外熱式豎爐直接還原法（KM法）是用豎爐形式進行生產，爐內還原室是一個用碳化矽做的垂直矩形筒體，有6個反應罐，鐵礦石和固體還原劑裝入還原室內。在爐體底部，外部逐漸變細。碳化矽爐體由一個帶有耐火材料的鋼殼包圍著，這個鋼殼稍大一些，但是與碳化矽爐體的形狀一樣，在兩者之間形成一個環形空間，作為燃燒室。環形燃燒室內的輻射燒嘴提供的熱量通過碳化矽壁傳給了爐料。爐身上部是預熱區，用耐熱鋼製成。還原區下面是冷卻裝置。從還原區出來的惰性氣體在此冷卻，然後經過冷卻區循環。已金屬化的產品經過閉鎖漏斗排出。
基本介紹
- 中文名：外熱式豎爐直接還原法
- 外文名：kinglormetor process
- 簡稱：KM法
- 學科：冶金工程
- 出現時間：1968年
- 優點：設備簡單、操作容易
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簡史
豎爐直接還原法是1932年由馬丁·韋伯(Wiberg)發明的在瑞典建成了第一座生產裝置，稱維伯爾法(Wiberg Soderfors process)。此法開始是用木炭製造還原氣。後因經濟上的原因，改用焦炭制氣。60年代，隨著石油、天然氣工業的發展，以天然氣為能源的豎爐直接還原法蓬勃興起。30多年來，先後有阿姆科(Armco)法、普羅費爾(Purofer)法、米德萊克斯(Midrex)法、NSC和希爾(HYL)法等豎爐直接還原法問世。70年代初，用煤做還原劑的外熱式豎爐直接還原法(KM法)投入生產。
1968年義大利達涅利公司與瑞士蒙特福諾公司合作開始研究鐵礦石直接還原，並於1971年成立金洛—梅托（Kinglor-Metor）礦業和冶金公司，專門研究外熱式豎爐煤基直接還原煉鐵。並隨後獲得專利。1973年在義大利北部布特里奧（Buttrio）建立了中試廠，年生產能力為6500t。此法簡稱為KM法。
1981年。緬甸第三礦業公司1981～1983年先後引進兩套義大利KM法裝置。每套能力為年產2萬t，近幾年生產數據統計：噸鐵礦耗1.58t、煤（乾）耗510kg、燃油耗166kg、電耗74kW·h。平均日產52t，最高日產62.5t，利用係數為1.2～1.3t/m·d。
工藝過程
該法的還原過程實質是煤中的碳在高溫下氣化生成的CO與鐵礦石中鐵氧化物發生多相高溫冶金物化反應。還原劑可用非結焦煤。工藝流程見圖1。
鐵礦石、煤與石灰石分別閉路破碎、篩分，取合格粒級配料與混合，混合料從爐頂部加入，隨下部排料機構轉動，物料沿爐身乾燥、預熱、還原、冷卻各段逐步下降。豎爐燃燒室的加熱採用氣體或液體燃料。燃燒室的熱量通過碳化矽磚牆傳入豎爐還原反應室並傳導至爐料中心。還原後的排出料包括直接還原鐵、煤灰和未反應完的殘煤。經磁選分離，大於3mm的直接還原鐵入庫；大於3mm的剩煤可作返煤摻入新煤中再利用。豎爐由裝料漏斗、乾燥段、預熱段、還原段、水箱冷卻段及螺旋排料機構等組成。反應室上部是爐料預熱段，由一排5根φ280mm×3.1m的AISI310s不鏽鋼管組成，爐料在鋼管內既有均勻下料，又有受燃燒廢氣預熱的作用。
反應室中部為還原段，由碳化矽磚砌成，高度10.4m，截面呈矩形，上口小，下口大，爐型窄、長、高，加熱面置於窄向兩側。一座豎爐內含6個反應室，單室有效容積為7.2m。反應室外部為燃燒室，爐牆長邊方向每邊沿高度布置15個短焰燒嘴，窄邊方向每端沿高度布置10個長焰燒嘴。反應室下部是水箱冷卻段。爐子底部是4個水平帶水冷套的液壓式螺旋排料機，既可排料又起控制爐料在反應室內停留時間的作用。其他設備及輔助設施包括原燃料的破碎系統、豎爐上料提升卷揚翻斗、移動式布料機、磁選機、殘煤和煤灰分離器、爐頂氣與燃燒廢氣返回利用系統。此外，還有配料、加料、排料和溫度自動控制儀表、熱工儀表等。設備構造較簡單，運動部件少，電耗較低。操作中主要控制還原溫度、還原時間和排料速度。這些參數隨不同原料特性而變化。還原段溫度一般控制在1000～1050℃，對難還原礦可稍高一些，但應考慮碳化矽磚的承受能力，注意碳化矽磚的保護。依據直接還原鐵所需的金屬化率，可調整排料速度以控制爐料在還原段停留的時間。
圖1 KM法流程圖工藝特點
（1）原燃料適應性較廣，對磁、赤、褐鐵礦以及攀枝花釩鈦磁鐵礦都進行過試驗，結果較好；還原劑採用過褐煤、煙煤和無煙煤；燃料可用各種煤氣、天然氣、石油液化氣及燃料油；
（2）設備簡單、操作容易；
（3）生產裝置起點規模小，最小工業裝置為年產2萬t，增加還原室個數，即可適當擴大生產能力；
（4）能量回收較好，生產中配置了廢氣顯熱回收和爐頂氣回收兩套節能裝置，部分頂氣可返回還原室強化還原反應，其餘頂氣可用作燃料以降低燃料消耗。
