1、第八章第八章 非高炉炼铁非高炉炼铁一 非高炉炼铁简介1 非高炉炼铁概念非高炉炼铁概念 非高炉炼铁法非高炉炼铁法除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法 直接还原定义直接还原定义 Direct Reduction指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生产过程产过程 熔融还原熔融还原 Smelting Reduction指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程程 2 非高炉炼铁方法分类气基法煤基法直接还原法一步法两步法熔融还原非高炉炼铁3 高炉炼铁状况高炉炼铁状况 目前达到十分
2、完善的程度目前达到十分完善的程度:如高炉大型化如高炉大型化精料精料高风温高风温高压高压富氧喷煤富氧喷煤4 高炉固有缺点高炉固有缺点 煤气炉料逆流运动煤气炉料逆流运动,要求高质量人造炉料要求高质量人造炉料(即烧即烧结矿或球团矿结矿或球团矿,炼焦炼焦),而含而含CO%左右的低热值煤气左右的低热值煤气是由优质焦炭产生。是由优质焦炭产生。由于加热空气和除尘由于加热空气和除尘,需要建设大量辅助设备。需要建设大量辅助设备。(因此因此,由烧结由烧结,炼焦炼焦,鼓风鼓风,高炉等组成的炼铁系统高炉等组成的炼铁系统是一个复杂是一个复杂,庞大的生产系统庞大的生产系统,需要巨额投资需要巨额投资)工艺工艺流程长流程长,
3、原料原料,燃料必须经过反复加热燃料必须经过反复加热,冷却和加工冷却和加工,能耗和生产成本比较高。能耗和生产成本比较高。高炉流程进行经济生产要求规模大高炉流程进行经济生产要求规模大,生产的灵生产的灵活性较差活性较差。5 直接还原发展的背景直接还原发展的背景 二十世纪二十世纪60年代直接还原发展的原因年代直接还原发展的原因 不用焦炭炼铁。不用焦炭炼铁。合格废钢合格废钢,优质废钢供应不足优质废钢供应不足 可得到高品位铁精矿可得到高品位铁精矿 省去了炼焦设备省去了炼焦设备,总的基建费用比高炉炼总的基建费用比高炉炼铁法低铁法低限制直接还原大量应用的障碍限制直接还原大量应用的障碍 直接还原能源供应并未完全
4、解决直接还原能源供应并未完全解决(最成熟的最成熟的直接还原法使用天然气作为一次能源直接还原法使用天然气作为一次能源,天然天然供应有限且价格不低供应有限且价格不低,应用煤炭技术的各种应用煤炭技术的各种方法技术仍有待完善方法技术仍有待完善)直接还原电炉流程电耗较高直接还原电炉流程电耗较高(6001000度度/吨吨)(并不是任何地区都容易提供并不是任何地区都容易提供)高品位精矿粉难于普遍获得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开发直接还原技术应考虑因素 资源条件资源条件较丰富的天然气较丰富的天然气充足的充足的电能电能高品位的铁矿高品位的铁矿石石 海绵铁销路海绵铁销路6 直接还原与熔融还
5、原的比较直接还原与熔融还原的比较 直接还原的发展在直接还原的发展在70年代能源危机后受到年代能源危机后受到了阻碍了阻碍,研究和开发不以天然气和石油为能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源的熔融还原成了冶金工作者新的非高炉炼铁法课题。炼铁法课题。熔融还原方法是在高于渣铁熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行的反应熔点下进行的反应,其产品是含碳液态生铁。其产品是含碳液态生铁。熔融还原熔融还原优点优点是以煤炭为主要能源是以煤炭为主要能源,对矿石对矿石品位要求不象直接还原那样严格品位要求不象直接还原那样严格。熔融还熔融还原原主要问题主要问题是是需要大量氧气或电能需要大量氧气
6、或电能,能耗较能耗较高高。7 非高炉炼铁法非高炉炼铁法使用的原料使用的原料及能源及能源 含铁原料含铁原料 1.11.1要求较高的含铁品位要求较高的含铁品位。原因原因:(:(并非工艺本事并非工艺本事),),电炉炼钢要求电炉炼钢要求,(,(电耗增电耗增加加,生产率降低及炉衬寿命缩短生产率降低及炉衬寿命缩短)。要求铁矿石要求铁矿石脉石含量脉石含量3%,3%,最高不超过最高不超过5%5%CaO:CaO:希望的成分希望的成分 MgO:MgO:有利于提高矿石软化温度有利于提高矿石软化温度,改善还原性改善还原性,提提高强度高强度 Cu:Cu:有害元素有害元素,污染电炉钢质量污染电炉钢质量,CuCu全部进入进
7、全部进入进入海绵铁入海绵铁 Zn:Zn:碱金属碱金属:对竖炉有害对竖炉有害 矿石中水分和烧损矿石中水分和烧损:越少越好越少越好,耗热耗热 1.2 物理性质物理性质.粒度粒度:粒度大小和均匀性粒度大小和均匀性.强度强度:低温强度高低温强度高,经受运载装卸时的破经受运载装卸时的破坏力坏力,产生最少粉末产生最少粉末.热膨胀性热膨胀性:竖炉对热膨胀十分敏感竖炉对热膨胀十分敏感 膨胀率膨胀率1150),灰分灰分少少(25%),含含S少少(0.8%)4 煤基直接还原法回转窑法FastmetHganas煤基直接还原法 5 直接还原工艺介绍直接还原工艺介绍直接还原总产量60%；80万吨/年；原料：氧化球团或天
8、然富矿要求要求：粒度6-25毫米 脉石含量3%;膨胀率200Kg/球一次能源：一次能源：天然气；煤气转换：煤气转换：CH4+H2O=CO+3H2；CH4+CO2=2CO+2H2煤气要求煤气要求：氧化度750/8595%金金属）属）循环流化床循环流化床（800/800/30%PRD)熔融还原熔融还原炉炉二次燃烧二次燃烧铁浴炉铁浴炉（4060%）焦炭固定焦炭固定床或流动床或流动床床铁浴炉铁浴炉（40%)铁矿铁矿（煤）（煤）细粒及颗粒细粒及颗粒非焦煤非焦煤块块/细煤细煤块矿、烧结块矿、烧结矿、球团矿矿、球团矿非焦煤非焦煤块块/非细粒煤非细粒煤矿粉矿粉非焦煤非焦煤细粒煤细粒煤球团矿球团矿非焦煤非焦煤5
9、 熔融还原工艺简介 5.1 回转窑法（一步法熔融还原）回转窑的出口温度提高到1250以上，可将还原的海绵铁渗碳、熔化、冶炼出液态生铁。优点：优点：铁矿石的还原反应以及CO的燃烧反应在一个反应器内进行。缺点：缺点：炉衬损坏严重；煤气热利用差 还原气氛不足5.2 COREX工艺 Corex法是二步法工艺，预还原采用竖炉，法是二步法工艺，预还原采用竖炉，终还原为类终还原为类似于高炉下部的熔融气化炉，似于高炉下部的熔融气化炉，含铁原料从顶部装入竖炉，用熔融气化炉排出、经除含铁原料从顶部装入竖炉，用熔融气化炉排出、经除尘、温度控制为尘、温度控制为850900的还原煤气进行预还原，生成的还原煤气进行预还原
10、，生成金属化率在金属化率在 90%以上的海绵铁，由螺旋送料机送入终还以上的海绵铁，由螺旋送料机送入终还原炉，另加煤块，喷入氧气。炉料在原炉，另加煤块，喷入氧气。炉料在半焦半焦流化床和固流化床和固定床中还原与熔化，在炉子下部分离渣铁，定床中还原与熔化，在炉子下部分离渣铁，出铁方法与出铁方法与高炉相似。气化炉排出煤气温度约高炉相似。气化炉排出煤气温度约1050，掺入经冷却，掺入经冷却加压的加压的60低温煤气后，送热旋风分离器除尘，除尘后低温煤气后，送热旋风分离器除尘，除尘后的煤气用于预还原，竖炉排出煤气约的煤气用于预还原，竖炉排出煤气约250，经冷却、除，经冷却、除尘后送往用户。尘后送往用户。Co
11、rex主要生产技术指标 单位单位 指标指标生产能力生产能力 t/h 4.5熔炼系数熔炼系数 t/m3d 3.0作业率作业率 92%煤耗量煤耗量 kg/t 1020输出煤气输出煤气 Nm3/t 1650煤气热值煤气热值 kJ/Nm3 7000球团矿球团矿 t/t 1.5熔剂熔剂 t/t 0.2氧氧 Nm3/t 500550 球团矿球团矿氮气氮气 Nm3/t 70100工业用水工业用水 t/t 1.52.0电电 kwh/t 605.3 HIsmelt流程 HIsmelt 熔融还原法是现澳大利亚CRA公司和美国Midrex公司共同组建的HIsmelt公司继续研究开发的一种熔融还原工艺，这种熔融还原方
12、法起源于德国Klockner公司和澳大利亚CRA公司合作开发的严重熔融还原方法。HIsmelt熔融还原工艺流程 HIsmelt工艺以工艺以OBM转炉工艺为基础转炉工艺为基础。改进了炉体设计和喷吹技术，改进了炉体设计和喷吹技术，达到较高的二次燃烧率和二次燃烧传热效率。其熔池部分像底吹转达到较高的二次燃烧率和二次燃烧传热效率。其熔池部分像底吹转炉，以氮气和天然气为载体，通过底部喷嘴向熔池喷煤，煤中的碳炉，以氮气和天然气为载体，通过底部喷嘴向熔池喷煤，煤中的碳很快被溶解进入铁水并还原熔渣中的铁氧化物，产生的一氧化碳和很快被溶解进入铁水并还原熔渣中的铁氧化物，产生的一氧化碳和顶吹进入熔融还原炉的热风中
13、的氧进行二次燃烧，底部喷入的煤可顶吹进入熔融还原炉的热风中的氧进行二次燃烧，底部喷入的煤可最大限度地还原并搅拌熔池，一氧化碳和氧在熔池上部燃烧产生大最大限度地还原并搅拌熔池，一氧化碳和氧在熔池上部燃烧产生大量热量以熔化从熔融还原炉顶邱进入的预还原后的矿粉。量热量以熔化从熔融还原炉顶邱进入的预还原后的矿粉。HIsmelt法以铁精矿粉为原料，流程中的预还原炉采用是循环流化床，法以铁精矿粉为原料，流程中的预还原炉采用是循环流化床，在流化床中用来自终还原炉的煤气以为介质的冷却器冷却后对矿粉在流化床中用来自终还原炉的煤气以为介质的冷却器冷却后对矿粉进行加热还原，然后喷入卧式终还原炉，同时冷却煤气的热量以
14、高进行加热还原，然后喷入卧式终还原炉，同时冷却煤气的热量以高压蒸汽形式回收。压蒸汽形式回收。HIsmelt工艺流程图HIsmelt终还原炉示意图HIsmelt 最大特点 一是使用高温空气，而不使用纯氧 二是燃料从熔池底部直接喷入熔池。HIsmelt主要设备 原料研磨设备 循环流化床 球式热风护 底喷煤的卧式终还原炉。Hismelt原料、设备和主要技术指标 含铁原料：粉矿含铁原料：粉矿 燃料及还原剂：非焦煤燃料及还原剂：非焦煤 预还原设备：流化床预还原设备：流化床 熔融气化炉：熔融气化炉：SSPP炉炉 矿石预还原度矿石预还原度:22%二次燃烧率：二次燃烧率：55%传热效率：传热效率：85%氮气消
15、耗：氮气消耗：m3/tHM 热风（热风（1200）m3/tHM：2420 煤耗煤耗 kg/tHM:630 天然气天然气 m3/tHM：22 煤气发热值煤气发热值106J/m3 :1.44 HIsmelt流程优点 单体生产效率高单体生产效率高 铁浴中碳回收率高铁浴中碳回收率高 二次燃烧率高二次燃烧率高 熔池上部反应激烈，二次燃烧传热速度快熔池上部反应激烈，二次燃烧传热速度快 渣中氧化铁含量低，渣层薄，炉衬侵蚀量小渣中氧化铁含量低，渣层薄，炉衬侵蚀量小 设备投资低，电力消耗低，适应电力不足地区设备投资低，电力消耗低，适应电力不足地区 吨铁煤耗低吨铁煤耗低 对环境污染小对环境污染小HIsmelt流程
16、不足 吨铁煤气量大，导致煤气物理热损失量增加 煤气进入预还原流化床之前必须降温 采用底喷煤粉技术，必须用天然气冷却其喷嘴 采用底喷煤粉技术对操作技术要求高 要求使用含硫量低的煤种HIsmelt最新消息 Nucor/Rio Tinto/三菱三菱-2将在澳大利亚建立工厂将在澳大利亚建立工厂2002/4/27 北卡罗来纳州夏洛特（道琼斯）北卡罗来纳州夏洛特（道琼斯）-Nucor Corp.(NUE)与与Rio Tinto Group三菱公司三菱公司(Mitsubishi Corp.)及首钢及首钢公司公司(Shougang Corp.)建立了一家合资公司在澳大利建立了一家合资公司在澳大利亚奎纳纳建设一
17、家商业规模的亚奎纳纳建设一家商业规模的HIsmelt熔炼厂。熔炼厂。Nucor在在一份新闻稿中称一份新闻稿中称HIsmelt流程通过把非焦煤注入熔铁炉流程通过把非焦煤注入熔铁炉从而将铁矿熔炼为铁水。因为该流程无需熔渣从而将铁矿熔炼为铁水。因为该流程无需熔渣/球团车球团车间及炼焦炉它的环境影响更优于传统的造铁技术。此间及炼焦炉它的环境影响更优于传统的造铁技术。此外该技术还能够处理目前的钢铁技术所不能处理的铁外该技术还能够处理目前的钢铁技术所不能处理的铁矿。矿。Nucor将有权在任何将有权在任何Nucor工厂使用该技术。工厂使用该技术。5.4 DIOS工艺流程图DIOS原料、设备和主要技术指标 含
18、铁原料：粉矿含铁原料：粉矿 燃料及还原剂：非焦煤燃料及还原剂：非焦煤 预还原设备：煤气重整预还原设备：煤气重整+流化床流化床 熔融气化炉：转炉型铁浴熔融气化炉：转炉型铁浴 矿石预还原度矿石预还原度:20-30%二次燃烧率：二次燃烧率：4055%传热效率：传热效率：8095%氧气消耗：氧气消耗：m3/tHM 600 煤耗煤耗 kg/tHM:煤气发热值煤气发热值106J/m3 :4.188.36 5.5 AISI流程图AISI 原料、设备和主要技术指标 含铁原料：球团含铁原料：球团 燃料及还原剂：非焦煤燃料及还原剂：非焦煤 预还原设备：预还原设备：HYL竖炉竖炉 熔融气化炉：熔融气化炉：KORM炉
19、炉 矿石预还原度矿石预还原度:30%二次燃烧率：二次燃烧率：40%传热效率：传热效率：80%氧气消耗：氧气消耗：m3/tHM 477 煤耗煤耗 kg/tHM:766 煤气发热值煤气发热值106J/m3 :5.77 5.6 中国熔融还原流程 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。两步法流程：两步法流程：含碳球团竖炉预还原含碳球团竖炉预还原+铁浴终还原铁浴终还原(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 在完成在完成“攀登计划攀登计划”规定的基础研究内容后，在承钢中规定的基础研究内容后，
20、在承钢中试厂建成了产铁能力为试厂建成了产铁能力为24t/h的半工业试验装置，经过的半工业试验装置，经过两次半工业热态试验，取得比较好的试验结果。两次半工业热态试验，取得比较好的试验结果。(1)设备连续热运行设备连续热运行10d，其中无故障运行时间其中无故障运行时间82h；(2)累计产铁量累计产铁量120t，平均产铁率平均产铁率1.5t/h，炉子利用系数炉子利用系数5.22t/m3d；(3)氧气消耗氧气消耗525m3/t；(4)综合煤耗综合煤耗1271kg/t；(5)炉衬侵蚀速度低于炉衬侵蚀速度低于0.1mm/h(国外同类型装置的侵蚀速国外同类型装置的侵蚀速度为度为35mm/h)；(6)铁水质量满足炼钢要求。铁水质量满足炼钢要求。
