炼铁生产的演变课件

炼铁生产的演变

刘云彩7/27/202311，高炉的发明——炼铁生产的第一次革命2，直接还原——块炼铁的“复活”3．熔融还原——炼铁二次革命、革高炉的命结语7/27/20232

铁器时代，开启了人类的新纪元早期生产铁用块炼炉7/27/20233块炼铁效率太低，消耗太高，质量难以稳定，新的炼铁方法在迫切需要中诞生，块炼炉被淘汰，是生产发展的必然结果。7/27/202341，高炉的发明——炼铁生产的第一次革命7/27/20235随着高炉容积扩大，高炉有效高度也随之增高，5580m3高炉的有效高度，已经35公尺。7/27/20236由于高炉自身的发展，给高炉带来空前的困难：1），生产的烧结矿、球团矿，必须满足大高炉的要求，造成严重的粉尘污染和大气污染。焦炭生产，造成严重的大气、水及粉尘污染。7/27/202372），高炉生产，耗用主焦煤太多，而它的储量比例较少，给高炉后续发展，带来危机感。3），高炉规模大，铁、烧、焦生产设备庞大、复杂，生产流程过长，增加了投资，降低了竞争力。7/27/20238钢铁生产的长流程，遇到空前挑战，各种新流程、新方法，不断涌现，炼铁革命在悄悄的进行。7/27/202392，直接还原——块炼铁的“复活”7/27/202310高炉出现，在世界范围迅速发展。但在缺少焦煤的地区，直接还原法一直存在。高炉越发展，无需炼焦煤的炼铁方法，越得到重视，几十钟新的方法被开发出来7/27/202311图1，DRI产量占世界生铁产量的比例7/27/202312表1世界及主要国家直接还原铁产量，百万顿年代1980198119821983198419851986198719881989199019911992墨西哥1.861.941.711.791.671.611.371.561.682.182.482.472.44特立尼达0.020.190.240.280.240.230.380.490.590.690.70.70.68委内瑞拉1.121.4522.232.42.562.892.942.572.183.024.024.23埃及0.030.470.770.80.710.620.85南非0.120.120.10.230.270.420.790.840.730.840.90.910.91伊朗0.330.330.330.330.030.090.290.70.83沙特阿拉伯0.010.350.730.991.171.041.081.211.091.121.61印度0.030.030.030.130.080.090.170.190.190.260.611.151.44全世界7.368.087.317.89.2311.1612.5313.6614.2415.717.8818.9420.4197/27/202313

(续前表)199319941995199619971998199920002001200220032004年代2.733.243.73.94.545.686.235.833.674.95.626.54墨西哥0.730.941.051.071.241.141.31.532.312.322.282.36特立尼达4.514.714.725.345.365.065.056.696.186.896.97.83委内瑞拉0.850.780.850.831.191.611.672.112.372.532.873.02埃及0.870.980.950.91.091.051.161.531.561.551.541.63南非1.652.633.233.814.383.694.124.7455.285.626.41伊朗2.012.112.132.32.112.272.363.092.883.293.293.41沙特阿拉伯2.213.124.284.845.265.265.115.445.596.597.679.37印度23.7427.5331.1533.2535.8736.9638.3342.5237.9545.0849.4554.60全世界

7/27/2023142004年全球DRI产量5460万吨，其中印度产957万吨，占第一位。委内瑞拉、墨西哥、伊朗，产量分别为第2、3、4位。7/27/202315图2，2004年主要生产过程的产品比例【5】

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表2，直接还原生产的主要流程生产设施流化床竖炉回转炉转底炉还原剂气基FINMET（ICH）MIDREXHYL-ⅢHYL-Ⅰ煤基CIRCOFERSL/RNJindalDRCDAVCODIRFASTMETCOMET反应温度，℃700;≤950700-10001000-11001200-14007/27/202317前已讨论过高炉生产流程的根本缺陷：1）必需焦炭，由此导致炼焦煤的危机和焦化系统庞大。2）炉料必需造块，导致生产系统复杂、庞大，建设投资过大。3（系统庞大，气、水、粉尘污染及CO2排放，很难治理。7/27/202318取代高炉，必须克服高炉的上述缺点。表中各过程，气基的污染较轻，与高炉比较，有明显的优势。7/27/202319不需焦炭，克服了高炉所遇到的困难。成熟的气基法是使用竖炉的MIDREX和YL-Ⅲ，它们必须使用块矿；而且气基生产，主要以天然气为还原剂，这些方法，适用于盛产石油国家。随着石油、天然气价格攀升，这些方法也将受到挑战。7/27/202320气基流化法，使用粉矿，是战胜高炉的较好方法。矿粉通过喷吹，进入反应器，省掉了造块工序，沿流化的路走下去，是有希望取代高炉的方法。7/27/202321煤基方法：不需焦炭，我国煤的资源较多，比气基有更广阔的使用天地。7/27/202322但它的污染，虽比高炉系统好许多，依然较气基法差很多。CIRCOFER法使用粉矿，省了造块系统，克服了高炉的主要缺陷，是煤基直接还原最有希望的方向。回转窑是煤基还原最通用的工具，但它对煤的要求较高，不能使用粉矿，也具有高炉的主要缺点。7/27/202323转底炉法虽然造球，由于料球放在转底炉内，球相对静止，炉料不需很高强度，铁矿粉与煤粉混合加粘结剂压成球，干燥后装入转底炉，在1400OC以上高温还原，渣铁分离。这是直接还原法的革命，自有“块炼铁”以来，第一次直接还原铁，实现了渣铁分离。7/27/202324北京科技大学自主开发了“煤基热风转底炉法（CHARP）”现在已开始在山西建一座年产10万吨的转底炉。转底炉法投资很低，仅相当于高炉系统（铁、烧、焦）的60－70％。生产成本较高炉系统低20％以上。此法适用我国，有相当发展前景。1999年在日本神钢建成350kg/h的转底炉试验厂日本叫第三代炼铁法（Tmk3）【7】。7/27/2023253．熔融还原——炼铁二次革命、革高炉的命7/27/202326熔融还原已研究多年，刘浏【8】、赵庆杰【9】、周谕生【10】、松井良行【11】等专家，均有深入的分析。真正用于工业生产的只有COREX一种方法。7/27/202327熔融还原在很大程度上，解决了高炉存在的环保问题【8】。7/27/202328表3，COREX炉生产指标项目浦项制铁印度金达尔1号炉金达尔2号炉南非萨尔达哈产量，t/h80-100100-105100-11085-95铁水温度℃148－15301460－15201470－15301480－1520燃料比，kg/t1000-11001000-1100980-10601080-1120焦比，％1－1010－1510－1510－13块矿比，％00－200－2078－83耗氧量，m3/t560-580O299%500-550O299-%500-550O299-%580-600O299-%粉矿，kg/t0100-200100-1700-1007/27/202329COREX法缺点突出：耗氧量很多,约500m3/t,。大部分必须使用块矿。投资高，建设投资比高炉系统高15－20％。7/27/202330当然，它还在进步途中，但竖炉的本质决定，使用块矿是难以避免的。所以COREX法是“半截革命”。7/27/202331FINEX法克服了使用块矿的缺点。FINEX法，克服了高炉的主要困难，是很有前途并有能力和高炉竞争的方法。7/27/202332

HIsmdlt法另一种较成功的方法。2005年,年产80万吨铁水的工业规模实验厂，已投产实验。7/27/202333此法优点突出：设施体积较小。矿粉及煤粉直接喷吹入炉，无需造快。矿石不受限制，可以用精矿粉，也可用（处理）钢铁生产废料。d)主要是用高温热风，可以用富氧提高冶炼效果。e)污染较轻。7/27/202334表4生产成本及建设投资(人民币)【13】年产量，万吨单位投资，元/t顿铁成本，元/t高炉（1200m3）9015301000HISMELT90580-827695-785

7/27/202335结语1，高炉生产正处于辉煌的顶峰，它的路还很长。虽然高炉生产面临焦煤将要短缺、生产流程过长和环境污染等问题，改善的方法很多，不断更深入研究，会有许多成功对策。7/27/2023362，新的炼铁方法不断涌现，会有更好的技术、流程，逐渐取代高炉。这一进程是漫长的。直接还原法会继续发展。其中流化法和转底炉法有更大的优越性，但转底炉法较薄的料层，会影响生产效率，难与高炉生产规模竞争。7/27/2023373，熔融还原正在革高炉的命当前走在前面的FINEX法及HIsmelt

法，有希望和高炉竞争。要想取代高炉，首先必须克服它们各自的缺点。这两种方法，还要经过工业生产的考验和生产经验的积累过程，还处于工业实验阶段，今天不应推广。7/27/2023384，不要急于否定高炉，高炉生产的路还很长。但高炉的严重缺点，退出历史舞台，是不可避免的。7/27/202339参考文献【1】白云翔，先秦两汉铁器的考古研究，北京：科学出版社，2005年第22－29页。【2】L．Aitchison，AHistoryofMetals，London，1960，p．199－212．【3】刘云彩，中国古代高炉的起源和演变，文物，1978，N0.2，18—27.。【4】刘云彩，中国古代冶金史话，天津：天津教育出版社，1991年第53页；台北：台湾商务印书馆，第1994年63页。【5】MidrexTechnologies,Ine

2004WorldDirectionReductionStatistics。【6】孔令坛等，煤基热风转底炉炼铁法，2004年北京科技大学印。7/27/202340【7】O.Tsuge等，SuccessfulIronNuggets

ProductionatITmk3PilotPlant,

IronmakingProceedings,2002,511-519。【8】刘浏，熔融还原炼铁新工艺的发展与展望，《钢铁工业的前沿技术》，