钢铁冶金学非高炉炼铁

1、第 八 章 非 高 炉 炼 铁l一、非高炉炼铁概念1 定义l非高炉炼铁法 除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法l直接还原定义( Direct Reduction) 指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵 铁的生产过程 l熔融还原 (Smelting Reduction) 指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的 工艺过程 2 非高炉炼铁方法分类3 高炉炼铁状况 目前达到十分完善的程度: 如：高炉大型化精料高风温高压操作富氧喷煤4 高炉固有缺点 l 煤气炉料逆流运动,要求高质量人 造炉料，而低热值煤气是由优质焦炭 产生。l 由于加热空气和除尘,需要建设大 量辅助设备，工艺流程长，原料、燃 料必须经过反复加热，冷却和加工， 能耗和生产成本比较高。l 高炉流程进行经济生产要求规模 大，生产的灵活性较差 。5 直接还原发展的背景l二十世纪60年代直接还原发展的原因 不用焦炭炼铁； 合格废钢、优质废钢供应不足； 可得到高品位铁精矿； 省去了炼焦设备，总的基建费用比高炉 炼铁法低。限制直接还原大量应用的障碍l直接还原能源供应并未完全解决 (最成熟的直接还原法使用天然气作为一次 能源,天然供应有限且价格不

2、低,应用煤炭技 术的各种方法技术仍有待完善)l直接还原电炉流程电耗高(6001000度/吨 ) (并不是任何地区都容易提供)l高品位精矿粉难于普遍获得开发直接还原技术应考虑因素 资源条件 较丰富的天然气 充足的电能 高品位的铁矿石 海绵铁销路6 直接还原与熔融还原的比较直接还原的发展在70年代能源危机后受 到了阻碍,研究和开发不以天然气和石油为 能源的熔融还原成了冶金工作者新的非高 炉炼铁法课题。熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行 的反应,其产品是含碳液态生铁。熔融还原 优点是以煤炭为主要能源,对矿石品位要求 不象直接还原那样严格。熔融还原主要问题是需要大量氧气或电 能,能耗较高。7 非高炉炼铁产品性质及应用海绵铁（直接还原铁）DRI, Direct Reduced Iron, Sponge Iron粒铁半熔化状态下还原熔炼出的产 品液铁（Smelting Reduction Iron)熔融还原生产出的液态生铁8 钢铁生产工艺新流程及其评价 l传统流程高炉+转炉l新流程直接还原竖炉+电炉l 直接还原回转窑+电炉l 熔融还原+转炉 二、直接还原工艺及原理1 气基直接还原法气基直接还原法分

3、类l目前世界海绵铁产量达2300万吨 ,大部分用M氏法(Midrex)生产l主要问题 这种工艺必须用天然煤气制备 还原剂,在天然气缺乏的地方无法 采用;此外此种工艺设备复杂,投资 巨大。2 煤基直接还原法l还原剂和燃料可分别使用不同燃料l燃料:煤气,燃油,煤炭(烟煤)l还原剂：煤l对还原煤的要求 反应性好,灰熔点高(回转窑1150), 灰分少(200Kg/球 一次能源：天然气； 煤气转换： CH4+H2O=CO+3H2； CH4+CO2=2CO+2H2 煤气要求：氧化度5%;入炉煤气温度750-900； 还原带停留时间： 6小时HYL反应罐法工艺流程煤基回转窑球团或富矿5-25毫米 原料：焦粒（煤粒）、块状铁矿、石灰石粒（或白云石）转底炉法优点：设备简单，操作容易，反应速度快，生产率高。但是这一方法仍然需 用煤气燃料（煤炭仅用作还原剂）。消耗指标为：铁精矿：1300kg，还原 煤400kg,气体燃料0.65Gcal, 电耗60KWh 。此法最大缺点是还原煤的灰份 保留在产品中，降低了产品品质。在使用含铁的精矿，和灰份 的煤生产时，产品中酸性脉石含量仍高达以上。 三、熔融还原工艺1.熔融

4、还原简介l定义:指非高炉炼铁方法中那些冶炼 液态生铁的工艺过程l产品: 铁水l副产品：炉渣、煤气 （生铁、炉渣与高炉相同，但煤气的 数量和成分却差别较大）l开发目的:代替焦炭高炉2.熔融还原优点.以煤代焦，降低生产成本。直接使用粉 矿或块矿。 .不需烧结和炼焦，使环境污染减少80% 。 .具有良好的反应动力学条件,生产效率高 。 .设备简单,操作方便,易于控制,开启关闭 均灵活。 基建投资少。3.熔融还原目前存在的主要问题 l 能耗较高需要大量的氧气 或电。l 产品质量不好，脱硫不稳 定、硅不能有效控制。l 设备操作寿命不高，如渣 中的FeO对炉衬侵蚀严重。4.熔融还原方法 一步法：在一个反应器内完成铁矿石高温还原及渣 铁的熔化分离缺点：炉衬寿命短（FeO高）工艺过程能耗大（煤气排出时，带走大量 热量） 二步法：l在第一个反应器预还原 而在第二个反应器内进行 补充还原（终还原）、熔 化分离和生产还原气体（ 造气）5. 两步法熔融还原流程l可将高炉分做两个反应器l第一步作用：矿石加热和预还原 。30-100%的还原度。用流化床、 竖炉或回转窑等设备。l第二步作用：造气（还原气）补 充还原

5、、渣铁熔化分离。用电弧炉 等离子炉 ，铁浴等设备。l预还原器（炉身）：要求较高的 还原效率，允许使用低质量的还 原剂。l终还原反应器（炉缸）：顺利完 成终还原、渣铁熔化分离，在终 还原器中 完成造气。连接注意事项l满足合理的还原度分配l终还原器为预还原器提供合适的 还原剂l工艺合理，结构简单，可靠热损 失小COREX工艺lCorex法是二步法工艺，预还原采用竖炉， 终 还原为类似于高炉下部的熔融气化炉。l 含铁原料从顶部装入竖炉，用熔融气化炉 排出、经除尘、温度控制为850900的还原煤 气进行预还原，生成金属化率在 90%以上的海绵 铁，由螺旋送料机送入终还原炉，另加煤块，喷 入氧气。炉料在“半焦“流化床和固定床中还原与 熔化，在炉子下部分离渣铁， 出铁方法与高炉相 似。气化炉排出煤气温度约1050，掺入经冷却 加压的60低温煤气后，送热旋风分离器除尘， 除尘后的煤气用于预还原，竖炉排出煤气约 250，经冷却、除尘后送往用户。Corex主要生产技术指标l 单位 指标l生产能力 t/h 4.5l熔炼系数 t/m3d 3.0l作业率 92%l煤耗量 kg/t 1020l输出煤气 Nm3/

6、t 1650l煤气热值 kJ/Nm3 7000l球团矿 t/t 1.5l熔剂 t/t 0.2l氧 Nm3/t 500550l氮气 Nm3/t 70100l工业用水 t/t 1.52.0l电 kwh/t 60DIOS工艺流程图DIOS原料、设备和主要技术指标l含铁原料：粉矿l燃料及还原剂：非焦煤l预还原设备：煤气重整+流化床l熔融气化炉：转炉型铁浴l矿石预还原度: 20-30%l二次燃烧率：4055%l传热效率： 8095%l氧气消耗：m3/tHM 600l煤耗 kg/tHM: l煤气发热值106J/m3 : 4.188.36 中国熔融还原流程l国内熔融还原技术开发工作始于60年代 ，积累了一定的经验。1994年，科技部把“ 熔融还原技术基础研究”列为国家“攀登计 划”项目。l两步法流程：含碳球团竖炉预还原+铁浴终还原(控制预还原炉与终还原炉的还原比例为7：3) 国内流程半工业实验情况l在完成“攀登计划”规定的基础研究内容后，在承钢 中试厂建成了产铁能力为24t/h的半工业试验装置， 经过两次半工业热态试验，取得比较好的试验结果。l(1) 设备连续热运行10d，其中无故障运行时间82h；l(2) 累计产铁量120t，平均产铁率1.5t/h，炉子利用系 数5.22t/m3d；l(3) 氧气消耗525m3/t；l(4) 综合煤耗1271kg/t；l(5) 炉衬侵蚀速度低于0.1mm/h(国外同类型装置的侵 蚀速度为35mm/h)；l(6) 铁水质量满足炼钢要求。

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