基于低温快速预还原的熔融还原炼铁流程

提出了基于低温快速预还原的熔融还原炼铁流程。由三部分组成:熔融气化炉,主要功能是熔化海绵铁和产生预还原所需的还原煤气;预还原部分,由两级快速循环床和一级矿粉预热床组成,主要功能是将矿粉转变成高金属化率的铁粉,金属化率大于85%;煤气处理,包括尾气换热、煤气洗涤、煤气增压、脱除CO2等工序,功能是调节预还原所需的煤气成分、煤气量与温度。新工艺采用精矿粉或粒度小于1 mm的矿粉,具有还原温度低、反应接近平衡态、金属化率高等特点,吨铁燃料比有望在600 kg左右,实现炼铁工艺的高效、节能与减排。     

熔融还原炼铁技术分析

分析了主要的熔融还原炼铁流程.COREX采用预还原竖炉+熔融气化炉的纯氧炼铁流程,已经工业化,但吨铁焦炭量维持在250 kg左右的水平,吨铁燃料比达到1 000 kg.FINEX采用多级流化床+热压块+熔融气化炉+煤气脱除CO:循环使用的纯氧炼铁流程,可直接处理粉矿,吨铁燃料比为800 ks左右,吨铁焦炭使用量在200kg左右,不过FINEX工艺复杂,效率低,仍在进行工业化试验.HISMELT试图采用一步法直接熔融还原粉矿,难度大,指标与预期相差较大,尚处在技术攻关阶段.可见,目前的熔融还原炼铁流程,离低能耗、低污染的炼铁目标相差甚远,最大的问题是预还原矿粉(球团)的低温还原性能差,提高铁矿的低温反应性能是熔融还原炼铁走向成功、高效、环保的关键所在.     

铁矿石煤基氢冶金还原技术的研究

高炉炼铁工艺存在的焦炭消耗量大、CO_2排放量大、工艺流程长等问题,在研究分析H_2还原潜能和还原特性的基础上,提出了铁矿石煤基氢冶金工艺,通过高挥发分煤热解产出H_2和水的碳气化反应产出H_2,并使H_2直接用于铁矿石直接还原之中,实现了铁矿石的煤基氢冶金。为验证铁矿石煤基氢冶金的适应性,通过往回转窑内高温铁矿石中喷入一定比例的高挥发分煤,铁矿石经过温度1 050～1 250℃、时间30～40 min的还原,可将铁矿石中90%～96%的铁氧化物还原成金属铁。     

煤基低温冶金技术的研究

高炉炼铁法和熔融还原法属于高温冶金流程,其缺点是能耗高、污染严重。气基直接还原法受我国天然气资源的限制,很难得到发展。煤基直接还原法由于生产力低、能耗过高,发展缓慢。煤基低温快速还原炼铁新工艺,能够在600℃左右实现煤粉快速还原铁矿粉,具有还原温度低、效率高、能耗低、污染小等特点,有望成为一种有前途的炼铁工艺。新工艺不仅能处理铁矿粉,还能处理钒钛磁铁矿和钛铁矿等矿种。在实验的基础上,提出了煤基低温冶金学。     

1种钛铁矿的还原实验研究

镇安某铁矿属于钛铁矿,因铁品位低,钛品位高,该矿钛铁难以分离,不能得到合理的利用。试验通过研究分析,采用煤基直接还原-磁选工艺处理矿石,能够有效地实现钛和铁的综合利用。经过加工的矿粉在煤／矿质量比为14：100,还原温度为1150℃,催化剂为3％的条件下,通过煤基还原180min,然后经过磁选可获得铁品位为76．56％、钛低于8％的铁精矿。     

发展直接还原技术势在必行

直接还原法是易气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石（或含铁团块）软化温度以下进行还原得到金属铁的方法。其产品呈多孔低密度海绵状结构．被称为直接还原铁（DRI）或海绵铁。直接还原炼铁法在节能、环保方面具有优良的性能，随着世界优质废钢资源的日益减少，直接还原生产技术受到钢铁界的重视。目前已获得工业应用的气基直接还原流程主要有使用球团矿或块矿的Midex法和HyLII法．以及煤基直接还原炼铁法（FASTMET）。但考虑到中国钢铁厂以及原燃料方面的实际情况．     

低品位铁矿石直接还原新工艺研究

对多种难选铁矿石进行了煤基直接还原和渣铁分离研究，提出了煤基直接还原──渣铁分离──还原铁粉冷固结成型的新的工艺流程。所得产品的铁品位、金属化率和铁回收率分别在９０％、９２％和８４％以上。直接还原铁粉经冷固结成型后即为电炉炼钢的优质原料。该工艺为利用我国大量尚未开发的低品位难选铁矿石提供了新的途径。     

低温冶金技术理论和技术发展

低温冶金通过细化铁矿粉、并运用催化等手段来研究加快铁矿粉在较低反应温度下的还原速度的理论和方法,为开发低能耗、低碳排放、高效的非高炉炼铁新工艺提供理论基础。低温还原理论方面的研究成果,包括细微铁矿粉具有纳米晶粒、储能的铁矿粉能够提高还原气体的利用效率、细粒度改善反应效率、催化剂提高反应速度、改善低温冶金反应的传输条件、多级循环流化床的流化规律以及低温还原冶炼粒铁等理论。在低温还原冶金新技术方面包括改进的熔融还原炼铁工艺、优质海绵铁和粒铁的低温还原工艺。低温还原工艺有望实现节能、低碳、高效和低成本冶金,并能应用于低品位铁矿、含铁冶金渣、赤泥以及钒铁磁铁矿、钛精矿等的综合利用。     

非高炉炼铁法

非高炉炼铁法以不用焦煤为主要特征，按其工艺特征、产品类型及用途分为直接还原法和熔融还原法两大类。直接还原法以气体、液体燃料及非焦煤为能源，在铁矿石或含铁团块呈固态的软化温度下进行还原获得直接还原铁（DRI）或海绵铁，其产品低密度多孔呈海绵状结构，含碳低，未排除脉石杂质。熔融还原法则以非焦煤为能源，产品类似高炉的铁水。目前，非高炉炼铁法以直接还原工艺为主，该方法对铁原料要求高，TFe＞66％，酸性脉石含量（SiO2＋Al2O3）＜5．5％（但不宜过低），一般S含量＜003％，Pwt002％，其它有害元素尽可能低，各种工艺…     

两步三段式厚渣层铁浴熔融还原炼铁工艺

针对目前熔融还原设备无法将煤气二次燃烧氧化区与铁氧化物还原区隔离而导致能耗偏高的问题,提出了一种两步三段式厚渣层铁浴熔融还原炼铁工艺,以期利用厚渣层冶炼的方法使得氧化区与还原区的梯度隔离。设计了主反应器铁浴炉尺寸与产能,并建立了工艺的整体静态模型,考察了球团金属化率与铁浴炉炉顶煤气氧化度对工艺煤耗、氧耗以及能耗的影响。在选定的适宜操作参数,即煤气氧化度55%,球团金属化率80%条件下,冶炼1t铁水,消耗球团矿1 869.83kg,煤粉674.07kg,同时得到还原度71%的改质煤气898.44kg。结合反应器的设计产能,反应器可处理球团矿3 793.66kg/(h·m2)。     

高炉使用铁焦的㶲分析

 中国钢铁生产主要以高能耗和高排放的高炉-转炉长流程为主,节能减排压力较大。因此,积极研发高炉低碳炼铁技术,促进高炉工序CO₂减排尤为重要。铁焦是将含铁原料加入适宜的煤中,经焦化或炭化后成型的新型碳铁复合炉料,其高反应性可以显著降低热储备区温度、降低碳消耗,高炉使用适量的铁焦可实现一定程度的节能降碳。基于现场生产数据,采用㶲分析理论,建立高炉使用铁焦的㶲平衡模型,探索铁焦添加量对高炉物料消耗及能量利用效率的影响。结果表明,高炉使用铁焦后,炉内间接还原得到发展,碳利用率提高,炉内灰分量降低,冶炼单位生铁的碳素消耗和炉渣量均会降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg铁焦后,吨铁碳素消耗降低25.95 kg,渣量降低11.28 kg。此外,铁焦内部的金属铁仅需熔化,节省还原所需的㶲量,焦炭和鼓风带入㶲会显著降低,因此高炉冶炼吨铁消耗的总㶲量降低,同时,炉内传热也得到改善,内部㶲损失有效降低,与未使用铁焦相比,高炉使用114 kg/t铁焦后,目的㶲效率由46.14%提高至48.87%,热力学完善度由87.46%提高到88.02%。在此条件下,高炉吨铁的内部㶲损失降低192.63 MJ,实现节能6.57 kg(标煤)。     

铁水能耗分析及其节能方向与途径

以重点钢铁企业的炼铁系统能源消耗现状为基础,讨论了其能源消耗存在的问题,分析了铁水能耗和工序能耗。结果表明,直接影响铁水能耗的因素有：①工序所消耗各种能源介质（燃料和动力）的实物量多少;②对应每一种能源介质的标准煤折算系数大小,也就是这种能源在其生产、转换过程所消耗的能源量;③余热余能回收量的高低。并提出了减少能源介质（燃料和动力）实物量消耗、加强二次能源（包括余热余能）回收和利用、提高能源利用率等降低铁水能耗的主要方向。     

铁水能耗分析及其节能方向与途径

以重点钢铁企业的炼铁系统能源消耗现状为基础,讨论了其能源消耗存在的问题,分析了铁水能耗和工序能耗。结果表明,直接影响铁水能耗的因素有：①工序所消耗各种能源介质（燃料和动力）的实物量多少;②对应每一种能源介质的标准煤折算系数大小,也就是这种能源在其生产、转换过程所消耗的能源量;③余热余能回收量的高低。并提出了减少能源介质（燃料和动力）实物量消耗、加强二次能源（包括余热余能）回收和利用、提高能源利用率等降低铁水能耗的主要方向。     

高炉冶炼预还原炉料能耗分析

 通过建立高炉冶炼预还原炉料数学模型,计算了原料铁品位、预还原炉料金属化率和铁的存在形态对高炉冶炼能耗的影响,比较了高炉冶炼预还原炉料和传统高炉的能耗。计算结果表明：针对不同铁品位原料,有一个适合高炉冶炼的炉料最佳金属化率,使高炉冶炼焦比最低;预还原炉料中的铁以硅酸铁形式存在时,主要进行直接还原,冶炼焦比较高;与传统高炉相比,高炉冶炼预还原炉料,可以大幅度降低焦比,但燃料比升高。     

关于中国钢铁企业炼铁系统减碳路线的思考

节能减排是目前钢铁企业面临主要任务之一,结合中国钢铁企业炼铁系统的情况,对传统高炉炼铁流程实 现减排的技术优化措施进行了分析,介绍了以降低高炉燃料比为核心的减碳技术和低碳能源的开发利用情况;根 据气基直接还原工艺技术的要求并依据国内现有能源、资源分布状况和结构特点,展望了国内钢铁行业炼铁系统 减碳工作的前景。     

新型保温材料在海绵钛还蒸炉中的应用实践

镁热还原法生产海绵钛过程中,还原及蒸馏反应炉均需消耗通过加热来控制其反应过程。目前国内炉衬均由耐火砖和保温材料组成,每吨钛耗电在6800kWh／t,与国外相比,热损大、电耗高。本文就如何改进还原炉和蒸馏炉的结构及其温度控制,提高热效率进行研究,实现了降低热损失,延长炉寿命的目的。     

高炉使用含碳复合炉料的原理

 高炉炼铁正朝着高产、低污染、低能耗的方向发展,为了实现这一目标,包括高炉使用含碳复合炉料等一些革新的炼铁技术已经被提出或实际应用。铁焦、热压含碳球团是将铁矿粉和煤粉按一定比例混合后制成的新型含碳复合炉料。研究结果指出,含碳复合炉料相比于传统的高炉炉料（烧结矿和球团矿）具有高温强度高、还原性能好以及原料适应性强等优势。阐明了高炉使用含碳复合炉料的基本原理,介绍了铁焦制备的工艺流程及应用情况,重点进行了热压含碳球团制备工艺流程、冷态冶金性能、高温冶金性能、高炉使用热压含碳球团等试验研究,最后利用多流体高炉数学模型对高炉使用热压含碳球团操作进行了模拟研究。研究表明,高炉使用一定量的含碳复合炉料可以降低热空区温度,增加产量,降低焦比,高炉热利用效率明显提高,操作性能得到有效改善。     

现代炼铁技术进展

评述了国际上发展较快的几种主要非高炉炼铁工艺流程.COREX、FINEX和HISMELT等熔融还原流程可以避免炼焦工艺引发的环境污染.成熟的竖炉气基还原工艺是COREX流程工业化的重要保障,粉体流化床由于粘结等问题尚未完全解决和铁浴炉二次燃烧与炉衬侵蚀之间的固有矛盾注定了FINEX和HISMELT实现的难度远高于COREX流程.气基还原流程(MIDREX、HYL-Ⅲ、FINMET)目前都要使用天然气资源,很难在我国得到发展.转底炉可使用低强度的含碳球团,给煤基直接还原流程注入新的活力,但其能耗高、生产效率低、产品质量差将会制约它的发展.我国自主研发的炼铁新工艺,即低温快速还原工艺,目前仍处于研究开发阶段,它能够实现低温快速还原反应,是一种能耗低、污染少、资源利用率高的新型绿色冶金工艺流程,具有良好的发展前景.     

Cold bonded ore–coal composite pellets for sponge ironmaking Part 1 Laboratory scale development

Abstract

There is a need for the development of efficient industrial processes to use iron ore fines of high grade. Attention is particularly drawn to rotary kiln sponge ironmaking technology using lump iron ore, where productivity is low and energy consumption high compared with gas based processes. Fundamental studies carried out elsewhere indicate that the reduction of lump iron is accelerated if a limited amount of carbonaceous material is incorporated in the agglomerate of iron ore fines. Based on these considerations, cold bonded ore–coal composite pellets have been developed for sponge ironmaking in a rotary kiln. These composite pellets were tested in the laboratory and found to reduce very quickly, compared with lump iron ore. Composite pellets were also tested in an 8 t/day rotary kiln sponge iron plant giving enhanced productivity and lower coal consumption, and these results will be presented in Part 2 of this paper (next issue).