大型隧道窑直接还原工艺工业规模化实践

1、5万吨/年直接还原铁项目项目摘要：直接还原铁（海绵铁）是精铁粉在炉内经低温还原形式的低碳多孔状物质，其化学成分稳定，杂质含量少，主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。2007年我国电炉钢产量达9000多万吨。我国钢铁工业08年需要12000万吨废钢、直接还原铁、铁块等固体金属炉料，由于我国连铸比已提高到85%，如按85%的连铸和15%的模铸计算，钢铁工业自返废钢不足2000万吨。社会能提供给炼钢用的废钢不超过4000万吨，包括拆船在内，进口废钢1300万吨，所以，我国目前正常冶炼的废钢缺口达4500万吨以上。如按30%的比例配直接还原铁的话，缺口达1

2、350万吨。项目拟用隧道窑生产工艺，总投资3500万元，其中：固定资产投资2000万元，流动资金1500万元，建成后年可实现销售收入1.6亿元，利润1500万元。项目编辑人：刘海波 项目简介一、直接还原铁（海绵铁）的用途直接还原铁（海绵铁）是精铁粉在炉内经低温还原形式的低碳多孔状物质，其化学成分稳定，杂质含量少，主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。 近年来由于钢铁产品朝小型轻量化、功能高级化、复合化方向发展，故钢材中非金属材料和有色金属使用比例增加，致使废钢质量不断下降。废钢作为电炉钢原料，由于其来源不同，化学成分波动很大，而且很难掌握、控制，这给

3、电炉炼钢作业带来了极大的困难。如果用一定比例的直接还原铁（海绵铁）(3050%)作为稀释剂与废钢搭配不仅可增加钢材的均匀性，还可以改善和提高钢的物理性质，从而达到生产优质钢的目的。因此，直接还原铁（海绵铁）不仅仅是优质废钢的替代物，还是生产优质钢材必不可少的高级原料(天津无缝钢管公司国外设计中就明确要求必须配50%的直接还原铁（海绵铁）)。根据国外报导，高功率电炉冶炼时，炉料搭配3050%直接还原铁（海绵铁），生产率提高1025%，作业率提高2530%。1996年2月26日在鹿泉市轧钢厂三吨电炉上试验表明，在炉料中搭配3050%直接还原铁（海绵铁），每吨炉料平均节约电能27%，节约炼钢时间28

4、%，耗氧量降低22%，钢材物理性能明显提高。就此，在电炉钢炉料中搭配一定量直接还原铁（海绵铁）不仅可以提高电炉的生产能力，而且还能降低电耗和生产成本。      根据国家统计局公布的数字显示，我国九七年的钢产量已突破亿吨大关，成为世界第一产钢大国，但能源的消耗也是惊人的，吨钢能耗比日本和西方国家高出很多，除技术上的原因外，与我国不同工艺流程的比例有很大的关系。截止目前，我国电炉钢产量只占总产量的25%，大大低于西方国家的平均值50%。实践证明，纯净合格的直接还原铁（海绵铁），是电炉的理想原料，这在西方发达国家普遍得到了认可。由上述可知，直接还原铁（海绵铁

5、）是生产优质钢和特种钢的必用材料，是补充废钢不足的优质电炉原料，可作为转炉炼钢的冷却剂，还可用于粉末冶金。二、直接还原铁（海绵铁）市场预测根据国家废钢协会的统计，2008年我国废钢需求总量为12000万吨，比2007年消耗总量增加1000万吨，资源缺口较大。全年钢铁企业自产废钢2000万吨，社会产废4000万吨，进口废钢1200万吨，总体资源偏紧。 “十五”期间我国共生产粗钢11.58亿吨，消耗废钢2.39亿吨，废钢单耗平均为206公斤/吨钢。其中钢铁企业自产废钢7708万吨，占32%；社会产生废钢14500万吨，占59%；进口废钢4816万吨，占20%。我国废钢铁社会积蓄量不高。截止2004

6、年底，我国社会废钢积蓄约为13亿吨左右，年产废钢仅3500万吨左右，预计5年内不会有太大增长。因此，“十一五”期间，我国废钢铁产业总的形势是消耗增加，资源偏紧，缺口较大。该项规划预测，“十一五”期间，我国粗钢年产量将保持在3.85亿吨左右，可能还有新的突破；年需求矿石量将超过8亿吨，年需求废钢量为12000万吨左右，其中钢铁企业产生废钢2000万吨、社会产生废钢4000万吨、进口废钢1200万1400万吨。1998年我国电炉钢产量已达2000多万吨。2007年我国电炉钢产量达9000多万吨。我国钢铁工业今年将需要12000万吨废钢、直接还原铁、铁块等固体金属炉料，由于我国连铸比已提高到85%，

7、如按85%的连铸和15%的模铸计算，钢铁工业自返废钢不足2000万吨。社会能提供给炼钢用的废钢不超过4000万吨，包括拆船在内，进口废钢1300万吨，所以，我国目前正常冶炼的废钢缺口达4500万吨以上。如按30%的比例配直接还原铁的话，只缺口部分就需要1350万吨直接还原铁，甚至4500万吨的缺口完全可以用直接还原铁弥补，1300万吨的进口量更可以用直接还原铁替代，即便是社会提供的废钢中或是企业自返废钢中配备一定比例的直接还原铁也是很有必要的，所以直接还原铁的总需求量是十分巨大的。直接还原铁在我国还是新东西，生产直接还原铁在我国才刚刚起步，许多钢厂正在逐步认识它、使用它，特钢厂更是离不开它。我

8、国对直接还原铁的需求量越来越大，年需求总量可达5000万吨。2002年我国从国外进口直接还原铁130万吨，2003年进口量达169万吨，2004年进口量达200万吨，而2006年我国进口海绵铁为300万吨，2007年进口量达320万吨，平均单价为500美元/吨。而我国直接还原铁（海绵铁）生产能力仅为80万吨/年，2002年直接还原铁（海绵铁）产量只有30万吨，2003年产量为35万吨，2004年产量为40万吨，2005年为43万吨，2006年为50万吨，2007年产量为60万吨，远远不能保证需求，因此，市场容量很大，为了加速我国钢铁行业的发展，让我国成为钢铁强国，原冶金部不惜花巨资引进国外先进

9、技术和主要设备在天津无缝钢管公司建成年产30万吨规模直接还原铁（海绵铁）厂，与已建成的超高功率电弧炉配套。2006年3国家经贸委已将直接还原铁（海绵铁）列为“十一五”三大科技开发项目之一，国家发改委已列为投资方向予以支持。 三、直接还原铁（海绵铁）的发展前景    我国钢铁工业迅速发展，今年将是连续十二年超亿吨，2002年钢铁产量为1.8亿吨，2003年达2.2亿吨，2004年达到2.5亿吨，2005年我国粗钢产量为3.49亿吨，2006年我国粗钢产量为4亿吨，2007年我国钢产量达4.5亿吨，钢材产量为3.6亿吨，其中板材1.46亿吨，市场占有率为93

10、%，进口钢材2582万吨，出口钢材2000万吨，预计2008年我国钢产量可达5亿吨，已成为世界第一产钢大国和耗钢大国。但是我国并不是钢铁强国，钢铁产品在国际市场上没有竞争力，在钢材品种和质量方面，还不适应国民经济的发展的要求，我国每年还要从国外进口钢材几仟万吨（主要是优质钢和特种钢）。随着今后对钢铁产品品种和质量要求的不断提高，从调整钢铁产品结构、提高市场竞争力来看，发展电炉炼钢势在必行，而且，电炉炼钢基建费用和生产成本低，建设周期短，同时电炉冶炼技术也在快速发展。随着市场对钢铁产品质量要求的提高，保护生态环境要求的严格，电力供应的日益充足，必将推动电炉短流程的发展，电炉炼钢能力也必将得到快速

11、增长，这样废钢短缺将进一步加剧。用生铁代替废钢，将延长电炉冶炼时间，增加氧气消耗，降低电炉寿命。用直接还原铁（海绵铁）补充废钢的不足，将是必然的结果。     世界直接还原铁（海绵铁）工艺已进入技术成熟、稳步发展阶段。作为直接还原铁(海绵铁)，由于其成分稳定，有害元素含量低，特别是不易氧化的金属夹杂元素少，粒度均匀，不仅可以补充我国废钢的不足，而且作为电炉炼钢的原料和转炉炼钢的冷却剂，对保证我国钢材的质量，特别是合金钢的质量，起着不可替代的作用，是炼钢的优质原料。适应我国当前产品结构优化，加快发展我国直接还原铁（海绵铁）工业是今后我国钢铁工业发展刻不容缓

12、的任务。     在走向钢铁强国的进程中，发展立足本国资源特征的直接还原铁（海绵铁）工业，才是发展钢铁强国的必经之路，而煤基法生产直接还原铁（海绵铁）工艺是我国的首选工艺，其中机械化、自动化程度较高的煤基AMRCBI工艺和隧道窑工艺都是先进、可靠、经济的工艺。     就世界直接还原铁（海绵铁）的生产来说，发展速度很快，前景甚为乐观，1980年，世界直接还原铁（海绵铁）产量仅728万吨，1998年增加到3709万吨，还原铁平均年增长10.42%，2001年产量4051万吨，2002年产4300万吨，2003年达49

13、50万吨，2004年达到5460万吨，2005年达到6000万吨，2006年达到6500万吨，2007年达到7000万吨。其中，印度为1500万吨，增长率为16.6%，委内瑞拉为869万吨，增长率为11%，伊朗为687万吨，增长率6.8%，墨西哥为585万吨，增长率为-7.9%。而我国直接还原铁生产能力为80万吨/年，2002年产量为30万吨，2003年产量为35万吨，2004年产量为40万吨，2005年也仅为43万吨左右，2006年产量为50万吨，2007年产量为60万吨。世界冶金行业把我国的直接还原铁（海绵铁）产量定为零。2007年九月份，中华人民共和国总书记亲自参观考察了澳大利亚海绵铁公

14、司海绵铁生产线，说明了我国对海绵铁的重视，1995年6月20日国家计划委员会、国家经济贸易委员会、对外贸易经济合作部共同下令把“直接还原铁”列为鼓励外商投资产业，黑色冶金工业中第一位，2004年、2005年均被国家发改委和国家经贸委，列为国家鼓励投资项目。我国直接还原铁（海绵铁）工业前景甚为乐观。最近几年，随着国际市场优质废钢的短缺，直接还原铁（海绵铁）的价格逐步上涨，废钢需求量每增加8.8%，其价格就自然上升10%.    根据目前我国直接还原铁（海绵铁）的生产才刚刚起步，电炉用直接还原铁（海绵铁）处于推广阶段，又根据目前优质废钢及生铁的价格为3500

15、4200元/吨， 以及现国内某直接还原铁（海绵铁）制造企业销售价为4000元/吨(未经压块)，留有余地压块定为4000元/吨，市场是极容易接受的。六、隧道窑工艺介绍    隧道窑罐装法生产直接还原铁（海绵铁）是瑞典人在1911年首先用于工业生产直接还原铁（海绵铁）的方法，经过多年的技术发展，已经是一种有效的生产直接还原铁（海绵铁）的方法。它是将精矿粉、煤粉、石灰石粉，按照一定的比例和装料方法，分别装入还原罐中，然后把罐放在罐车上，推入条形隧道窑中或把罐直接放到环形轮窑中，料罐经预热1150加热焙烧和冷却之后，使精矿粉还原，得到直接还原铁（海绵铁）的方法。

16、     使用隧道窑直接还原铁（海绵铁）生产工艺已有几十条生产线建成投产。当精矿粉含铁67%以上时，此法生产的直接还原铁（海绵铁）实物分析结果是：C0.04%, S<0.01%, P<0.02%, SiO2<3%, MFe86%, TFe92% M94%。1.隧道窑生产工艺的特点： (1)原料、还原剂、燃料容易解决 此方法所用的原料是精矿粉或品位60%的赤铁矿或褐铁矿，这远比富铁块矿好解决，同时，生产中不需要把精矿粉先变成氧化球团，生产费用也低，而且生产中不添加任何粘结剂，这样避免了原料的污染；还原剂是普通无烟煤粉或焦碳末，煤中灰分熔点

17、也不要求很高；供热的燃料是普通动力煤或煤粉，有多余高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、混和煤气、石油气的地方也可用这些气体做热源，还可使用发生炉煤气或重油作为热源，使用范围十分广阔。 当前我们把优质、磨细、高品位的铁精矿供给高炉冶炼使用，不但不能充分发挥这种精矿自身的优点，而且还会带来不利影响，技术经济上并不合算。 (2)生产工艺容易掌握，生产过程容易控制 隧道窑工艺采用煤、煤气、重油或煤粉的加热方式，燃烧孔设在沿隧道长度方向的两面侧墙上或炉顶上，根据炉温的加热曲线调整燃量或燃气量，使炉内温度稳定地控制在一定的范围内。正常反应的炉顶温度为9501180。对于条形隧道窑车上的焙烧罐连续地从窑头装入窑内

18、，经过预热段、还原段、保温缓冷段后，完成还原过程，进入卸料工序；对于环行窑，窑内的焙烧罐在加热煤粉喷嘴的交变作用下，经过预热阶段，还原阶段和保温缓冷阶段之后，完成还原过程，精矿粉和煤粉的比例和装罐方法很容易掌握，焙烧温度和焙烧时间也不难实现， 因此隧道窑工艺容易掌握，过程容易控制。 (3)设备运行稳定，产品质量均匀 隧道窑直接还原铁（海绵铁）工艺的工序环节少，设备简单，条形隧道窑的特殊结构保证了运行可靠；隧道窑本身在上述焙烧温度下寿命很长，几乎没有故障可出。因为每个料罐都在同样的气氛下，经过同样时间的预热、焙烧还原、保温缓冷的过程，在一定容积的焙烧罐内，精矿粉和煤粉按照一定的比例和装料方法装入

19、焙烧罐后，在一定的焙烧温度和焙烧时间的条件下，必然能得到一定金属化率的产品。产品质量必然是均匀的，生产实践已证实了这一点。 (4)固定资产投资少 年产2万吨的隧道窑直接还原铁（海绵铁）的吨铁投资仅为300400元，比单纯建小高炉一个工序的投资还便宜，规模加大投资会更少。 (5)生产成本低 我国从马来西亚、澳大利亚、南非、印度进口的直接还原铁（海绵铁）的到厂价为4000元/吨以上；1993年天津无缝钢管公司所建的年产30万吨直接还原铁（海绵铁）厂的吨铁成本为4500元，国内其它简易回转窑生产的直接还原铁（海绵铁）成本也在3200元/吨以上。而用隧道窑工艺，在靠近精矿粉产地的地方建直接还原铁（海绵

20、铁）厂，每吨直接还原铁（海绵铁）的成本在26003000元之间，成本差距巨大，市场竞争力无法对比。 (6)工厂的规划灵活隧道窑直接还原铁（海绵铁）工艺两条或叁条隧道窑为一组，每组生产直接还原铁（海绵铁）215万吨，一个工厂可同时建一组或多组，当资金暂时紧张时，还可建年产1万吨的一条隧道窑，投资为400万元左右，规模灵活。吨铁投资和成本不因规模变化而有悬殊变化。(7)具有更广泛的应用潜力用含铁67%以上的精矿粉生产的直接还原铁（海绵铁），可做为电炉炼钢的原料；用含铁71.5%以上的精矿粉生产的直接还原铁（海绵铁），可用于粉末冶金。 (8) 没有污染 由于精矿粉在隧道窑中，焙烧还原游离铁的过程是一

21、种高温下的化学变化，还原反应物主要是CO2和金属铁，没有水污染和噪声污染，只有燃煤时产生的粉尘，并经过窑内沉降，经烟囱排出，不污染环境。(9)冷压块由于采用了本公司的专利生产直接还原铁（海绵铁）压块，可根据用户需要自由配碳，并压制成各种形状、重量的冷压块。能满足不同用户的不同要求，从而扩大了市场的供应范围。(10)设备简单隧道窑工艺一般只由还原炉、台车、过渡车、顶车机、测温仪表、烟囱等简单易操作设备组成。(11)上马快,建设周期短一条年产2万吨直接还原铁（海绵铁）生产线建设周期仅为2个月。从上面的数据和分析可以看出，隧道窑直接还原铁（海绵铁）生产工艺在投资少、成本低、运行稳定方面更为突出，因此

22、，应在有精矿粉的地方大力发展隧道窑直接还原铁（海绵铁）。2.生产工艺：焦粉或煤粉+精矿粉+石灰石粉-装罐-入炉焙烧冷却成品检验入库。精矿粉、焦粉或煤粉，石灰粉按一定比例装罐，人工码放在台车上，由推进器推入炉内，经预热、加热并保温一定时间后出炉，空冷后卸罐，成品经检验合格后入库。罐体、台车循环使用，采用人工加煤，自然燃烧的方式，每天每条线可生产34吨，正常情况下年产量1万吨，两条线为一组，年产量为2万吨。3.主要设备：(1)隧道窑(2)台车(3)推进器(4)烟囱(5)仪表4.辅助工程：一条年产1万吨直接还原铁（海绵铁）生产线占地长120m，宽24m。车间采用简易罩棚，不设天车，长120m，宽24

23、m，建筑面积2880m，2条线年产2万吨，占地长120m，宽36m。5.电力：年产1万吨直接还原铁（海绵铁）生产线装机容量为120kv·A，主要用于驱动推进器和车间照明，2条线总装机容量为160kv·A。6.供水：本工程生产不用水，只考虑生活用水，用量很小。7.投资估算年产1万吨直接还原铁（海绵铁）生产线建设投资350万元，不考虑土地与电力增容（根据当地原材料价格不同，价格可实际调整）。8.经济评价和成本估算职工定员：一条隧道窑生产线总用工人数70人(包括所有工人及行管人员)。成本估算：按一般价格估算，每吨直接还原铁（海绵铁）的成本为26003000元/吨。成本因不同地区原

24、材料价格差异而不同，应根据当地的实际价格调整。经济效益分析：年产1万吨直接还原铁（海绵铁），建设期2个月，达产期1个月，产品售价按4000元/吨计算。 10000吨×4000元/吨，年产值4000万元。税率6%，税240万元。 年利润：6001000万元。 按此计算一年即收回全部投资。 如以实际达产日计算，正常情况下，几个月即可收回全部投资，经济效益非常突出。 如按年产2万吨计算，建设期2个月，达产期1个月，产品售价按4000元吨计算。 产值8000万元，税率6%，税金480万元。 年利润：16002000万元 按此计算：半年即可收回全部投资。 9.说明：隧道窑固体碳还原法，如内配碳

25、还原剂中添加催化剂可使生产率成倍增长，还原时间大大缩小，该技术为我公司专利技术。大型隧道窑直接还原工艺工业规模化实践汪寿平 徐钦森 王立新 汪翔宇（唐山奥特斯科技有限公司，唐山 063020） 摘要：为提高直接还原铁煤基隧道窑还原工艺的工业规模化程度，达到单线产能1020万吨DRI的目的，采用大型煤气隧道窑作为主体设备，与自动装卸设备等工艺设备组成机械化自动化DRI成套生产线，已经成功投产，一举改变了传统煤基隧道窑在直接还原铁领域产能低、劳动强度大、环境污染大的落后地位，对今后进一步提高直接还原铁煤基隧道窑还原工艺的工业规模化进程，达到单线产能50100万吨DRI的目标奠定了发展基础。关键词：

26、煤基还原法 大型隧道窑 规模工业化一直接还原铁煤基隧道窑还原工艺的由来1908年，瑞典赫格纳斯公司（Hoganas）E.Sieurin发明了使用外热反应罐和隧道窑生产直接还原铁（又称海绵铁）的工艺。该工艺首先应用于粉末冶金行业的铁粉还原和制造手表的表壳钢。一百年来，该工艺在粉末冶金还原铁粉领域一直占主导地位。近年来，我国将该工艺应用于炼钢用直接还原铁（DRI）领域，但囿于市场、技术和观念的局限性，到2007年底，我国已投产的单座隧道窑的直接还原铁（海绵铁）年产量最大只能达到2万多吨，人们普遍认为存在工业化水平低、劳动强度大、环境污染大、生产成本高等弊端， 这直接制约了直接还原铁隧道窑还原法的规

27、模化发展。二直接还原铁煤基隧道窑还原法的发展为符合国家产业结构政策指导意见和适应直接还原铁（DRI）行业大规模工业化生产的需求，唐山奥特斯科技有限公司及时推出了大型隧道窑直接还原铁生产工艺，该工艺整条生产线自动化程度高，所使用的大型煤气隧道窑窑长达260米，内宽达2.68米,单窑生产能力为年产5万7万吨直接还原铁，目前已在国内某厂年产10万吨DRI项目中投产运行。大型隧道窑的面世，掀开了煤基隧道窑还原法大规模工业化生产直接还原铁的序幕，也实现了煤基隧道窑还原法从传统工艺走向现代工艺的四大转变：即从烧煤到烧煤气的燃料结构的转变、从环境污染大到环境友好的转变、从劳动强度大到自动化水平高的转变、从高

28、成本高能耗向低成本低能耗的转变。可以说，大型隧道窑直接还原工艺已成为我国直接还原铁工艺领域的一支生力军。三直接还原铁煤基隧道窑还原工艺工业规模化=350H=380）设计，每组罐装海绵铁90。工作日按335天计算，还原时间按3628小时计。(注:还原时间28小时为发明专利海绵铁快速还原工艺，专利申请号200710090245.8)窑车设计尺寸为：长3400×宽2600还原温度： 11401180（可调）使用燃料： 发生炉冷煤气(Q低=1450kcal/nm3)配置烧咀： 152支窑内气氛： 弱还原气氛还原方式： sic反应罐装烧窑车及装载尺寸：窑车尺寸： 长3400×宽260

29、0预热带预热带功能设计预热带长51.10米，分15个车位，占窑长的19.73%。该带的主要作用是：利用还原带逆流过来的热烟气对炉料进行加热，使其完成炉料中水分的蒸发和水化物的分解，促使还原剂中挥发份的逸出和脱硫剂碳酸钙（即石灰石）的分解，产生的废气由若干对支烟道汇总后经排烟风机排出厂房外；在该带设置有我公司专利技术隧道式窑炉温差平衡装置(专利号2006201134413)，其风源采用预热带抽出的废热烟气,可最大限度地降低窑内温差以提高其产品产量和质量。在窑头设置了气封气幕，以防止窑外冷风进入和窑内热气流外溢。预热带炉料变化及反应机理炉料中水分的蒸发和水化物的分解；还原剂中挥发份的逸出；脱硫剂碳

30、酸钙（即石灰石）的分解。100以上时，吸附水大量蒸发逸出，200时，结晶水开始分解，在300 400时分解结束。 H2O+CO=H2+CO2 （500）2H2O+C=CO2+2H2 （500）H2O+C=H2+CO （1000）炉料中含水量高，在还原过程中要消耗大量的热量和CO或碳，对还原过程是不利的。因此，在对炉料进行处理时，应严格控制其含水量。当炉料被加热至400时，还原剂中的挥发物开始强烈地放出，直至8001000时方能结束。当加热至1000 ，挥发物（气体）数量可达400m3/T还原剂。当还原剂中加有脱硫剂石灰石（CaCO3）时，因受热而分解。CaCO3=CaO+CO2这个反应是吸热反

31、应，CaCO3分解时吸收大量的热量。 CaCO3的分解温度约为750 ，当温度达到910 时，发生激烈分解。分解产物CaO与还原剂中的硫化合生成稳定的CaS，从而达到去硫的目的。CaO+FeS=CaS+FeO还原带还原带功能设计还原带长153米，分45个车位，占窑长的59.22%。该段的主要作用是：随着炉料被逐步加热到高温，铁的氧化物被CO还原，直至金属铁全部被还原出来，需要较稳定的温度曲线和还原时间。该段设计152支煤气烧咀交叉布置在窑的两侧，通过调节煤气和空气的比例使窑内形成还原气氛和较理想的温度曲线，使产品在较长的高火保温区得到充分的还原效果；在该带设置了我公司专利技术隧道窑烧成带侧流调

32、压装置(专利号2006201134396)，以调节窑内压力。还原带炉料变化及反应机理随着炉料的逐步加热高温，铁的氧化物被CO还原，直到金属铁全部被还原出来。碳的气化反应C+CO2=2CO在碳层中进行，在该层中形成了一个高碳势、低氧位的区域；FeO+CO=Fe+CO2反应在氧化铁层进行，同理，在氧化铁层形成了一个高氧位、低碳势的区域。由于碳势和氧位的区别，在碳层生成的CO扩散至氧化铁层，并穿过已还原的海绵铁层，然后在氧化铁的界面上与FeO进行反应，继续生成Fe和CO2。FeO+CO= Fe+ CO2在海绵铁与氧化铁的界面上生成的CO2，由于碳层的氧位低，所以CO2离开氧化铁层的界面扩散到碳层，并

33、与碳层的固体碳又进行碳的气化反应：CO2+C=2CO生成的CO按上述方式扩散至未还原的FeO层，如此不断循环，最后直到FeO相消失，还原过程完成为止。综上所述，一切有利于碳的气化反应措施，如提高还原温度，采用反应性较好的碳，适当增加配碳量，增加碳反应表面积，在固体碳中加催化剂等，都能提高CO的生成速度，也就提高了氧化铁的还原速度。当FeO还原结束以后，FeO相消失。反应罐内的气相成份，由还原性气氛变成渗碳气氛，由于气相成份的变化，海绵铁开始渗碳。其反应如下：2CO=C+CO2或3Fe+2CO=Fe3C+CO2 C表示溶解于铁中的碳根据实践经验，在FeO相消失和海绵铁开始渗碳两个阶段之间，存在一

34、个还原终点，如能正确控制还原终点，就可较为理想的控制海绵铁的渗碳。冷却带冷却带功能设计冷却带长54.40米，分16个车位，占窑长的21.05%。该段充分利用夹壁间接冷却和水冷结构对产品进行间接冷却，间接冷却抽出的热空气可送助燃或干燥用；在低于500温度区可采用风机对制品进行均匀直接冷却，产品出口温度不大于100。冷却带的炉料变化还原结束以后，海绵铁进入冷却阶段。在此过程中存在着海绵铁的再氧化过程。再氧化原因： a.随着温度的降低，窑内气氛由还原性变成氧化性，使海绵铁发生很小的氧化；b.任何物体或气体受热时膨胀，而冷却时则收缩。海绵铁进入冷却阶段时，发生收缩，反应罐内海绵铁等炉料收缩时，不可避免

35、地要吸收空气，导致炽热的海绵铁被空气氧化。预防再氧化的措施：反应罐加盖密封；反应罐要致密；窑内500以上不允许空气与海绵铁接触，要采取多项间接冷却装置，才能既不被氧化又能达到较低温度出窑的效果。 3.4 清砂、压块工段 海绵铁铁锭被吊具吊起时，其下面的斜坡平台升起，铁锭被自动送入清刷机清理，然后经切破机、锤破机破碎后输送到料仓经布料机到每台压块机压块，完成产品，最后将多台压块机的铁块经一条皮带机汇合在一个料斗里，以方便装车发货。压出来的海绵铁块单块重2.5kg以上；密度为4.0-4.5t/m3。整个过程为机械化操作。3.5 煤气发生站(节能环保型)工段利用单斗提升机将煤加入贮煤仓，通过加煤机将

36、煤注入炉膛。然后煤炭在煤气炉干馏段中进行干燥、干馏。煤炭慢速下移，温度逐渐升高，经810小时后到达气化段，在干馏段中，煤炭中的水份都释放出来，焦油及大部分硫化物也都干馏出来，并且产生碳氢化合物，形成上段煤气。进入气化段成半焦状的煤焦，经过气化反应，产生下段煤气。上段煤气离开煤气炉经过预除焦器再进入电除焦油器，除去煤气携带的焦油，然后进入静电除尘器内与下段煤气混合。下段煤气经旋风除尘器除去大部分灰尘进入热交换器，在热交换器内将煤气热量传给含酚废水后进入自然风冷器，由450500降温至110130后与上段煤气分别进入静电除尘器，再通过静电除尘器除去煤气中的细小尘埃和部分轻油，然后进入双级冷却器冷却

37、至常温，最后经煤气加压机送至湿法脱硫塔脱除煤气中的H2S后输送至用气点使用。四.大型隧道窑煤基还原法规模工业化实践的体会：提高产能是方向，节能减排是主线通过对大型隧道窑煤基还原法规模工业化的开发和实践，使我们深信，大型隧道窑应用于直接还原铁规模工业化有广阔的发展空间和前景，这是由于：单窑产能大幅度提高；自动化水平高(设备运行采用PLC技术联锁控制，窑炉温度采用PID智能仪表与计算机自动控制)；生产线长期运行稳定可靠；可生产高品位的DRI；投资较小；环保能达标等。在推进单窑产能大幅度提高的同时，我们把节能减排工作始终作为一条主线。在节能方面：隧道窑的尾气余热都能得到有效地利用，如将余热换热后作助

38、燃风；将废气余热作干燥用；将废气余热作余热锅炉发电可基本满足项目用电；废还原剂重复利用；采用高热阻低蓄热材料作窑炉砌体材料；提高窑炉温度自动控制水平等等，实际生产实践表明：采用上述技术措施后，项目燃耗水平约1500kcal/DRI。在减排方面：按建清洁工厂的标准，采用洁净煤气作燃料废气排放完全可达到国家环保标准要求；采用物料密封输送和多种除尘手段（如重力、旋风、脉冲布袋等）粉尘排放完全可达到国家环保标准要求；项目无污水排放；固体废弃物（如废反应罐和废还原剂）都可回收利用。因而该项目环境是友好的。煤基隧道窑直接还原铁生产线开发的近期目标：以进一步提高单窑产能为方向，以两座大型隧道窑为一生产单元，

39、单元产能达到2030万吨DRI，两个单元产能达到50万吨DRI；以“节能减排”为主线，建DRI节能型清洁工厂。一吨海绵铁生产成本及费用 陈淑芝      时下，人人都知道，我国钢铁产能过剩。然而，由于国际市场钢材售价高于国内市场，尽管国外反倾销、反补贴的呼声强烈，但钢铁产品出口势头依然强劲。但是，冷眼看看目前钢铁产品的出口价格，不免让人汗颜。我国钢铁产品出口均价600美元/吨，而进口钢材均价1000美元/吨，竟是60%的落差。仅从钢铁产品的进出口差价比上，我们便清晰地看出，我国出口钢材的科技含量、附加值，远低于进口钢材。如何提高钢铁产品的竞争力

40、？笔者认为，必须调整出口产品结构，做到优质优价。    发展短流程炼钢，推进钢铁产品的升级换代。中钢协顾问吴建常最近发表的我国废钢消费需求趋势及对策演讲中指出，除了积极采取措施强化铁矿资源的保障作用外，积极使用废钢，发展可替代的直接还原铁等先进工艺技术，也是确保中国钢铁工业可持续发展的有力措施。当前，世界上许多国家的大型钢铁企业采用先进的短流程炼钢，主要金属料包括废钢、直接还原铁(又称海绵铁)和生铁(或炼钢用热装铁水)。这其中，废钢是一种可再生可循环使用的资源；直接还原铁则采用非高炉炼铁的先进工艺，不使用焦炭，对世界稀缺资源主焦煤起到了保护作用。由此不难

41、看出，短流程炼钢符合资源节约型经济的要求；同时，短流程炼钢又可生产高品质的特优钢材。随着我国经济的快速发展，对钢材高品质的要求越来越高，比如，一些现代化大型场馆建设、石油、石化、电力等行业的特殊要求等。而发展短流程炼钢，离不开还原铁，因此，必须首先加快直接还原铁的生产。    发展优特钢，首选直接还原铁。电炉炼钢需大量使用废钢，由于废钢的来源复杂，钢的成分更加复杂。钢中硫、磷等有害元素含量高。而直接还原铁却具有有害元素含量低，性能稳定的特性。经过电炉冶炼，使用直接还原铁能够使钢水中的硫、磷等有害元素明显降低，钢的纯净度大大提高。我国唯一的现代化煤基直接还

42、原铁生产企业天津钢管还原铁厂的生产实践已经证明：使用巴西球团矿石生产直接还原铁，金属化率稳定在9294%，硫含量低于0.015%。业内人士称，直接还原铁是短流程炼钢的精料。    “十一五”期间，国家将以重大工程为依托，推动装备制造业的振兴，建设现代装备制造基地和高新技术产业基地，继续加强能源、重要原材料等基础产业和水利、通讯等基础设施建设。而装备制造业的创新与发展，必将增加对特优钢的需求。而特优钢的冶炼离不开直接还原铁。另外，我国一些大型、特大型机械设备制造企业，如一重、二重等都装备有电炉，最近，得知天津重型机械厂正在自建一座50吨电炉。设备制造业自身

43、的电炉炼钢同样需要直接还原铁。综上所述，不论是钢铁业，还是装备制造业，只要采用短流程炼钢，生产特优钢产品，就要首选直接还原铁。    还原铁市场潜力巨大。还原铁属于钢铁生产的金属原料。近年来，随着世界钢铁工业的技术进步和环保的要求，直接还原铁越来越被人们认知。其在国际国内市场的身价倍增，不但价格大幅攀升，而且，国际市场严格控制出口。不仅如此，就连生产直接还原铁的原料球团矿都十分紧俏。世界还原铁生产，在上个世纪的八十年代中期，全球直接还原铁产量突破了1000万吨，到九十年到初期，突破2000万吨，1995年达到3000万吨水平，而时隔仅仅5年，到2000年

44、便突破4000万吨，达到了4378万吨。近几年，短流程钢厂开始涉及高级钢种的生产，这对金属炉料的纯净度要求更加严格，直接还原铁的需求量更大。据统计，目前我国直接还原铁的生产能力仅为60万吨，而实际生产量仅有3540万吨，2006年产量为45万吨。作为我国生产规模最大、现代化程度最高的直接还原铁企业天管还原铁厂，因受进口球团矿的影响，2006年产量仅22万吨，较2005年减产6万吨，较突破设计年生产能力的2004年，减产10.2万吨，产量下降约占2006年全国产量的22%。而进口直接还原铁也呈明显递减趋势，原因是，国外普遍控制直接还原铁的出口。全国如此少量的还原铁，如何与迅速发展的短流程炼钢相匹

45、配？直接还原铁市场潜力之大，显而易见。       直接还原铁生产需跨越环保与工艺技术两道门槛。煤基直接还原铁生产，因原料、生产工艺等方面的因素影响，极易造成环境污染。粉尘多、污染重、环境差，是人们对这类企业的普遍认识，也是从事还原铁生产的企业必须跨越的门槛。天管还原铁厂是原冶金部“九五”重大科技攻关项目，关键设备技术从英国戴维公司引进，设计年产直接还原铁(DRI)30万吨。根据我国煤炭资源丰富的特点，其采用的是煤基直接还原工艺(DRC)。在环保方面，该厂积累了丰富的经验。在环境治理上，他们的主要做法是：找准污染源，对症下药搞改造；重点污染区域，坚持不懈搞改造，废弃物达标排放循环使用；绿化美化环境，做到清洁生产，循环生产。今日的天管还原铁厂，蓝天白云下，红色的厂房，绿草茵茵，白鸽飞翔，员工喜上眉梢。    业内人士称，直接还原铁生产看似简单，其实，工艺技术并不简单。我国屈指可数的几家直接还原铁生产厂，其生产顺行都经历过艰难的历程。投资进行直接还原铁生产，首先要有这方面的心理