FASTMET.ppt

1、FASTMET,FASTMAT产生的背景,传统的炼铁方式是由焦化、烧结、高炉等工序组成, 这种方式的不足之处是投资大、流程长、能耗高、污染重。 随着20 世纪炼铁技术向环保、节能及废物利用方向发展, 并且焦煤资源日趋紧张,使得传统炼铁方式的发展受到了限制。 进入21世纪, 冶金界逐渐将眼光瞄准以非焦煤生产钢铁的工艺方法, 在这种形势下, 铁直接还原技术迅速得到了发展, 尤其是煤基直接还原炼铁技术在不断的开发和研究中取得了较大的成果。 FASTMET 便是其中的一个, 它是日本继高炉法、工艺使用天然气的直接还原炼铁法之后的第三种炼铁技术。,FASTMET的发展历程,F a s t m e t 工

2、艺是由美国Mid r e x 直接还原公司于60 年代开发的 近年来, 世界上直接还原铁(D R I) 的生产呈现持续大幅度增长的势头, 1 9 9 4 年产量达2738 M t,比1 9 9 3 年增15.8 % 2005年, M id re x 公司正同日本神户制钢合作, 在神户制钢的加古川钢铁厂进行Fas t m et 示范装置的工业性试验, 以期进一步验证该工艺并使其尽快实现工业化。,FASTMET工艺,FASTMET的原料,铁精粉或钢厂废料 粘结剂 粉状还原剂（煤） 气体燃料:天然气、油,冷固结含碳球团,冷固结含碳球团是实现Fas t m e t 工艺的关键因素。 1.冷固结含碳球团

3、具有与一般氧化球团和块矿不同的还原方式： 是靠内部碳进行自身直接还原, 无需外部提供还原剂。 2.在还原过程中, 气相产物C O 将不断排出, 形成一个气圈环绕球团, 因而使球团可在氧化性气氛下进行还原反应。此外, 含碳球团允许大大提高反应温度, 而不致于软化和熔化。 3.采用冷固结含碳球团实现了人们使用粉矿直接还原一步法工艺的追求。,Fas t m et 工艺的流程,FASTMET使用含冷固碳球团作为原料。 1.铁精粉矿钢厂废料与粉状还原剂(煤) 和粘结剂混合均匀后进入造球机造球制成含碳球 2.将其送入一个干燥机加热至约120度, 除去其中的水分。 3.然后装入转底炉, 均匀地铺放于旋转的炉

4、底上, 铺料厚度为1 2个球团直径。随着炉底的转动, 球团被加热至1250 1350 度，并迅速还原成海绵铁, 还原过程一般持续为6 12 m in。海绵铁通过一个出料螺旋连续排出炉外, 温度约为1000度 。,热量来源及气体流动,1.燃料(天然气、油、煤) 和预热空气通过烧嘴进入炉内燃烧(包括还原气相产物CO 的燃烧) , 产生还原所需的足够高温和热量。 2.燃烧废气逆向流动, 最后从加料口的排气口排出, 经过二次燃烧、热交换和洗涤除尘后从烟囱排出。,FASTMET 工艺流程图见图,FASTMET工艺的基本还原原理,燃烧着的火焰的高温经炉壁通过辐射传给料层表面球团 含碳球团中的铁矿粉在高温下

5、被其中的碳及其挥发分挥发分还原 (见下图)。,含碳球团的还原过程比较复杂, 因为煤不仅作为固体还原剂, 而且其挥发分具有气体还原剂的特点。挥发分中含有的少量H2 和CO 可直接作为还原剂, 大部分的碳氢化合物裂解后生成H2和C也可作为还原剂。,实验结果表明,随温度的升高, 含碳球团的还原应该包括三部分: 挥发分的热解, 铁氧化物被挥发分中CO 和H2 还原 裂解产物H2 和C 还原,铁氧化物被碳还原反应式,煤 C+ 挥发分 高分子碳氢化合物 低分子碳氢化合物+ C + H2 Fex Oy + CO /H2 FexOy- 1 + CO2 /H2O FexOy + C FexOyOy- 1 + C

6、O,加热设备,F a s t m et 工艺使用与轧钢环形加热炉类似的转底炉作为工艺主体设备。这种装置与竖炉和回转窑相比具有以下特点: 1. 料层薄, 易于加热和还原; 2. 炉料相对不运动, 适合于使用低强度的冷固 结含碳球团; 3. 炉料与拱顶及周边炉衬无接触, 避免了炉衬 的机械磨损和粘接; 4. 系统基本处于常压状态, 易于密封控制; 5. 装置高度低、体积小, 便于操作和维护; 6. 转动台车置于高温环境中, 对台车材质要求。,FASTMET的优点,( 1) 工艺简单, 操作方便, 能够使用各种品质 的铁矿石, 生产出高质量的铁粒。 ( 2) 采用内配碳自还原, 只需外部升温和传 热

7、, 反应速度快, 完成全部反应过程仅需10 m in左右。 ( 3) 燃料利用率高, 可节省能源, 使二氧化碳 排放量减小, 大幅度降低环保投资。,FASTMET的优点,( 4) 炉内耐火材料损耗减轻, 从而降低生产成本。 ( 5) 铁粒便于运输并且在炼钢过程中容易熔 化, 可提高成品率等。 ( 6) 建造成本低, 与烧结+ 高炉工艺流程相 比, 成本低20%。,FASTMET的主要缺点,( 1) 火焰区的高温热量靠辐射传热只能达到料层的表面, 部分热量通过料层的空隙辐射也只能达到料层1 2层的地方。这使得在炉底上只能铺2 3层球团, 影响其生产率的提高。 ( 2) 用含碳球团作为直接还原的原

8、料, 其中煤的灰分残留在金属化球团内, 这就要求作为还原剂的煤粉灰分不能太高, 一般要求还原剂固定碳高于50%, 灰分小于10% , 硫低于1% (干基)。,主要操作指标及产品质量,F as t m et 工艺的主要操作指标及产品质量见表1,2,工艺特点,与传统气基和煤基直接还原工艺比较,F as t m et工艺的主要特点是: 1.使用冷固结含碳球团, 取消了高温氧化球团生产环节; 2.采用内配碳自还原, 只需外部升温和传热; 3.反应温度比传统工艺高300 一6 00度;,工艺特点,4.反应速度快, 试验中球团在炉膛中的停留时间只有6 一10Min 5.生产效率高, 试验中达到12 0k

9、g / (h m 2 ) ( 9 2% 金属化率) ; 6. 产品质量差, 全铁含量低, 脉石含量高、硫含量过高。,产业化应用分析,直接还原铁受炼钢欢迎主要原因之一：高纯性即有害元素含量低, 其中硫含量低是一个重要指标。但F as t m et 直接还原铁的硫含量不仅远高于竖炉和回转窑生产的直接还原铁及一级废钢( 0 . 02 % 一0. 04 % S) , 甚至高于二级废钢的硫含量( 0 . 0 7 % 一0 . 0 9 %S ) 。这使F a s t m e t 直接还原铁在炼钢中的使用价值受到很大影响。此外, 堆比重较 小也是一个不足之处。,产业化应用分析,冷固结含碳球团的影响 冷固结含

10、碳球团也存在一些缺陷, 主要是球 团强度差, 对生产装置提出特珠要求; 配碳带入的煤灰分和硫在还原后留在球团内, 造成产品质量下降。,产业化应用分析,产品质量 F as t m et 工艺的直接还原铁质量与目前世 界上标准产品的质量存在较大差距( 见表3)除非使用灰分很低的煤或焦粉, 一般情况下F as t m et 直接还原铁的脉石含量要高出标准产品3% 一4 % , 从而使T Fe 降低3% 一4% 。此外, 还原剂及铁精矿带入的硫大部分留在球团内, 使产品硫含量严重超标。,产品质量,脉石含量的影响,脉石含量高使电弧炉熔化直接还原铁所需的能量升高( 见图3) 。计算结果表明, 如果以吨钢液

11、为单位, 则有： 直接还原铁中脉石含量每增加1% 1.会使熔化耗能增加2. 9 % 。 2.电弧炉熔化耗能要比标准直接还原铁高10 % 左右。 3.此外, 脉石含量高会使炼钢渣量增加, 从而使铁损上升, 并影响电弧炉的产量。,总结,F a s t m et 工艺使用冷固结含碳球团, 采用转底炉的生产方式生产直接还原铁, 具有直接使用粉矿、反应温度高、反应速度快、生产效率高等特点, 但产品质量差。产品质量差表现在脉石含量高、全铁含量低和硫含量过高。但该工艺在投资及生产成本上比传统工艺有明显优势, 是一种有希望形成一定规模的简单、经济的直接还原铁生产方法,FASTMET的发展前景,随着中国钢铁工业的发展, 对废钢, 尤其是优质废钢 的需求量越来越大, 加之国内废钢极其短缺,它减少 了烧结、焦化工序, 甚至可以部分取代高炉, 这对钢 铁生产中的节能环保是非常有利的。因此, 发展替代优质废钢的海绵铁生产日益受到重视。根据海绵铁 的生产方法可将海绵铁分为两大类 1.以天然煤气做还原剂的： 气基直接还原法 2.以煤做还原剂的 ：煤基直接还原法,但是中国的天然煤气供应量有限, 不可能用于生产海绵铁,几十年来中国一直在研究和发展回转窑煤基直接还原法。但是，迄今