再加上隧道法海绵铁企业产量少，钢厂只能委托经销商批量供货，这也必然还存在人为的掺假现象。
所以钢厂实际买到的海绵铁根本不适合其应用的标准。冶炼成本较高。
规模小——中国海绵铁生产企业年产量超过5万吨规模的寥寥无几，大都在1-3万吨的规模。钢厂不喜欢同企业签定供货合同。即便达成协议，其回款大都是承兑汇票，并且还不及时。
既然中国有巨大的海绵铁市场，国家政策又鼓励生产还原铁。海绵铁企业要为社会提供大量低成本、高品质的海绵铁产品；同时还要获得相当的利润。这使海绵铁行业将来如何发展呢？
中国海绵铁的出路是非常光明的。
只要做到：
1、        投资规模与产品产量相当。
2、        提供高品质的产品。金属化率在96%以上；全铁在90-94%以上；脉石含量在5%以下，密度在5.0t/m3以上。
3、        低成本运行。生产运行成本比现在的生产方式低1000元/吨以上。
4、        企业规模大。每个企业的规模都在15-50万吨以上。
 钢厂和海绵铁企业就一定双赢。
要达到上述四个条件目前可能吗？有这种工艺和装备吗？
有。我们就能。
中国是一个贫铁矿资源发达的国家，有大量的赤铁矿、鲕状赤铁、矿褐铁矿、菱铁矿、高硫、磷等铁矿资源以及硫酸烧渣、氧化铝赤泥、铜冶炼、铅锌冶炼的尾渣等等一切低品位含铁以及多金属的资源。
把上述的原料资源化，生产海绵铁的成本一定要降低1000元/吨。还可以获得其它多金属和非金属产品。
改革投资大；占地面积广；消耗能源大、耐火罐多；设备自动化程度低；劳动力密集；还原品质低的隧道窑法生产模式和技术工艺。
改良投资巨大、原料运行条件高、生产成本高的“链蓖机-回转窑-冷却筒”的生产装备和工艺水平。
根本改变煤基回转窑法生产海绵铁生产线的设计理念。
我们设计的煤基回转窑法海绵铁生产工艺技术和装备就可以实现上述条件。
铁矿石（铁矿粉）还原、焙烧、熔融生铁工艺技术。
以铁矿粉为例：煤基回转窑法总能耗（含还原剂）为600kg/t；煤基隧道窑法总能耗（含还原剂）为1500kg/t；外加200-300元/吨的耐火罐成本。只两项煤基回转窑法的运行成本就比煤基隧道窑法降低1000元/吨以上。再加上其它优势。
这就是说：煤基隧道窑法还原海绵铁的生产模式已经完成其历史使命，将不在符合中国市场的需要了。
大力开发煤基回转窑法、竖炉法（配合好的工艺技术）、隧道窑无罐法以及矿石还原焙烧熔融法才将是中国海绵铁行业发展的方向。
把含铁的矿和废渣资源化是我们的目地。
采用固体碳还原法生产海绵铁，原料主要为轧钢氧化铁皮(俗称铁鳞)或精矿粉，经过烘干、筛分、磁选、研磨等一系列处理后的铁鳞与还原剂通过环形装具装入耐火罐再装车之后进入隧道窑，整个还原反应在隧道窑中发生。其工艺流程如图1：

图1　海绵铁生产工艺流程图

为了更好地控制海绵铁质量，了解其基本原理和生产工艺要求是必不可少的。本文就海绵铁生产的基本原理及质量控制作一简要叙述。

    还原反应基本原理
铁的氧化物的还原过程是分阶段进行的，即：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。研究表明：用固体碳直接还原铁的氧化物时，当温度高于570℃时反应为：
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO=3FeO+CO2
FeO+CO=Fe+CO2
当温度低于570℃时，由于FeO不能稳定存在，Fe3O4直接还原成金属铁：
Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2
虽然固体碳能直接还原铁的氧化物，但是固体与固体之间接触面积很有限，因而固—固反应速度慢。只要罐内有固体碳存在则碳的气化反应总是在进行，即系统内总会发生C+CO2=2CO这样的反应，故达到一定温度时系统内总有大量CO存在，它可以加快固体碳还原铁氧化物的速度。因此固体碳还原铁的氧化物实质上就是CO间接还原反应与CO2和C的气化反应的综合反应，即固体碳还原铁的氧化物的原理。
生产工艺要求

    -对铁鳞的要求
铁鳞的物理化学性能优劣将直接影响海绵铁的质量。生产不同质量等级的海绵铁对进厂铁鳞的化学成份要求如表1所示：

表1　品种等级及其对应的化学成分 %
品种
TFe/≥
S/≤
Si/≤
Mn/≤
P/≤
酸不溶物/≤
Ⅰ级
72
0.020
0 10
0 35
0.020
0.20
Ⅱ级
71
0.020
0.15
0.40
0.020
0.35
Ⅲ级
70
0.030
0.20
0.50
0.030
0.60

在物理性能方面的要求主要是铁鳞的粒度。研究表明，多相反应与界面有关，铁鳞愈细其界面的面积愈大，还原反应愈快。但研究表明铁鳞粒度细到一定的程度后，由于颗粒与颗粒之间的缝隙减小，透气性变差，反应速度会随之降低。经过多年的生产实践证明：铁鳞的粒度在20～60目范围内还原反应效果较好。单一的某种铁鳞因其化学成份有时难以满足质量要求，生产中通常是将两种或两种以上的铁鳞搭配使用以满足生产和质量控制需求。
-对还原剂的要求
应用广泛的还原剂主要有无烟煤和焦末，如采用焦末，由于其硫含量较高，因此焦末中还必须添加适量的脱硫剂(石灰)。对还原剂的化学成份要求如表2所示：

表2　还原剂化学成分 %
名称
C固/≥
S/≤
挥发份/≤
灰份/≤
水份/≤
焦末
70
1.0
3.0
18
10.0
名称
CaO/≥
MgO/≤
SiO2/≤
石灰
65
4
5

焦末的粒度对还原过程影响较大，为了加快碳的气化反应，提高还原速度，要求焦末的粒径≤8mm。焦末的消耗量主要根据铁鳞的含氧量而决定，生产中考虑到焦末的烧损及CO的逸出等原因其使用量必须过量。脱硫剂的掺入量视焦末的S含量而定，掺入量不足会使焦末中的S渗入到海绵铁致使其S含量升高。
    -还原反应的工艺条件
还原过程中，还原温度、还原时间(生产上体现为进车速度)、料层厚度、还原气氛是一个互相制约的有机整体。理论上，只要将各项工艺参数调至最佳状态，就会达到理想中的还原终点，即海绵铁氧、碳含量都很低，相应地铁含量很高。但是，实际生产中整个还原系统十分复杂，在多种影响因素并存的条件下还原终点很难实现，所以生产中采取的往往是过还原终点制度，即允许海绵铁轻度渗碳(C：0 15%～0 30%)。即是实现Fe+C→Fe3C的过程。实践证明利用渗碳得到的一次粉在二次还原阶段可快速而经济地除去海绵铁冷却过程中氧化所造成的高氧含量。
    常见的质量问题及相应控制措施
    1　夹生若芯部出现黑色光亮带的海绵铁，即为夹生海绵铁。夹生致使海绵铁氧含量偏高会增加二次还原时间。造成夹生的原因主要有：
还原时间不足，即进车偏快；
料层太厚致使配碳量相对不足，此时应调整环形装具的规格降低料层厚度；
还原温度偏低；
配碳量不足即是焦末固定碳含量低、投入使用的量不足或是其颗粒太粗致使芯部反应不充分；
    2　氧化
表面呈蓝色或褐色的海绵铁即为氧化海绵铁。氧化的海绵铁硬度较高且氧含量偏高，增加二次还原时间的同时还会使破碎困难。造成氧化的原因主要有：
耐火罐密封不良，这将致使窑内空气进入耐火罐导致海绵铁氧化；
耐火罐顶部焦末烧损严重，致使顶部海绵铁发生氧化。为解决此问题，装罐时在罐顶过量装入还原剂封口可以有效防止焦末烧损，同时还原后残余的焦末和灰份还可以将海绵铁覆盖防止氧化。
冷却速度慢。由于隧道窑冷却速段较长还原得到的银白色海绵铁在冷却段将被氧化成褐色甚至蓝色，致使氧含量升高。

    3　过烧
过烧的海绵铁因严重渗碳质地特别坚硬，敲击时发出清脆的金属声响，造成过烧的原因主要有：
还原温度太高；
还原时间太长，即进车太慢；
焦末使用过量，配碳量过高。
在实际生产中，海绵铁不合格的形式多种多样，除以上几种常见的形式外，还有个别情况下产生的不合格品是由于人为的操作不当所致。另外，若焦末或铁鳞预处理不善致使水份偏高，则极有可能造成海绵铁表面结壳增加硬度，同时伴有夹生。

海绵铁生产是整个还原铁粉生产工艺中最重要的工序之一，其质量水平直接决定了二次还原过程及成品粉的各项技术性能要求。正确理解海绵铁生产的基本原理、不断探索新的生产工艺、及时总结不合格品的产生原因及解决措施是保证海绵铁生产稳定顺行的有效途径。
在中国，目前海绵铁行业的生产主要采用煤基隧道窑罐式法，本工艺的技术比较成熟，也比较稳定，近年来随着我国钢产量的日益巨增，海绵铁的需求量也越来越大。还原海绵铁的技术和装备也自然在不断的发展，还原装备经历了倒焰窑、轮窑、烧煤隧道窑、热煤气隧道窑。也有回转窑、竖窑、转底窑等其它方式，而主流还原装备就是——隧道窑罐式法。
随着海绵铁市场价格和对质量的要求，隧道窑法还原工艺也在不断的发展，从粘土罐法到碳化硅罐法的发展；从铁粉烘干，散料装罐，到湿矿粉直接压块（球、饼）装罐还原，降低了烘干、装罐等费用，同时也提高了生产效率。
2Fe(OH)2+H2O+2O2---2Fe(OH)3
反应产物Fe(OH)3为不溶于水的松软絮状物，当其积 累到一定程度时，即可通过反冲洗排掉，恢复到初始的除氧能力。
海绵铁滤料工作环境：处理水量：4-50t/h 反洗强度：16-21L/m2
反洗间隔：24h 工作温度：5-80℃
除氧速度：15-18m/h 处理前溶氧含量：6-8mg/L
工作压力：0.15-0.5MPa 处理后溶氧含量：0.03-0.05mg/L。
海绵铁滤料应用范围：各种锅炉、换热器、热力管线补水、工业循环冷却水及油田注水。
海绵铁滤料特点：
1.使用帮命长、无毒、不污染环境，出水含氧量稳定在0.05mg/L以下，完全符合国家低压锅炉水质标准（GB1576-2001）要求。
2.常温运行，无需加热，运行成本低，克服了热力除氧，真空除氧须加热耗能的缺点。
3.用量少，一般情况下除氧剂消耗量1吨水为10g。
4.反洗频率低，再生效果好
采用固体碳还原法生产海绵铁，原料主要为轧钢氧化铁皮(俗称铁鳞)或精矿粉，经过烘干、筛分、磁选、研磨等一系列处理后的铁鳞与还原剂通过环形装具装入耐火罐再装车之后进入隧道窑，整个还原反应在隧道窑中发生。其工艺流程如图1：

图1　海绵铁生产工艺流程图

为了更好地控制海绵铁质量，了解其基本原理和生产工艺要求是必不可少的。本文就海绵铁生产的基本原理及质量控制作一简要叙述。
水（或软水）都取得理想的效果（残氧含量：0.03-0.05mg/L），该产品配套设施具有投资少，维护简单，运输成本低，除氧效果好的优点，可广泛用于锅炉和循环水设备 的防腐，是一种性价比很高的节能产品。
海绵铁滤料除氧原理：采用具有巨大比表面积的海绵铁为滤料，当含有溶解氧的水通过海绵铁时，水中氧气与海绵铁发生生彻底的氧化反应。其化学反应如下：
2Fe+2H2O+O2---2Fe(OH)2
2Fe(OH)2+H2O+2O2--2Fe(OH)3
反应产物Fe(OH)3为不溶于水的松软絮状物，当其积 累到一定程度时，即可通过反冲洗排掉，恢复到初始的除氧能力。
海绵铁滤料工作环境：处理水量：4-50t/h 反洗强度：16-21L/m2
反洗间隔：24h 工作温度：5-80℃
除氧速度：15-18m/h 处理前溶氧含量：6-8mg/L
工作压力：0.15-0.5MPa 处理后溶氧含量：0.03-0.05mg/L。
海绵铁滤料应用范围：各种锅炉、换热器、热力管线补水、工业循环冷却水及油田注水。
海绵铁滤料特点：
1.使用帮命长、无毒、不污染环境，出水含氧量稳定在0.05mg/L以下，完全符合国家低压锅炉水质标准（GB1576-2001）要求。
2.常温运行，无需加热，运行成本低，克服了热力除氧，真空除氧须加热耗能的缺点。
3.用量少，一般情况下除氧剂消耗量1吨水为10g。
4.反洗频率低，再生效果好