直接還原技術(shù)課件

1、第八章 非高爐煉鐵一 非高爐煉鐵簡介1 非高爐煉鐵概念非高爐煉鐵法除高爐煉鐵以外的其它還原鐵礦石的方法直接還原定義 Direct Reduction指鐵礦石在低于熔化溫度之下還原成海綿鐵的生產(chǎn)過程 熔融還原 Smelting Reduction指非高爐煉鐵方法中那些冶煉液態(tài)生鐵的工藝過程 2 非高爐煉鐵方法分類3 高爐煉鐵狀況 目前達到十分完善的程度:如高爐大型化精料高風溫高壓富氧噴煤4 高爐固有缺點 煤氣爐料逆流運動,要求高質(zhì)量人造爐料(即燒結(jié)礦或球團礦,煉焦),而含CO%左右的低熱值煤氣是由優(yōu)質(zhì)焦炭產(chǎn)生。 由于加熱空氣和除塵,需要建設(shè)大量輔助設(shè)備。(因此,由燒結(jié),煉焦,鼓風,高爐等組成的煉

2、鐵系統(tǒng)是一個復雜,龐大的生產(chǎn)系統(tǒng),需要巨額投資)工藝流程長,原料,燃料必須經(jīng)過反復加熱,冷卻和加工,能耗和生產(chǎn)成本比較高。 高爐流程進行經(jīng)濟生產(chǎn)要求規(guī)模大,生產(chǎn)的靈活性較差 。5 直接還原發(fā)展的背景二十世紀60年代直接還原發(fā)展的原因 不用焦炭煉鐵。 合格廢鋼,優(yōu)質(zhì)廢鋼供應不足 可得到高品位鐵精礦 省去了煉焦設(shè)備,總的基建費用比高爐煉鐵法低限制直接還原大量應用的障礙直接還原能源供應并未完全解決(最成熟的直接還原法使用天然氣作為一次能源,天然供應有限且價格不低,應用煤炭技術(shù)的各種方法技術(shù)仍有待完善)直接還原電爐流程電耗較高(6001000度/噸)(并不是任何地區(qū)都容易提供)高品位精礦粉難于普遍獲得

3、開發(fā)直接還原技術(shù)應考慮因素 資源條件較豐富的天然氣充足的電能高品位的鐵礦石海綿鐵銷路6 直接還原與熔融還原的比較直接還原的發(fā)展在70年代能源危機后受到了阻礙,研究和開發(fā)不以天然氣和石油為能源的熔融還原成了冶金工作者新的非高爐煉鐵法課題。熔融還原方法是在高于渣鐵熔點下進行的反應,其產(chǎn)品是含碳液態(tài)生鐵。熔融還原優(yōu)點是以煤炭為主要能源,對礦石品位要求不象直接還原那樣嚴格。熔融還原主要問題是需要大量氧氣或電能,能耗較高。7 非高爐煉鐵法使用的原料及能源含鐵原料1.1要求較高的含鐵品位。原因:(并非工藝本事),電爐煉鋼要求,(電耗增加,生產(chǎn)率降低及爐襯壽命縮短)。要求鐵礦石脈石含量3%,最高不超過5%C

4、aO:希望的成分MgO:有利于提高礦石軟化溫度,改善還原性,提高強度Cu:有害元素,污染電爐鋼質(zhì)量,Cu全部進入進入海綿鐵Zn:堿金屬:對豎爐有害礦石中水分和燒損:越少越好,耗熱1.2 物理性質(zhì).粒度:粒度大小和均勻性.強度:低溫強度高,經(jīng)受運載裝卸時的破壞力,產(chǎn)生最少粉末.熱膨脹性:豎爐對熱膨脹十分敏感膨脹率1150),灰分少(25%),含S少(0.8%)4 煤基直接還原法 5 直接還原工藝介紹直接還原總產(chǎn)量60%； 80萬噸/年； 原料：氧化球團或天然富礦要求：粒度6-25毫米 脈石含量3%; 膨脹率200Kg/球一次能源：天然氣；煤氣轉(zhuǎn)換： CH4+H2O=CO+3H2； CH4+CO2

5、=2CO+2H2煤氣要求：氧化度750 /8595%金屬）循環(huán)流化床（800/800/30%PRD) 熔融還原爐二次燃燒鐵浴爐（4060%）焦炭固定床或流動床鐵浴爐（40%)鐵礦（煤）細粒及顆粒非焦煤塊/細煤塊礦、燒結(jié)礦、球團礦非焦煤塊/非細粒煤礦粉非焦煤細粒煤球團礦非焦煤5 熔融還原工藝簡介5.1 回轉(zhuǎn)窯法（一步法熔融還原）回轉(zhuǎn)窯的出口溫度提高到1250以上，可將還原的海綿鐵滲碳、熔化、冶煉出液態(tài)生鐵。優(yōu)點：鐵礦石的還原反應以及CO的燃燒反應在一個反應器內(nèi)進行。缺點：爐襯損壞嚴重；煤氣熱利用差 還原氣氛不足5.2 COREX工藝Corex法是二步法工藝，預還原采用豎爐， 終還原為類似于高爐下

6、部的熔融氣化爐， 含鐵原料從頂部裝入豎爐，用熔融氣化爐排出、經(jīng)除塵、溫度控制為850900的還原煤氣進行預還原，生成金屬化率在 90%以上的海綿鐵，由螺旋送料機送入終還原爐，另加煤塊，噴入氧氣。爐料在半焦流化床和固定床中還原與熔化，在爐子下部分離渣鐵， 出鐵方法與高爐相似。氣化爐排出煤氣溫度約1050，摻入經(jīng)冷卻加壓的60低溫煤氣后，送熱旋風分離器除塵，除塵后的煤氣用于預還原，豎爐排出煤氣約250，經(jīng)冷卻、除塵后送往用戶。Corex主要生產(chǎn)技術(shù)指標 單位 指標生產(chǎn)能力 t/h 4.5熔煉系數(shù) t/m3d 3.0作業(yè)率 92%煤耗量 kg/t 1020輸出煤氣 Nm3/t 1650煤氣熱值 kJ

7、/Nm3 7000球團礦 t/t 1.5熔劑 t/t 0.2氧 Nm3/t 500550 球團礦氮氣 Nm3/t 70100工業(yè)用水 t/t 1.52.0電 kwh/t 605.3 HIsmelt流程HIsmelt 熔融還原法是現(xiàn)澳大利亞CRA公司和美國Midrex公司共同組建的HIsmelt公司繼續(xù)研究開發(fā)的一種熔融還原工藝，這種熔融還原方法起源于德國Klockner公司和澳大利亞CRA公司合作開發(fā)的嚴重熔融還原方法。HIsmelt熔融還原工藝流程 HIsmelt工藝以O(shè)BM轉(zhuǎn)爐工藝為基礎(chǔ)。改進了爐體設(shè)計和噴吹技術(shù)，達到較高的二次燃燒率和二次燃燒傳熱效率。其熔池部分像底吹轉(zhuǎn)爐，以氮氣和天然氣

8、為載體，通過底部噴嘴向熔池噴煤，煤中的碳很快被溶解進入鐵水并還原熔渣中的鐵氧化物，產(chǎn)生的一氧化碳和頂吹進入熔融還原爐的熱風中的氧進行二次燃燒，底部噴入的煤可最大限度地還原并攪拌熔池，一氧化碳和氧在熔池上部燃燒產(chǎn)生大量熱量以熔化從熔融還原爐頂邱進入的預還原后的礦粉。HIsmelt法以鐵精礦粉為原料，流程中的預還原爐采用是循環(huán)流化床，在流化床中用來自終還原爐的煤氣以為介質(zhì)的冷卻器冷卻后對礦粉進行加熱還原，然后噴入臥式終還原爐，同時冷卻煤氣的熱量以高壓蒸汽形式回收。HIsmelt工藝流程圖HIsmelt終還原爐示意圖HIsmelt 最大特點一是使用高溫空氣，而不使用純氧二是燃料從熔池底部直接噴入熔池

9、。HIsmelt主要設(shè)備原料研磨設(shè)備循環(huán)流化床球式熱風護底噴煤的臥式終還原爐。 Hismelt原料、設(shè)備和主要技術(shù)指標含鐵原料：粉礦燃料及還原劑：非焦煤預還原設(shè)備：流化床熔融氣化爐：SSPP爐礦石預還原度: 22%二次燃燒率：55%傳熱效率： 85%氮氣消耗：m3/tHM熱風（1200 ）m3/tHM：2420煤耗 kg/tHM: 630天然氣 m3/tHM：22煤氣發(fā)熱值106J/m3 : 1.44 HIsmelt流程優(yōu)點單體生產(chǎn)效率高鐵浴中碳回收率高二次燃燒率高熔池上部反應激烈，二次燃燒傳熱速度快渣中氧化鐵含量低，渣層薄，爐襯侵蝕量小設(shè)備投資低，電力消耗低，適應電力不足地區(qū)噸鐵煤耗低對環(huán)境

10、污染小HIsmelt流程不足噸鐵煤氣量大，導致煤氣物理熱損失量增加煤氣進入預還原流化床之前必須降溫采用底噴煤粉技術(shù)，必須用天然氣冷卻其噴嘴采用底噴煤粉技術(shù)對操作技術(shù)要求高要求使用含硫量低的煤種HIsmelt最新消息Nucor/Rio Tinto/三菱-2將在澳大利亞建立工廠2002/4/27 北卡羅來納州夏洛特（道瓊斯）-Nucor Corp. (NUE)與Rio Tinto Group三菱公司(Mitsubishi Corp.)及首鋼公司(Shougang Corp.)建立了一家合資公司在澳大利亞奎納納建設(shè)一家商業(yè)規(guī)模的HIsmelt熔煉廠。Nucor在一份新聞稿中稱HIsmelt流程通過把

11、非焦煤注入熔鐵爐從而將鐵礦熔煉為鐵水。因為該流程無需熔渣/球團車間及煉焦爐它的環(huán)境影響更優(yōu)于傳統(tǒng)的造鐵技術(shù)。此外該技術(shù)還能夠處理目前的鋼鐵技術(shù)所不能處理的鐵礦。Nucor將有權(quán)在任何Nucor工廠使用該技術(shù)。5.4 DIOS工藝流程圖DIOS原料、設(shè)備和主要技術(shù)指標含鐵原料：粉礦燃料及還原劑：非焦煤預還原設(shè)備：煤氣重整+流化床熔融氣化爐：轉(zhuǎn)爐型鐵浴礦石預還原度: 20-30%二次燃燒率：4055%傳熱效率： 8095%氧氣消耗：m3/tHM 600煤耗 kg/tHM: 煤氣發(fā)熱值106J/m3 : 4.188.36 5.5 AISI流程圖AISI 原料、設(shè)備和主要技術(shù)指標含鐵原料：球團燃料及還原劑：非焦煤預還原設(shè)備：HYL豎爐熔融氣化爐：KORM爐礦石預還原度: 30%二次燃燒率：40%傳熱效率： 80%氧氣消耗：m3/tHM 477煤耗 kg/tHM: 766煤氣發(fā)熱值106J/m3 : 5.77 5.6 中國熔融還原流程國內(nèi)熔融還原技術(shù)開發(fā)工作始于60年代，積累了一定的經(jīng)驗。1994年，科技部把“熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)研究”列為國家“攀登計劃”項目。兩步法流程： 含碳球團豎爐預還原+鐵浴終還原(控制預還原爐與終還原爐的還原比例為7：3) 國內(nèi)流程半工業(yè)實驗情況在完成“攀登計劃”規(guī)定的基礎(chǔ)研究內(nèi)容后，在承鋼中試廠建成了產(chǎn)鐵能力為24t/h的半工