TRIZ沖突矩陣在煤基直接還原工藝發(fā)展中的應(yīng)用

【摘要】本文通過運(yùn)用TRIZ理論中的沖突矩陣法，嘗試研究如何改進(jìn)釩鈦磁鐵礦煤基直接還原工藝。并且通過分析研究過程，提高運(yùn)用TRIZ理論分析解決問題的能力。

【關(guān)鍵詞】沖突矩陣法；煤基直接還原工藝；釩鈦磁鐵礦

引言

TRIZ作為解決技術(shù)問題或發(fā)明問題的一種方法，不是針對某個具體的機(jī)構(gòu)、機(jī)械或過程，而是要建立解決問題的模型及指明問題解決對策的探索方向，TRIZ的原理、算法也不局限于任何特定的應(yīng)用領(lǐng)域，它是指導(dǎo)人們創(chuàng)造性解決問題并提供科學(xué)的方法、法則[1]。因此，TRIZ可以廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域創(chuàng)造性的解決問題。本文對如何改善釩鈦磁鐵礦煤基直接還原工藝，嘗試用TRIZ理論中沖突矩陣法進(jìn)行分析研究，并提出釩鈦磁鐵礦煤基直接還原工藝的改善措施。

1、TRIZ沖突矩陣法

TRIZ沖突矩陣是解決技術(shù)沖突的有效方法。沖突矩陣為一個40×40的矩陣，它是由39個通用工程參數(shù)和40條發(fā)明原理所構(gòu)成的龐大矩陣，其中第一行為惡化的特征參數(shù)，第一列為改善的特征參數(shù)。除第1行與第1列外，其余39行與39列形成矩陣，每個矩陣元素表示惡化特征和改善特征對應(yīng)的發(fā)明原理解序號。應(yīng)用的過程為，首先從第1行中選取惡化特征參數(shù)序號，再從第1列中選取改善特征參數(shù)序號，兩序號在對應(yīng)行與列的交叉處確定特定矩陣元素，該元素所給出的數(shù)字為推薦采用的解決原理序號。應(yīng)用解決沖突矩陣可以解決絕大部分工程設(shè)計(jì)問題，并對產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提出有效方案[2-6]。

2、改善釩鈦磁鐵礦煤基直接還原工藝的研究分析

釩鈦磁鐵礦煤基直接還原工藝是一種能綜合回收釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦的工藝流程。它相對高爐流程而言具有流程短、投資省，無需焦煤，污染小、環(huán)境友好（酚氰、NOx物、CO、SOx排放少），可綜合回收釩鈦磁鐵礦中鐵、釩、鈦資源等特點(diǎn)。目前，世界上煤基直接還原工藝有隧道窯、回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐、豎爐工藝等，但是在煤基直接還原工藝中，存在裝置復(fù)雜、還原溫度較高、生產(chǎn)率低的問題。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可直觀地總結(jié)出釩鈦磁鐵礦煤基直接還原工藝改進(jìn)的功能，轉(zhuǎn)化成TRIZ理論發(fā)明解決原理如表1所示，將選擇的這些工程參數(shù)帶人TRIZ理論沖突矩陣中，從沖突矩陣中可以得到以下幾個發(fā)明原理，如表2所示。

在表2中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知有一些原理是沒有可行性的，比如：NO32改變顏色理論，不能達(dá)到改進(jìn)工藝目的。從煤基直接還原工藝改進(jìn)解決原理中選擇可用的原理如下：

原理11：預(yù)補(bǔ)償

措施：先將釩鈦鐵精礦和煤粉混合配入高溫粘結(jié)劑或新型復(fù)合粘結(jié)劑，再冷固結(jié)壓制成球，提高生球的爆裂溫度和改善生球的爆裂性能。例如：添加膨潤土、水玻璃等，使球團(tuán)具有較高的爆裂溫度和抗爆裂性能。

原理22：變有害為有益

措施：1）直接還原過程中，煤粉中的硫在高溫下生成SOx氣體排出，此時可采用離子循環(huán)吸收法從廢氣中回收對環(huán)境有污染的硫氧化物，使有害的硫氧化物得到回收制取硫酸。2）直接還原通常用煤氣燃燒進(jìn)行加熱和還原，煤氣的燃燒值低、污染大，改用天燃?xì)饧訜岷瓦€原，天燃?xì)獾娜紵蹈?、且污染小，既提高球團(tuán)的金屬率，又減少污染氣體排放。

原理20：有效作用的連續(xù)性

措施：使直接還原過程成為一個連續(xù)不斷進(jìn)行的過程，如轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原工藝，在轉(zhuǎn)底爐上開兩個門，一個門負(fù)責(zé)裝料進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行直接還原，另一個門將直接還原后的金屬化球團(tuán)取出，使整個工藝過程為一個有效的連續(xù)作業(yè)，消除了間歇性的工作。

原理25：自服務(wù)

措施：煤基直接還原過程，是一個放熱反應(yīng)，排出大量高溫氣體，是可利用的廢棄能源，可將這些高溫氣體輸送至壓球車間來干燥生球團(tuán)，降低生球團(tuán)的水分，有利于提高生球的爆裂溫度，有助于直接還原過程的順行。

原理27：低成本、不耐用的物體替代昂貴、耐用的物體

措施：煤基直接還原過程中球團(tuán)或放置于陶罐中，或放置于工藝裝置內(nèi)的爐膛內(nèi)小車表面，由于要經(jīng)過900℃～1300℃的高溫還原，經(jīng)常發(fā)生球團(tuán)粘結(jié)在小車表面，通常采用小車表面鋪上一層石墨，可以在小車表面鋪上一層廢舊報(bào)紙，待紙張燃燒后自然形成一層灰分使球團(tuán)與小車表面耐火材料隔起來，即可以用廢紙張（報(bào)紙等）代替石墨。

原理35：物理/化學(xué)狀態(tài)變化

措施：煤基直接還原工藝過程中，將生球團(tuán)還原成為金屬化球團(tuán)，即將氧化鐵還原為金屬鐵，金屬化程度越高，則電爐熔分工藝的能耗將越低，生產(chǎn)效率顯著提高。

3、結(jié)語

TRIZ理論沖突矩陣法分析得出釩鈦磁鐵礦煤基直接還原工藝改進(jìn)措施是：采用新型復(fù)合粘結(jié)劑改善球團(tuán)的性能，使其適應(yīng)爐料及爐體運(yùn)動對球團(tuán)高溫性能和強(qiáng)度的要求；采用天然氣及其裂解工藝作為還原劑和燃料對爐體進(jìn)行加熱和還原，提高球團(tuán)的金屬化率和減少污染氣體排放；通過技術(shù)研發(fā)和技術(shù)集成對爐體進(jìn)行改善，依據(jù)釩鈦磁鐵礦煤基直接還原規(guī)律和物化性質(zhì)，改變燒嘴燃燒方向和排列，以提高爐體溫度和溫度場分布，提高爐料金屬化率；通過爐體進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用有效作用的連續(xù)性原理，讓整個工藝有效的連續(xù)性的作業(yè)，提高生產(chǎn)效率；通過對自服務(wù)原理，建造高溫氣體回輸?shù)缴驁F(tuán)車間裝置，來實(shí)現(xiàn)高溫廢氣干燥生球團(tuán)的作用；通過提高直接還原設(shè)備還原溫度，提高球團(tuán)金屬化率，來降低電爐熔分工藝的能耗，提高生產(chǎn)效率。