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1、2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良1 第八章第八章第八章第八章非高炉炼铁非高炉炼铁非高炉炼铁非高炉炼铁 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良2 一 非高炉炼铁简介 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良3 1 1 钢铁生产工艺流程钢铁生产工艺流程 ?传统流程传统流程高炉+转炉 ?新流程新流程直接还原竖炉+电炉 ?直接还原回转窑+电炉 ?熔融还原+转炉 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良4 2 2 非高炉炼铁概念非高炉炼铁概念 ?非高炉炼铁法非高炉炼铁法 除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法 ?直接还原定义直接还原定义 Direct Reduction
2、指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的 生产过程 ?熔融还原熔融还原 Smelting Reduction 指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺 过程 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良5 3 3 非高炉炼铁方法分类非高炉炼铁方法分类 气基法煤基法 直接还原法 一步法两步法 熔融还原 非高炉炼铁 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良6 4 4 直接还原发展的背景直接还原发展的背景 ?二十世纪二十世纪60年代直接还原发展的原因年代直接还原发展的原因 不用焦炭炼铁。 合格废钢,优质废钢供应不足 可得到高品位铁精矿 省去了炼焦设备,总的基建费用比高炉炼 铁法低 2009-
3、4-15北京科技大学 吴胜利 张建良7 限制直接还原大量应用的障碍限制直接还原大量应用的障碍限制直接还原大量应用的障碍限制直接还原大量应用的障碍 ?直接还原能源能源供应并未完全解决直接还原能源能源供应并未完全解决(最 成熟的直接还原法使用天然气作为一次 能源 最 成熟的直接还原法使用天然气作为一次 能源,天然供应有限且价格不低天然供应有限且价格不低,应用煤炭 技术的各种方法技术仍有待完善 应用煤炭 技术的各种方法技术仍有待完善) ?直接还原电炉流程电耗较高直接还原电炉流程电耗较高(6001000度度/ 吨吨)(并不是任何地区都容易提供并不是任何地区都容易提供) ?高品位精矿粉难于普遍获得高品位
4、精矿粉难于普遍获得 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良8 开发直接还原技术应考虑因素开发直接还原技术应考虑因素 ?资源条件资源条件 较丰富的天然气 充足的电能 高品位的铁矿石 ?海绵铁销路 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良9 5 5 直接还原与熔融还原的比较直接还原与熔融还原的比较 ?直接还原的发展在70年代能源危机后受 到了阻碍,研究和开发不以天然气和石油 为能源的熔融还原成了冶金工作者新的 非高炉炼铁法课题。 ?熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行 的反应 熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行 的反应,其产品是含碳液态生铁。熔融还 原优点优点是以煤炭为主要能源,对矿石
5、品位 要求不象直接还原那样严格。熔融还原 主要问题主要问题是需要大量氧气或电能,能耗较 高。 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良10 6 6 非高炉炼铁非高炉炼铁产品性质及应用产品性质及应用 ?海绵铁（直接还原铁）海绵铁（直接还原铁） DRI, Direct Reduced Iron, Sponge Iron ?粒铁粒铁 半熔化状态下还原熔炼出的产品 ?工艺:回转窑或特种电炉 用途:高炉原料 ?液铁（液铁（Smelting Reduction Iron) 熔融还原生产出的液态生铁 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良11 二 直接还原工艺及原理二 直接还原工艺及原理 20
6、09-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良12 1 1 气基直接还原法分类气基直接还原法分类 移动床 Midrex HYLIII 固定床 HYL法 流化床 气基直接还原 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良13 直接还原总产量直接还原总产量60%60%； 8080万吨万吨/ /年；年； 原料：氧化球团或天然富矿原料：氧化球团或天然富矿 要求要求要求要求：粒度：粒度6 6- -2525毫米毫米脉石含量脉石含量200Kg/Kg/球球 一次能源：一次能源：一次能源：一次能源：天然气；天然气； 煤气转换：煤气转换：煤气转换：煤气转换： CHCH 4 4 +H+H 2 2 O=CO+3HO=C
7、O+3H2 2； ； CHCH 4 4 +CO+CO 2 2 =2CO+2H=2CO+2H 2 2 煤气要求煤气要求煤气要求煤气要求：氧化度：氧化度5%;1150),灰分 少 灰分 少(25%),含含S少少(0.8%) 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良17 煤基回转窑煤基回转窑 球团或富矿球团或富矿5 5- -2525毫米毫米 原料：焦粒（煤粒）、块状铁矿、石灰石粒（或白云石）原料：焦粒（煤粒）、块状铁矿、石灰石粒（或白云石） 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良18 ?三 熔融还原三 熔融还原 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良19 1 1 熔融还原简介熔
8、融还原简介 ?定义定义:指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态 生铁的工艺过程 ?产品产品: 铁水 ?副产品副产品：炉渣、煤气 ?（生铁、炉渣与高炉相同，但煤气的数 量和成分却差别较大） ?开发目的开发目的:代替焦炭高炉 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良20 熔融还原优点熔融还原优点熔融还原优点熔融还原优点 .以煤代焦,降低生产成本。直接使用粉矿 或块矿。 .不需烧结和炼焦,使环境污染减少80%。 .具有良好的反应动力学条件,生产效率高。 .设备简单,操作方便,易于控制,开启关闭 均灵活。 基建投资少。 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良21 熔融还原目前存在的主要问题熔融还
9、原目前存在的主要问题熔融还原目前存在的主要问题熔融还原目前存在的主要问题 ? 能耗较高，需要大量的氧气或电； 能耗较高，需要大量的氧气或电； ? 产品质量不好，脱硫不稳定、硅不能 有效控制； 产品质量不好，脱硫不稳定、硅不能 有效控制； ? 设备操作寿命不高，如渣中的 设备操作寿命不高，如渣中的FeO对 炉衬侵蚀严重。 对 炉衬侵蚀严重。 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良22 2 2 熔融还原方法熔融还原方法熔融还原方法熔融还原方法 ? 一步法一步法： 在一个反应器内完成铁矿石高温还原及渣铁 的熔化分离 在一个反应器内完成铁矿石高温还原及渣铁 的熔化分离 ?缺点：缺点： ?炉衬寿
10、命短炉衬寿命短（难于长期稳定进行，Fe2O3 酸性FeO碱性） ?工艺过程能耗大工艺过程能耗大（煤气排出时，带走大 量热量） 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良23 二步法：二步法： ?在第一个反应器预还原而在 第二个反应器内进行补充还 原（终还原）、熔化分离和 生产还原气体（造气） 在第一个反应器预还原而在 第二个反应器内进行补充还 原（终还原）、熔化分离和 生产还原气体（造气） 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良24 3 3 两步法熔融还原流程两步法熔融还原流程两步法熔融还原流程两步法熔融还原流程 ?可将高炉分做两个反应器 ?第一步作用第一步作用：矿石加热和预还原。
11、 30-100%的还原度，流化床、竖 炉或回转窑 ?第二步作用第二步作用：造气（还原气）补 充还原、渣铁熔化分离。电弧炉 等离子炉 ，铁浴 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良25 ?预还原器：预还原器：（炉身）：要求较高 的还原效率，允许使用低质量的 还原剂 （炉身）：要求较高 的还原效率，允许使用低质量的 还原剂 ?终还原反应器终还原反应器（炉缸）：顺利完 成终还原、渣铁熔化分离，在终 还原器中 完成造气 （炉缸）：顺利完 成终还原、渣铁熔化分离，在终 还原器中 完成造气 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良26 连接注意事项连接注意事项 ?满足合理的还原度分配 ?终还
12、原器为预还原器提供合适的 还原剂 ?工艺合理，结构简单，可靠热损 失小 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良27 4 4 熔融还原工艺简介熔融还原工艺简介 ?4.1 回转窑法（一步法熔融还原） ?回转窑的出口温度提高到1250以上，可 将还原的海绵铁渗碳、熔化、冶炼出液 态生铁。 ?优点：优点：铁矿石的还原反应以及CO的燃烧 反应在一个反应器内进行。 ?缺点：缺点：炉衬损坏严重；煤气热利用差 ?还原气氛不足 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良28 4.2 4.2 COREXCOREX工艺工艺 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良29 COREX 流程和高炉流程的
13、比较流程和高炉流程的比较 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良30 COREX熔融还原流程图熔融还原流程图 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良31 韩国浦项制铁韩国浦项制铁 COREX 熔融还原装置熔融还原装置 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良32 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良33 2003/2004年2003/2004年 COREX 流程流程 消耗及生产指标消耗及生产指标 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良34 COREX流程与高炉流程气体排放物比较流程与高炉流程气体排放物比较 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良3
14、5 COREX 流程与高炉流程废水排放物比较流程与高炉流程废水排放物比较 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良36 煤气质量高煤气质量高 以POSCO为例，产铁量85 t/h，煤气量1522万m3/h， 煤气热值75008000 kJ/m3，每吨铁生产煤气热值 13.8 GJ/t； 梯级利用 COREX MIDREX，还可生产DRI，生产 DRI后尾气发电，煤气综合利用后燃料比降低 （可望比高炉低1015）。 名 称名 称 H2COCO2N2CH4H2O热值（kJ/m3） 含量（）含量（）17.042.030.02.02.07.07885 典型煤气成份 COREX煤气成分表煤气成分表
15、 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良37 4.3 4.3 FINEX 流程流程 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良38 F2000试验厂F2000试验厂 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良39 主 要 特 点主 要 特 点 全部使用粉矿全部使用粉矿 流化床（34级）先预热而后还原成DRI流化床（34级）先预热而后还原成DRI 直接加入熔融炉或压块（HCI）直接加入熔融炉或压块（HCI） 不需造块、焦化设备，环保效果好，节能，不需造块、焦化设备，环保效果好，节能， 成本具竞争力成本具竞争力 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良40 开 发 历 程开
16、发 历 程 时间时间内容内容 1992在POSCO项目启动 19931996流化床及还原实验 1997150 t/d 试验炉筹备并建设 19992002150 t/d 试验炉阶段性试验 2001.12003.5F2000示范厂协议签署，施工，完成调试 2003.52004.5可超过示范厂第一年60万t目标 （年底达100万t） 2004下半年150万t项目启动 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良41 4.4 4.4 HIsmeltHIsmelt流程流程 ?HIsmelt 熔融还原法是现澳大利亚CRA公 司和美国Midrex公司共同组建的HIsmelt 公司继续研究开发的一种熔融还原工艺。 2009-4-15北京科技大学 吴胜利 张建良42 HIsmeltHIsmelt熔融还原工艺流程熔融还原工艺流程 ?HIsmelt工艺以工艺以OBM转炉工艺为基础。改进了炉体设计和喷吹技 术，达到较高的二次燃烧率和二次燃烧传热效率。其熔池部分像 底吹转炉，以氮气
