直接还原铁进高炉

1、3.1海绵铁进高炉技术综述在高炉铁水需求高峰期间使用DRI, 一个炼铁能力有限的工厂， 在不显著增加焦炭日消耗量的情况下，可使铁水生产率猛增以至高达 50%，这样对高炉和焦炉来说就可不另行投资，一个铁厂使用DRI 至少可增加炼铁能力50%。用DIR代替增加50%产能所节省的焦炭 价值就可远远大于炼铁广所用DRI的生产和运输费用。直接还原铁作为高炉的原料，可提高高炉产量和降低焦比。在高 炉冶炼过程中，约60%的焦炭用于氧化铁的还原。使用直接还原铁来 作为高炉原料，由于直接还原铁需要部分还原或者不需要还原因此 从理论上来说可以大幅度降低还原剂比和提高铁水产量。在使用铁的 氧化物料的高炉生产中，铁的

2、氧化物炉料下降经过炉身与风口前燃烧 碳所产生的上升的一氧化碳发生化学反应，该反应夺取了铁的氧化物 中大部份的氧，对于烧结矿的反应，要考虑到Fe2O3-Fe3O厂FeO这 3个阶段的反应过程，对直接还原铁的反应，只要考虑部分FeO-Fe 的第3阶段的反应。通过综合平衡法研究，在利用系数2t/(m3.d)、焦比500kg/t的高 炉操作中，在鼓风条件、废气温度和铁水成分相同的条件下，全部使 用100%MFe的铁源进行操作时，如果使用综合平衡法进行计算，则 高炉利用系数4.6t/(m3.d)、焦比195kg/t。也就是说，在目前的高炉中, 焦比的大约60%(300kg/t)用于氧化铁的还原。因此，使

3、用还原铁来降 低铁源的氧化能力(O/Fe),可提高铁水产量和降低还原剂比。早在七十年代，工业试验就巳表明直接近原铁用作高炉炉料， 可以降低焦比和提高产So 1964年一 1965年，美国矿业局、美国钢 铁公司的试验高炉和安大赂的汉密尔加拿大钢铁公司的商业性生产 规模高炉都进行丁试验，探求DIR对铁水生产率和高炉熊比的影响， 1970年比利时列日的矮形高炉以及日本新日铁、苏联等也进行了相 似试验。1964年美国矿业局在宾州Bruceton,用一座试验用小高炉进行 的试验指出，用金属化率90%左右的直接还原铁球团代替高炉炉料 中部分氧化球团矿，可以使铁水生产率明显增加和焦比大为下降。如 表3.1-

4、1所示，当直接还原铁球团矿在护料中的比例提高到85%的， 铁水产量几乎直线的增加了 75%，炉料中直接还原铁球团用量在30% 时，焦比则下降约23%。直接还原铁球团的用量较高时，炉料中直 接还原球团用量对焦比下降作用减弱，炉料中直接还原铁用量占85% 时，焦比仅下降47% o表3.1-1美国矿业局试验高炉炉料中直接还原铁的使用资料炉料基准试验1试验2试验3氧化球团，100704015直接还原铁球团，306085FeOTFe*100%0306078铁水产量，吨/时1.551.992.412.71焦比（干基），公斤/吨铁水574441352306溶解损失碳量，公斤/吨铁水6130200美国钢铁公司

5、引导利同不同类型的直接还原铁原料，而在同一 座炉缸直径为1.2m，有效高度为6.1m的试验用小高炉里作过高炉冶 炼试验。在这些试验中，以金属化率69%的压块，高铁压块(HIB), 炉料和相当金属化率98.5%的废钢进行了比较。结果表明，铁水产量 增加，焦比下降。同矿业局试验所得结果十分相似。同时还表明，产 量增加、焦比下降完全地取决于炉料中金属化铁的百分比，而与金属 铁来自HIB块或废钢无关。由于用废钢时渣量较小，含废钢的炉料 其生产率略高于含HIB团块的炉料。美国钢铁公司试验高炉炉料中直接还原铁的使用资料炉料基准试验1试验2试验3试验4烧结块，100607740HIB压块，40100废钢，2

6、360Fec/TFe*100%032327070铁水产量，吨/时1.141.411.421.761.85焦比(干基)，公斤/吨铁水498403400300300溶解损失碳量，公斤/吨铁水8862612531作为高炉试验的继续研究，1964年加拿大钢铁公司(Stelco)在一 座有效容积588m3工业性高炉炉料里，用直接还原铁球团进行一次大 型试验。表3指出试验分从风口喷天然气和不喷天气两组。每组实验 的基准期都采用100%的氧化球团，试验期则使用氧化球团矿占70%， 金属化率为90.5%的直接还原铁球团占30%的炉料。对不喷吹天然 气的试验组，用直接近原铁球团时，铁水产量增加20%，焦比下降

7、大约20%。对喷吹天然气这个组，用直接还原铁球团时，铁水产量 大约增加17%，焦比下降7%左右。虽然在每种情况下，铁水日产量 都增加得较多，但是焦炭日耗量并没有增加，实际上，在两种情况下 焦炭消耗量却都下降了。本试验结果意义非常重大，它意味着即使是 个别的工厂，其高炉和焦炉都按最大能力进行生产，当高炉炉料中使 用直接还原铁物料时，铁水产量仍能大大地提高。加拿大钢铁公司(Stelco)工业规模高炉炉料中直接还原铁使用资料炉料不喷吹天然气喷吹天然气基准试验1试验2试验3氧化球团，1007010070直接还原铁球团，030030FeoTFe*100%034.7032.4铁水产量，吨/日1127138

8、211551341焦比(干基)，公斤/吨铁水558444508421天然气量，公斤/吨铁水002925溶解损失碳量，公斤/吨铁水105618553Tsujihata等在Hagashlda厂的6号高炉进行实验，高炉的工作容 量为648m3。在试验中，直到40%的炉料被DRI取代，原来的炉料 是由54%自熔性烧结结矿和46%筛选矿组成的，而DRI是用高炉烟 灰和LD转炉泥浆在回转窑内制成的。DRI含70%全铁和40%金属 铁。虽然这些条件与Stelco的试验大有差别，但如果用每吨铁水从炉 料脱除的氧量表示时，测得的生产率和焦比却与Stelco较为相符。1978年墨西哥高炉公司(AHMSA)的二号高

9、炉上，用金属化率为87%，含碳量2.5%的 DRI球团也进行过工业性试验。该高炉有效容 积为918m3，使用含灰分18.2%，含硫1.08%的较低级焦炭操作。试验 有一个基准期（炉料中烧结矿占60%，块矿占40%）和四个试验期， 分别使用：15%, 25%, 30%, 35%的直接还原铁代替相当量的块矿， 如表4所示，墨西哥高炉公司试验所得结果同加拿大钢铁公司试验所得结果十分相似。墨西哥高炉公司的工业规模的高炉炉料中直接还原铁的使用资料炉料基准试验1试验2试验3试验4烧结矿，6060606060铁矿石，402515105希尔法球团矿，15253035Fec/TFe*100%021313639铁

10、水产量，吨/日8941013109511811246焦比（干基），公斤/吨铁水698596546531485美国人white等报道了一座实验性高炉（炉缸直径1.22米）用75% 还原压块的试验，压块是由委内瑞拉铁矿石制成的。他们确定了由 100%烧结矿、50%烧结矿/50%压块和100%还原铁压块组成的炉料 的最小焦比和生产率。还进行了使用废钢/烧结结矿的试验，其金属 铁含量与压块/烧结矿矿料相同。他们的结果再一次证实了这样的结 果；炉料每10%金属化，铁水增产8.2%，而焦比下降6%。废钢和 压块的情况与此类似。蒙蚩IN1U炉料的佥以化率Fe/Fc*xjW铁水产量增加百分比与高炉炉料中金属化

11、率关系焦比下降百分比与高炉炉料中金属化率关系日本和苏联在试验的和工业的高炉里也用过直接还原铁料，进行 过试验，取得了十分相似的结果。新日铁在名古屋1号高炉上进行了 使用还原铁(DRI)100kg/t的试验，结果表明具有提高生产率和降低 还原剂比的效果。炉料中含有直接还原铁，能够降低昂贵的冶金焦炭 的消耗量。以上所有众多试验取得很好的一致的结果。试验高炉试验的结果 和工业规模高炉试验的结果相比，生产率提高得较多，焦比下降的较 多因为试验用小高炉经炉壳的热损失占了每吨铁水所需全部热量的 较大部份。低品位矿石出产的海绵铁，往往因为脉石和杂质含量比较多而无 法在炼钢炉中使用，只适宜做高炉炉料。目前日本

12、一直进行工业规模 的应用，其中采用转底炉（RHF炉）工艺处理高锌含铁粉尘生产还 原性团块供高炉使用，就是其中成功的一例。日本新日铁君津公司为 年产800万吨的钢铁联合企业，该公司至今一直进行直接还原铁进高 炉的工业生产。含铁粉尘在转底炉脱锌回收后，将直接还原生成的金 属化球团通过鼓式冷却器冷却后进入贮料仓，然后再通过皮带机送入 高炉原料仓，以直接加入高炉，取得良好的效益。对于对直接还原铁加入量，众多研究分析表明，随着炉料金属化 增加到30%以上，使用还原炉抖的益处将减小。然而，如果喷射天 然气，该极限将能增大到58%。大体上说，从炉料中还原出一吨铁水大约一半左右（约470公斤 /吨铁水）是来自

13、用间接还原反应变成金属铁的，而余下的铁，则必 须用气化碳吸热反应来还原。在高炉冶炼中，吸热的气化碳称为溶解 损失碳。当炉料中相当大的部份是金属化的直接近原铁时，吸热还原 反应量就减少了。因此，不需要消耗大量热能，从而节省了相应的焦 炭。但是，如果增加炉料中直接还原铁的百分比超出抑制大部份吸热 还原所需的量，则炉料中每吨直接近原铁节省的燃料就不多。流化床生产的直接还原铁，金属化率较低，全铁含量也较低，不 适合直接用于电炉，如果作为高炉原料，对提高高炉的经济效益还是有很大帮助的。据资料显示，矿石品位提高1%，焦比会下降2%， 产量提高3%，直接还原铁作为高炉炉料，不仅品味提高，而且可以 减少直接还

14、原消耗的碳，降低焦比，因此据初步估算，如果全部使用 流化床生产的还原铁块作为高炉炉料，可以使铁水产量提高30%以 上，焦比降低100kg/t-Fe以上。在北美高炉中，为降低焦炭的使用量 和确保出铁量，一直将以废钢为主的金属铁源的使用量保持在 100kg/t左右。另外,IRSID在内容积为1816m3的小型高炉上进行了 使用100%废钢料的熔化试验，在使用100%废钢的操作中，还原剂 比为222242kg/t。虽然还原铁的使用效果受金属化率的影响很大， 但在使用 T.Fe91.4%、金属化率为100%的铁源时，还原剂比为228kg/t,炉顶温度为200C。研究人员在对使用直接还原铁时炉墙部的静压分布和大量使用 直接还原铁后的块状带、直接还原铁高温荷重软化试验结果表明，使 用直接还原铁软融带的透气阻力有很大的改善，风口上方0.7m处取 样物中的熔化物比例，烧结矿熔化物比直接还原铁多，由此可以认直 接还原铁颗粒的熔化度比烧结矿更低。在风口上方0.7m处，由于百 接还原铁没有保留原形，由此可以推测在烧结矿熔化带表面下端附 近（炉内温度大约1400C）的风口上方0.61.1m处，直接还原铁没 有形成熔融层而是迅速熔化。由于直接还原铁的高温透气性比烧结矿 好得多，因此可以推测即使在实际高炉使用，也没有必要担心直接还 原铁会阻碍软化带的透气。热压块海绵铁是高温性状非常好的铁源，高炉