直接还原技术课件

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1、第八章第八章 非高炉炼铁非高炉炼铁一 非高炉炼铁简介1 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指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生产过程产过程 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指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程程 2非高炉炼铁方法分类3 高炉炼铁状况高炉炼铁状况目前达到十分完善的程度目前达到十分完善的程度:如高炉大型化如高炉大型化精

2、料精料高风温高风温高压高压富氧喷煤富氧喷煤4 高炉固有缺点高炉固有缺点 煤气炉料逆流运动煤气炉料逆流运动,要求高质量人造炉料要求高质量人造炉料(即烧即烧结矿或球团矿结矿或球团矿,炼焦炼焦),而含而含CO%左右的低热值煤左右的低热值煤气是由优质焦炭产生。气是由优质焦炭产生。 由于加热空气和除尘由于加热空气和除尘,需要建设大量辅助设备。需要建设大量辅助设备。(因此因此,由烧结由烧结,炼焦炼焦,鼓风鼓风,高炉等组成的炼铁系高炉等组成的炼铁系统是一个复杂统是一个复杂,庞大的生产系统庞大的生产系统,需要巨额投资需要巨额投资)工艺流程长工艺流程长,原料原料,燃料必须经过反复加热燃料必须经过反复加热,冷却冷

3、却和加工和加工,能耗和生产成本比较高。能耗和生产成本比较高。 高炉流程进行经济生产要求规模大高炉流程进行经济生产要求规模大,生产的灵生产的灵活性较差活性较差 。5 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。不用焦炭炼铁。 合格废钢合格废钢,优质废钢供应不足优质废钢供应不足 可得到高品位铁精矿可得到高品位铁精矿 省省去去了了炼炼焦焦设设备备,总总的的基基建建费费用用比比高高炉炉炼炼铁法低铁法低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供应并未完全解决直接还原能源供应并未完全解决(最成熟的最成熟的直接还

4、原法使用天然气作为一次能源直接还原法使用天然气作为一次能源,天然天然供应有限且价格不低供应有限且价格不低,应用煤炭技术的各种应用煤炭技术的各种方法技术仍有待完善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精矿粉难于普遍获得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较丰富的天然气充足的充足的电能电能高品位的铁矿高品位的铁矿石石海绵铁销路海绵铁销路6 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直接还原的

5、发展在70年代能源危机后受到年代能源危机后受到了阻碍了阻碍,研究和开发不以天然气和石油为能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源的熔融还原成了冶金工作者新的非高炉炼铁法课题。炼铁法课题。熔融还原方法是在高于渣铁熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行的反应熔点下进行的反应,其产品是含碳液态生铁。其产品是含碳液态生铁。熔融还原熔融还原优点优点是以煤炭为主要能源是以煤炭为主要能源,对矿石对矿石品位要求不象直接还原那样严格品位要求不象直接还原那样严格。熔融还熔融还原原主要问题主要问题是是需要大量氧气或电能需要大量氧气或电能,能耗较能耗较高高。7 非高炉炼铁法非高炉炼铁法使用的

6、原料使用的原料及能源及能源含铁原料含铁原料1.11.1要求较高的含铁品位要求较高的含铁品位。原因原因:(:(并非工艺本事并非工艺本事),),电炉炼钢要求电炉炼钢要求,(,(电耗增电耗增加加, ,生产率降低及炉衬寿命缩短生产率降低及炉衬寿命缩短) )。要求铁矿石要求铁矿石脉石含量脉石含量3%,3%,最高不超过最高不超过5%5%CaO:CaO:希望的成分希望的成分MgO:MgO:有利于提高矿石软化温度有利于提高矿石软化温度, ,改善还原性改善还原性, ,提提高强度高强度Cu:Cu:有害元素有害元素, ,污染电炉钢质量污染电炉钢质量, ,CuCu全部进入进全部进入进入海绵铁入海绵铁Zn:Zn:碱金属

7、碱金属: :对竖炉有害对竖炉有害矿石中水分和烧损矿石中水分和烧损: :越少越好越少越好, ,耗热耗热1.2 物理性质物理性质.粒度粒度:粒度大小和均匀性粒度大小和均匀性.强度强度:低温强度高低温强度高,经受运载装卸时的破经受运载装卸时的破坏力坏力,产生最少粉末产生最少粉末.热膨胀性热膨胀性:竖炉对热膨胀十分敏感竖炉对热膨胀十分敏感膨胀率膨胀率1150),灰分灰分少少(25%),含含S少少(0.8%)4煤基直接还原法5 直接还原工艺介绍直接还原工艺介绍直接还原总产量60%；80万吨/年；原料：氧化球团或天然富矿要求要求：粒度6-25毫米脉石含量3%;膨胀率200Kg/球一次能源：一次能源：天然气

8、；煤气转换：煤气转换： CH4+H2O=CO+3H2；CH4+CO2=2CO+2H2煤气要求煤气要求：氧化度750 /8595%金金属）属）循环流化床循环流化床（800/800/30%PRD) 熔融还原熔融还原炉炉二次燃烧二次燃烧铁浴炉铁浴炉（4060%）焦炭固定焦炭固定床或流动床或流动床床铁浴炉铁浴炉（40%)铁矿铁矿（煤）（煤）细粒及颗粒细粒及颗粒非焦煤非焦煤块块/细煤细煤块矿、烧结块矿、烧结矿、球团矿矿、球团矿非焦煤非焦煤块块/非细粒非细粒煤煤矿粉矿粉非焦煤非焦煤细粒煤细粒煤球团矿球团矿非焦煤非焦煤5熔融还原工艺简介5.1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

9、还原的海绵铁渗碳、熔化、冶炼出液态生铁。优优点点：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5.2COREX工艺Corex法是二步法工艺，预还原采用竖炉，法是二步法工艺，预还原采用竖炉， 终还原为类终还原为类似于高炉下部的熔融气化炉，似于高炉下部的熔融气化炉， 含铁原料从顶部装入竖炉，用熔融气化炉排出、经除含铁原料从顶部装入竖炉，用熔融气化炉排出、经除尘、温度控制为尘、温度控制为850900的还原煤气进行预还原，生成的还原煤气进行预还原，生成金属化率在金属化率在 90%以上的海绵铁，由螺旋送料机送入终还以上的海绵铁，由螺旋送料机送入

10、终还原炉，另加煤块，喷入氧气。炉料在原炉，另加煤块，喷入氧气。炉料在半焦半焦流化床和固定流化床和固定床中还原与熔化，在炉子下部分离渣铁，床中还原与熔化，在炉子下部分离渣铁， 出铁方法与高出铁方法与高炉相似。气化炉排出煤气温度约炉相似。气化炉排出煤气温度约1050，掺入经冷却加，掺入经冷却加压的压的60低温煤气后，送热旋风分离器除尘，除尘后的低温煤气后，送热旋风分离器除尘，除尘后的煤气用于预还原，竖炉排出煤气约煤气用于预还原，竖炉排出煤气约250，经冷却、除尘，经冷却、除尘后送往用户。后送往用户。Corex主要生产技术指标单位单位 指标指标生产能力生产能力 t/h 4.5熔炼系数熔炼系数 t/m

11、3d 3.0作业率作业率 92%煤耗量煤耗量 kg/t 1020输出煤气输出煤气 Nm3/t 1650煤气热值煤气热值 kJ/Nm3 7000球团矿球团矿 t/t 1.5熔剂熔剂 t/t 0.2氧氧 Nm3/t 500550 球团矿球团矿氮气氮气 Nm3/t 70100工业用水工业用水 t/t 1.52.0电电 kwh/t 605.3HIsmelt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，这种熔融还原方法起源于德国Klockner公司和澳大利亚CRA公司合作开发的严重熔融还原方法。HIsmelt熔融还原工

12、艺流程HIsmelt工艺以工艺以OBM转炉工艺为基础转炉工艺为基础。改进了炉体设计和喷吹技术，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，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，以氮气和天然气为载体，通过底部喷嘴向熔池喷煤，煤中的碳很快被以氮气和天然气为载体，通过底部喷嘴向熔池喷煤，煤中的碳很快被溶解进入铁水并还原熔渣中的铁氧化物，产生的一氧化碳和顶吹进入溶解进入铁水并还原熔渣中的铁氧化物，产生的一氧化碳和顶吹进入熔融还原炉的热风中的氧进行二次燃烧，底部喷入的煤可最大限度地熔融还原炉的热风中的氧进行二次燃烧，底部喷入的煤可最大限

13、度地还原并搅拌熔池，一氧化碳和氧在熔池上部燃烧产生大量热量以熔化还原并搅拌熔池，一氧化碳和氧在熔池上部燃烧产生大量热量以熔化从熔融还原炉顶邱进入的预还原后的矿粉。从熔融还原炉顶邱进入的预还原后的矿粉。HIsmelt法法以以铁铁精精矿矿粉粉为为原原料料，流流程程中中的的预预还还原原炉炉采采用用是是循循环环流流化化床床，在在流流化化床床中中用用来来自自终终还还原原炉炉的的煤煤气气以以为为介介质质的的冷冷却却器器冷冷却却后后对对矿矿粉粉进进行行加加热热还还原原，然然后后喷喷入入卧卧式式终终还还原原炉炉，同同时时冷冷却却煤煤气气的的热热量量以以高高压压蒸蒸汽形式回收。汽形式回收。HIsmelt工艺流程

14、图HIsmelt终还原炉示意图HIsmelt最大特点一是使用高温空气，而不使用纯氧二是燃料从熔池底部直接喷入熔池。HIsmelt主要设备原料研磨设备循环流化床球式热风护底喷煤的卧式终还原炉。Hismelt原料、设备和主要技术指标含铁原料：粉矿含铁原料：粉矿燃料及还原剂：非焦煤燃料及还原剂：非焦煤预还原设备：流化床预还原设备：流化床熔融气化炉：熔融气化炉：SSPP炉炉矿石预还原度矿石预还原度: 22%二次燃烧率：二次燃烧率：55%传热效率：传热效率： 85%氮气消耗：氮气消耗：m3/tHM热风（热风（1200 ）m3/tHM：2420煤耗煤耗 kg/tHM: 630天然气天然气 m3/tHM：2

15、2煤气发热值煤气发热值106J/m3 : 1.44 HIsmelt流程优点单体生产效率高单体生产效率高铁浴中碳回收率高铁浴中碳回收率高二次燃烧率高二次燃烧率高熔池上部反应激烈，二次燃烧传热速度快熔池上部反应激烈，二次燃烧传热速度快渣中氧化铁含量低，渣层薄，炉衬侵蚀量小渣中氧化铁含量低，渣层薄，炉衬侵蚀量小设备投资低，电力消耗低，适应电力不足地区设备投资低，电力消耗低，适应电力不足地区吨铁煤耗低吨铁煤耗低对环境污染小对环境污染小HIsmelt流程不足吨铁煤气量大，导致煤气物理热损失量增加煤气进入预还原流化床之前必须降温采用底喷煤粉技术，必须用天然气冷却其喷嘴采用底喷煤粉技术对操作技术要求高要求使

16、用含硫量低的煤种HIsmelt最新消息Nucor/Rio Tinto/三三菱菱-2将将在在澳澳大大利利亚亚建建立立工工厂厂2002/4/27 北北卡卡罗罗来来纳纳州州夏夏洛洛特特（道道琼琼斯斯）-Nucor Corp. (NUE)与与Rio Tinto Group三三菱菱公公司司(Mitsubishi Corp.)及及首首钢钢公公司司(Shougang Corp.)建建立立了了一一家家合合资资公公司司在在澳澳大大利利亚亚奎奎纳纳纳纳建建设设一一家家商商业业规规模模的的HIsmelt熔熔炼炼厂厂。Nucor在在一一份份新新闻闻稿稿中中称称HIsmelt流流程程通通过过把把非非焦焦煤煤注注入入熔熔

17、铁铁炉炉从从而而将将铁铁矿矿熔熔炼炼为为铁铁水水。因因为为该该流流程程无无需需熔熔渣渣/球球团团车车间间及及炼炼焦焦炉炉它它的的环环境境影影响响更更优优于于传传统统的的造造铁铁技技术术。此此外外该该技技术术还还能能够够处处理理目目前前的的钢钢铁铁技技术术所所不不能能处处理理的的铁铁矿矿。Nucor将有权在任何将有权在任何Nucor工厂使用该技术。工厂使用该技术。5.4DIOS工艺流程图DIOS原料、设备和主要技术指标含铁原料：粉矿含铁原料：粉矿燃料及还原剂：非焦煤燃料及还原剂：非焦煤预还原设备：煤气重整预还原设备：煤气重整+流化床流化床熔融气化炉：转炉型铁浴熔融气化炉：转炉型铁浴矿石预还原度矿

18、石预还原度: 20-30%二次燃烧率：二次燃烧率：4055%传热效率：传热效率： 8095%氧气消耗：氧气消耗：m3/tHM 600煤耗煤耗 kg/tHM: 煤气发热值煤气发热值106J/m3 : 4.188.36 5.5AISI流程图AISI原料、设备和主要技术指标含铁原料：球团含铁原料：球团燃料及还原剂：非焦煤燃料及还原剂：非焦煤预还原设备：预还原设备：HYL竖炉竖炉熔融气化炉：熔融气化炉：KORM炉炉矿石预还原度矿石预还原度: 30%二次燃烧率：二次燃烧率：40%传热效率：传热效率： 80%氧气消耗：氧气消耗：m3/tHM 477煤耗煤耗 kg/tHM: 766煤气发热值煤气发热值106

19、J/m3 : 5.77 5.6中国熔融还原流程国内熔融还原技术开发工作始于60年代，积累了一定的经验。1994年，科技部把“熔融还原技术基础研究”列为国家“攀登计划”项目。两步法流程：两步法流程： 含碳球团竖炉预还原含碳球团竖炉预还原+铁浴终还原铁浴终还原(控制预还原炉与终还原炉的还原比例为7：3)国内流程半工业实验情况在完成在完成“攀登计划攀登计划”规定的基础研究内容后，在承钢中试规定的基础研究内容后，在承钢中试厂建成了产铁能力为厂建成了产铁能力为24t/h的半工业试验装置，经过两的半工业试验装置，经过两次半工业热态试验，取得比较好的试验结果。次半工业热态试验，取得比较好的试验结果。(1) 设备连续热运行设备连续热运行10d，其中无故障运行时间其中无故障运行时间82h；(2) 累计产铁量累计产铁量120t，平均产铁率平均产铁率1.5t/h，炉子利用系数炉子利用系数5.22t/m3d；(3) 氧气消耗氧气消耗525m3/t；(4) 综合煤耗综合煤耗1271kg/t；(5) 炉衬侵蚀速度低于炉衬侵蚀速度低于0.1mm/h(国外同类型装置的侵蚀速国外同类型装置的侵蚀速度为度为35mm/h)；(6) 铁水质量满足炼钢要求。铁水质量满足炼钢要求。