直接還原鐵技術(shù)

1、直接還原鐵技術(shù)直接還原鐵是鐵礦在固態(tài)條件下宜接還原為鐵,可以用來作為冶煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊鋼的純 凈原料，也可作為鑄造、鐵合金、粉末冶金等工藝的含鐵原料。這種工藝是不用焦碳煉鐵, 原料也是使用冷壓球團不用燒結(jié)礦，所以是一種優(yōu)質(zhì)、低耗、低污染的煉鐵新工藝，也是全 世界鋼鐵冶金的前沿技術(shù)之一。直接還原煉鐵工藝有氣基法和煤基法兩種，按主體設(shè)備可分為豎爐法、回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法、 反應罐法、罐式爐法和流化床法等。目前，世界上90%以上的直接還原鐵產(chǎn)量是用氣基法 生產(chǎn)出來的。但是天然氣資源有限、價高，使生產(chǎn)量增長不快。用煤作還原劑在技術(shù)上也已 過關(guān)，可以用塊礦，球團礦或粉礦作鐵原料（如豎爐、流化床、轉(zhuǎn)底爐和回轉(zhuǎn)

2、窯等）。但是, 因為要求原燃料條件高（礦石品位要大于66%,含SQ2+AI2O3雜質(zhì)要小于3%,煤中灰分 要低等），規(guī)模小，設(shè)備壽命低，生產(chǎn)成本髙和某些技術(shù)問題等原因，致使直接還原鐵生產(chǎn) 在全世界沒有得到迅速發(fā)展。因此，髙爐煉鐵生產(chǎn)工藝將在較長時間內(nèi)仍將占有主導地位。1. 直接還原鐵的質(zhì)量要求直接還原鐵是電爐冶煉優(yōu)質(zhì)鋼種的好原料,所以要求的質(zhì)量要高（包括化學成份和物理性 能），且希望英產(chǎn)品質(zhì)量要均勻、穩(wěn)泄。1. 1 化學成份直接還原鐵的含鐵量應大于90%,金屬化率要90%。含SiO2每升髙1%,要多加2%的 石灰，渣量增加30Kg/t,電爐多耗電18.5kwho所以，要求直接還原鐵所用原料含鐵

3、品位 要高：赤鐵礦應66.5%,磁鐵礦>67.5%,脈石（SiO2+Al2O3）量<3%5%.直接還 原鐵的金屬化率每提高1 %，可以節(jié)約能耗8-10度電/仁直接還原鐵含C<0.3%, P<0. 03%, S<0.03%, Pb、Sn、As、Sb、Bi 等有害元素是微呈:。1. 2 物理性能回轉(zhuǎn)窯、豎爐、旋轉(zhuǎn)床等工藝生產(chǎn)的直接還原鐵是以球團礦為原料,要求粒度在530mm。 隧道窯工藝生產(chǎn)的還原鐵大多數(shù)是瓦片狀或棒狀，長度為250380mm,堆密度在1.72. 0t/m3o生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的3-5mm磁性粉料，必須進行壓塊，才能用于煉鋼。強度：取決于生產(chǎn) 工藝方法、原

4、料性能和還原溫度。改進原料性能和提高溫度有利于提高產(chǎn)品強度。產(chǎn)品強度 一般500N/cm2o2. 直接還原鐵產(chǎn)生工藝技術(shù)介紹2. 1 豎爐法氣基豎爐法MIDREX, HYL法直接還原鐵產(chǎn)生中占有絕對優(yōu)勢,該工藝技術(shù)成熟、設(shè)備可 靠，單位投資少，生產(chǎn)率髙（容積利用系數(shù)可達812t/m3d）,單爐產(chǎn)量大（最高達180 萬"年）等優(yōu)點。經(jīng)過不斷改進，英生產(chǎn)技術(shù)不斷完善，實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。（1）MIDREX 技術(shù)Midrex法標準流程由還原氣制備和還原豎爐兩部分組成。還原氣制備：將凈化后含CO與H2約70%的爐頂氣加壓送入混合室，與當量天然氣混合送 入換熱器預熱，后進入1100C左右有線基催化

5、劑的反應管進行催化裂化反應，轉(zhuǎn)化成CO2 4%36%、H260%70%、CH43%6%和870°C的還原氣。后從風口區(qū)吹入豎爐。豎爐斷而呈圓形，分為預熱段、還原段和冷卻段。選用塊礦和球團礦原料，從爐頂加料管裝 入，被上升的熱還原氣干燥、預熱、還原。隨著溫度升高，還原反映加速，爐料在800C以 上的還原段停留46小時。新海綿鐵進入冷卻段完成終還原和滲碳反應，同時被自下而上 通入的冷卻氣冷卻至V100C。還原鐵的排岀速度用出鐵器調(diào)廿。產(chǎn)品典型成分如下： 產(chǎn)品化學成分（）工藝/成分 Tfe qFe SiO2 AI2O3 CaO MgO CPSMidrex 91-93 92-95 2.0-5

6、.5 0.5-1.5 0.2-1.6 0.3-1.1 0.7-2.5 0.07 0.01 -0.03工藝多用球團和塊礦混合爐料。球團粒度9-16mm占95%,球團冷壓強度2450 N/球，塊礦粒度10-35mm占85%：要有高軟化溫度和中等還原性：化學成分鐵量要髙， 酸性脈石低（3%-5%） , CaOV2.5%, MgO1.0%, TiO0.15%, SV0.008%。為放 寬對礦仃含硫要求，Midrex法改用凈化爐頂氣作冷卻氣。在冷卻海綿鐵的同時被熱海綿鐵 脫硫，從冷卻段排出后再作為裂化劑，可容許用含硫0.02%礦石?，F(xiàn)今Midrex法作業(yè)指標為：產(chǎn)品金屬化率86%96%,有效容積利用系數(shù)

7、10 t /m3-d,能耗 10.47GJ/t,電 114kWh/t,水 1.64m3/toArex法是Midrex法的新改進，天然氣被氧氣（或空氣）部分氧化后送入豎爐， 利用新生熱海綿鐵催化裂化，省去了還原氣重整爐。改進后噸鐵電耗可降低50Kwh。（2）HYL （罐式）法與HYL-III （豎爐）法。HYL法由4座罐式反應爐和1座還原氣重整爐構(gòu)成。該工藝作業(yè)穩(wěn)定、設(shè)備可靠。 產(chǎn)品含碳2%左右，不易再氧化，不發(fā)生爐料粘結(jié)：只因還原氣要反復冷卻、加熱，系統(tǒng)熱 效率低，能耗偏髙，氣體消耗為20.93GJ/t： 1975年后再沒建新廠。對HYL罐式法作岀改革，保留原還原制備工藝，但將還原氣重整轉(zhuǎn)化與

8、氣體加 熱合一；4個罐式反應爐改為連續(xù)式豎爐，稱HYL-III豎爐法。該工藝采用髙氫還原氣，高還原溫度（900-960*0和0.4-0.6MPa髙壓作業(yè)。改 善還原動力學，加速還原發(fā)應；含硫氣不通過重整爐，延長了催化劑和催化管使用壽命：還 原和冷卻作業(yè)分別控制，能對產(chǎn)品金屬化率和含碳量進行大范用調(diào)節(jié)，產(chǎn)品平均金屬化率9 0.9%.控制碳M 1.5%-3.0%，質(zhì)量穩(wěn)左：配置CO2吸收塔，選擇性地脫除還原氣中H2O 和CO2,提高還原氣利用率：重整爐產(chǎn)生高壓蒸汽發(fā)電。最低生產(chǎn)能耗為10.43-11.2 GJ/t, 電耗90kWh/t。HYL （罐式）法已逐漸被HYL-III （豎爐）法取代，合計

9、產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量 的25%左右。該法的新改進是天然氣進入反應器直接裂解，生產(chǎn)高碳（3.8%） DRI產(chǎn)品。最近 又推出HYL-Hytemp生產(chǎn)系統(tǒng)。將熱還原鐵（650C）氣力輸送到電爐車間，噴入電爐。冶 煉時間縮短，電極和耐火材料消耗降低，金屬收率提高。噸鋼電耗降低112kW-h,電極消 耗降低0.55kg,冶煉時間縮短16min,產(chǎn)率提高16%,噸鋼成本可降低4.6美元。2. 2氣基流化工藝（1） F1NMEFI藝該工藝使用12mm粒度礦粉（脈石3%,低硅高鐵），在流化床上干燥，被加熱到 100°C,送入反應器結(jié)構(gòu)頂端的閉鎖料斗系統(tǒng)中，加壓1.1MPa后，通過4個串聯(lián)液化床反 應器

10、，鐵粉在重力作用下從上方反應器向下流動，與作為還原劑的重整天然氣逆向而行。產(chǎn) 品含鐵92%,金屬化率92%95%,含碳0.5%3.0%,以FeC形式存在。現(xiàn)世界上已有三 套這種裝置，1999年奧鋼聯(lián)建第一套，第二套在西澳BNP公司，能力250萬噸/年，埃及 建的第三套，年能力115萬噸。該工藝的優(yōu)點成本低、質(zhì)量好。（1） Circored 和 Circofer 工藝兩種工藝核心設(shè)備都包括一座循環(huán)液化床和一座普通流休床。Circored是用天然氣為能源, Circofer以煤為能源。鐵精礦粉是經(jīng)過預熱后（約900°C）進入循環(huán)流化床參加反應，使動 力學條件得到改善，在4個大氣壓條件下，

11、鐵礦與氫在630°C時可被還原（在氣體環(huán)路中加 入部分氫）。2. 3轉(zhuǎn)底爐法將鐵礦粉、鋼鐵廠含鐵粉塵、煤粉和粘結(jié)劑按一泄比例混合，壓制成含碳球團礦， 送入烘干機內(nèi)進行烘干，脫除水份。將干燥的含碳球團均勻地鋪在轉(zhuǎn)底爐上（只鋪一層）， 在高溫12001400°C下球團礦內(nèi)氧化鐵與碳反應，放岀CO,在爐膛內(nèi)燃燒成C02,并形 成高溫廢氣（在1000°C以上）。一般反應只要20分鐘左右。將廢氣收引出預熱煤氣（400°C）和助燃空氣（900C），低溫廢氣從蓄熱室和換熱 器引出，再去烘干生球團。這時廢氣溫度在100C左右。從節(jié)能角度看，能源利用效率較髙。 轉(zhuǎn)底爐的高

12、溫氣體由燃燒器來提供（使用煤氣加熱）。轉(zhuǎn)底爐可以處理含Zn、Pb髙粉塵，可以避免配入燒結(jié)礦中后，在高爐冶煉過程中Z n、Pb的富集造成的負而影響。目前的山四翼城，河南鞏義已有外徑為16.3米的轉(zhuǎn)底爐，年產(chǎn)量在7萬噸，金屬化 率達85%,每噸鐵投資為182元。2. 4開發(fā)利用焦爐煤氣，對含碳球團在豎爐內(nèi)進行直接還原。焦爐煤氣含55%左右的氫。 在化學反應中，氫對氧化鐵的還原率是最髙的。目前，首鋼準備開展這方而的工作。焦爐煤 氣要進行裂解，提髙H2的含疑，并要預熱到930950C,在參與還原反應，反應后氣體 要脫除CO2,再循環(huán)利用。用氫作還原劑存在的主要技術(shù)問題：H2還原鐵的英它氧化物都是吸熱反

13、應，需要充足的熱。在滿足還原和供熱的煤氣的最佳 H2含量為32.05%。富氫預還原會導致物料的粉結(jié)。采取分段供應富氫和非富氫供氣制度。3. 直接還原鐵發(fā)展現(xiàn)狀3. 1 全世界直接還原鐵發(fā)展比較快,2003年產(chǎn)量為4960萬噸，2004年為5460萬噸， 2005年約為6000萬噸。年增長率在10%以上。在直接還原鐵生產(chǎn)工藝中，氣基直接還原 占 92%表1各種直接還原鐵生產(chǎn)所占比例單位：%年MIDREX HYLHI HYL I Finmet苴他煤基其他氣基2003 64.60 18.40 1.30 5.20 10.20 0.402004 64.10 18.90 1.90 2.90 12.10 0

14、.102004年委內(nèi)瑞拉產(chǎn)量783萬噸,印度937萬噸,墨西哥654萬噸,伊朗641萬噸,俄羅 斯314萬噸，沙特341萬噸，特立尼達和多哥236萬噸，中國為43萬噸。3. 2 中國情況2005年中國生產(chǎn)直接還原鐵為約50噸,而生產(chǎn)能為比產(chǎn)疑要高出20%。主要是技術(shù)、原 料、成本等因素影響。全國現(xiàn)有30多個直接還原鐵企業(yè),英總生產(chǎn)能力約60萬噸?？傮w上講，規(guī)模小，生 產(chǎn)成本高，缺少高品質(zhì)的原料。多數(shù)企業(yè)用隧道窯反應罐法，生產(chǎn)工藝落后，能耗高，環(huán)境 污染嚴重。（1）天津直按還原鐵廠生產(chǎn)實踐2004年產(chǎn)直接還原鐵33.2萬噸，2005年約產(chǎn)34萬噸，設(shè)備作業(yè)率在98%以上。 該廠是采用DRC法煤基

15、直接還原生產(chǎn)工藝：兩條（p5X80m回轉(zhuǎn)窯-冷卻筒-產(chǎn)品 分選-成品。使用巴西球團礦（含鐵品位68%, SQ2+AI2O3約為2%）適宜配入煤和石灰石，進 行混均，從回轉(zhuǎn)窯給料端加入。窯體是傾斜安裝，慢速旋轉(zhuǎn)，使爐料朝卸料端運動，同時， 礦石被加熱和還原（注意溫度控制在不要使脈石熔融，以免結(jié)圈）。煤作為熱源和還原劑， 一部分隨鐵礦石同時加入，另一部分從窯的卸料端噴入窯內(nèi)。供煤所燃燒的空氣，通過沿窯 長度方向安裝在窯殼上不同位垃的風機由軸向吹入窯內(nèi)。熱的還原產(chǎn)品經(jīng)過冷卻簡冷卻，然 后篩分、磁選及風選，分離出菲磁性物，得到成品。來自窯內(nèi)的煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收余熱（產(chǎn) 生蒸汽），廢氣經(jīng)布袋除塵，用廢氣

16、風機送入煙囪。操作的技術(shù)關(guān)鍵：保證窯內(nèi)還原氣氛，控制好風屋控制好窯體內(nèi)各部分的適宜溫度，不讓脈石熔融窯的卸料端保持微正壓，20-30 P a控制直接還原鐵金屬化率在91.1%94.6%,質(zhì)量合格率在94%,是最經(jīng)濟的指標。金屬 化率髙和低，均會造成回轉(zhuǎn)窯和電爐煉鋼指標的惡化。（煉鋼過程加入直接還原鐵比例最好 控制在15%35%,并要控制好料流加入速度3234Kg/兆瓦分，以免出現(xiàn)鋼水的沸騰現(xiàn) 象以及噴濺）°影響產(chǎn)品金屬化率的因素是：頻繁停窯、非正常條件下生產(chǎn)（難以調(diào)控），窯和冷卻筒密封 性不良、煤的成份波動和質(zhì)量控制點選擇不當。（2）首鋼密云冶金礦山公司煤基鏈篦機一回轉(zhuǎn)窯一 一步法該

17、公司直按還原鐵年生產(chǎn)能力6.20萬噸，生產(chǎn)工藝：配料一造球一干燥（鏈篦機）一回轉(zhuǎn)窯（還原）一冷卻一成品。鐵精礦水份嚴格控制在5.5%6.5%。造球配皂土（粘結(jié)劑）0.8%1.0%,臺時產(chǎn)量20±2噸。鏈篦機帶速為0.5m/min,布料厚度100120mm。生球抗壓強度全1.2Kg/個，落下強度全5次/0.5m,水份控制在7.5%左右，粒度61 6mm占85%以上?；剞D(zhuǎn)窯及熱工系統(tǒng)操作窯頭噴煤總呈:在7.0±0.5噸/小時，精煤槍壓力控制在60KPa,細煤槍壓力控制10-14 KPa。窯尾加煤控制在800±50Kg/h,嚴禁窯尾煤量過值。窯溫控制：窯頭箱980C,1、2、3號電偶控制在10001040C,短時溫度不得超過1060°C：4、5、6號電偶控制在1000±20°C：7、8、9號電偶控制在9501000C：冷煙室溫度控制在700*C以下。鏈篦機預熱段溫度控制在850-920°C過渡段溫度控制在55065（TC干燥段溫度控制在250350°C1、2號風箱溫度不得低于600°C回轉(zhuǎn)窯電機轉(zhuǎn)速控制在4