直接还原炉工艺的研究现状

直接还原炉工艺的研究现状

直接归还铁粉可用作电压炉、冠状动脉硬化和转炉的材料。DRI代替优质废钢更适合于生产对氮和有害元素有严格要求的钢种,如用于石油套管、钢丝绳、电缆线等的钢种。近年,由于钢铁市场升温,废钢资源呈现世界性紧缺。2003年,我国钢铁企业生产回收的废钢铁和非生产回收废钢铁合计为1502万t;而全年炼钢消耗废钢与辅助炼钢消耗废钢之和为4750万t。显然,国内的废钢缺口很大。未来几年,随着国际市场废钢资源的短缺,世界对废钢的需求量将不断增长。当今,在废钢资源全球性紧缺、国际市场价格频频上扬的情况下,对于我国来说,寻找废钢替代品已迫在眉捷。直接还原铁和热压块铁是最好的废钢替代品。1直接还原工艺2003年世界直接还原铁总量为4900万t。比2002年增加了10%,不同工艺所生产直接还原铁所占份额如下:Midrex为64.6%,HyLⅢ为18.4%,HyLⅠ为1.3%,Finmet为5.2%,其他气基为0.4%,煤基为10.2%。直接还原工艺根据还原剂不同可分为气基和煤基。气基直接还原工艺中,竖炉Midrex、Arex(Midrex改进型)和HyLⅢ工艺、反应罐法HyLⅠ、流化床法Fior和Finmet工艺,都已获得了工业应用,流化床法Fior、Circored和碳化铁法在工业上应用不久就停产了。煤基直接还原法中,获得工业应用的有回转窑法和转底炉法(Inmetco、Fastmet、Sidcomet、DRylron),新开发的多层转底炉Primus工艺已于2003年2月投产。1.1直接气基础处理技术气基还原工艺可分为使用球团矿或者块矿的工艺和使用铁矿粉的工艺。各种气基直接还原铁工艺发展状况如表1所示。1.1.1其他高等重离子装置使用球团矿或者块矿的有竖炉法Midrex、HyLⅢ、Arex和罐式炉HyLⅠ。目前,Midrex和HyLⅢ是成熟的工艺,在委内瑞拉、印度、加拿大、美国、伊朗、沙特阿拉伯等已获得了广泛应用。Midrex主要生产厂有33座。1994年以来投产的生产厂逐步大型化,每套年产能大都在100万t左右。如表2所示。HyLⅢ是希尔萨公司在HyLⅠ基础上开发出的高压逆流式移动床工艺,20世纪80年代开始在工业上应用。世界上主要生产厂有12座。近年新投产的设备年产能都约为100万t。如表3所示。HyL-ZR是新开发的无重整装置的直接还原工艺,目前为止该工艺只在墨西哥蒙特雷(Monterrey)得以实施。其天然气在竖炉内发生部分燃烧,通过控制而产生合乎要求的还原气体,从而对铁矿石进行还原;而传统HyLⅢ工艺一般在添加蒸汽条件下使天然气在催化重整器中裂解。为了获得w(H2)达80%的还原气体,通过洗涤去除CO2。Megamod厂的Midrex设备是大型的Midrex设备,如今直接还原铁年产量超过170万t,生产率超过220t/h。直径为8m的竖炉年产直接还原铁能力270万t。1.1.2化床工艺的实现在直接还原生产中,采用细矿粉的直接入炉与块矿和球团矿相比其原料成本具有明显优势。气基粉矿直接还原一般都采用化床工艺。很长时间以来,获得商业应用的粉矿直接还原铁工艺只有Fior工艺(如表1所示)。Finmet工艺是Fior工艺的进一步发展,是基于粒度小于12mm的粉矿的气体直接还原工艺。已经有两个工业厂投产,年设计产能都超过200万t热压块铁。两个厂2003年共产163万tHBI。1.1.3hyl和finget工艺的天然气消耗表4中汇总了气基直接还原的一些工业生产数据。Midrext和HyLⅢ工艺的天然气消耗为9.7~10.7GJ/t,而Finmet为13.3GJ/t。对这些工艺来说重要的是天然气的价格。而Finmet工艺使用更便宜的粉矿,补偿了较高的天然气消耗。1.2其他含碳材料的转底炉工艺在煤基直接还原工艺中,已获得工业应用的有回转窑和转底炉工艺。表5表示主要煤基直接还原工艺的发展现状。转底炉由于反应速度快、原料适应性强等特点,近年来得到了快速发展。转底炉工艺有许多种,包括Inmeto、Fastmet、Comet、Sidcomet、IDI(IronDynamicsInc)、ITMK3、DRyIron等。在这些工艺中,有的使用含碳生球团,有的使用铁矿粉或者含氧化铁残渣、煤、或者焦粉等。新开发的转底炉工艺除了Primus外,还有RedSmeltNST(NewSmeltingTechnology),这是SMSDemag在RedSmelt基础上新开发的工艺,用氧煤基熔融炉代替埋弧炉,以降低成本。在意大利Piombino厂建的RedsmeltNST(NewSmeltingTechnology)示范厂年处理5.5万t含铁料,生产3万t铁水。该工艺有一造球盘,把含铁粉料和碳基还原剂生产成生球团。然后装入转底炉中生产DRI,形成的DRI球通过一水冷螺旋输送装置送入一溜槽,然后再送入NST熔融装置。2评论2.1finget和hyl-zr工艺的发展气基直接还原法现在已获得广泛应用的主要有Midrex、HyLⅢ和Finmet,其中,前两者都采用球团矿或者块矿作炉料,而后者则直接采用铁矿粉作炉料。这三种工艺都是依赖天然气而生产的,Finmet工艺天然气单耗比Midrex和HyLⅢ的高,但Finmet因为使用更便宜的粉矿,补偿了较高的天然气消耗。目前这三种工艺逐步向扩大生产规模和降低成本方向发展,已出现了年产能超过200万t的Midrex生产线。VAI也正在研发新一代Finmet工艺,产能达110万t。为了降低成本,新一代无重整装置的HyL-ZR工艺也正在开发中,并已在墨西哥得以实施。这些工艺在工业上的应用主要依靠天然气,然而浦项、印度等一些厂也成功地利用熔融还原工艺产生的煤气生产出了直接还原铁产品(COREX工艺与Midrex联合工艺)。2.2对红土地铁废液的处理由于煤基回转窑SL/RN工艺存在原料要求高、结圈等很难克服的缺点,近年来转底炉工艺发展很快,但现在已投产的煤基直接还原炼铁厂生产规模都不大,而且大部分都是处理含铁废料的。现在在日本已投产的Fastmet、在美国EllwoodCity投产的Inmeto工艺和RedSmelt、新日铁光厂投产的DRyIron设备、目前卢森堡Differdange投产的8.2t/a的Primus装置都是处理含铁废料的,且产能不大。但值得注意的趋势是,先进的煤基直接还原工艺是向着直接利用铁矿粉和再增加一个熔融炉,把直接还原铁直接熔融成铁水方向发展的,RedSmelt、Primus和Sidcomet就是这种类型的工艺。3非高炉高炉火线加工工艺和设备的竞争由于世界炼焦用主焦煤和肥煤资源短缺,今后在很长一段时间内将会出现主焦煤和肥煤供不应求现象,制约高炉炼铁的发展,因而需要开发和研究不用焦炭的非高炉炼铁工艺。1999年后每年在中国公开发表的专利量达到40项左右,说明该领域正在成为国内外冶金技术竞争的方向。仅浦项1995年以来就在中国申报了24项非高炉炼铁相关专利技术,这些都为我们今后进入该领域设置了障碍。国际先进大型钢铁公司也十分重视直接还原工艺和熔融还原工艺的研究与开发工作。川崎钢铁公司开发了Hi-Qip转底炉工艺,神户钢铁公司及美国米德兰公司联合开发了ITmk3工艺,2000年新日铁在广畑厂投产了一年产能达19万t的Fastmet工艺来处理残渣、浦项开发成功