转底炉直接还原炼铁工艺的发展

转底炉直接还原炼铁工艺的发展

2010-02-24 17:02:19 作者：phpcms来源：浏览次数：571 网友评论 0 条

一、前言

为了满足冶炼高纯净钢的要求, 炼钢生产对纯净铁资源的需求越来越大。与此同

时, 优质废钢与铁资源却日益短缺其价格不断升高, 对炼钢生产影响很大, 为此，各国冶金工作者开发了许多直接还原或熔融还原工艺来为炼钢生产提供质优价廉的纯净铁资源。但由于技术、投资等方面的原因，真正具有市场竞争力、适合于工业应用的并不多见。同时，钢铁厂每年生产的大量含铁废弃物也给环保带来很大的压力。如何对其进行回收利用是困扰冶金行业的一个难题。

直接还原工艺中气基法虽然具有生产效率高，生产规模大，能耗低和容易操作等优点，但必须以一次能源---天然气为还原剂，因此该工艺只能在天然气资源丰富的国家得以发展。而煤基法以煤作为还原剂，较好的解决了气基法的不足。目前世界上很多国家都在开发煤基直接还原新技术，有些技术已经应用于工业生产。其中，转底炉法以其原料适应性强和操作工艺的零活性等优点，引起冶金界的高度重视。但由于原料条件和对产品质量要求的不同，转底炉直接还原炼铁又发展为FASTMET，ITKM3和DRYIRON等不同工艺路线。

二、FASTMET工艺

早在50年代Midex的前身Ross公司就发明了转底炉含碳球团直接还原法。1964~1966年进行了2t/h规模试验。1974年Inco公司开始研究把转底炉用于处理电炉生产不锈钢产生的氧化物粉尘的方法，并建立了一座年处理2.5万吨废料的工厂。经转底炉预还原的球团，通过运输罐热装入电炉。1978年美国Inmetco在宾州埃尔伍德市建成一座年处理5.6万吨电炉钢厂粉尘能力的转底炉，回收锌及可用作电炉原料的含Cr，Ni的还原铁。1982年Mid ex公司将转底炉法命名为FASTMET，用于煤基直接还原。神户制钢收购Midex公司后，199 5年开始建设2.5t/h示范装置，经过两年半试验后，认为Fastmet技术成熟可靠，已达到商业水平化水平。神户制钢与三井公司合资对在美国建设年产DRI50~100万吨项目进行报价，1998年9月神户钢铁公司报价年产DRI50万吨的转底炉装置，每套售价1亿美元。

世界上首次利用FASTMET工艺以含铁废料为原料的商业化直接还原铁厂，于2000年二季度在日本新日本制铁株式会社广火田厂投产，年产能力19万吨，其中14万吨将直接装入广火田厂的氧气转炉。神户制钢株式会社新加古川厂是第二个用该工业建设的直接还原铁厂。2002年5月，日本神户制钢株式会社和尼日利亚签订基本协议，日方将帮助AJAOKUTA 钢公司建设一座年产50万吨的FASTMET直接还原铁工厂。

2.1 工艺流程

FASTMET法的工艺流程见图1。铁精矿(或含铁废料)、煤粉和粘结剂经混合搅拌器后进入造球机造球，生球可装入干燥器，也可直接装入转底炉。在转底炉中，球团矿均匀地铺在炉底上，料层为1~3层球的高度。随着炉底的旋转，球团矿被加热到1250℃~1350℃。同时，约90%~95%的氧化铁被球团内部的固体碳还原成DRI。球团矿在炉底停留时间一般为8~30分钟，它取决于原料的特性、球团矿层数及其他因素。从转底炉出来的煤气经过焚化炉和热交换器将转底炉烧嘴助燃空气预热，并将高温废气用来干燥球团，生产用水循环使用，生产中产生的粉末回收利用。

2.2 工艺特点

与其他直接还原工艺相比，FASTMET工艺具有以下特点：

（1）以煤粉作为还原剂，摆脱了天然气地域分布不均的限制，对煤的质量也没有回转窑那么严格，故其应用地域广泛。

（2）主要设备是环形转底炉，与回转窑相比，该工艺设备简单、投资省、能耗低。

（3）对炉料的强度要求不高，因为料层很薄且随炉底一起转动，炉料既不受压，又与炉底之间没有相对运动，破碎量很少。

（4）炉料在转底炉内停留时间短(约20min)，操作容易。

FASTMET法直接使用粉矿和煤粉，因而在矿石和能源上具有很好的适应性和经济性。该法生产出的典型DRI成分主要与原料条件有关，若以铁精矿和低灰份煤为原料，生产的DRI 产品TFe可达98%，金属化率可达95%。

2.3 存在问题

（1）由于采用敞焰加热，还原的铁可能会被再氧化，只有抑制这一现象才能获得较高的金属化率。

（2）燃烧燃料的选择与供应问题。目前工业化及试验设备均用天然气或重油作燃料，使控制简化。在气体、液体燃料较贵的地区，可以采用煤粉，但煤的储存、干燥、制粉及烟气除尘设备的投资、维护费用大。而且污染环境，在大城市附近的工厂因环保要求严格而难于采用，使用煤气必须解决煤气稳定供应问题。

（3）由于全部还原剂均加入到球团矿内，因而还原剂中所含的灰分和有害元素将直接影响DRI的质量。这对还原剂质量提出了较高的要求：固定碳的含量要高，灰粉及挥发分含量要低，硫磷含量也要低。

尽管如此，FASTMET法已日益引起人们的重视。日本神户制钢株式会社新加古川厂建成了2.5t/h的试验设备，如果进展顺利，Midex公司拟在北美建设第一个工业性生产厂，年产规模45万吨，基建建设估计为6500~7500万美元。

三、干铁法

MR&E公司新开发的专利技术干铁法（DRuIron）工艺是一种较理想的煤基直接还原工艺。该工艺是由米德兰-罗斯快速加热工艺发展而来的，由于采用了无粘结剂干压块、能源利用及环保方面的最新技术，以及合理的转底炉设计，它克服了通常煤基还原带来的粉化、脉石含量高、硫高、金属化率低等缺点。该工艺过程中的反应基于煤基直接还原动力学，加之在转底炉内的高温作用与短暂的停留时间（约10min），其操作具有巨大的灵活性，而且设备的操作控制非常容易。煤的化学能在反应中100%得到利用，不会被其它工艺步骤（如气化等）所消耗。尾气中的热能可回收用于发电或其他辅助工艺。大量工业试验表明，该工艺不仅可用铁精粉矿为原料生产质量稳定的海绵铁或热压块铁，作为优质废钢的理想替代品供应电炉，而且可用于处理钢铁厂各类含铁废弃物。所采用的转底炉工业化设备很适合规模化生产，当达到10万吨/年以上的生产规模时，效益就比较显著。

3.1 工艺流程

干铁法的核心设备为转底炉，其工艺流程为：混料-冷态干法压球-转底炉焙烧-热压快。其中，采用的冷态干法（无粘接剂）压球工艺使压制的球团无需干燥即可直接送入转底炉处理，简化了工艺步骤。对于转底炉的加料、排料装置的改进则使得操作控制更为容易。转底炉焙烧过程产生的尾气中蕴含着大量的化学能和热能，用余热锅炉回收产生的蒸汽或用来发电，还可用于预热助燃空气。尾气中的粉尘与有害气体如SO2等采用喷有石灰水的布袋除尘装置去除，同时还使用MR&E公司的低NOX控制专利技术处理尾气，从而使其对环境的污染