非高爐煉鐵生產(chǎn)

班級：機(jī)設(shè)13-5姓名：李世釗非高爐煉鐵生產(chǎn)第一頁，共二十三頁。非高爐煉鐵生產(chǎn)簡介傳統(tǒng)的高爐法需使用焦炭，并且含鐵原料要進(jìn)行造塊預(yù)處理，需配套建設(shè)燒結(jié)或球團(tuán)廠及煉焦廠，流程長、投資大、能耗高、污染重，加之煉焦煤資源少，使其進(jìn)入低速發(fā)展期傳統(tǒng)的高爐法要靠規(guī)模出效益，生產(chǎn)規(guī)模一般較大，不適于靈活配套建廠及產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)隨著廢鋼在煉鋼過程中用量的增加，其含有的銅、錫、鎳、鉻等有害元素被富集，為了稀釋有害元素，提高鋼產(chǎn)量并擴(kuò)大原料范圍，增大了對純凈的DRI的需要需要一種能直接利用各種廉價原料的煉鐵法發(fā)展背景第二頁，共二十三頁。非高爐煉鐵法的概念與分類非高爐法直接還原法熔融還原法以煤、氣體或液態(tài)燃料為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度以下還原獲得固態(tài)海綿鐵的工藝方法在熔融狀態(tài)下完成還原反應(yīng)(還原鐵礦石)的工藝方法1952年，瑞典韋伯法1976年，瑞典皇家工學(xué)院S.艾克托普第三頁，共二十三頁。非高爐煉鐵法產(chǎn)品的性質(zhì)與應(yīng)用直接還原法產(chǎn)品：海綿鐵，直接還原鐵（DRI）性質(zhì)：固態(tài)、多孔，含碳低，不含Si、Mn等元素，保存了礦石中的脈石應(yīng)用：代替廢鋼作為電爐煉鋼的原料熔融還原法產(chǎn)品：液態(tài)生鐵性質(zhì)：液態(tài)，除含有大量物理熱外，還含有較高的碳以及Si、Mn等發(fā)熱元素應(yīng)用：主要作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料第四頁，共二十三頁。直接還原法不用焦炭，省去了煉焦設(shè)備，總的基建投資比高爐法低，排放顯著減少電爐煉鋼迅速發(fā)展，合格廢鋼，特別是優(yōu)質(zhì)廢鋼供應(yīng)不足選礦技術(shù)提高，提供了大量高品位精礦，礦石中脈石量降低到冶煉過程中不需再加以脫除的程度發(fā)展背景第五頁，共二十三頁。直接還原法的能源供應(yīng)并未完滿解決：最成熟的直接還原法都是以天然氣做一次能源，以煤炭為能源的直接還原法仍有待完善直接還原-電爐煉鋼流程電耗較高：600~1000kW.h/t高品位礦石不是普遍容易獲得的直接還原法發(fā)展的障礙目前世界直接還原鐵產(chǎn)量僅為6000多萬噸，不到高爐產(chǎn)量的10%，制約其發(fā)展的原因主要有以下幾個方面第六頁，共二十三頁。直接還原法常用技術(shù)指標(biāo)利用系數(shù)：與高爐有效利用系數(shù)定義相同。一般在0.5~10燃料消耗（單位熱耗）：以消耗一次能源的總熱值表示。一般在9.2~25.1GJ/t產(chǎn)品質(zhì)量：還原度R和金屬化率M煤氣質(zhì)量：氧化度第七頁，共二十三頁。原理：直接還原法分類氣體還原劑法（氣基法）：以天然氣為主要能源，代表性方法有豎爐法、反應(yīng)罐法和流態(tài)化法要求：以豎爐法為例礦石：粒度6~25mm，酸性脈石＜3%，還原膨脹率＜20%，強(qiáng)度＞2000N/P還原劑：天然氣入爐煤氣：氧化度＜5%，溫度750~900℃特點(diǎn)：利用系數(shù)高，制氣設(shè)備復(fù)雜，投資巨大第八頁，共二十三頁。原理：固態(tài)還原劑法（煤基法）：以煤為主要能源，代表性方法有SL-RN法、Krupp法要求：以SL-RN法為例礦石：粒度5~25mm，酸性脈石＜3%，還原膨脹率＜20%，強(qiáng)度＞200N/P還原劑：以反應(yīng)性良好的褐煤和煙煤為宜，灰分少（＜25%）、灰熔點(diǎn)高（＞1150℃），含硫低（＜0.8%）特點(diǎn)：以煤炭為能源，能脫除某些有害元素，但生產(chǎn)率低，易結(jié)圈，熱效率低第九頁，共二十三頁。熔融還原法還原反應(yīng)速度快，對原料的限制少，能耗低，污染小液態(tài)生鐵除含有大量物理熱外，還含有較高的C、Si、Mn等發(fā)熱元素，適于高效率的轉(zhuǎn)爐煉鋼方法處理與直接還原法相比，生產(chǎn)液態(tài)生鐵過程中可以把脈石排出熔融還原法的優(yōu)點(diǎn)能耗較高，需大量氧氣和電產(chǎn)品質(zhì)量不好，脫硫不穩(wěn)定，硅不能有效控制設(shè)備壽命不高，渣中FeO對耐火材料侵蝕嚴(yán)重熔融還原法目前存在的問題第十頁，共二十三頁。熔融還原法的原理

在熔融狀態(tài)下，鐵氧化物的全部還原都依靠C/CO來完成，生成的CO燃燒成CO2，產(chǎn)生的熱量能滿足系統(tǒng)熱平衡的需要第十一頁，共二十三頁。熔融還原法的分類（1）一步法：用一個反應(yīng)器完成鐵礦石的高溫還原和渣鐵熔化，生成的CO排出反應(yīng)器后在回收利用（2）二步法：先利用CO能量在第一個反應(yīng)器內(nèi)預(yù)還原礦石，再在第二個反應(yīng)器內(nèi)補(bǔ)充還原和熔化第十二頁，共二十三頁。一步法熔融還原（1）回轉(zhuǎn)爐法工藝過程及原理

Basset法：使用普通回轉(zhuǎn)窯將溫度提高到1350℃，還原鐵在高溫下滲碳并熔化，然后定時排出爐外。爐渣堿度3～4，作為水泥熟料。

Dored法：使用短粗德轉(zhuǎn)鼓型爐，用純氧燃燒CO以減少廢氣帶走的熱損失，在1600℃下操作，生成的爐渣將還原帶和氧化帶分開。優(yōu)點(diǎn)：化學(xué)能利用良好缺點(diǎn)：①爐襯損壞嚴(yán)重，設(shè)備作業(yè)率低；②熱能利用不好；③鐵損大第十三頁，共二十三頁。（2）懸浮態(tài)法工藝過程及原理

在懸浮態(tài)中，細(xì)粒礦粉與細(xì)粒碳粉以期被氧（空氣）吸入：超細(xì)礦粉的還原處于擬均相化學(xué)反應(yīng)控制：第十四頁，共二十三頁。

實(shí)驗(yàn)研究表明，懸浮態(tài)反應(yīng)器實(shí)際效率并不高，其利用系數(shù)在0.5t/m3.d第十五頁，共二十三頁。（3）電爐法工藝過程及原理用C作還原劑，以電能供應(yīng)反應(yīng)過程所需的熱量消耗。爐渣堿度1.2～1.3，爐溫高，鐵水含S低，生鐵中C、Si、Mn可通過配料及配C量控制。理論耗碳322Kg/t-Fe,耗電1140kW.h。常用的煉鐵電爐是礦熱電爐，熱效率80％第十六頁，共二十三頁。等離子電爐熱效率可達(dá)90％～98％。等離子電爐可產(chǎn)生幾萬度的高溫，使氣體分子離子化，能加速化學(xué)反應(yīng)第十七頁，共二十三頁。（4）Romelt法優(yōu)點(diǎn)還原反應(yīng)主要在攪動爐渣層中進(jìn)行，具有高的二次燃燒率和熱回收率。熔融、還原在同一個爐內(nèi)完成，設(shè)備簡單、投資省，不會產(chǎn)生料柱，對原料要求不高，也無需預(yù)處理，可處理各種含鐵廢料且初始投資比其他流程都低工藝過程及原理

使用大容積、高度攪拌的熔池，由浸沒式含氧鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行攪拌，當(dāng)粉煤燃燒達(dá)1500－1600℃時熔體被C還原得到鐵水第十八頁，共二十三頁。二步法熔融還原

工藝過程

第一步：加熱并預(yù)還原礦石，還原度一般在30％～80％，可使用低級能源。常用設(shè)備是懸浮態(tài)及回轉(zhuǎn)窯。第二步：補(bǔ)充還原及渣鐵熔化分離。常用設(shè)備是電弧爐霍等離子電爐。

通常第一步及第二步能量消耗分別提供，或只由第二步的氣流在第一步中起部分作用。第十九頁，共二十三頁。

第一步對第二步的能量節(jié)約（1）第一步預(yù)還原度對第二步的能量節(jié)約電能：還原劑：

（2）爐料每升高100℃可直接降低電耗30kW.h/t，而且預(yù)熱后能提高第二步的間接還原度，可進(jìn)一步降低電耗；（3）爐料水分降低1％，可節(jié)電1kW.h；（4）石灰石被分解，每公斤石灰石分解將多耗電。

第二十頁，共二十三頁。（1）回轉(zhuǎn)窯－電弧爐雙聯(lián)

Elkem法：SN-RN回轉(zhuǎn)窯與Tysland－Hole電爐串聯(lián)。已實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)?；剞D(zhuǎn)窯生產(chǎn)30％～70％還原度的預(yù)還原礦石，電爐電耗可降到1000－1500kW.h/t（2）懸浮態(tài)－電爐雙聯(lián)

用懸浮態(tài)把礦石還原到70％，可大大簡化懸浮態(tài)作業(yè)，能直接使用粉煤和礦粉。

Elred法：懸浮態(tài)還原與直流單相電爐串聯(lián)，排出的高溫氣體發(fā)電。

Inred法：閃爍爐與感應(yīng)電爐串聯(lián)，排出的高溫氣體發(fā)電。第