钢铁冶金学非高炉炼铁

第八章

非高炉炼铁一、非高炉炼铁概念1定义非高炉炼铁法 除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法直接还原定义(DirectReduction) 指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生产过程熔融还原(SmeltingReduction) 指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程2非高炉炼铁方法分类3高炉炼铁状况

目前达到十分完善的程度: 如：高炉大型化 精料 高风温 高压操作 富氧喷煤4高炉固有缺点①煤气炉料逆流运动,要求高质量人造炉料，而低热值煤气是由优质焦炭产生。②由于加热空气和除尘,需要建设大量辅助设备，工艺流程长，原料、燃料必须经过反复加热，冷却和加工，能耗和生产成本比较高。③高炉流程进行经济生产要求规模大，生产的灵活性较差。5直接还原发展的背景二十世纪60年代直接还原发展的原因①不用焦炭炼铁；②合格废钢、优质废钢供应不足；③可得到高品位铁精矿；④省去了炼焦设备，总的基建费用比高炉炼铁法低。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解决(最成熟的直接还原法使用天然气作为一次能源,天然供应有限且价格不低,应用煤炭技术的各种方法技术仍有待完善)直接还原电炉流程电耗高(600~1000度/吨)(并不是任何地区都容易提供)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资源条件

较丰富的天然气 充足的电能 高品位的铁矿石海绵铁销路6直接还原与熔融还原的比较直接还原的发展在70年代能源危机后受到了阻碍,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炼铁法课题。熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行的反应,其产品是含碳液态生铁。熔融还原优点是以煤炭为主要能源,对矿石品位要求不象直接还原那样严格。熔融还原主要问题是需要大量氧气或电能,能耗较高。7非高炉炼铁产品性质及应用海绵铁（直接还原铁）DRI,DirectReducedIron,SpongeIron粒铁半熔化状态下还原熔炼出的产品液铁（SmeltingReductionIron)熔融还原生产出的液态生铁8

钢铁生产工艺新流程及其评价

传统流程 高炉+转炉新流程 直接还原竖炉+电炉 直接还原回转窑+电炉 熔融还原+转炉二、直接还原工艺及原理

1气基直接还原法

气基直接还原法分类目前世界海绵铁产量达2300万吨,大部分用M氏法(Midrex)生产主要问题

这种工艺必须用天然煤气制备还原剂,在天然气缺乏的地方无法采用;此外此种工艺设备复杂,投资巨大。2煤基直接还原法还原剂和燃料可分别使用不同燃料燃料:煤气,燃油,煤炭(烟煤)还原剂：煤对还原煤的要求 反应性好,灰熔点高(回转窑>1150℃),灰分少(<25%),含S少(<0.8%)

直接还原工艺介绍

直接还原总产量60%；80万吨/年；原料：氧化球团或天然富矿

要求：粒度6-25毫米脉石含量<3%;膨胀率<20%；强度>200Kg/球

一次能源：天然气；

煤气转换：CH4+H2O=CO+3H2；CH4+CO2=2CO+2H2

煤气要求：氧化度<5%;入炉煤气温度750-900℃；

还原带停留时间：6小时

HYL反应罐法工艺流程煤基回转窑

球团或富矿5-25毫米

原料：焦粒（煤粒）、块状铁矿、石灰石粒（或白云石）

转底炉法

优点：设备简单，操作容易，反应速度快，生产率高。但是这一方法仍然需用煤气燃料（煤炭仅用作还原剂）。消耗指标为：铁精矿：1300kg，还原煤400kg,气体燃料0.65Gcal,电耗60KWh。此法最大缺点是还原煤的灰份保留在产品中，降低了产品品质。在使用含铁７０％的精矿，和灰份＜１０％的煤生产时，产品中酸性脉石含量仍高达４－６％以上。

三、熔融还原工艺1.熔融还原简介定义:指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程产品:铁水副产品：炉渣、煤气（生铁、炉渣与高炉相同，但煤气的数量和成分却差别较大）开发目的:代替焦炭高炉2.熔融还原优点①.以煤代焦，降低生产成本。直接使用粉矿或块矿。②.不需烧结和炼焦，使环境污染减少80%。③.具有良好的反应动力学条件,生产效率高。④.设备简单,操作方便,易于控制,开启关闭均灵活。⑤基建投资少。3.熔融还原目前存在的主要问题

①能耗较高需要大量的氧气或电。②产品质量不好，脱硫不稳定、硅不能有效控制。③设备操作寿命不高，如渣中的FeO对炉衬侵蚀严重。4.熔融还原方法①一步法：在一个反应器内完成铁矿石高温还原及渣铁的熔化分离

缺点：炉衬寿命短（FeO高）工艺过程能耗大（煤气排出时，带走大量热量）②二步法：在第一个反应器预还原而在第二个反应器内进行补充还原（终还原）、熔化分离和生产还原气体（造气）5.两步法熔融还原流程可将高炉分做两个反应器第一步作用：矿石加热和预还原。30-100%的还原度。用流化床、竖炉或回转窑等设备。第二步作用：造气（还原气）补充还原、渣铁熔化分离。用电弧炉等离子炉，铁浴等设备。预还原器（炉身）：要求较高的还原效率，允许使用低质量的还原剂。终还原反应器（炉缸）：顺利完成终还原、渣铁熔化分离，在终还原器中完成造气。连接注意事项满足合理的还原度分配终还原器为预还原器提供合适的还原剂工艺合理，结构简单，可靠热损失小COREX工艺Corex法是二步法工艺，预还原采用竖炉，终还原为类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、经除尘、温度控制为850~900℃的还原煤气进行预还原，生成金属化率在90%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"半焦"流化床和固定床中还原与熔化，在炉子下部分离渣铁，出铁方法与高炉相似。气化炉排出煤气温度约1050℃，掺入经冷却加压的60℃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250℃，经冷却、除尘后送往用户。Corex主要生产技术指标

单位指标生产能力t/h4.5熔炼系数t/m3·d3.0作业率92%煤耗量kg/t1020输出煤气Nm3/t1650煤气热值kJ/Nm37000球团矿t/t1.5熔剂t/t0.2氧Nm3/t500~550氮气Nm3/t70~100工业用水t/t1.5~2.0电kwh/t60DIOS工艺流程图DIOS原料、设备和主要技术指标含铁原料：粉矿燃料及还原剂：非焦煤预还原设备：煤气重整+流化床熔融气化炉：转炉型铁浴矿石预还原度:20-30%二次燃烧率：40~55%传热效率：80~95%氧气消耗：m3/tHM》600煤耗kg/tHM:煤气发热值106J/m3:4.18~8.36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：含碳球团竖炉预还原+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“攀登计划”规定的基础研究内容后，在承钢中试厂建成了产铁能力为2～4t/h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