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1、Northeastern UniversityNortheastern University高效低耗的新型直接还原工艺开发高效低耗的新型直接还原工艺开发 东北大学东北大学沈峰满沈峰满 2014.11.06 苏州苏州Northeastern University报报 告告 内内 容容1. 开发开发非高炉炼铁工艺的必要性非高炉炼铁工艺的必要性2. PSH工艺的开发工艺的开发 2.1 PSH工艺原理工艺原理 2.2 PSH工艺特点工艺特点 2.3 PSH工艺的工艺的试验例试验例 2.4 PSH工艺的工艺的适用性适用性3. 结语结语-PSH工艺与单料层操作比较工艺与单料层操作比较作为高炉炼铁的作为高炉
2、炼铁的辅助手段辅助手段作为制备高端产品的原料作为制备高端产品的原料不需要不需要冶金焦煤以及冶金焦煤以及炼焦、烧结等工艺、环境负荷小炼焦、烧结等工艺、环境负荷小因地制宜、因地制宜、机动灵活，流程短、投资较小、见效快机动灵活，流程短、投资较小、见效快有利于处理量偏少的有利于处理量偏少的特殊矿、含铁废料特殊矿、含铁废料等等非高炉炼铁工艺非高炉炼铁工艺非高炉炼铁工艺分类非高炉炼铁工艺分类u熔融还原熔融还原 u直接还原直接还原1.1.开发开发非高炉炼铁工艺的必要性非高炉炼铁工艺的必要性Northeastern University 隧道窑（效率低、生产能力小、能耗高、污染大，但工艺成熟、隧道窑（效率低、
3、生产能力小、能耗高、污染大，但工艺成熟、 简单、还原铁粉，金属化率高）简单、还原铁粉，金属化率高） 链篦机链篦机回转窑（设备故障率高、对原料要求苛刻（球团强度，回转窑（设备故障率高、对原料要求苛刻（球团强度， 煤种）、难以实现自动化、单机煤种）、难以实现自动化、单机20万万t/a，需两步法，技术成熟），需两步法，技术成熟） 转底炉（能耗高、金属化率低、强度低，但反应速度转底炉（能耗高、金属化率低、强度低，但反应速度快、适于快、适于 处理冶金废弃粉尘）处理冶金废弃粉尘） 竖炉（规模大竖炉（规模大(250万万t/a)、效率高、技术成熟，但对原料及还原、效率高、技术成熟，但对原料及还原 气体要求苛刻
4、）气体要求苛刻）流化床（效率高（还原好），但气体利用率低、能耗偏高）流化床（效率高（还原好），但气体利用率低、能耗偏高） PSH（高温高料层）工艺（高温高料层）工艺关于直接还原工艺关于直接还原工艺3 PSH工艺简介工艺简介2. PSH工艺的开发工艺的开发Northeastern University2.1 PSH2.1 PSH工艺（工艺（P Paired aired S Straight traight H Hearthearth）原理）原理氧化室：氧化室：CO+1/2 O2CO2+Heat 还原室：还原室：C+Ore+HeatDRI+ CO CO2COHeat再氧化再氧化（转底炉）（转底炉）
5、单料层操作单料层操作 金属化率偏低金属化率偏低 碳耗较高碳耗较高CO/CO2=2.0为了克服以往直接还原工艺存在的问题：为了克服以往直接还原工艺存在的问题： 金属化率低金属化率低 生产效率低生产效率低 产品强度低产品强度低有必要开发新工艺，使之达到：有必要开发新工艺，使之达到： 1) 防止再氧化防止再氧化 2) 高生产效率高生产效率 3) 高强度高强度PSH工艺工艺PSH炉的炉的侧视图侧视图俯视图俯视图球团运动方向球团运动方向俯视图俯视图气体流动方向气体流动方向PSHPSH工艺示意图工艺示意图Northeastern University辐射传热辐射传热COCO2，燃料利用率，燃料利用率加快球
6、加快球团收收缩加快反加快反应速度，提高生速度，提高生产率率 （1）高温）高温2.2 PSH工艺特点工艺特点PSH工艺工艺氧化性气氛氧化性气氛保护性气氛保护性气氛防止防止DRI再氧化再氧化 煤气完全燃煤气完全燃烧成成CO2 提高生提高生产效率效率可以使用烟煤可以使用烟煤（2）高料层）高料层Northeastern UniversityTFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3LOIH2O63.2626.996.680.150.120.20-1.457.22铁矿粉化学成分铁矿粉化学成分，mass%（ -200mesh ）煤粉成分煤粉成分，mass%（ -60mesh ）Proximate anal
7、ysisAsh analysisFixed CTotal CAshVMSiO2Al2O3Fe2O3MgOCaO61.3177.59.3826.0049.1429.9810.220.705.37 2.3 PSH工艺试验例工艺试验例球团尺寸：球团尺寸：1622mm球团层数：球团层数：4-5层层料层总高度：料层总高度：75-80mm炉内还原时间：炉内还原时间：45-55minC/O=1.2（全碳）（全碳）坩埚预热坩埚预热取料后空气中自然冷却取料后空气中自然冷却试验参数试验参数（1）料层的收缩与传热）料层的收缩与传热（2）金属化率）金属化率45min：92.28%50min：93.63%55min：9
8、6.27% 图图. 还原时间对还原时间对DRI金属化率的影响金属化率的影响PSH工艺简介工艺简介传统方法：传统方法：kg DRI/m2.h （产量）（产量）科学方法：科学方法：kg MFe/m2.h= kg DRI/m2.hMFe/DRI （产质量）（产质量） （产量）（产量） （质量）（质量）（3 3）生产效率）生产效率1618mmMD85%图图. 料层高度和还原时间对生产效率的影响料层高度和还原时间对生产效率的影响DRIGreen Ball10mm（4 4）DRIDRI强度与密度强度与密度PSH工艺简介工艺简介Northeastern University操作特点：操作特点：高温（高温（1
9、500 ，C完全燃烧完全燃烧） 高料层（高料层（ 56层球团，下层还原可层球团，下层还原可防止防止 上层上层DRI再氧化再氧化）生产特点：生产特点：高金属化率高金属化率 高生产效率高生产效率 高强度和密度高强度和密度 高能源利用率高能源利用率 PSH工艺特点汇总工艺特点汇总Northeastern University普通矿石普通矿石爆裂矿石爆裂矿石特殊矿（高熔点）特殊矿（高熔点）特殊矿（低熔点）特殊矿（低熔点）2.4 PSH2.4 PSH工艺的适用性工艺的适用性适用适用适用适用适用适用不适用不适用Northeastern UniversityNo.项目项目单层球团单层球团高温高料层（高温高料
10、层（PSH）1金属化率金属化率 一般小于一般小于75%大于大于90%2DRI密度与强度密度与强度典典型型的的“海海绵绵”铁铁，密密度度小小于于生生球，强度球，强度低低，不利于运输，不利于运输DRI收收缩缩后后密密度度大大，强强度度高高，有有利于运输利于运输3燃料利用率燃料利用率 燃燃料料不不能能完完全全燃燃烧烧。若若CO/CO2= 2，燃烧发热值燃烧发热值17MJ/kg-C燃料完全燃烧。燃料完全燃烧。可使可使CO/CO2 =0，燃烧发热值燃烧发热值32.8MJ/kg-C 4生产率生产率 生生产产率率与与金金属属化化率率密密切切相相关关，金金属属化化率率为为75%时时，RHF产产质质率率约约26
11、 kg Fe/m2/h(新日铁君津新日铁君津)生产率高生产率高，金属化率达金属化率达85%以上以上，产质产质率可达率可达67.2kgFe/m2/h5设备构造设备构造直直线线形形式式，构构造造简简单单、易易于于制制造造与操作与操作3. 3. 结语结语-PSH-PSH工艺与单料层操作比较工艺与单料层操作比较Northeastern University2014.11.06（苏州）（苏州） 谢谢！谢谢！Northeastern University熔融还原熔融还原预还原预还原FeOxCO/CO2（1）预还原）预还原熔融还原熔融还原熔融还原熔融还原CO/CO2预还原预还原FeOx熔融还原熔融还原熔融还原工艺产能大熔融还原工艺产能大Northeastern University（2）直接还原）直接还原熔化熔化C+Ore+HeatCO+DRI 还原室还原室CO2CO氧化室氧化室CO+1/2 O2 CO2+Heat直接还原直接还原铁水铁水C+1/2O2=CO+Heat熔化熔化C+O2 CO2+HeatNortheastern University理想状态下，室温理想状态下，室温Fe2O31550铁水，转化率为铁水，转化率为100%图1 熔融还原碳耗图2 直接还原+熔化碳耗M直接还原工艺能耗低直接还原工艺能耗低
