钒钛磁铁煤基直接还原新工艺存在问题及原因对策思考

1、攀枝花钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺存在问题及原因对策(duc)思考 杨绍利 教授四川攀枝花学院攀西科技创新中心(zhngxn)四川省钒钛材料工程技术研究中心钒钛资源综合利用四川省重点实验室（0QQ：10411253462014年11月5日 苏州2014年全国非高炉炼铁学术年会共二十八页主要(zhyo)内容一、攀枝花钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺当前形势和现状 二、原因分析与重新认识三、今后发展钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺的技术对策(duc)四、结语与建议 致谢 共二十八页一、攀枝花钒钛磁铁矿煤基直接(zhji)还原新工艺当前形势和现状自2003年以来的10年左右时间里，

2、攀枝花市掀起了煤基直接还原新工艺流程发展热潮，多种工艺并举。主要工艺流程有：转底炉-电炉(dinl)熔分流程，斜坡炉-电炉熔分流程，隧道窑（含环形隧道窑）煤基直接还原-磁选工艺流程，多管竖炉煤基直接还原-磁选工艺流程等民营企业积极性较高（如四川龙蟒集团、恒鼎集团等），有多条工业试验/生产线上马建设，并很快建成投入工业试验。当然国营企业（如攀钢）也未置身度外，积极跟进，涉及的企业先后有9家。共二十八页转底炉煤基直接还原-电炉(dinl)熔分工艺 （1）四川龙蟒集团2002年，四川龙蟒集团进入攀枝花。2004年，与攀枝花学院、成都地矿所等实行产学研合作，合作研发转底炉煤基直接还原-电炉熔分深还原新

3、工艺，并在安宁工业园区建成了处理钒钛铁精矿7万吨/年的工业试验线，进行了艰苦的工业试验研究实践。自2005年10月，在安宁工业园区开工建设工业试验线。2007年7月，建成了规模为7万吨/年的转底炉-熔分电炉处理钒钛磁铁矿资源综合利用新工艺工业示范生产线，投入使用，先后共进行了9次较大的设备改进和改造，打通了工艺流程，生产(shngchn)出了含钒生铁和50钛渣。目前现状：该集团7万吨/年规模的转底炉-电炉熔分工业试验线已于2013年上半年暂时停止工业试验，人员分流。共二十八页（2）攀钢集团公司自2008年起，建成了10万吨/年规模的转底炉-电炉工业试验线，进行了大量试验研究(ynji)。目前现

4、状：已于2014年初暂时停止试验， 人员已分流回原单位。共二十八页隧道窑煤基直接还原(hun yun)工艺 （1）攀枝花攀阳钒钛工贸有限公司隧道窑煤基直接还原-磁选工艺生产线主体设备为一条145米长隧道窑，正常生产温度1250，产能1.5万吨/年，主要生产钛白粉用还原剂铁粉。目前现状：该公司已于2013年上半年宣布出售，转向。（2）攀枝花市尚亿科技有限责任公司隧道窑煤基直接还原-磁选新工艺主要处理钛精矿，136米长隧道窑，主产7万吨/年富钛料、副产3.5万吨/年还原用铁粉（用于钛白粉行业）。 投产之初用于还原轧钢铁皮生产还原铁粉。该公司新工艺流程建设分两期实施：一期生产富钛料3.5万吨/年、副

5、产各种品牌的还原铁粉1.75万吨/年的能力；只建设了一期工程，未建二期。生产线一直生产不正常，转转停停(tn tn)，于2012年停产，隧道窑等主体设备闲置。目前现状：已转向生产催化钛白，年产2万吨环保纳米催化钛白。共二十八页（3）攀枝花市立宇矿业有限公司环形隧道窑煤基直接还原钒钛磁铁矿综合利用直接还原项目2010年5月开始建设，设计规模(gum)年处理4万吨钒钛磁铁矿，其产品为海绵铁（95%铁）1.9万吨，年产钒渣（12%五氧化二钒）130吨，年产钛渣1万吨。2011年8月末，生产线及辅助设施基本建成投入试运行，开始进行环形隧道窑煤基直接还原处理钒钛磁铁矿工业试验研究。目前现状：基本上处于停

6、止状态。共二十八页回转窑煤基直接还原(hun yun)工艺 2009年5月，攀枝花泓兵钒镍有限公司建成了年产15000吨高品质镍铁生产线，进口低品位红土镍矿。采用“低品位红土镍矿煤基直接还原电炉熔炼AOD精炼制备高品质镍铁合金工艺技术”。该公司(n s)还计划进行攀枝花钒钛磁铁矿回转窑煤基直接还原工艺研究。目前现状：因为原料和市场问题已停产。共二十八页多管式煤基竖炉直接(zhji)还原工艺攀枝花创盛粉末冶金有限责任公司、攀阳钒钛工贸有限公司(yu xin n s)，先后尝试进行多管式煤基竖炉直接还原处理钒钛磁铁矿的工业试验研究。目前现状：攀枝花创盛公司多管竖炉生产一直不正常，多数时间在改造，少

7、数时间在生产。攀枝花攀阳公司，已于2013年上半年宣布出售，转向。共二十八页目前总体(zngt)状况与问题受行业不景气的大环境的影响，上述工艺流程试验/生产线要么停止或暂停，要么退出或转让或转向。问题：投入了大量的人力(rnl)、物力和财力煤基还原新流程“遍地开花”未得到或未出现预期的结果： 工业试验大规模工业生产 但煤基直接还原新工艺的理论研究、试验研究从未停止。共二十八页作者正在进行(jnxng)的相关研究工作1、天然气煤基直接还原（车底炉）共性技术中间试验研究 （四川省、攀枝花市科技支撑项目）2、内配碳球团直接过程中传热-还原影响机理：单球团内部导热系数(xsh)、比热容及其内部传热规律

8、、温度分布测试，多球料层内部传热规律，厚度料层内温度测试及传热条件改进等。 （国家自然科学基金项目）3、内配碳单球团压力成型过程力学、脱模条件及与球团强度和质量关系研究。4、金属化球团熔分-二次深还原钒走向机理及控制技术研究（国家自然科学基金项目）5、金属化球团熔分-二次深还原过程动力学，多元渣系及其活度（国家自然科学基金项目）6、钒钛铁精矿球团气基还原-膨胀问题试验研究和理论研究7、钒钛铁精矿磁化球团制备试验研究等。共二十八页参与(cny)中国工程院与攀枝花市重大战略课题研究高炉(gol)流程（8000万吨原矿/年）非高炉流程（2000万吨原矿/年）气基竖炉（1000万吨原矿/年）流 化 床

9、（200万吨原矿/年）转底炉（400万吨原矿/年）回转窑（200万吨原矿/年）钒钛磁铁矿原矿（1亿吨/年）隧道窑（车底炉）（200万吨原矿/年）硫酸法钛白粉（ 吨/年）氯化法钛白粉/海绵钛（ 吨/年）钢（ 吨/年）钒制品（ 吨/年）V2O5 （ 吨/年）半 钢（ 吨/年）钛白粉（ 吨/年）V2O5 （ 吨/年）直接还原铁粉（ 吨/年）钛白粉（ 吨/年）预扩散合金粉（ 吨/年）含钒铁水（2463万吨/）标准钒渣（150.2万吨/年）含钒钢全连铸坯（2389.1吨/年）重轨梁（564.7万吨/年）热轧板+冷轧板等（1824.4吨/年）提钒炼钢图4-1 攀枝花钒钛磁铁矿综合利用产能规划图说明：本图只

10、是以1亿原矿/年为基准进行计算。共二十八页所提的建议(jiny)1、将气基竖炉、转底炉、隧道窑/车底炉等非高炉流程生产的两大主要产品：含钒生铁和50钛渣合并一起规划（1）若非高炉流程用2000万吨原矿/年，则：可产钒钛铁精矿1120万吨/年，含钒生铁615万吨/年，标准钒渣37万吨/年。产钛精矿82万吨/年，可产钛渣47万吨/年，可产钛白21万吨/年。2、计算参数选择(xunz)：（1）原矿到钒铁精矿的产率为56%，到钛精矿的产率为4.1%。（2）含钒生铁产标准钒渣产率按6%计算（标准钒渣含五氧化二钒10%）。 （3）含钒生铁到含钒钢全连铸坯的产率为97%。（4）钛精矿（47%二氧化钛品位）到

11、钛渣（75%品位酸渣）的产率为57%（即1 吨钛精矿可生产0.57吨钛渣（75%品位酸渣），下同）。（5）从钛精矿（47%二氧化钛品位）到钛白的产率为43%.（6）从钛渣（75%品位酸渣）到钛白的产率为59%. 请按比率推算！共二十八页二、原因(yunyn)分析与重新认识 1、原因分析 当前的困难(kn nn)局面是由多种原因造成的。（1）大环境的影响。当前我国很多行业经济效益普遍下滑，企业效益下滑或无效益甚至亏损，没有资金再投入到新流程试验中来。这是造成当前困难局面的主要原因。（2）复合矿综合利用政策的影响。国家“钒钛资源综合利用及钒钛产业发展十二五规划”（简称国家“十二五规划”）中明确规定

12、非高炉新流程的行业准入规模是年处理钒钛铁精矿60万吨上述煤基直接还原新流程规模均未超过10万吨/年，在4-10万吨之间且都是工业试验性质的。多数企业制定了大规模工业生产计划或规划，但均未付诸工业实践。共二十八页1、原因(yunyn)分析（3）企业自身的问题。对钒钛磁铁矿综合利用的技术难度认识不足，造成工业试验/生产项目仓促上马(shng m)当时企业经济效益好，有经济实力投入工业项目建设基础试验研究工作做的不充分、不细致、不深入、不系统走进了改进投入再改进再投入的怪圈。企业之间互相封锁技术和信息，不愿互相交流、不愿合作、不协作、不联合，个自为战，单打独斗，呈分散、分别进行的状态。未能形成集中攻

13、关、协作研究的氛围。（4）部分需优先攻克的关键技术未能取得突破也是造成当前困难局面的主要原因共二十八页钒钛磁铁矿煤基直接(zhji)还原工艺优先发展的关键技术 名称序号关键技术在整条工艺中的所起作用是否攻克转底炉1满足转底炉直接还原要求的钒钛铁精矿内配碳球团制备及其装备技术对转底炉所需的合格原料供应起关键作用。否2钒钛磁铁矿内配碳球团炉内直接还原金属化率控制技术是整条工艺中最重要工序，对后续工序铁钒钛分离起决定作用。是3球团装料（布料）、卸料技术及装备制造技术是整条工艺中最重要的工序，对转底炉生产能否顺行起重要作用。是460万吨/年及以上规模大型本体制造技术。直接决定整条工艺规模能否大型化。否

14、隧道窑1隧道窑内料罐高效传热及球团直接还原金属化率控制技术是整条工艺中最重要工序，对后续工序铁钒钛分离起决定作用。否2入窑窑车自动装罐（料）及装备技术；是整条工艺中最重要的工序，对隧道窑的生产能力起重要作用。是310万吨/年及以上规模大型化窑体制造技术。直接决定整条工艺规模能否大型化。是多管竖炉1满足竖炉直接还原要求的钒钛铁精矿内配碳球团（块）制备及其装备技术对竖炉所需的合格原料供应起关键作用。是2炉内高效传热及球团直接还原金属化率控制技术是整条工艺中最重要的工序，对后续工序的铁钒钛分离起决定作用。否3竖炉内防止悬料及炉料顺行控制技术；是整条工艺中最重要的工序，对竖炉的生产工艺流程起关键作用。

15、否4竖炉10万吨/年及以上规模大型化炉体制造技术。直接决定整条工艺规模能否大型化。否回转窑1满足回转窑直接还原要求的钒钛铁精矿内配碳球团制备技术及其配套装备技术；对回转窑所需的合格原料供应起关键作用。否2回转窑内壁物料结瘤、结圈防止控制技术；是整条工艺中最重要的工序，对回转生产能否顺行起重要作用。否3球团入窑自动装料、自动卸料及其装备技术。对后续工序能力匹配起重要作用。是共二十八页2、重新认识钒钛磁铁矿煤基直接(zhji)还原新工艺（1）非高炉新工艺冶炼钒钛磁铁矿，不但解决焦煤短缺问题(wnt)，同时还解决回收钛资源以及多种共伴生金属综合回收利用问题。攀西地区钒钛资源又被确定为我国战略资源非高

16、炉新工艺处理钒钛磁铁矿是我国战略资源利用中的战略技术问题，是我国未来的战略发展方向 （2）对钒钛磁铁矿非高炉新工艺流程不能一概否定目前之所以停止或暂停，主要不是技术原因，而是企业经济效益下滑导致其不能再继续投入进行大规模工业生产建设目前国内外尚无60万吨/（炉年）以上规模的工业生产实践，该新工艺还没有经过大规模工业生产实践的检验，所以不能由此证明该新工艺的工业不可行性。共二十八页2、重新认识钒钛磁铁矿煤基直接(zhji)还原新工艺（3）在同等规模条件下，不能将本非高炉新工艺简单地与处理普通铁矿相比较，因二者的技术成熟度差别很大。高炉冶炼普通铁矿石已有200多年的发展历史，在技术、工艺、设备及操

17、作经验等方面均已较成熟普通高炉冶炼钒钛磁铁矿石已有40多年的发展历史非高炉新工艺处理钒钛磁铁矿（工业实践）才只有短短的10年左右时间，正处于“婴儿期”。（4）非高炉工艺与高炉工艺的技术侧重点不同。高炉工艺处理钒钛磁铁矿的技术侧重点在于回收铁和钒，其产品为含钒生铁和高钛型高炉。高钛型高炉属于低品位(pnwi)钛渣，目前因难于回收其中的钛资源而堆放在渣场或不提钛直接作为建筑材料使用；非高炉工艺处理钒钛磁铁矿的技术侧重点在于回收钛，同时可以回收铁和钒，其产品为50钛渣和含钒生铁。50钛渣可直接作为生产硫酸法钛白的原料使用（其含钛品位与钛精矿相当），实现了钛的回收利用。共二十八页2、重新认识钒钛磁铁矿

18、煤基直接(zhji)还原新工艺（5）钒钛磁铁矿非高炉(gol)新工艺有多种分工艺形式，各有其优点和不足有多项尚未解决的关键技术问题，既不能一概否定，也不能片面地夸大和神化。 总之，钒钛磁铁矿非高炉新流程新工艺尚处于正处于起步阶段，处于“婴儿期”，技术不成熟、出现这样那样的问题甚至出现反复都是很正常的，应理智和辩证地看待。共二十八页三、发展钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺的技术(jsh)对策 3.1 以攀西国家战略资源创新(chungxn)开发试验区建设为重要的发展契机，从现在到2017年，集中全国力量重点突破限制钒钛磁铁矿煤基非高炉新工艺关键瓶颈技术，并建设大规模工业生产示范线 非高炉新工艺处理钒

19、钛磁铁矿已分别列入国家十二五规划非高炉新工艺处理钒钛磁铁矿已分别列入攀西试验区建设规划（2014-2017）以及国家、省有关规划的鼓励发展类项目中。中国工程院与攀枝花市的重大合作项目攀枝花钒钛磁铁矿综合利用战略研究中将非高炉新工艺（包括煤基直接还原和气基还原工艺）列入今后重点发展的冶炼提取技术路线。 所以，非高炉新工艺处理钒钛磁铁矿新工艺不但不应放弃，而且还大力发展，发展多种形式煤基直接还原新工艺，相互配合，取长补短，总体上作为高炉流程的重要补充。共二十八页三、发展钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺的技术(jsh)对策3.2 改进钒钛磁铁矿内配碳球团在还原(hun yun)过程中的传热条件，提高其传

20、热效率，可大大提高还原(hun yun)效率。作者已在实验室研制出钒钛磁铁矿多孔内配碳块并在中试转底炉中进行直接还原试验，其料层厚度是球团料层厚度的35倍，还原效率提高35倍。已申报专利（制备方法和还原工艺）。共二十八页三、发展钒钛磁铁矿煤基直接(zhji)还原新工艺的技术对策3.3 高温厚料层车底炉煤基直接还原工艺也是可选的非高炉新流程之一当前我国正在建设中缅油气管道，从陆路直接输送到中国的云南、贵州和广西，由中石油集团投资(tu z)（17亿元）建设。“楚-攀-凉”天然气输送支线计划于2014年初建成因多种原因尚未建成（推迟到2015底或2016年初建成）。该支线输气管道设计年输气总量超过

21、30亿立方米，可为发展钒钛磁铁矿非高炉新工艺提供有力能源支撑。作者自2008年起进行以天然气为燃料进行车底炉煤基直接还原中试研究，可改善还原过程热力学条件、实现车底炉高温快速还原。共二十八页三、发展钒钛磁铁矿煤基直接还原新工艺的技术(jsh)对策3.4 气基竖炉还原流程也是非高炉流程处理钒钛磁铁矿的主要方向之一。本工艺对处理普通铁矿的优势已得到业界普遍认可本工艺对于处理钒钛磁铁矿有独特优势因钒钛磁铁矿及其还原特殊性，目前尚存在一些不同观点(gundin)和争议（如还原膨胀问题等），在此不多述。共二十八页四、结语(jiy)与建议4.1 自21世纪初以来的10多年时间内，攀枝花掀起了大上快上钒钛磁

22、铁矿煤基直接还原新工艺的热潮，特别是民营企业对采用该新工艺热情高涨，投入了大量的人力物力和财力，出现了煤基还原新流程遍地开花的局面，但却未出现预期的结果。4.2 当前煤基直接还原新工艺出现了纷纷停止或下马(xi m)的困难局面，其原因是多方面的。既有大环境、国家政策的影响，也有企业自身的原因。对本新工艺认识不足，仓促上马工业建设项目，边研究、边试验边在工业上改进，走了不少弯路，同时还有多项需优先发展的关键技术尚未攻克。共二十八页四、结语(jiy)与建议4.3 应重新认识以转底炉煤基直接还原新工艺为代表的钒钛磁铁矿非高炉新流程。本新工艺尚处于研究和发展的初期和起步(qb)阶段，处于“婴儿期”，技术上不成熟、出现这样那样的问题甚至出现反复都是正常的，应理智地和辩证地看待。4.4 钒钛磁铁矿非高炉新工艺已分别列入国家十二五规划、攀西试验区建设规划（2014-2017）以及国家、省有关规划的鼓励发展类项目中，是我国战略技术发展方向。 虽然当前面临许多困难，