《非高炉炼铁知识大全》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非高炉炼铁知识大全（100页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,发展直接还原技术是实现钢铁清洁化生产的需要,长流程：炼焦、烧结-高炉炼铁-转炉炼钢 优点：技术成熟、效率高、产量大、生产成本低等。 缺点：炼焦、烧结、炼铁、炼钢等工序污染严重，对环境的污染占钢铁流程的70以上，且焦炉在装煤、出焦时的煤气泄漏十分严重；而烧结过程排放大量的粉尘及污染物质也难以解决。 短流程：直接还原铁、废钢-电炉炼钢 优点：高温工序少、投资低、能耗低、运输量少、劳动生产率高、建设周期短和有利于环境保护等。 缺点：废钢含杂质元素多，如果炉料中DRI比例较低，将影响电炉钢产品的质量。,废钢资源优势,（1）、废钢铁是再生资源，可无限循环利用。从钢材制品使用报废回炉炼钢，每8-30年一
2、个轮回，无限循环使用 （2）、废钢铁是一种载能资源，用废钢铁炼钢可以大量节约能源。废钢直接炼钢比矿石炼铁后再炼钢可节能60%，节水40% （3）废钢铁是一种环保资源，废钢直接炼钢比铁矿石炼铁炼钢可减少排放废气86%，废水76%和废渣97%，有利于清洁生产和排废减量,固体碳竖式还原法的物料平衡,目前吨钢综合能耗为0.60.8t标煤，是理论需要量的2.6 3.5倍,固定碳竖式还原法的热平衡,还原需要的热量相当于0.107t标煤，是长流程需要量的1/5 1/7,提纲,第一部分 钢铁生产及短流程炼钢概论 第二部分 直接还原理论与工艺 第三部分 熔融还原理论与工艺,第一部分 钢铁生产及短流程炼钢概论,一
3、、什么是短流程,1.世界钢铁工业发展概况 起步阶段 时 间：1865年前后 工 艺：空气侧吹转炉炼钢法（1865年 英国贝赛麦） 代表国家：英国 中 国：公元前2世纪采用类似侧吹转炉 炼钢法李约瑟,什么是短流程（续）,1.世界钢铁工业发展概况（续） 第一次革命 时 间：19世纪末、20世纪50年代 工艺流程：焦炉烧结机高炉平炉 铸锭初轧开坯 成品轧机 代表国家：德国（最早）、美国和前苏 联（稍后）,什么是短流程（续）,1.世界钢铁工业发展概况（续） 第二次革命 时 间：20世纪50年代至70年代 奥地利发明了纯氧顶吹转炉炼钢法 平炉：810小时炉钢 氧气转炉：40分钟炉钢 与此同时，前苏联、瑞
4、士发明了连续铸钢法 工艺流程：大烧结机大焦炉大转炉 大连铸机连轧机 代表国家：日本、西德,什么是短流程（续）,1.世界钢铁工业发展概况（续） 第二次革命（续） 代表国家：日本、西德 1973年日本钢超1亿吨，基本采用新流程 未及时抓住这一革命时机的国家为美国、 前苏联、中国 中国只有宝钢具有第二次革命全流程。,什么是短流程（续）,1.世界钢铁工业发展概况（续） 第三次革命（续） 时 间：20世纪80年代21世纪年代 工艺流程：废钢/DRI电炉连铸连轧 代表国家：美国：36.8%(1990)、46.4% （1997）、50%（2000） 欧洲：42.3%（1997）、 59%(2010),什么是
5、短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程 三类方法,图1. 三种钢铁冶炼方法示意图 A：高炉转炉（BFBOF）； B：直接还原电炉（DREAF）； C：熔融还原转炉（SRBOF）,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续）,图2. Sources of Metallic Feedstock,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） 五种流程,焦炉,烧结机,球团,BOF,高炉,输出煤气110m3,焦油30kg,焦煤0.589t,0.022t,0.041t,铁矿石0.788t,0.020t,输出煤气675m3,0.926t,0.411t,0.431t,0.389t,0.823t,钢
6、水1t,输出煤气80m3,废钢0.263t,46m3氧气,26Wh（电）,图3. BFBOF流程原料及能源流向图,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） 五种流程（续）,直接还原竖炉,电炉,氧化球团,264m3天然气,直接还原铁 0.926t 0.806t Fe(91.7%Fe),钢水1t,废钢、铁合金0.269t,添加碳1kg,25m3氧气,550kWh（电）,图4. 竖炉直接还原电炉流程示意图,1.266t,110 KWh（电）,电极4kg,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） 五种流程（续）,直接还原回转窑,电炉,氧化球团,527kg煤,直接还原铁 0.879t
7、 0.806t Fe(91.7%Fe),钢水1t,废钢、铁合金0.269t,添加碳1kg,25m3氧气,550kWh（电）,图5. 回转窑直接还原电炉流程示意图,1.266t,66 KWh（电）,电极4kg,25 KWh辅助设备用电,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） 五种流程（续）,电炉 ,钢水1t,废钢、铁合金,添加碳8kg,25m3氧气,550kWh（电）,图6. 废钢电炉流程示意图,1.063t,电极4kg,25 KWh电(助熔),什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） 五种流程（续）,钢水1t,粉矿,石灰石0.096t,543kg煤,(493kWh熔化用电
8、）,图7. 熔融还原(Elred法)转炉流程示意图,1.237t,燃料0.010t,26 KWh电力,熔融还原炉,氧气转炉,废钢0.263t,35m3氧气,铁,(109kWh脱硫和辅助设备用电）,137kWh制氧用电,404m3氧气,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） DREAF短流程与BFBOF长流程的比较： 吨铁投资少 50% 操作成本低 37% 环境保护易实现 质量好控制,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） DREAF短流程与SRBOF长流程的比较： 冶金反应过程合理 流程更短 质量好控制 本质意义： SRBOF：非焦煤炼铁 DREAF：短流程,钢铁生产过
9、程中氧位的变化,什么是短流程（续）,2. 钢铁生产方法及流程（续） 2020年钢铁冶金流程预测,3. 目前钢铁生产概况及主要产钢国家 生产概况,什么是短流程（续）,Fig 10. World Crude Steel Production Development by Process Route,什么是短流程（续）,3. 目前钢铁生产概况及主要产钢国家 生产概况(续) 美 国：1.37亿吨(1973)8000万吨(目前) 日 本：1.193亿吨(1973) 1亿吨以下(目前) 俄罗斯：1.6亿吨(1988) 1亿吨以下(目前) 欧共体：2亿吨(80年代) 1.6亿吨以下(目前) 中 国：5000
10、万吨(80年代初) 1.14亿吨(1997) 2.3亿吨（2003） 2.6亿吨（2004） 约5.0亿吨（2007）,二、短流程炼钢发展背景,1.长流程自身的原因：流程长、投资大、成本高、环境污染重。 2.合理利用资源：废钢、复杂矿。 3.能源：炼焦煤减少。 4.钢的品种和质量。 5.市场应变能力。,三、发展短流程炼钢的条件,1.原料 废钢（scrap)： 直接还原铁（DRI/HBI） 铁水（HM） 2.电力（400500Kw.h/t-钢） 3.发展DRI/HBI的条件 资源优质铁矿：TFe67%、S、P0.01% 能源天然气 煤：S、挥发份、灰份、灰份熔点、 反应性,第二部分 直接还原理论
11、与工艺,一、直接还原生产及技术现状,1.国外现状 技术现状 按还原剂分： 气基 煤基,区域1,区域2,区域4,区域3,块矿/球团,粉矿,固态,液态,煤,煤气,图11 按还原剂和铁矿石种类分直接还原工艺,直接还原生产及技术现状(续),1.国外现状(续) 技术现状(续) 按炉型分： 竖炉 回转窑 转底炉 流化床等,直接还原生产及技术现状(续),1.国外现状(续) 技术现状(续) 按含铁料粒度分： 块矿/球团 粉矿,表1 不同直接还原工艺的主要特点比较,表2 世界上主要投入应用的直接还原铁生产方法,1.国外现状(续) 产量及 分布 总产量,直接还原生产及技术现状(续),1.国外现状(续) 产量及分布
12、 各类方法,直接还原生产及技术现状(续),气基 91.6% Midrex 63.4% HYL 19.3% 其它 1.8% 煤基 8.4% SL/RN 3.6% 其它 4.8%,1.国外现状(续) 产量及分布 国家分布(2000年:万吨) 拉美：1318 中东：841 亚洲：972,直接还原生产及技术现状(续),80%以上,a.缺高质废钢,b.缺炼焦煤,c.高品位铁矿丰富,d.天然气丰富,1.国外现状(续) 产量及分布 国家分布(2000年:万吨) 前苏联/东欧：290 北美：1045 非洲：841 西欧：50（废钢价格及数量的优势） 澳大利亚：480,直接还原生产及技术现状(续),直接还原生产
13、及技术现状(续),2.国内现状 天津、密云：回转窑法 河南：转底炉法,二、铁矿直接还原的基本原理,1.气基还原（“间接还原”）原理 （1）天然气的转化（蒸汽法） CH4+H2OCO+3H2 CH4+CO22CO+2H2,铁矿直接还原的基本原理（续）,1.气基还原（“间接还原”）原理（续） （2）CO和H2还原铁氧化物的步骤 Fe2O3Fe3O4 FeO Fe(570) Fe2O3Fe3O4 Fe(570),铁矿直接还原的基本原理（续）,1.气基还原（“间接还原”）原理（续） （3）CO和H2还原铁氧化物平衡状态图,标准态（273K）下铁还原需要的热量,铁矿直接还原的基本原理（续）,2.煤基还原
14、（“直接还原”）原理 （1）氧化物固体碳还原的两个可能的反应 MO(s) + C(s) = M(s) + CO (a) 2MO(s) + C(s) = 2M(s) + CO2 (b) 由于高温下（900）碳的气化反应CO2+2C=2CO速度极快，气相中CO2实际上是极少的，所以后一反应可能出现在较低温度下。用固体炭还原氧化物实际气相产物为CO，亦即按前一反应进行的。,铁矿直接还原的基本原理（续）,2.煤基还原（“直接还原”）原理（续） （2）氧化物固体碳还原 的两个可能的方式 A：方式一：碳的不完全燃烧 与氧化物的生成反应组合 2 C(s) +O2 = 2 CO 2M(s) +O2 = 2MO
15、(s) 2MO(s)+2C(s)=2M(s)+2CO 热力学平衡图见图15。,铁矿直接还原的基本原理（续）,2.煤基还原（“直接还原”）原理（续） （2）氧化物固体碳还原 的两个可能的方式 B：方式二：碳的气化反应与 氧化物的间接还原反应组合 C(s) +CO2 = 2CO MO(s) +CO=M(s)+CO2 MO(s)+C(s)=M(s)+CO 热力学平衡图见图16。,铁矿直接还原的基本原理（续）,2.煤基还原（“直接还原”）原理（续） （3）固体碳 还原铁氧化物 的平衡图,铁矿直接还原的基本原理（续）,2.煤基还原（“直接还原”）原理（续） （4）压力对固体碳还原铁氧化物的影响,三、铁矿直接还原工艺流程,1.气基Midrex工艺流程（图19）,Existing DRI Processes, Shaft,三、铁矿直接还原工艺流程,2.煤基回转窑SL/RN直接还原工艺流程（图20）,适合我国资源特点的直接还原技术,我国适合发展以铁精矿球团为原料的“煤基直接还原法”,天然气非常缺乏,贫铁矿占97% 天然富块矿极少,非焦煤占65.5%,选矿,球团,非焦煤为还原剂,高品位 铁精矿,DRI,煤
