鋼鐵冶金學(xué)非高爐煉鐵

第八章

非高爐煉鐵一、非高爐煉鐵概念1定義非高爐煉鐵法 除高爐煉鐵以外的其它還原鐵礦石的方法直接還原定義(DirectReduction) 指鐵礦石在低于熔化溫度之下還原成海綿鐵的生產(chǎn)過(guò)程熔融還原(SmeltingReduction) 指非高爐煉鐵方法中那些冶煉液態(tài)生鐵的工藝過(guò)程2非高爐煉鐵方法分類3高爐煉鐵狀況

目前達(dá)到十分完善的程度: 如：高爐大型化 精料 高風(fēng)溫 高壓操作 富氧噴煤4高爐固有缺點(diǎn)①煤氣爐料逆流運(yùn)動(dòng),要求高質(zhì)量人造爐料，而低熱值煤氣是由優(yōu)質(zhì)焦炭產(chǎn)生。②由于加熱空氣和除塵,需要建設(shè)大量輔助設(shè)備，工藝流程長(zhǎng)，原料、燃料必須經(jīng)過(guò)反復(fù)加熱，冷卻和加工，能耗和生產(chǎn)成本比較高。③高爐流程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)要求規(guī)模大，生產(chǎn)的靈活性較差。5直接還原發(fā)展的背景二十世紀(jì)60年代直接還原發(fā)展的原因①不用焦炭煉鐵；②合格廢鋼、優(yōu)質(zhì)廢鋼供應(yīng)不足；③可得到高品位鐵精礦；④省去了煉焦設(shè)備，總的基建費(fèi)用比高爐煉鐵法低。限制直接還原大量應(yīng)用的障礙直接還原能源供應(yīng)并未完全解決(最成熟的直接還原法使用天然氣作為一次能源,天然供應(yīng)有限且價(jià)格不低,應(yīng)用煤炭技術(shù)的各種方法技術(shù)仍有待完善)直接還原電爐流程電耗高(600~1000度/噸)(并不是任何地區(qū)都容易提供)高品位精礦粉難于普遍獲得開(kāi)發(fā)直接還原技術(shù)應(yīng)考慮因素資源條件

較豐富的天然氣 充足的電能 高品位的鐵礦石海綿鐵銷路6直接還原與熔融還原的比較直接還原的發(fā)展在70年代能源危機(jī)后受到了阻礙,研究和開(kāi)發(fā)不以天然氣和石油為能源的熔融還原成了冶金工作者新的非高爐煉鐵法課題。熔融還原方法是在高于渣鐵熔點(diǎn)下進(jìn)行的反應(yīng),其產(chǎn)品是含碳液態(tài)生鐵。熔融還原優(yōu)點(diǎn)是以煤炭為主要能源,對(duì)礦石品位要求不象直接還原那樣嚴(yán)格。熔融還原主要問(wèn)題是需要大量氧氣或電能,能耗較高。7非高爐煉鐵產(chǎn)品性質(zhì)及應(yīng)用海綿鐵（直接還原鐵）DRI,DirectReducedIron,SpongeIron粒鐵半熔化狀態(tài)下還原熔煉出的產(chǎn)品液鐵（SmeltingReductionIron)熔融還原生產(chǎn)出的液態(tài)生鐵8

鋼鐵生產(chǎn)工藝新流程及其評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)流程 高爐+轉(zhuǎn)爐新流程 直接還原豎爐+電爐 直接還原回轉(zhuǎn)窯+電爐 熔融還原+轉(zhuǎn)爐二、直接還原工藝及原理

1氣基直接還原法

氣基直接還原法分類目前世界海綿鐵產(chǎn)量達(dá)2300萬(wàn)噸,大部分用M氏法(Midrex)生產(chǎn)主要問(wèn)題

這種工藝必須用天然煤氣制備還原劑,在天然氣缺乏的地方無(wú)法采用;此外此種工藝設(shè)備復(fù)雜,投資巨大。2煤基直接還原法還原劑和燃料可分別使用不同燃料燃料:煤氣,燃油,煤炭(煙煤)還原劑：煤對(duì)還原煤的要求 反應(yīng)性好,灰熔點(diǎn)高(回轉(zhuǎn)窯>1150℃),灰分少(<25%),含S少(<0.8%)

直接還原工藝介紹

直接還原總產(chǎn)量60%；80萬(wàn)噸/年；原料：氧化球團(tuán)或天然富礦

要求：粒度6-25毫米脈石含量<3%;膨脹率<20%；強(qiáng)度>200Kg/球

一次能源：天然氣；

煤氣轉(zhuǎn)換：CH4+H2O=CO+3H2；CH4+CO2=2CO+2H2

煤氣要求：氧化度<5%;入爐煤氣溫度750-900℃；

還原帶停留時(shí)間：6小時(shí)

HYL反應(yīng)罐法工藝流程煤基回轉(zhuǎn)窯

球團(tuán)或富礦5-25毫米

原料：焦粒（煤粒）、塊狀鐵礦、石灰石粒（或白云石）

轉(zhuǎn)底爐法

優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，反應(yīng)速度快，生產(chǎn)率高。但是這一方法仍然需用煤氣燃料（煤炭?jī)H用作還原劑）。消耗指標(biāo)為：鐵精礦：1300kg，還原煤400kg,氣體燃料0.65Gcal,電耗60KWh。此法最大缺點(diǎn)是還原煤的灰份保留在產(chǎn)品中，降低了產(chǎn)品品質(zhì)。在使用含鐵７０％的精礦，和灰份＜１０％的煤生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)品中酸性脈石含量仍高達(dá)４－６％以上。

三、熔融還原工藝1.熔融還原簡(jiǎn)介定義:指非高爐煉鐵方法中那些冶煉液態(tài)生鐵的工藝過(guò)程產(chǎn)品:鐵水副產(chǎn)品：爐渣、煤氣（生鐵、爐渣與高爐相同，但煤氣的數(shù)量和成分卻差別較大）開(kāi)發(fā)目的:代替焦炭高爐2.熔融還原優(yōu)點(diǎn)①.以煤代焦，降低生產(chǎn)成本。直接使用粉礦或塊礦。②.不需燒結(jié)和煉焦，使環(huán)境污染減少80%。③.具有良好的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件,生產(chǎn)效率高。④.設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,易于控制,開(kāi)啟關(guān)閉均靈活。⑤基建投資少。3.熔融還原目前存在的主要問(wèn)題

①能耗較高需要大量的氧氣或電。②產(chǎn)品質(zhì)量不好，脫硫不穩(wěn)定、硅不能有效控制。③設(shè)備操作壽命不高，如渣中的FeO對(duì)爐襯侵蝕嚴(yán)重。4.熔融還原方法①一步法：在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成鐵礦石高溫還原及渣鐵的熔化分離

缺點(diǎn)：爐襯壽命短（FeO高）工藝過(guò)程能耗大（煤氣排出時(shí)，帶走大量熱量）②二步法：在第一個(gè)反應(yīng)器預(yù)還原而在第二個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充還原（終還原）、熔化分離和生產(chǎn)還原氣體（造氣）5.兩步法熔融還原流程可將高爐分做兩個(gè)反應(yīng)器第一步作用：礦石加熱和預(yù)還原。30-100%的還原度。用流化床、豎爐或回轉(zhuǎn)窯等設(shè)備。第二步作用：造氣（還原氣）補(bǔ)充還原、渣鐵熔化分離。用電弧爐等離子爐，鐵浴等設(shè)備。預(yù)還原器（爐身）：要求較高的還原效率，允許使用低質(zhì)量的還原劑。終還原反應(yīng)器（爐缸）：順利完成終還原、渣鐵熔化分離，在終還原器中完成造氣。連接注意事項(xiàng)滿足合理的還原度分配終還原器為預(yù)還原器提供合適的還原劑工藝合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠熱損失小COREX工藝Corex法是二步法工藝，預(yù)還原采用豎爐，終還原為類似于高爐下部的熔融氣化爐。含鐵原料從頂部裝入豎爐，用熔融氣化爐排出、經(jīng)除塵、溫度控制為850~900℃的還原煤氣進(jìn)行預(yù)還原，生成金屬化率在90%以上的海綿鐵，由螺旋送料機(jī)送入終還原爐，另加煤塊，噴入氧氣。爐料在"半焦"流化床和固定床中還原與熔化，在爐子下部分離渣鐵，出鐵方法與高爐相似。氣化爐排出煤氣溫度約1050℃，摻入經(jīng)冷卻加壓的60℃低溫煤氣后，送熱旋風(fēng)分離器除塵，除塵后的煤氣用于預(yù)還原，豎爐排出煤氣約250℃，經(jīng)冷卻、除塵后送往用戶。Corex主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

單位指標(biāo)生產(chǎn)能力t/h4.5熔煉系數(shù)t/m3·d3.0作業(yè)率92%煤耗量kg/t1020輸出煤氣Nm3/t1650煤氣熱值kJ/Nm37000球團(tuán)礦t/t1.5熔劑t/t0.2氧Nm3/t500~550氮?dú)釴m3/t70~100工業(yè)用水t/t1.5~2.0電kwh/t60DIOS工藝流程圖DIOS原料、設(shè)備和主要技術(shù)指標(biāo)含鐵原料：粉礦燃料及還原劑：非焦煤預(yù)還原設(shè)備：煤氣重整+流化床熔融氣化爐：轉(zhuǎn)爐型鐵浴礦石預(yù)還原度:20-30%二次燃燒率：40~55%傳熱效率：80~95%氧氣消耗：m3/tHM》600煤耗kg/tHM:煤氣發(fā)熱值106J/m3:4.18~8.36中國(guó)熔融還原流程國(guó)內(nèi)熔融還原技術(shù)開(kāi)發(fā)工作始于60年代，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。1994年，科技部把“熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)研究”列為國(guó)家“攀登計(jì)劃”項(xiàng)目。兩步法流程：含碳球團(tuán)豎爐預(yù)還原+鐵浴終還原(控制預(yù)還原爐與終還原爐的還原比例為7：3)

國(guó)內(nèi)流程半工業(yè)實(shí)驗(yàn)情況在完成“攀登計(jì)劃”規(guī)定的基礎(chǔ)研究?jī)?nèi)容后，在承鋼中試廠建成了產(chǎn)鐵能力為2～4t/h的半工業(yè)試驗(yàn)裝置，經(jīng)過(guò)兩次半工業(yè)熱態(tài)試驗(yàn)，取得比較好的試驗(yàn)結(jié)