直接还原铁进高炉

3.1海绵铁进高炉技术综述

在高炉铁水需求高峰期间使用DRI，一个炼铁能力有限的工厂，在不显著增加焦炭日消耗量的情况下，可使铁水生产率猛增以至高达50％，这样对高炉和焦炉来说就可不另行投资，一个铁厂使用DRI 至少可增加炼铁能力50％。用DIR代替增加50％产能所节省的焦炭价值就可远远大于炼铁广所用DRI的生产和运输费用。

直接还原铁作为高炉的原料，可提高高炉产量和降低焦比。在高炉冶炼过程中，约60%的焦炭用于氧化铁的还原。使用直接还原铁来作为高炉原料，由于直接还原铁需要部分还原或者不需要还原, 因此从理论上来说可以大幅度降低还原剂比和提高铁水产量。在使用铁的氧化物料的高炉生产中，铁的氧化物炉料下降经过炉身与风口前燃烧碳所产生的上升的一氧化碳发生化学反应，该反应夺取了铁的氧化物中大部份的氧，对于烧结矿的反应, 要考虑到Fe2O3→Fe3O4→FeO这3个阶段的反应过程, 对直接还原铁的反应, 只要考虑部分FeO→Fe 的第3阶段的反应。

通过综合平衡法研究，在利用系数2t/(m3.d)、焦比500kg/t的高炉操作中, 在鼓风条件、废气温度和铁水成分相同的条件下, 全部使用100%MFe 的铁源进行操作时, 如果使用综合平衡法进行计算, 则高炉利用系数4.6t/(m3.d)、焦比195kg/t。也就是说, 在目前的高炉中, 焦比的大约60%(300kg/t)用于氧化铁的还原。因此, 使用还原铁来降低铁源的氧化能力(O/Fe), 可提高铁水产量和降低还原剂比。

早在七十年代，工业试验就巳表明直接近原铁用作高炉炉料，

可以降低焦比和提高产量。1964年一1965年，美国矿业局、美国钢铁公司的试验高炉和安大赂的汉密尔加拿大钢铁公司的商业性生产规模高炉都进行丁试验，探求DIR对铁水生产率和高炉熊比的影响，1970年比利时列日的矮形高炉以及日本新日铁、苏联等也进行了相似试验。

1964年美国矿业局在宾州Bruceton，用一座试验用小高炉进行的试验指出，用金属化率90％左右的直接还原铁球团代替高炉炉料中部分氧化球团矿，可以使铁水生产率明显增加和焦比大为下降。如表3.1-1所示，当直接还原铁球团矿在护料中的比例提高到85％的，铁水产量几乎直线的增加了75%，炉料中直接还原铁球团用量在30％时，焦比则下降约23％。直接还原铁球团的用量较高时，炉料中直接还原球团用量对焦比下降作用减弱，炉料中直接还原铁用量占85%时，焦比仅下降47%。

表3.1-1美国矿业局试验高炉炉料中直接还原铁的使用资料

美国钢铁公司引导利同不同类型的直接还原铁原料，而在同一座炉缸直径为1.2m，有效高度为6.1m的试验用小高炉里作过高炉冶

炼试验。在这些试验中，以金属化率69％的压块，高铁压块(HIB)，炉料和相当金属化率98.5%的废钢进行了比较。结果表明，铁水产量增加，焦比下降。同矿业局试验所得结果十分相似。同时还表明，产量增加、焦比下降完全地取决于炉料中金属化铁的百分比，而与金属铁来自HIB块或废钢无关。由于用废钢时渣量较小，含废钢的炉料其生产率略高于含HIB团块的炉料。

作为高炉试验的继续研究，1964年加拿大钢铁公司(Stelco)在一座有效容积588m3工业性高炉炉料里,用直接还原铁球团进行一次大型试验。表3指出试验分从风口喷天然气和不喷天气两组。每组实验的基准期都采用100%的氧化球团，试验期则使用氧化球团矿占70％，金属化率为90.5％的直接还原铁球团占30％的炉料。对不喷吹天然气的试验组，用直接近原铁球团时，铁水产量增加20％，焦比下降大约20％。对喷吹天然气这个组，用直接还原铁球团时，铁水产量大约增加17％，焦比下降7％左右。虽然在每种情况下，铁水日产量

都增加得较多，但是焦炭日耗量并没有增加，实际上，在两种情况下焦炭消耗量却都下降了。本试验结果意义非常重大，它意味着即使是个别的工厂，其高炉和焦炉都按最大能力进行生产，当高炉炉料中使用直接还原铁物料时，铁水产量仍能大大地提高。

Tsujihata等在Hagashlda厂的6号高炉进行实验，高炉的工作容量为648m3。在试验中，直到40％的炉料被DRI取代，原来的炉料是由54％自熔性烧结结矿和46％筛选矿组成的，而DRI是用高炉烟灰和LD转炉泥浆在回转窑内制成的。DRI含70％全铁和40％金属铁。虽然这些条件与Stelco的试验大有差别，但如果用每吨铁水从炉料脱除的氧量表示时，测得的生产率和焦比却与Stelco较为相符。

1978年墨西哥高炉公司(AHMSA)的二号高炉上，用金属化率为87％，含碳量2.5%的DRI球团也进行过工业性试验。该高炉有效容积为918m3,使用含灰分18.2％，含硫1.08％的较低级焦炭操作。试验

有一个基准期(炉料中烧结矿占60％，块矿占40％)和四个试验期，分别使用：15％，25％，30％，35％的直接还原铁代替相当量的块矿，如表4所示，墨西哥高炉公司试验所得结果同加拿大钢铁公司试验所得结果十分相似。

美国人white等报道了一座实验性高炉(炉缸直径1.22米)用75％还原压块的试验，压块是由委内瑞拉铁矿石制成的。他们确定了由100%烧结矿、50%烧结矿/50％压块和100％还原铁压块组成的炉料的最小焦比和生产率。还进行了使用废钢／烧结结矿的试验，其金属铁含量与压块／烧结矿矿料相同。他们的结果再一次证实了这样的结果；炉料每10％金属化，铁水增产8.2％，而焦比下降6％。废钢和压块的情况与此类似。

铁水产量增加百分比与高炉炉料中金属化率关系

焦比下降百分比与高炉炉料中金属化率关系

日本和苏联在试验的和工业的高炉里也用过直接还原铁料，进行过试验，取得了十分相似的结果。新日铁在名古屋1号高炉上进行了使用还原铁(DRI)100kg/t 的试验, 结果表明具有提高生产率和降低还原剂比的效果。炉料中含有直接还原铁，能够降低昂贵的冶金焦炭的消耗量。

以上所有众多试验取得很好的一致的结果。试验高炉试验的结果和工业规模高炉试验的结果相比，生产率提高得较多，焦比下降的较多因为试验用小高炉经炉壳的热损失占了每吨铁水所需全部热量的较大部份。

低品位矿石出产的海绵铁，往往因为脉石和杂质含量比较多而无法在炼钢炉中使用，只适宜做高炉炉料。目前日本一直进行工业规模的应用，其中采用转底炉（RHF炉）工艺处理高锌含铁粉尘生产还原性团块供高炉使用，就是其中成功的一例。日本新日铁君津公司为年产800万吨的钢铁联合企业，该公司至今一直进行直接还原铁进高炉的工业生产。含铁粉尘在转底炉脱锌回收后，将直接还原生成的金属化球团通过鼓式冷却器冷却后进入贮料仓，然后再通过皮带机送入高炉原料仓，以直接加入高炉，取得良好的效益。

对于对直接还原铁加入量，众多研究分析表明，随着炉料金属化增加到30％以上，使用还原炉抖的益处将减小。然而，如果喷射天然气，该极限将能增大到58％。

大体上说，从炉料中还原出一吨铁水大约一半左右(约470公斤／吨铁水)是来自用间接还原反应变成金属铁的，而余下的铁，则必须用气化碳吸热反应来还原。在高炉冶炼中，吸热的气化碳称为溶解损失碳。当炉料中相当大的部份是金属化的直接近原铁时，吸热还原反应量就减少了。因此，不需要消耗大量热能，从而节省了相应的焦炭。但是，如果增加炉料中直接还原铁的百分比超出抑制大部份吸热还原所需的量，则炉料中每吨直接近原铁节省的燃料就不多。