第四章 直接还原流程(下).ppt

4.4 流化床流程流化床流程4.4.1 FIOR流程n nFIOR(FluidFIOR(Fluid Iron Ore Reduction) Iron Ore Reduction) 开发历程开发历程ØØ19621962年路易斯安那州开始工业试验，于年路易斯安那州开始工业试验，于19661966年完年完成成 ；；ØØ19661966年加拿大建成示范装置并投入运转；年加拿大建成示范装置并投入运转；ØØ19761976年委内瑞拉规模年产年委内瑞拉规模年产4040万万t t的工业装置的工业装置n n流程有流程有4 4个流化床反应器流化床外壳材质为普通碳个流化床反应器流化床外壳材质为普通碳素钢，内衬耐火材料每个流化床都装有一个不锈钢素钢，内衬耐火材料每个流化床都装有一个不锈钢气体分布板和一个旋风除尘器气体分布板和一个旋风除尘器n n第一个流化床用于预热，燃料为天然气或煤气，助燃第一个流化床用于预热，燃料为天然气或煤气，助燃剂采用空气，床内操作温度为剂采用空气，床内操作温度为760℃760℃同时水分和硫同时水分和硫也被脱除也被脱除n n另三个流化床用于还原排出第三个流化床时，矿粉另三个流化床用于还原。

排出第三个流化床时，矿粉已被还原成已被还原成RmRm>90>90％，温度为％，温度为780780～～790℃790℃海绵铁n n海绵铁经过一个有耐火材料衬里的管道，用气力输送海绵铁经过一个有耐火材料衬里的管道，用气力输送到热压机喂料仓，通过双辊热压机加工成高密度海绵到热压机喂料仓，通过双辊热压机加工成高密度海绵铁压块 n n还原气由新鲜富氢气体和循环还原尾气混合而成还原气由新鲜富氢气体和循环还原尾气混合而成ØØ还原尾气经清洗，脱除粉尘和水蒸气，增加还原性还原尾气经清洗，脱除粉尘和水蒸气，增加还原性气氛清洗后的一小部分净煤气进入燃气系统，以气氛清洗后的一小部分净煤气进入燃气系统，以维持系统压力大部分和富氢气体混合进入循环维持系统压力大部分和富氢气体混合进入循环ØØ富氢气体在还原气转化炉中用天然气和水蒸气通过富氢气体在还原气转化炉中用天然气和水蒸气通过催化裂化反应制取催化裂化反应制取4.4.2 H-IRON流程流程n n开发工作经历了以下开发工作经历了以下4 4个阶段：个阶段： 19501950年：年：20 t·d20 t·d-1-1试验装置试验装置 19531953年：年：10 t·d10 t·d-1-1试验装置试验装置 19601960年：年：50t·d50t·d-1-1工业装置工业装置 19511951年：年：120 t·d120 t·d-1-1工业装置工业装置n n采用高压低温流化还原技术，作业压力为采用高压低温流化还原技术，作业压力为2.75MPa2.75MPa，，温度为温度为540℃540℃。

还原反应器是一个三层流化床还原反应器是一个三层流化床 n n还原气为H2（约96％）有利循环使用氢气用天然气或焦炉煤气为原料制取制取过程：原料气→加压至3.54MPa→不完全燃烧法→粗还原气→饱和塔→水汽饱和，洗去炭黑→预热→水煤气反应→([H]↑，CO→CO2)→ 脱CO2和水→纯度约96％的还原气 n n还原尾气中含有大量水蒸气和物理热还原尾气→换热器（回收余热，预热还原气）→洗涤降温(脱除水蒸气和粉尘)→干燥脱水→加新鲜氢气→还原气还原气通过一个加热炉将温度提高至590℃ n n还原气的一次利用率约为还原气的一次利用率约为5 5％经三个流化床矿粉％经三个流化床矿粉的还原率可由的还原率可由4747％％→→8787％％→→9898％总还原时间约％总还原时间约为为45h45hn n海绵铁的活性很高，极易再氧化而自燃因此，产海绵铁的活性很高，极易再氧化而自燃因此，产品自流化床排出后须在品自流化床排出后须在N N2 2气氛中加热至气氛中加热至810℃810℃以上，以上，以降低活性以降低活性n n本工艺可用于生产粉末冶金用铁粉或炼钢海绵铁本工艺可用于生产粉末冶金用铁粉或炼钢海绵铁。

n n不能获得满意的经济效益这一流程已经被淘汰不能获得满意的经济效益这一流程已经被淘汰 4.4.3 NU-IRON和和HIB流程流程n nNU-IRON流程是HIB流程的先驱，为US-Steel Co所开发 n n该方法使用H2和CO作还原剂，在流化床中生产还原率90％～95％的海绵铁还原反应器是一个双层流化床，还原气以天然气为原料，以水蒸气为裂化剂，通过催化裂化反应制取 n n还原气温度为870℃，组成为：H2 74.7％，CO 13.8％，H2O 1.5％，CO2微量，N2 10％ n n应用于工业生产时适当降低产品还原率在经济上应用于工业生产时适当降低产品还原率在经济上更为有利产品被确定为更为有利产品被确定为f f＝＝7575％左右的热压块，％左右的热压块，并改名为并改名为HIBHIBn n19681968年，委内瑞拉开始建设该流程工业装置，年，委内瑞拉开始建设该流程工业装置，19791979年完工投产，年产年完工投产，年产100100万万t t海绵铁 n nHIBHIB还原气制备采用水蒸气催化裂化技术，还原气含还原气制备采用水蒸气催化裂化技术，还原气含氢氢8585％～％～9797％。

％n n矿石使用回转窑在矿石使用回转窑在300℃300℃下烘干，燃料为天然气然下烘干，燃料为天然气然后破碎至小于后破碎至小于1.65mm1.65mm破碎后的矿粉送入两段流化破碎后的矿粉送入两段流化床，进行预热处理床，进行预热处理n n预热后的矿粉进入一个双层流化床反应器进行还原预热后的矿粉进入一个双层流化床反应器进行还原在上层流化床中，矿粉被还原至在上层流化床中，矿粉被还原至FeOFeO；在下层流化；在下层流化床中，矿粉被进一步还原至床中，矿粉被进一步还原至f f＝＝7575％产品排出流化％产品排出流化床后，送人一个中间料仓，并热压成团块床后，送人一个中间料仓，并热压成团块n nHIBHIB流程还原气一次利用率为流程还原气一次利用率为3232％～％～3636％尾气经％尾气经清洗脱尘后，作为燃料供还原气转化炉和加热炉使清洗脱尘后，作为燃料供还原气转化炉和加热炉使用n nHIBHIB流程压块金属化率偏低，不适合直接用于电炉炼流程压块金属化率偏低，不适合直接用于电炉炼钢一般可用于高炉或电炉炼铁一般可用于高炉或电炉炼铁 4.4.4 NOVALFER流程流程n n技术开发过程如下：技术开发过程如下： 19481948年：实验室研究年：实验室研究 19581958年：年：10 t·d10 t·d-1-1试验装置试验装置 19681968年：年：60t·d60t·d-1-1工业装置工业装置 n n以氢气或富氢煤气为还原剂。

还原剂的制取工艺以氢气或富氢煤气为还原剂还原剂的制取工艺与与H-IRONH-IRON流程类似净还原气被预热至流程类似净还原气被预热至850℃850℃后后通入流化床还原反应器通入流化床还原反应器 n n还原流化床分为两级矿粉→干燥预热→第一级还原流化床还原至f＝75％→第二级流化床（双层流化床）还原率约为92％→惰性气氛下冷却n n尾气→旋风除尘器→粉尘脱除→粉尘与产品混合除尘后的尾气经洗涤净化，除去水蒸气，提高还原性气氛净化尾气分为两路一路补充新鲜还原气后经过预热作为本级流化床的还原气另外一路一部分用作矿粉预热流化床的燃料其余部分与第一级流化床净化尾气混合，预热后作为第一级流化床的还原气4.5 反应罐流程反应罐流程n n反应罐非连续性的操作方式落后于现代化冶金技术，反应罐非连续性的操作方式落后于现代化冶金技术，正在逐渐被竖炉工艺所取代正在逐渐被竖炉工艺所取代n nHYLHYL流程生产装置的重点设备是还原气系统和反应流程生产装置的重点设备是还原气系统和反应罐组n n采用蒸汽转化制气技术原料天然气采用蒸汽转化制气技术原料天然气→→活性炭脱硫活性炭脱硫→→混合过量水蒸气混合过量水蒸气→→预热至预热至840℃840℃左右左右→→转化炉反转化炉反应管催化裂化反应应管催化裂化反应→→换热器回收余热换热器回收余热( (生产水蒸气生产水蒸气)→)→洗涤洗涤→→降温，脱除水蒸气。

还原气成分为：降温，脱除水蒸气还原气成分为：H H2 2 7575％，％，CO CO ％，％，CHCH4 4 3 3％，％，H H2 2O 1O 1％，％，COCO2 2 8 8％ n n反应罐组由反应罐组由4 4个反应罐组成罐顶设有装料口，罐底个反应罐组成罐顶设有装料口，罐底设有卸料口还原气入口位于反应罐侧上方，出口设有卸料口还原气入口位于反应罐侧上方，出口位于侧下方还原气是自上向下通过反应罐固定床位于侧下方还原气是自上向下通过反应罐固定床料柱的n n这这4 4个反应罐采用交替循环的方式进行工作，其中总个反应罐采用交替循环的方式进行工作，其中总有一个处于装卸料状态，称为装卸料罐卸料和装有一个处于装卸料状态，称为装卸料罐卸料和装料工作完成之后，装卸料罐转变为副还原罐，原副料工作完成之后，装卸料罐转变为副还原罐，原副还原罐转变为主还原罐，原主还原罐则相应转变为还原罐转变为主还原罐，原主还原罐则相应转变为冷却罐n n 冷却罐的冷却剂是经过洗涤的冷还原气冷却罐的冷却剂是经过洗涤的冷还原气n nHYLHYL流程使用块状炉料，以球团矿和天然块矿为佳流程使用块状炉料，以球团矿和天然块矿为佳。

产品特点是含碳较高，可达产品特点是含碳较高，可达2 2％以上4.6 回转窑流程回转窑流程4.6.1 SL-RN流程n nSL-RN流程由SL流程和RN流程结合而成开发者为加拿大Steel Co Ltd、德国Lurgi A.G.、美国Repablic Steel Co Ltd和National Lead CoS、L、R、N即这四个开发者的字头 n n该流程开发工作于1954年完成，于1969年在澳大利亚Western钛公司建成第一座30m SL-RN工业回转窑此后，该流程很快在世界范围内得到广泛的工业应用 n n该工艺使用非焦煤生产高金属化率海绵铁该工艺使用非焦煤生产高金属化率海绵铁 回转窑回转窑既可处理块矿，又可处理粉矿还原煤为烟煤，其既可处理块矿，又可处理粉矿还原煤为烟煤，其中中8080％与矿石一起自窑尾加入，其余％与矿石一起自窑尾加入，其余2020％自窑头喷％自窑头喷入白云石作脱硫剂白云石作脱硫剂n n回转窑头装有主燃烧器，以煤为燃料为窑内提供热回转窑头装有主燃烧器，以煤为燃料为窑内提供热量窑身备有量窑身备有8 8个二次风机和二次风管通过调节不个二次风机和二次风管通过调节不同部位的二次风量可方便地控制窑内的温度分布。

同部位的二次风量可方便地控制窑内的温度分布在接近窑尾的部位还设有一组埋入式送风嘴，以提在接近窑尾的部位还设有一组埋入式送风嘴，以提高炉料升温速度高炉料升温速度n n冷却水喷淋在旋转的筒壁上，对海绵铁间接进行冷冷却水喷淋在旋转的筒壁上，对海绵铁间接进行冷却冷却后的炉料首先进行筛分，将炉料分成小于却冷却后的炉料首先进行筛分，将炉料分成小于1mm1mm、、1 1～～3mm3mm和大于和大于3mm3mm三个粒级三个级别的三个粒级三个级别的炉料分别进行磁选海绵铁产品由三部分组成，大炉料分别进行磁选海绵铁产品由三部分组成，大于于3mm3mm的磁性物、的磁性物、1 1～～3mm3mm的磁性物冷压块和小于的磁性物冷压块和小于1mm1mm的磁性物冷压块压块以石灰和糖浆作粘结剂的磁性物冷压块压块以石灰和糖浆作粘结剂三种产品的比例与矿石性质，特别是低温还原粉化三种产品的比例与矿石性质，特别是低温还原粉化率有关n n回转窑废气中的剩余化学热和物理热通过余热锅炉回转窑废气中的剩余化学热和物理热通过余热锅炉进行回收废气进行回收废气→→沉降室除尘沉降室除尘→→空气烧掉可燃性气空气烧掉可燃性气体体→→余热锅炉回收物理热余热锅炉回收物理热→→生产蒸汽生产蒸汽→→净化排入大净化排入大气。

气 4.6.2 CODIR流程流程n nCODIR流程半工业试验于1957年完成1973年南非Dunswart公司在伯诺尼建成一座年产15万，海绵铁的CODIR工业装置n n它与SL-RN的主要区别是在窑头用压缩空气喷入占总量约70％的还原煤这一措施对抑制再氧化和结圈现象具有明显效果 n nCODIR流程使用球团矿或天然块矿作为含铁料还原剂最好是挥发分小于30％的高活性煤脱硫剂一般为石灰石或白云石矿石、还原煤和脱硫剂自窑尾入窑后，与炉气逆流向窑头运动后续处理方法与SL-RN类似n n冷却筒采用间接和直接水冷相结合的方式，即同时向筒壁和筒内打水冷却4.6.3 ACCAR回转窑装置回转窑装置n n工艺开发过程：工艺开发过程：ØØ19731973年改建成年改建成ACCARACCAR示范装置示范装置ØØ19761976年改建成年产年改建成年产2020万万t t的的ACCARACCAR工业装置工业装置ØØ1983年，印度15万t的工业装置投产n n该流程的工艺特点在于回转窑的构造和运行方式n n在靠近出料端约70％的窑身上布满了喷嘴回转窑旋转时，由处于下部炉料覆盖下的喷嘴向料层喷入燃料。

可单独或混合使用气体(如天然气)、液体(如油)和固体(如煤)燃料当喷嘴转向上部，位于气相空间时则改喷空气对不同燃料的广泛适应能力是该技术的一大优点n n通过控制燃料和空气沿窑身的给入量，叫得到理想的温度分布和气氛分布 n n与其他煤基回转窑工艺比较：ØØ优点：利用系数高；温度控制精确，有利于抑制粘结和结圈现象ØØ缺点：不能完全使用煤作能源n n与气基竖炉直接还原工艺相比：优点是不需要复杂的还原气转化装置，对燃料适应性强；缺点是利用系数仍然远低于竖炉n n海绵铁产品金属化率为92％～94％，含碳量在0.01％～3.0％的范围内可控能耗以混合使用煤和油时最低，单独使用天然气时最高 4.6.4 SPM流程流程n nSPM意为住友预还原法，即久保田法开发者是日本住友金属n n该流程用于钢铁厂粉尘的处理和回收，第一个工业装置于1975年在鹿岛投产，规模为20万t·a-1n n流程特点是使用钢铁厂粉尘，在还原过程中同时对粉料进行造粒产品为中等金属化率的海绵铁，主要用作高炉原料 n nSPMSPM回转窑与其他还原窑结构基本相同，窑头设有回转窑与其他还原窑结构基本相同，窑头设有煤气烧嘴，窑身设有二次风机。

此外，还设有专门煤气烧嘴，窑身设有二次风机此外，还设有专门的清料镗杆，以清理粘附在窑壁上的炉料的清料镗杆，以清理粘附在窑壁上的炉料n n原料主要是高炉尘泥、转炉尘泥和轧钢铁鳞混合原料主要是高炉尘泥、转炉尘泥和轧钢铁鳞混合炉料品位约为炉料品位约为5757％还原剂为无烟煤粉燃料是焦％还原剂为无烟煤粉燃料是焦炉煤气，辅以炉气的一次燃烧此外还需要少量烟炉煤气，辅以炉气的一次燃烧此外还需要少量烟煤或脱水褐煤作为保护煤煤或脱水褐煤作为保护煤n n炉料在升温和还原的过程中产生部分液相，在滚动炉料在升温和还原的过程中产生部分液相，在滚动中形成大小不一的团粒中形成大小不一的团粒n n还原产物排出回转窑后进入冷却筒，进行直接水冷、还原产物排出回转窑后进入冷却筒，进行直接水冷、冷却后再对产物进行破碎和筛分取冷却后再对产物进行破碎和筛分取7 7～～50mm50mm的部的部分供高炉冶炼，小于分供高炉冶炼，小于7mm7mm的部分送烧结厂或返回重的部分送烧结厂或返回重新处理n n 粉尘原料中含锌较高粉尘原料中含锌较高4.7外热反应罐流程外热反应罐流程(HOGANAS) n nHOGANAS是于1908年发明的它使用外热反应罐和隧道窑。

这种方法目前仍广泛应用于生产粉末冶金用铁粉 n n外热反应罐材质为碳化硅或粘土碳化硅反应罐耐用，导热性好，但造价高粘土反应罐性能较差，但造价低得多 n n矿粉和还原剂分层装入罐内还原剂一般采用焦粉，矿粉和还原剂分层装入罐内还原剂一般采用焦粉，且混入石灰石粉作为脱硫剂矿粉要求脉石和有害杂且混入石灰石粉作为脱硫剂矿粉要求脉石和有害杂质含量极低，可用纯净的轧钢铁鳞或磁选精矿为原料质含量极低，可用纯净的轧钢铁鳞或磁选精矿为原料装好炉料的反应罐重叠摆放在隧道窑台车上，推入隧装好炉料的反应罐重叠摆放在隧道窑台车上，推入隧道窑进行焙烧道窑进行焙烧n n隧道窑可分成加热、还原和冷却三个区段在还原段隧道窑可分成加热、还原和冷却三个区段在还原段装有燃烧器，以液体或气体燃料为能源使还原段温度装有燃烧器，以液体或气体燃料为能源使还原段温度保持在保持在1200℃1200℃左右还原段高温炉气向加热段流动，左右还原段高温炉气向加热段流动，对反应罐进行预热，使其温度随着向还原段的接近而对反应罐进行预热，使其温度随着向还原段的接近而逐步提高台车进入还原段后，焦炭气化反应放出大逐步提高台车进入还原段后，焦炭气化反应放出大量量COCO，使矿粉得到还原，生成海绵铁。

冷却段中有一，使矿粉得到还原，生成海绵铁冷却段中有一股由吸入的冷空气形成的气流在气流中，密封的反股由吸入的冷空气形成的气流在气流中，密封的反应罐逐步冷却至常温出窑后，将海绵铁取出，清理应罐逐步冷却至常温出窑后，将海绵铁取出，清理掉残焦和灰分即为产品由于装料的方式不同，产品掉残焦和灰分即为产品由于装料的方式不同，产品呈管状或棒状呈管状或棒状n n海绵铁全铁约为海绵铁全铁约为9898％要得到粉末冶金铁粉，还须对％要得到粉末冶金铁粉，还须对产品进行进一步的深加工产品进行进一步的深加工 4.8 转体炉流程转体炉流程 4.8.1 INMETCO流程流程 n n第一个INMETCO装置于1978年投产，用于从合金钢冶炼废料中回收镍、铬和铁用该方法生产海绵铁也是可行的n nINMETCO的主体设备是一个转体炉转体炉呈密封的圆盘状，炉体在运行中以垂线为轴作旋转运动 n n流程的最突出特点是使用冷固结含碳球团可使用流程的最突出特点是使用冷固结含碳球团可使用矿粉或冶金废料作为含铁原料，焦粉或煤作为内配矿粉或冶金废料作为含铁原料，焦粉或煤作为内配还原剂将原燃料混匀磨细，制作成冷固结球团，还原剂将原燃料混匀磨细，制作成冷固结球团，然后将冷固结球团连续加入转体炉，在炉盘上均匀然后将冷固结球团连续加入转体炉，在炉盘上均匀布上一层厚度约为球团矿直径布上一层厚度约为球团矿直径3 3倍的炉料。

倍的炉料n n在炉盘周围设有烧嘴，以煤、煤气或油为燃料高在炉盘周围设有烧嘴，以煤、煤气或油为燃料高温燃气吹入炉内，以与炉盘转向相反的方向流动，温燃气吹入炉内，以与炉盘转向相反的方向流动，将热量传给炉料由于料层薄，球团矿升温极为迅将热量传给炉料由于料层薄，球团矿升温极为迅速，很快达到还原温度速，很快达到还原温度1250℃1250℃左右n n含碳球团内，矿粉与还原剂具有良好的接触条件含碳球团内，矿粉与还原剂具有良好的接触条件在高温下，还原反应以高速进行经过在高温下，还原反应以高速进行经过1515～～20min20min的还原，球团矿金属化率即可达到的还原，球团矿金属化率即可达到8888％～％～9292％还原好的球团经一个螺旋排料机卸出转体炉原好的球团经一个螺旋排料机卸出转体炉4.8.2 FASTMET流程流程 n n FASTMET工艺开发进程：ØØ1995年8月建成了FASTMET示范厂ØØ同年12月向转体炉投入了第一批原料ØØ第一座商业化FASTMET直接还原厂于2000年二季度在新日铁广火田厂投产n n使用含碳球团作为原料粉状还原剂和粘结剂首先与铁精矿混合均匀并制成(含碳)球团。

干燥球送入转体炉，均匀地铺放于旋转的炉膛上铺料厚度为1～2个球团的直径随着炉膛的旋转，球团矿被加热至1250～1350℃，并还原成海绵铁n n原料在炉内的停留时间视原料性质，还原温度及其他一些因素而定，一般为6～12min，海绵铁通过一个出料螺旋连续排出炉外出炉海绵铁温度约为1000℃根据需要，可以将出炉后的海绵铁热压成块、热装入熔炼炉或使用圆筒冷却机冷却 n nFASTMET对原料没有特殊要求，铁精矿、矿粉、含铁海沙和粉尘均可使用不过粒度应适宜造球对配入球团矿的还原剂要求固定碳高于50％，灰分小于10％，硫低于1％(干基)n n两侧炉壁上安装的燃烧器可提供炉内需要的热量燃料可使用天然气、燃料油或煤粉煤粉燃烧器的造价较高，但火焰质量较天然气更为适用，且运行成本较低燃烧用煤的挥发分含量不应低于30％，灰分应在20％以下第四章第四章 直接还原流程学习重点直接还原流程学习重点n nMIDREX：流程、原料、竖炉基本结构及运行、重要工艺参数、炉顶煤气冷却和热压块；n nFIOR：流程、各流化床作用、原料、还原气循环系统n nSL-RN：流程、原料、回转窑结构及设备、产品。