煉鐵生產(chǎn)的演變課件

煉鐵生產(chǎn)的演變

劉云彩7/27/202311，高爐的發(fā)明——煉鐵生產(chǎn)的第一次革命2，直接還原——塊煉鐵的“復(fù)活”3．熔融還原——煉鐵二次革命、革高爐的命結(jié)語7/27/20232

鐵器時代，開啟了人類的新紀(jì)元早期生產(chǎn)鐵用塊煉爐7/27/20233塊煉鐵效率太低，消耗太高，質(zhì)量難以穩(wěn)定，新的煉鐵方法在迫切需要中誕生，塊煉爐被淘汰，是生產(chǎn)發(fā)展的必然結(jié)果。7/27/202341，高爐的發(fā)明——煉鐵生產(chǎn)的第一次革命7/27/20235隨著高爐容積擴大，高爐有效高度也隨之增高，5580m3高爐的有效高度，已經(jīng)35公尺。7/27/20236由于高爐自身的發(fā)展，給高爐帶來空前的困難：1），生產(chǎn)的燒結(jié)礦、球團礦，必須滿足大高爐的要求，造成嚴(yán)重的粉塵污染和大氣污染。焦炭生產(chǎn)，造成嚴(yán)重的大氣、水及粉塵污染。7/27/202372），高爐生產(chǎn)，耗用主焦煤太多，而它的儲量比例較少，給高爐后續(xù)發(fā)展，帶來危機感。3），高爐規(guī)模大，鐵、燒、焦生產(chǎn)設(shè)備龐大、復(fù)雜，生產(chǎn)流程過長，增加了投資，降低了競爭力。7/27/20238鋼鐵生產(chǎn)的長流程，遇到空前挑戰(zhàn)，各種新流程、新方法，不斷涌現(xiàn)，煉鐵革命在悄悄的進行。7/27/202392，直接還原——塊煉鐵的“復(fù)活”7/27/202310高爐出現(xiàn)，在世界范圍迅速發(fā)展。但在缺少焦煤的地區(qū)，直接還原法一直存在。高爐越發(fā)展，無需煉焦煤的煉鐵方法，越得到重視，幾十鐘新的方法被開發(fā)出來7/27/202311圖1，DRI產(chǎn)量占世界生鐵產(chǎn)量的比例7/27/202312表1世界及主要國家直接還原鐵產(chǎn)量，百萬頓年代1980198119821983198419851986198719881989199019911992墨西哥1.861.941.711.791.671.611.371.561.682.182.482.472.44特立尼達0.020.190.240.280.240.230.380.490.590.690.70.70.68委內(nèi)瑞拉1.121.4522.232.42.562.892.942.572.183.024.024.23埃及0.030.470.770.80.710.620.85南非0.120.120.10.230.270.420.790.840.730.840.90.910.91伊朗0.330.330.330.330.030.090.290.70.83沙特阿拉伯0.010.350.730.991.171.041.081.211.091.121.61印度0.030.030.030.130.080.090.170.190.190.260.611.151.44全世界7.368.087.317.89.2311.1612.5313.6614.2415.717.8818.9420.4197/27/202313

(續(xù)前表)199319941995199619971998199920002001200220032004年代2.733.243.73.94.545.686.235.833.674.95.626.54墨西哥0.730.941.051.071.241.141.31.532.312.322.282.36特立尼達4.514.714.725.345.365.065.056.696.186.896.97.83委內(nèi)瑞拉0.850.780.850.831.191.611.672.112.372.532.873.02埃及0.870.980.950.91.091.051.161.531.561.551.541.63南非1.652.633.233.814.383.694.124.7455.285.626.41伊朗2.012.112.132.32.112.272.363.092.883.293.293.41沙特阿拉伯2.213.124.284.845.265.265.115.445.596.597.679.37印度23.7427.5331.1533.2535.8736.9638.3342.5237.9545.0849.4554.60全世界

7/27/2023142004年全球DRI產(chǎn)量5460萬噸，其中印度產(chǎn)957萬噸，占第一位。委內(nèi)瑞拉、墨西哥、伊朗，產(chǎn)量分別為第2、3、4位。7/27/202315圖2，2004年主要生產(chǎn)過程的產(chǎn)品比例【5】

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表2，直接還原生產(chǎn)的主要流程生產(chǎn)設(shè)施流化床豎爐回轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)底爐還原劑氣基FINMET（ICH）MIDREXHYL-ⅢHYL-Ⅰ煤基CIRCOFERSL/RNJindalDRCDAVCODIRFASTMETCOMET反應(yīng)溫度，℃700;≤950700-10001000-11001200-14007/27/202317前已討論過高爐生產(chǎn)流程的根本缺陷：1）必需焦炭，由此導(dǎo)致煉焦煤的危機和焦化系統(tǒng)龐大。2）爐料必需造塊，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜、龐大，建設(shè)投資過大。3（系統(tǒng)龐大，氣、水、粉塵污染及CO2排放，很難治理。7/27/202318取代高爐，必須克服高爐的上述缺點。表中各過程，氣基的污染較輕，與高爐比較，有明顯的優(yōu)勢。7/27/202319不需焦炭，克服了高爐所遇到的困難。成熟的氣基法是使用豎爐的MIDREX和YL-Ⅲ，它們必須使用塊礦；而且氣基生產(chǎn)，主要以天然氣為還原劑，這些方法，適用于盛產(chǎn)石油國家。隨著石油、天然氣價格攀升，這些方法也將受到挑戰(zhàn)。7/27/202320氣基流化法，使用粉礦，是戰(zhàn)勝高爐的較好方法。礦粉通過噴吹，進入反應(yīng)器，省掉了造塊工序，沿流化的路走下去，是有希望取代高爐的方法。7/27/202321煤基方法：不需焦炭，我國煤的資源較多，比氣基有更廣闊的使用天地。7/27/202322但它的污染，雖比高爐系統(tǒng)好許多，依然較氣基法差很多。CIRCOFER法使用粉礦，省了造塊系統(tǒng)，克服了高爐的主要缺陷，是煤基直接還原最有希望的方向?；剞D(zhuǎn)窯是煤基還原最通用的工具，但它對煤的要求較高，不能使用粉礦，也具有高爐的主要缺點。7/27/202323轉(zhuǎn)底爐法雖然造球，由于料球放在轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，球相對靜止，爐料不需很高強度，鐵礦粉與煤粉混合加粘結(jié)劑壓成球，干燥后裝入轉(zhuǎn)底爐，在1400OC以上高溫還原，渣鐵分離。這是直接還原法的革命，自有“塊煉鐵”以來，第一次直接還原鐵，實現(xiàn)了渣鐵分離。7/27/202324北京科技大學(xué)自主開發(fā)了“煤基熱風(fēng)轉(zhuǎn)底爐法（CHARP）”現(xiàn)在已開始在山西建一座年產(chǎn)10萬噸的轉(zhuǎn)底爐。轉(zhuǎn)底爐法投資很低，僅相當(dāng)于高爐系統(tǒng)（鐵、燒、焦）的60－70％。生產(chǎn)成本較高爐系統(tǒng)低20％以上。此法適用我國，有相當(dāng)發(fā)展前景。1999年在日本神鋼建成350kg/h的轉(zhuǎn)底爐試驗廠日本叫第三代煉鐵法（Tmk3）【7】。7/27/2023253．熔融還原——煉鐵二次革命、革高爐的命7/27/202326熔融還原已研究多年，劉瀏【8】、趙慶杰【9】、周諭生【10】、松井良行【11】等專家，均有深入的分析。真正用于工業(yè)生產(chǎn)的只有COREX一種方法。7/27/202327熔融還原在很大程度上，解決了高爐存在的環(huán)保問題【8】。7/27/202328表3，COREX爐生產(chǎn)指標(biāo)項目浦項制鐵印度金達爾1號爐金達爾2號爐南非薩爾達哈產(chǎn)量，t/h80-100100-105100-11085-95鐵水溫度℃148－15301460－15201470－15301480－1520燃料比，kg/t1000-11001000-1100980-10601080-1120焦比，％1－1010－1510－1510－13塊礦比，％00－200－2078－83耗氧量，m3/t560-580O299%500-550O299-%500-550O299-%580-600O299-%粉礦，kg/t0100-200100-1700-1007/27/202329COREX法缺點突出：耗氧量很多,約500m3/t,。大部分必須使用塊礦。投資高，建設(shè)投資比高爐系統(tǒng)高15－20％。7/27/202330當(dāng)然，它還在進步途中，但豎爐的本質(zhì)決定，使用塊礦是難以避免的。所以COREX法是“半截革命”。7/27/202331FINEX法克服了使用塊礦的缺點。FINEX法，克服了高爐的主要困難，是很有前途并有能力和高爐競爭的方法。7/27/202332

HIsmdlt法另一種較成功的方法。2005年,年產(chǎn)80萬噸鐵水的工業(yè)規(guī)模實驗廠，已投產(chǎn)實驗。7/27/202333此法優(yōu)點突出：設(shè)施體積較小。礦粉及煤粉直接噴吹入爐，無需造快。礦石不受限制，可以用精礦粉，也可用（處理）鋼鐵生產(chǎn)廢料。d)主要是用高溫?zé)犸L(fēng)，可以用富氧提高冶煉效果。e)污染較輕。7/27/202334表4生產(chǎn)成本及建設(shè)投資(人民幣)【13】年產(chǎn)量，萬噸單位投資，元/t頓鐵成本，元/t高爐（1200m3）9015301000HISMELT90580-827695-785

7/27/202335結(jié)語1，高爐生產(chǎn)正處于輝煌的頂峰，它的路還很長。雖然高爐生產(chǎn)面臨焦煤將要短缺、生產(chǎn)流程過長和環(huán)境污染等問題，改善的方法很多，不斷更深入研究，會有許多成功對策。7/27/2023362，新的煉鐵方法不斷涌現(xiàn)，會有更好的技術(shù)、流程，逐漸取代高爐。這一進程是漫長的。直接還原法會繼續(xù)發(fā)展。其中流化法和轉(zhuǎn)底爐法有更大的優(yōu)越性，但轉(zhuǎn)底爐法較薄的料層，會影響生產(chǎn)效率，難與高爐生產(chǎn)規(guī)模競爭。7/27/2023373，熔融還原正在革高爐的命當(dāng)前走在前面的FINEX法及HIsmelt

法，有希望和高爐競爭。要想取代高爐，首先必須克服它們各自的缺點。這兩種方法，還要經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)的考驗和生產(chǎn)經(jīng)驗的積累過程，還處于工業(yè)實驗階段，今天不應(yīng)推廣。7/27/2023384，不要急于否定高爐，高爐生產(chǎn)的路還很長。但高爐的嚴(yán)重缺點，退出歷史舞臺，是不可避免的。7/27/202339參考文獻【1】白云翔，先秦兩漢鐵器的考古研究，北京：科學(xué)出版社，2005年第22－29頁?！?】L．Aitchison，AHistoryofMetals，London，1960，p．199－212．【3】劉云彩，中國古代高爐的起源和演變，文物，1978，N0.2，18—27.。【4】劉云彩，中國古代冶金史話，天津：天津教育出版社，1991年第53頁；臺北：臺灣商務(wù)印書館，第1994年63頁?！?】MidrexTechnologies,Ine

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