煤基转底炉炼铁新工艺

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1、钒钛磁铁矿综合利用新工艺钒钛磁铁矿综合利用新工艺 煤基转底炉炼铁新工艺煤基转底炉炼铁新工艺洪及鄙洪及鄙 中国金属学会中国金属学会一、国外转底炉厂名外径 M底宽 M金属化率 产能 104t/y投资USD(ty)投产 时间成本 USDtINMETCO16.74.3961701978150Ameri-Steel90201997.1150Dynamics507.085521101998.7广田21.53.7590142000.3.21新日铁君津1244.07585132000.4新日铁君津2 70102002.12新日铁光厂152.82001.5新日铁加固 川8.51.25851.12001.4（一）

2、INMETCO1978年加拿大国际镍集团（ INCO,Ltd）为处理利用冶金废弃 物，在美国宾州ELLWOOD城国 际金属回收公司研发建成世界上 第一座具有生产规模的转底炉， 命名INMETCO。首例利用冶金废 弃物同时进行Zn、Ni、Cr等金属 回收的转底炉。运行30年，成为美国政府指定 处理冶金废弃物中心，较好经济 效益。（二）FASTMET上世纪60年代，由著名直接还原公司Midrex前身Midland Ross Corporation开发Heat Fast Process演变而来，80年代前期转向利用转底炉 （RHF）炼铁。这二种工艺技术上大同小异，采用铁矿粉（或粉尘等废弃物）和煤作还

3、原 剂（煤粉）加少量粘结物，混匀造球。铺在转底炉上加热至1300左右还原 ，还原反应速度很快，冷却后DRI或热DRI进炼钢炉（电炉、转炉）炼钢。铁与脉石和煤中灰分进入炼钢过程，使渣量增加，造成炼钢能耗上升和产 量下降。n1992年建小型实验炉（外 径2.44m） n1995年建示范性转底炉（ 外径8.5m) n2000年建商业性转底炉（ 外径21.5m)（三）FASTMELT为分离渣铁，转底炉 作为“预还原”，而电炉 （矿热炉）实现终还原 。实现热DRI装入电炉 熔分，获得铁水热装 入电炉（或转炉）炼钢 。称FASTMELT工艺 ，吨铁水熔分耗电一般 在500550度（千瓦 时）（四）IDP（

4、Iron Dynamics Process）由美国动力钢公司（Steel Dynamics,Inc.）开发。1996年组建动力铁公司（Iron Dynamics,Inc.），动力铁公司拥有目前世界上最大 炼铁转底炉，年产50万吨铁水，炉外径50米，炉床宽7米，以天然气为燃料。 1998年11月21日建成投产。 铁精矿为原料，煤作为还原剂，经造球、干燥后将干球加入转底炉，以天然气为燃料进 行还原，然后用密闭罐运往埋弧电炉熔分。获得铁水和渣，热料温度900。投产后遇 到一系列问题，从1999年到2000年4次停炉改造，2004年重新生产。（五）COMET卢森堡CRM研究中心开发，1996年11月在

5、 100kg/h试验炉试验。特点：不造球，铁矿粉和煤粉分层铺在转底炉 上，已得到较好小试验结果，还有待工业试验证 实。（六）DryIron由美国MRE公司开发。基本工艺与FASTMET 和INMETCO相同，特点是自然干燥层料和燃料，不 用粘结剂，混合料结高压成型机理成型。1997年4月美国田纳西州的Jackson建成年处理 20万吨粉尘的DryIron转底炉。处理电炉粉尘及有色 冶金废弃物。2001年日本新日铁（光）厂建外径15米的 DryIron转底炉处理粉尘，年产铁2.8万吨。(七）Redsmelt德国曼内斯曼德马格公司开发。1996年5月意大利 Italimpianti公司和曼内斯曼合

6、并，在意大利Genova建 一套模拟转底炉箱式实验装置，计划为NSM（年产150 万吨）带钢厂炼钢电弧炉供铁水。计算成本每吨铁水 168.85美元，低于同等条件下高炉或其它熔融还原铁 水。（八）Itmk3第三代炼铁法日本神户制钢与美国米德兰（ Midrex）公司联合开发转底炉直接 还原法新工艺（Fastmet）在上世纪 九十年代中后期取得关键性进展。 使金属球团（直接还原铁、DRI、海 绵铁）在转底炉还原时轻度熔化， 生成铁块（Nuggets）同时脉石也 熔化，形成渣铁初步分离。此法的 成功，将克服DRI等原料品位的要求 ，能用普通高炉用铁矿为电炉提供 优质铁料。因此意义重大，被命名 为“第三

7、代炼铁法”Itmk3。高炉称为第一代炼铁法产品 液态铁水；直接还原称为第二代炼铁法产 品低碳固态铁；第三代炼铁法产品中碳准熔化 （或半熔化）神户制钢理论研究表现：1250时，还原程度与普通DRI相同1300 ，表面形成金属相，内部有一些熔化和凝聚1350 6分钟，完全还原形成铁块，并与玻璃渣分离1500 3分钟，试样断面与普通DRI相同5分钟，处于熔前状态，保持球原状，但表层形成致密铁壳， 内包有熔过的渣和铁以及大的空间6分钟，试样渣铁熔化分离6分钟后，熔分不断进行以至完全分开，生成铁块（Nuggets ）还有一试验：矿煤粘结剂为79.319.51.2，分别制成10、 17、25mm球。145

8、0 反应温度，在1100 以前，升温很快，达 1100 以上，升温变平缓，加热速度和反应吸热趋于平衡。反应分二 步，（1）Fe3O43CO3Fe3CO2（2）CO2C2CO反应（2）为强吸热反应。还原度与温度上升关系对于17和25的球基本相同。但对10球在 同一还原度下相应温度要高100 左右，这表明球小，加热快，而使 表面积蓄热量，造成温度高，从而过早熔化，使部分FeO来不及还原 而先熔化进入渣中。这对炉衬保护和铁的回收都是有害的，所以“先还 原后熔化”是本工艺的主要规律。神户制钢与美国几家公司合作，在明尼苏达州建设一示范厂，炉自直径11米 。设计产能25000t/y，已于2003年5月24

9、日开炉试车出铁。6月7日连续生产。 生产状况及数据至今未发表。设备投资1500万美元，第一年生产和开发1100万 美元，共2600万美元。参与投资以下4家公司Iron Units LLC（克里夫兰公司的子公司）Kobe Iron Nuggets（神户制钢美国公司的子公司）Ferrometrics ,Inc （MNC创始者）Ferrous Resources ,LLC（美国动力钢子公司）美国政府很重视，联邦能源部（DOE）提供550万美元，明尼苏达州政府提 供贷款支持。最终目标是年产200万吨、第一期100万吨，建二座50万吨，直径5060米转 底炉。示范厂归Northshore Mining

10、Co.公司。存在的主要问题：1）转底炉冷凝段过长，使生产效率太低2）热工上要求温度很高3）铺底料4）产品硫含量高二、国内转底炉厂名外径 M底宽宽 M金属化率 产产能 104t/y投资资USD/(t.y)投产产 时间时间成本USD/t备备注舞阳2.60.81.01992试验试验 5 周鞍山5.51.8851.01996试验试验 1 周山西13.52.8857.02002河南13.52.8907.02003还有龙蟒集团 6万吨年产能三、转底炉功能之一用优质铁矿石和低灰分煤得到含铁品位高、金属化率高的海绵铁，可 供电炉用用一般铁矿石和煤得到产品需经过终还原、融化，使渣铁分离，得到 生铁。名称TFe

11、MFe 金属 化率 SO2 C 铁矿铁矿69.502.0生球54.792.2918.20产产品91.4683.3291.103.831.64煤炭灰分4名称TFe MFe 金属 化率 SO2 C 铁矿铁矿64.26.0生球50.076.5416.62产产品77.9068.2187.5610.181.85煤炭灰分12.5优质海绵铁熔融还原的预还原产品四、转底炉功能之二钢铁厂粉尘颗粒纤细，容易还原，产品金属化率较高高效脱除钢铁厂粉尘中的Zn，并且可以将Zn回收名称TFe MFe Zn SiO2 CaO 钢铁钢铁 厂粉尘尘45.800.893.5316.80金属化球团团60.1052.830.018.

12、0023.301250下加热25分钟，金属化率88五、转底炉功能之三将V、Ti磁铁矿中的铁精矿、钛精矿制成含炭球团，经转底炉预 还原，再用电炉或矿热炉进行终还原和熔分。可将TiO2在炉渣中富余V进入铁相再提V铁用于炼钢实现Fe、V、Ti综合分离和利用精矿矿名称精矿矿金属化球团矿团矿电电炉熔渣TFe TiO2 金属化率 TiO2 TiO2 铁铁精矿矿152.9112.957115.2247.34铁铁精矿矿258.5410.809013.4854.55钛钛精矿矿31.3540.139053.2282.74这次成都试验V进入铁相应该没问题，S比较高，但脱S应该可以六、为什么Fe、V、Ti综合利用走直

13、接还 原铁这条路1）钒钛矿采用高炉冶炼，除共性问题外，还有：铁矿品位低、渣量大对策：细磨、提Fe，选择矿种类（白马）高炉渣中Ti目前没法高炉利用对策：用炭化、低温氯化这条路不应放弃2）现有高炉要用焦炭和焦煤大高炉对焦煤要求更高。G值、热强度热反应性，世界炼焦煤十分紧张3）采用这工艺不用建焦化和烧结厂，特别对成都和江油、长钢更具意义。 政策不允许再建高炉和烧结、焦化（中心城市、中小高炉不允许建）4）实现Fe、V、Ti分离和综合利用，普通矿分离渣作为辅助工序，而我们 作为Ti富余工序5）搞得好投资、成本、环保都具有优势北科大大体测算金属化球团矿成本1029元项目单位单耗单价成本 铁矿粉吨1.256

14、00元744元 煤炭吨0.38450元171元 粘结剂吨0.03800元24元 加工费90元熔融还原生铁成本1641.41元项项目单单位单单耗单单价成本金属化球吨1.21元1029元1245.09元燃料吨0.24元900元216元石灰吨0.086元120元10.32元加工费费170元年产7万吨金属化球团投资估算原料系统:295.00转底炉系统:1383.50熔融造气炉:586.30其它公用设施:1100.003365.20单位:万元Fastmelt CO2排放与其它炼铁工艺数据比较项项目FastmeltHismeltCorexRedsmelt高炉煤1.1381.8092.8591.3802.1

15、70天然气0.1530.1250.0580.1240电电0.24200.1290.2420小计计1.5331.9343.0471.7462.170熔入铁铁水 中C当量-0.147-0.147-0.169-0.132-0.147CO2发发生 总总量 tCO2/t铁铁1.3861.7872.8771.6142.023日本冶金专家预测：21世纪钢铁发展会有二大课题1）熔融还原技术，14铁矿石由熔融还原流程得液态生 铁2）近终形连铸占60左右七、国内引进技术情况1、龙蟒情况大家都了解：美国人基本设计，龙蟒请人作详细设计。规模 投资 ，今年投入运营，主要处理钛铁矿。2、中冶京诚到日本神户考察报告背景：2

16、003年日本神户制钢KSL为石家庄钢铁有限公司进行“FASTMET煤基 直接还原工艺”技术研发，中冶京诚（北京钢铁设计院）受日本神户制钢邀请 ，派出王双全为首4人考察组。生产线：1.4万吨装置，2001年4月投产。主要处理高炉炉尘和电炉炉尘，金 属化率85，脱锌率95。压成球团状在转底炉上（RHF）形成13层球团 层。加热到12501350，。612分钟，使球团还原为海绵铁。降温到 1000 由RHF出料口连续排出。用电炉将DRI熔为铁水用转炉将DRI熔化为铁水（留50铁水作种子，碱度1.5，高于高炉1.11.25 ，小于转炉3.5CDM生产铁水含S高0.100.15日本认为诀窍：控制吹氧量，枪位，煤粉加入量，冶炼出钢温度，成分合格铁 水八、国内山西太原钢厂运行情况由北科大孔令坛教授、黄务涤教授指导，北科大设计。主 要处理含Ni废料。转底炉三大关键