1、冶金工艺与热过程M&M21.1 冶金基本概念1.2 钢铁工业 钢铁冶炼1.3 钢铁产品及副产品 1.4 钢铁工业能耗及能源1.5 耐火材料1.6 环境保护1.7 小结主要内容M&M3 冶金是研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并采取各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。冶金定义：冶金定义： 1.1 冶金基本概念冶金分类：冶金分类： 提取冶金研究提取金属，存在化学反应。 物理冶金研究金属材料成型的过程。M&M4黑色冶金：黑色冶金： 是指以铁、鉻、锰三种金属元素作为主要开采、冶炼、压延对象的工业产业。冶金工业发展历史：冶金工业发展历史：1.冶金基本概念M&M5我国对冶金发
2、展的贡献M&M6 中国和其他国家一样，铸造是从使用石范开始的，以后使用了铜范。商周青铜器大量使用陶范。它可用母模复制，便于大量生产。模和范经过焙烧，比较坚固，为青铜器的铸造创造了优越的条件。中国铸造技术的先进性还表现在战国时期出现的用金属模制作铁范，然后利用铁范进行大规模生产，这一先进技术实现了产品的规范化和批量生产。陶范和铁范陶范和铁范我国对冶金发展的贡献M&M7 约在公元前2200年，西亚地区发明了一范多型，可以同时铸造若干器件的石范。中国甘肃玉门出土的属于火烧沟文化的石范，已能同时铸造两个箭镞。战国时用这种方法铸造钱币，后来进一步发展成多层范片相叠,一次铸造多件的叠铸方法。这是继铸造生产
3、规格化、批量化后，进一步提高工效的重大发展。叠铸叠铸我国对冶金发展的贡献M&M8精密铸件精密铸件 陶范的使用和高度的铸造技术水平，铸成了音调准确的双音编钟,面积大而厚度很薄的铜鼓(见彩图),细达0.1毫米的越国青铜剑剑首底部的环纹(见彩图)。战国初期还用失蜡法铸造出曾侯乙墓尊盘这样的精美制品。我国对冶金发展的贡献M&M9大型铸件大型铸件 竖炉冶炼的强化，提高了液态金属的铸造温度；焙烧工艺的采用，提高了泥范的强度，为大型铸件的生产创造了条件。中国早在商代就铸造出许多重量在百公斤以上的各种铜器。唐代以后又发展为铸造大型铁件。如铁镬(江苏扬州)、当阳铁塔（湖北当阳，分段铸造）、沧州铁狮(河北沧州)、
4、铁人（河南登封、山西太原）等。到了明代出现了重达46.5吨的北京永乐大钟，和分段铸成整体重达76吨的河北正定铜佛。我国对冶金发展的贡献M&M10错金与鎏金 春秋中叶以后，开始在青铜器表面嵌镶不同色泽金属如铜片，后来发展为凿有细纹和艺术化的文字（鸟篆），纹内嵌入金（银）丝的错金（银）技术。 战国初期（公元前5世纪）,中国发明了金（银）汞齐鎏金（银）的技术（见彩图）。在欧洲，这一技术见于公元前半世纪的记载。我国对冶金发展的贡献M&M11表面着色和氧化表面着色和氧化 中国至迟在战国初期，发明了将青铜器表面氧化成墨黑色的技术，或用以防锈，或作为花饰。湖北江陵出土的越王勾践剑，许多地方出土的吴王剑和吴国
5、剑都有黑色花纹。秦汉时期有些箭镞、剑格也使用了这种技术。后来在铜器表面刻槽作画，槽中用鎏金（银）办法“走金”或“走银”；有的将表面着色；以及制出著名的云南乌铜器。 我国对冶金发展的贡献M&M12其他金属及其合金其他金属及其合金 中国古代除了使用铜、锡、铅、金、银外，还发明了铜镍合金（白铜）的冶炼技术，锌的冶炼和水法炼铜的技术，发明了砷白铜和补牙用银汞齐等技术。 特别是锌的冶炼中国在冶金上的另一贡献是金属锌的生产。中国明代以后称锌为倭铅。中国在1618世纪已经向欧洲出口含锌99的锌锭。20世纪70年代，云南和贵州尚有古代流传下来的与天工开物所记载相似的炼锌方法坩埚炼锌法。这个方法的基本原理在世界
6、各国一直应用到电解制锌法的出现。我国对冶金发展的贡献M&M13按所冶炼金属类型分：有色冶金黑色冶金（钢铁冶金）按冶金工艺过程不同分：火法冶金湿法冶金电冶金冶金的分类M&M14干燥：去水，温度为400600。焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。 煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：还原氧化物，提取粗金属。 精炼：氧化杂质，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。火法冶金主要过程简介M&M151.2 钢铁工业 钢铁材料 钢与生铁的区别 钢铁冶炼技术发展简史 我国钢铁工业的发展M&M16钢铁材
7、料 钢铁是使用最多的金属材料 原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能 好；易改质处理 预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例M&M17钢与生铁的区别M&M18钢铁冶炼技术发展简史 远古至13世纪末：半熔融状态的铁块-海绵 铁； 13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁 粗钢，形成两步法炼钢； 19世纪中期至今 ： 1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢法； 1864年法国人发明了平炉炼钢法； 1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法； 20世纪初发明了电弧炉炼钢； 20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。M&M191991-2016年中国粗钢产量及增速 经过近30年的发展，我国的钢铁产量大幅度提升
8、。纵向来看，我国的粗钢产量从1990年的6603.8万吨提升至2016年的8.1亿吨，产量的复合增长率达到10.1%。横向来看，2016年我国的粗钢产量达8.1亿吨，全球产量占比达50.5%。而1990年，我国粗钢产量的全球占比仅为9%。M&M20中国钢铁工业发展目标“加强自主创新，建设创新型国家”目标下，通过结构调整 和产业升级，努力使我国从钢 铁大国转变为钢铁强国。M&M21钢铁冶炼磁铁 矿赤铁 矿线材板材钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。M&M22钢铁生产的两个典型流程烧结/球团高炉转炉连铸机轧机长流程长流程直接还原或熔融还原电炉连铸机轧机短流程短流程高炉炼铁非高炉炼铁M&M23钢
9、铁生产的两个典型流程M&M24钢材加工工艺流程M&M25钢铁生产的典型工艺（长流程）M&M261.3 钢铁产品及副产品产品 生铁 钢副产品 炉渣 煤气M&M27生铁 它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分 为炼钢生铁和铸造生铁。M&M28炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。炉渣M&M29钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可
10、产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4煤气M&M30钢铁生产用能源钢铁工业能耗 节能途径节能途径1.4 钢铁工业能源及能耗M&M31钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的1011。钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然气、电力等。 煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的15。煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发 电、蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑 炉，少部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。钢铁生产用能源 M&M32 我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗
11、的6070。其主要耗于炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁等工序，占钢铁生产能耗的一半以上。钢铁工业能耗钢铁工业各工序耗能比例()M&M33改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。降低能源损失（“废料”、煤气、热能、压力 能），减少生产工序。回收利用散失热量。 加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能为目标合理组织生产。节能途径M&M34凡是耐火度高于1580，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用韵 无饥非金属材料，称为耐火材料。耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已 成为独立的生产行业，其产品的6080消 耗于冶金工业。
12、钢铁生产对耐火材料的要求是：耐火度高；能 抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力 强；高温性能和化学稳定性好。1.5 耐火材料M&M35钢铁厂产生的各种污染物有：大气污染物质、污水固体废弃物1.6 环境保护M&M36SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为 其发生源。 粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。大气污染物质M&M37钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。污水中含有下列污染物： 固
13、体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直 接冷却等过程中产生。 油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原因而产生。 化学需氧量（COD）：从煤炭干馏时的氨水，及 冷轧、电镀废水中产生。 酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱 脂工程中产生。污水M&M38炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产 生。污泥：在各种水处理过程中产生。 灰尘：从各种干式集尘机中产生。固体废弃物M&M39钢铁生产中产生的污染物M&M40钢铁生产中产生的污染物M&M41l重点掌握内容：重点掌握内容：火法冶金及其主要工序； 钢铁冶炼的任务； 钢铁生产长流程生产工
14、艺； 耐火材料及其要求；钢铁工业能源及能耗特点。1.7 小结M&M42 谢 谢.43第二章高炉炼铁M&M442.1 概述概述2.2 高炉冶炼原理高炉冶炼原理2.3 高炉本体及附属系统高炉本体及附属系统2.4 高炉操作高炉操作主要内容M&M45高炉冶炼用原料高炉炼铁生产用原燃料 含铁原料：铁矿石（烧结、球团） 溶剂：石灰石、白云石 燃料：焦炭、煤粉M&M46 高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料（焦炭和喷吹燃料）、熔剂（石灰石与白云石等）。 冶炼1t生铁大约需要1.62.0t矿石，0.40.6t焦炭，0.20.4t熔剂。 高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提 供数量充足、
15、品味高、强度好、粒度均匀粉末 少、有害杂质少及性能稳定的原料。高炉冶炼用原料M&M47 凡在当前技术条件下，可以经济地提取出金属铁的岩石称为铁矿石。 铁矿石中除有含Fe的有用矿物外，还含有其他化合物，统称为脉石。常见的脉石有：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等。 据统计，世界铁矿石总储量达3431108t（亿），其中工业储量约1497108t。高炉冶炼用原料M&M48 铁矿储量排在前5位的国家有：前苏联、澳大利亚、加拿大、巴西、印度，如下表：高炉冶炼用原料M&M49高炉冶炼用原料自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有：磁铁矿（Fe3O4），含铁72.4赤铁矿（Fe2O3），含铁70褐
16、铁矿（Fe2O3nH2O），含铁48-62.9针铁矿（Fe2O3H2O），含铁48-63菱铁矿（FeCO3），含铁48.3中国铁矿石特点：储量低于世界人均拥有量，多为贫矿、难选，四大铁矿：鞍山、攀西、冀东、晋北，可开采40-50年。M&M50赤铁矿（Fe2O3）磁铁矿（Fe3O4）褐铁矿（mFe2O3nH2O）菱铁矿（FeCO3）高炉冶炼用原料M&M51高炉冶炼用原料 铁矿石按矿物成份可分为五种类型 磁铁矿矿石赤铁矿矿石 褐铁矿矿石钛磁铁矿矿石菱铁矿 按铁的含量可分为富铁矿石和贫铁矿石，我国一般按以下分类 富铁矿石含Fe45以上磁铁矿石、赤铁矿石，含铁30-35菱铁矿矿石 贫铁矿石含铁25-4
17、5的磁铁矿石、赤铁矿石，含铁20-30的菱铁矿石M&M52高炉冶炼用原料工业上对铁矿石的要求工业上对铁矿石的要求 铁矿石的边界品位一般为TFe 20-25%,经选矿后才可使用。一般入高炉的富矿品位要求大于50%(Fe), S、P、Pb、Zn、Sn为有害组分。当矿石中（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3） 在0.8-1.2 之间称为自熔性矿石。O矿石破碎筛分富矿混匀天然块矿高炉O矿石破碎筛分贫矿磨矿筛分选矿造块人造富矿高炉铁矿石处理工艺流程铁矿石处理工艺流程M&M53 燃料燃料焦炭、煤粉焦炭、煤粉 焦炭在高炉内的作用 1）在风口前燃烧，提供冶炼所需热量； 2）固体C及其氧化产物CO，是氧化
18、物的还原剂； 3）在高温区，矿石软化熔融后，焦炭是炉内唯一以固态存在的物料，是支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是风口前产生的煤气得以自下而上畅通流动的高透气性通路。 煤粉 1964年，我国首先在首钢成功地向高炉喷吹无烟煤粉，作为辅助燃料置换一部分昂贵的焦炭，以降低成本。 目前，我国大部分高炉都采用喷吹煤粉工艺。高炉冶炼用原料M&M54高炉冶炼用原料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉中型高炉 小型高炉4060mm2540mm1525mm喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）M&M55高炉冶炼用原料熔剂主要使用石灰石和白云石；熔剂的要求：有效
19、成分含量高（CaO+MgO）；有害杂质S、P低； 粒度均匀，强度好，粉末少。熔剂的作用：助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；脱硫（焦炭和矿石中S）。M&M56 将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧 产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫是烧结，所的到的块矿叫烧结矿。烧结球团M&M57 烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热和干燥层、过湿层，然后又相继消失，最后剩下烧结矿层。烧结球团M&M58烧结工艺过程（抽风烧结）： 混
20、合料（铁矿粉、熔剂、燃料、附加物、及返矿。） 混合及造球 带式烧结机台车上 点火 整个烧结过程是在10-16kPa负压抽风下，自上而下进行的。烧结工艺过程生球成型（细粉料氧化矿物表面能大、易吸附水） 生球干燥（脱水、预防焙烧破裂） 焙烧固结 （足够的机械强度、冶金性能）烧结球团M&M59 球团焙烧黏结的理论研究 球团焙烧初期，由于颗粒表面原子扩散，使球内各颗粒黏结成连接颈（见图a），颗粒互相黏结使球的强度有所提高，在颗粒接触面上，空位浓度提高，原子与空位交换位置，不断向接触面迁移，使颈长大，温度愈高，体积扩散增强，颗粒接触面积增加，粒子之间距离缩小（见图b）。初始时粒子之间的孔隙形状不一，相互
21、连接，而后即形成圆形通道（见图c），这些通道收缩，有的孔隙封闭，孔隙减少。同时产生再结晶和聚晶长大，使球团致密，强度提高。 球形颗粒焙烧时的黏结模型烧结球团M&M60燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO，还有一些自由氧和氮。2C+O2=2CO； C+O2=CO2分解反应：结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3nH2O） 高岭土（Al2O3 2SiO22H2O)熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上) MgCO3=MgO+CO2(720)烧结球团M&M61还原与再氧化反应：Fe、Mn等靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO
22、+CO2;远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3; 3FeO+1/2O2=Fe3O4.气化反应：脱硫8595。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2烧结球团M&M62 烧结矿是一种由多种矿物组成的复合体。由含铁矿物和脉石矿物组成的液相粘结在一起组成。 含铁矿物有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤铁矿。 粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙铁灰石 及少量反应不全的游离石英和石灰。烧结球团M&M63矿物名矿物名SiO2CaO MgO Al2O3Fe2O3Fe3O4熔点（熔点（）17302570279
23、9204215651597烧结球团M&M64将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发 生一系列的物理化学变化而硬化固结这一过程即 为球团生产过程其产品即为球团矿。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。烧结球团M&M65烧结球团生产球团矿的原料生产球团矿的原料 磁铁精矿粉: TFe=6069% (Fe3O4理论品位72.4%)，粒度200(0.074mm)7080%（2）粘结剂：膨润土(SiO266.7%, Al2O328.3%, H2O5%):
24、0.52.5%粘结剂的作用: (1) 吸收水分(2) 改善精矿粉造球性能(3) 提高生球强度(4) 提高生球爆裂温度M&M66烧结球团 烧结矿质量指标烧结矿质量指标 烧结矿质量对高炉冶炼有重大影响，改善其质量是“精料”的主要措施。对其质量评价指标主要有化学成分、物理性能、冶金性能等。 化学成分 高炉要求烧结矿化学成分稳定，波动小，有害杂质少。 主要包括TFe、FeO、S、碱度（CaO/SiO2）。 目前武钢入炉烧结矿品位在55%56%左右，一级品允许波动范围为0.5；碱度在1.90左右，一级品允许波动范围为0.08；S含量一级品0.08%。M&M67烧结球团 物理性能物理性能 包括机械强度和粒
25、度组成等。高炉要求烧结矿机械强度高，粉末少，粒度均匀。烧结矿粒度小于5mm的称之为粉末。粉末含量对高炉料柱透气性影响很大。粉末含量高，高炉透气性差，导致炉况不顺，可能引起崩料或悬料。反应机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛分指数。 目前武钢烧结矿的转鼓强度大约在79%80%左右。 高温冶金性能高温冶金性能 低温还原粉化率（RDI Reduction Degradation Index ）：是指烧结矿在高炉上部约500还原气氛下抗粉化的能力。 3.15mm粒级越小越好。还原度（RI）：是指烧结矿在900 还原气氛下被还原成Fe的能力。还原度越高越好。M&M68烧结球团鼓风干燥 抽风干燥预热焙
26、烧 均热鼓风 冷却一冷二冷优点：操作简单，控制方便，可以处理各种矿石，生产能力大缺点：上下层质量不均，台车易损，需要高温合金，流程复杂带式焙烧机带式焙烧机M&M69烧结球团优点：设备简单，可以处理各种矿石，生产各种球团矿缺点：易结圈M&M70烧结球团 世界上90%以上烧结矿由抽风带式烧结机生产，其主要设备为烧结台车。M&M71高炉炼铁原理 高炉冶炼过程及特点 燃烧反应 还原反应 高炉炉渣与脱硫 炉料与煤气运动 高炉生产主要技术经济指标M&M72高炉炼铁原理 现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除 尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。高炉炼铁的本质：传质过程：矿
27、石中的O2-O2-(矿）CO CO2O2-进入煤气中，实现铁与氧的分离。传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离。M&M73高炉炼铁原理高炉生产工艺流程M&M74高炉炼铁原理 高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。炉缸部分设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出管。M&M75高炉炼铁原理高炉炉内炉料状况及反应M&M76高炉炼铁原理M&M77高炉炼铁原理高炉内型尺寸表示方法h0 死铁层高度死铁层高度 炉腹角炉腹角h1 炉缸高度炉缸高度 炉身角炉身角h2 炉腹
28、高度炉腹高度h3 炉腰高度炉腰高度h4 炉身高度炉身高度h5 炉喉高度炉喉高度d 炉缸直径炉缸直径d1 炉喉直径炉喉直径D炉腰直径炉腰直径Hu=h1+h2+h3+h4+h5；高炉有效高度；高炉有效高度Vu=V1+V2+V3+V4+V5；高炉有效容积；高炉有效容积Vu3000m3，超大型高炉；，超大型高炉；15002500m3，大型高炉；，大型高炉；6001000m3，中型高炉；中型高炉；94.0%、金属化率、金属化率93.0%、S、P0.015%、SiO21.0%。自行。自行开发的链箅机开发的链箅机-回转窑法（一步法）实现了工业化，煤耗（褐煤）仅回转窑法（一步法）实现了工业化，煤耗（褐煤）仅9
29、00950kg/t DRI，单机产能达，单机产能达15万吨万吨/年年 DRI。回转窑法因对原燃料。回转窑法因对原燃料的要求苛刻，单位产能投资高，运行费用高，生产运行的稳定难度大，的要求苛刻，单位产能投资高，运行费用高，生产运行的稳定难度大，生产规模难以扩大，难以成为我国生产规模难以扩大，难以成为我国DRI发展的主体工艺。发展的主体工艺。 直接还原直接还原“发展热发展热”持续强劲，但成效甚微持续强劲，但成效甚微 我国回转窑直接还原生产指标世界领先，但发展受阻我国回转窑直接还原生产指标世界领先，但发展受阻 非高炉炼铁M&M143非高炉炼铁 含碳球团快速还原工艺（转底炉）对原料的适应性强，是含铁粉尘
30、处理和复合矿综合利用有效方法。但产品难以满足炼钢的要求，不是炼钢用DRI生产的主导方法。该工艺投资高，运行成本高，传热效率低，热利用率低，生产稳定性差，用该工艺替代高炉提高企业产能的经济可行性、经济性还有待实践结果的验证。 转底炉难以成为我国直接还原铁发展的主体方法。 隧道窑直接还原铁生产异常发展隧道窑直接还原铁生产异常发展 技术含量低，单机产能小，投资小，但能耗高，污染严重，产品质量差（主要表现为TFe低，SiO2含量高）的隧道窑法在我国得到异常迅速的发展。从国民经济发展节能减排、保护环境的原则出发，隧道窑不是我国生产炼钢用直接还原铁的发展方向，应予限制。 转底炉发展迅速转底炉发展迅速 M&
31、M144非高炉炼铁 我国的天然气资源短缺，缺乏可以直接用于直接还原的高品位块矿和球团，我国至今没有直接还原竖炉工业化生产装置。 近年来，煤制气竖炉直接还原在我国倍受关注，通过对煤制气、竖炉直接还原的调查、研究，获得以下信息： 1.煤制气竖炉直接还原的能耗低。 工序能耗为455485kg标准煤/吨DRI，低于其他直接还原工艺，低于高炉炼铁工序能耗1017%（2009年上半年全国重点钢铁企业炼铁系统总能耗为534.97标准煤/吨铁水）。 煤制气煤制气-气基竖炉直接还原工艺倍受关注气基竖炉直接还原工艺倍受关注 M&M145非高炉炼铁 2.比高炉炼铁可减少CO2排放1520%，硫化物排放70%。 煤制
32、气竖炉法还原尾气经脱除水、CO2、硫化物后循环利用，还原尾气中的CO2脱除后可用于制气中煤的输送及供其他工业使用，硫化物以单质硫形态产品回收，因而可减少CO2、硫化物的排放。 3.竖炉可进行热出料，及直接还原铁热装电炉冶炼。 650700直接还原铁热出料，及热DRI直接装入电炉炼钢，电炉可节约电耗6080kwh/t钢，有利于我国扩大电炉钢生产，降低钢铁生产的总能耗。同时，可简化竖炉出料系统，减少DRI的再氧化，降低竖炉投资。 4.竖炉可大型化，最大可达180万吨/年座。 M&M146非高炉炼铁 因而，煤制气-竖炉直接还原将成为我国DRI生产的主要途径。 具不完全统计，有二十多个单位在筹划、规划
33、、设计建设50160万吨/年的煤制气-竖炉直接还原铁生产线，这些生产线建成将彻底改变我国直接还原铁生产的面貌，为我国钢铁工业的发展开辟新的局面。 但由于各种原因，至今还没有一个进入实质性的运作 。M&M147非高炉炼铁我国熔融还原技术发展现状我国熔融还原技术发展现状 我国自主熔融还原技术开发研究活跃我国自主熔融还原技术开发研究活跃 针对我国资源条件的新熔融还原工艺开发研究十分活跃，如针对难选矿、复合矿，以非结焦为能源，直接生产铁水的方法；以含碳球团/块为原料，竖炉或电炉为终还原反应器生产铁水的方法等。 熔融还原（熔融还原（COREX）在我国实现了工业化生产）在我国实现了工业化生产 宝钢引进CO
34、REX熔融还原技术，并顺利投产、成功运行，尽管仍未实现完全不用焦碳生产，产能、能耗、作业率、铁水成本等预期目标，但实践积累了大量经验，揭示了存在的问题，探索了解决方案，为我国非高炉炼铁的发展奠定了基础，为我国熔融还原实现工业化生产开创了新的局面。 。 熔融还原将成为我国钢铁企业改善能源结构，调节熔融还原将成为我国钢铁企业改善能源结构，调节铁水产能的手段铁水产能的手段M&M148非高炉炼铁 我国生铁产量占世界60%，焦煤短缺压力日益增大； 电炉钢产量仅占10%，降低钢铁生产总能耗压力大； 减少CO2及硫化物排放，实现低碳经济的压力大； 改善产品结构，提高产品质量，减少钢铁产品实物消耗量任务繁重。
35、 发展直接还原铁生产是解决我国钢铁工业发展面临这些困扰、 压力的有效途径之一。我国钢铁工业发展的迫切需要直接还原铁，我国DRI的市场需求巨大，废钢协会估计年需求量超过2000万吨。 直接还原在我国有广阔的发展前景。M&M149 有自主产权、适应我国资源条件的熔融还原作为高炉炼铁的补充在我国存有一定的生存和发展空间。 需要组织国内技术力量, 组织跨学科、跨行业的联合开发和技术攻关，开发有自主产权、适应我国资源条件的熔融还原技术。 总结世界直接还原铁的发展历史、我国五十多年直接还原 铁技术开发的经验和教训，鉴于直接还原竖炉具有能耗低，CO2、硫化物排放少，单机生产能力大，在产品热出料、热装电炉时可
36、大幅度降低炼钢能耗等特点，煤制气竖炉将是我国发展直接还原铁生产的主导工艺。非高炉炼铁M&M150 我国天然气资源短缺，但非结焦煤煤炭资源丰富，煤制气是我国推荐的清洁利用煤炭能源的方法，是我国化工行业成熟的常规技术，有长期工业化生产的经验；利用成熟的煤制气技术制备还原气，在资源、技术、经济上均是可行、可靠的。我国铁矿资源中50%磁铁矿通过精选（TFe69.5%，SiO22.0%）氧化球团可以生产满足竖炉要求的直接还原铁专用球团，生产成本远低于进口价格。利用我国的铁矿资源为直接还原铁提供原料，通过小型工业化生产证明技术上可行，经济合理。非高炉炼铁M&M151精选前矿粉，精选前矿粉，%直接还原专用高
37、品位精矿，直接还原专用高品位精矿，%球团成分，球团成分，%备注备注TFeSiO2TFeSiO2-0.074mmFe回收率回收率TFeSiO265.438.1870.441.859496.068.4568.521.991.39辽宁辽宁166.425.3870.091.759796.0-辽宁辽宁265.508.2570.621.419597.068.5568.631.861.81辽宁辽宁366.004.9169.521.64-320目目7094.4868.021.85山西山西166.004.9169.940.81-320目目8092.4468.281.26山西山西267.375.8070.3671
38、.361.180.4798.6395.0667.27-3.17-吉林吉林165.508.3570.501.5892.0595.8068.25-1.42-辽宁辽宁464.963.4769.391.2290.096.86-湖北湖北1-164.963.4770.640.6090.095.03-湖北湖北1-264.963.4769.191.4390.098.3967.0967.271.931.53湖北湖北1利用国内资源制备直接还原专用球团非高炉炼铁M&M152表表 5 5 球球团团化化学学成成分分（% %） TFe FeO SiO2 CaO MgO TiO2 Al2O3 S P Na K 1# 68.
39、45 0.20 1.99 0.01 0.25 0.08 0.7 0.006 0.013 0.03 0.01 2# 68.52 0.79 2.39 0.02 0.29 0.09 0.64 0.009 0.015 0.02 0.02 非高炉炼铁M&M153非高炉炼铁M&M154 非高炉炼铁是世界钢铁生产技术发展的方向，我国的钢铁工业发展需要非高炉炼铁技术。 我国的熔融还原需要完善、开发，以适应我国的资源、装备、技术条件。当前，我国的熔融还原没有完全达到预期的目标，但为我国熔融还原的发展积累了经验，奠定了基基础。熔融还原在我国有着一定的生存和发展空间。 直接还原铁技术是成熟的，推进直接还原铁生产的发
40、展是我国钢铁工业发展的迫切需要。 我国具备发展直接还原铁的资源、技术条件，煤制气竖炉是我国DRI生产的主导方法，加强行业管理，建设示范性生产线是直接还原铁产业发展的当务之急。非高炉炼铁M&M155我国适合发展以铁精矿球团为原料的我国适合发展以铁精矿球团为原料的“煤基直接还原法煤基直接还原法”天然气非常缺乏天然气非常缺乏贫铁矿占贫铁矿占97%天然富块矿极少天然富块矿极少非焦煤占非焦煤占65.5%选矿选矿球团球团非焦煤为还原剂非焦煤为还原剂高品位高品位铁精矿铁精矿DRI煤煤基基球球团团直直接接还还原原适合我国资源特点的直接还原技术适合我国资源特点的直接还原技术非高炉炼铁M&M156 复合粘结剂复合
41、粘结剂分子结构与功能设计分子结构与功能设计化学吸附粘结化学吸附粘结自身放热自身放热催化还原催化还原球团制备球团制备技术技术变变两步两步高温过程为高温过程为一步一步高高温过程生产直接还原铁温过程生产直接还原铁快速还原快速还原热工体系热工体系思路思路非高炉炼铁M&M157小型试验小型试验（8890年，中南工大）年，中南工大）3.6 50m回转窑工业生产回转窑工业生产（98年建成，鲁中冶金矿年建成，鲁中冶金矿山公司直接还原厂）山公司直接还原厂）0.3m回转窑扩大试验回转窑扩大试验（91年，中南工大）年，中南工大）1m间歇式间歇式回转窑试验回转窑试验（92年，中南工大）年，中南工大）2 30m回转窑工
42、业试验回转窑工业试验（93年，攀钢年，攀钢410厂）厂）3.8 50m回转窑工业生产回转窑工业生产（2000年建成，北京密云冶年建成，北京密云冶金矿山公司直接还原厂）金矿山公司直接还原厂）1992年原冶金部年原冶金部组织专家评议组织专家评议1993年原冶金部年原冶金部组织专家鉴定组织专家鉴定630万元万元120万元万元6900万元万元8500万元万元投入投入投入投入投资投资投资投资（19882001年）年）研究过程研究过程非高炉炼铁M&M158膨润土与铁精矿颗粒表面为膨润土与铁精矿颗粒表面为物理吸咐物理吸咐，界面作用能，界面作用能很弱，球团强度低。很弱，球团强度低。复合粘结剂与铁精矿的作用机理
43、复合粘结剂与铁精矿的作用机理羧基（羧基（-COOH）酚羟基（酚羟基（C-OH）羟基（羟基（-OH）活性官能团活性官能团烃链烃链复合粘结剂与铁精矿复合粘结剂与铁精矿表面为强烈的表面为强烈的化学吸化学吸咐咐，亲水性增强，球，亲水性增强，球团强度明显提高。团强度明显提高。矿粒矿粒矿粒矿粒非高炉炼铁M&M159复合粘结剂成分复合粘结剂成分（%） 复合粘结剂由有机高分子物质与无机成分复合而成。其粘结成分从劣质煤中用碱液抽提。R(COOH)n + nNaOHR(COONa)n + nH2O粘结成分粘结成分Cfixed其他元素含量其他元素含量42.2028.14SiO2Al2O3CaOMgOFe2O312.06.164.780.214.04PSK2ONa2O催化成分催化成分0.030.040.060.081.99非高炉炼铁M&M160熟悉直接还原法、熔融还原法大致工作原理;理解并掌握直接还原法、熔融还原法含义、产品及其用途 (重点)；了解非高炉炼铁发展背景、几种典型直接还原法、熔融还原法工艺过程。小结M&M161 谢 谢
