冶金工程概论-(6)非高炉炼铁部分共44页文档
非高炉炼铁技术概述论文
非高炉炼铁技术概述摘要：随着焦煤资源日益减少，高炉炼铁技术发展受到限制，非高炉炼铁成为了日益关注的冶炼技术。
文章阐述了非高炉炼铁技术的发展现状、分类，工艺流程及特点，同时展望了其未来的发展前景。
关键词：非高炉炼铁直接还原熔融还原非焦煤一、引言目前，生铁主要来源于高炉冶炼产品，高炉炼铁技术成熟，具有工艺简单，产量高，生产效率大等优点。
但其必须依赖焦煤，而且其流程长，污染大，设备复杂。
因此，世界各国学者逐渐着手研究和改进非高炉炼铁技术。
二、非高炉炼铁工艺非高炉炼铁是指以铁矿石为原料并使用高炉以外的冶炼技术生产铁产品的方法。
在当今焦煤资源缺乏，非焦煤资源丰富的情况下，非高炉炼铁以非焦煤为能源，不但环保，而且省去了烧结、球团等工序，缩短了流程。
因此非高炉炼铁一直被认为是一种环保节能、投资小、生产成本低的生产工艺。
非高炉炼铁可分为直接还原炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺两种。
1.直接还原炼铁工艺直接还原炼铁工艺是一种以天然气、煤气、非焦煤粉为能源和还原剂，在铁矿石软化温度下，将铁矿石中铁氧化物还原成铁的生产工艺。
据统计直接还原冶炼工艺多达40余种，大部分已经实现了大规模工业化生产[1]。
目前，直接还原炼铁工艺主要有气基直接还原、煤基直接还原两大类。
1.1气基直接还原气基直接还原是指用co或h2等还原气体作还原剂还原铁矿石的炼铁方法。
具有生产效率高、容积利用率高、热效率高、能耗低、操作容易等优点，是dri（directly reduced iron）生产最主要的方法，约占dri总产量的90%以上[2]。
气基直接还原代表工艺有hyl反应罐法、midrex-竖炉法、流化床法等[3]。
hyl反应罐法是由墨西哥希尔萨（hojalataylamina，hylsa）公司于20世纪50年代初开发的，其工业化标志着现代化直接还原的开始。
hyl反应罐法具有作业稳定，设备可靠等优点，但其作业不连续，还原气利用差，能耗高及产品质量不均匀。
非高炉炼铁工艺
非高炉炼铁工艺—Hlsmelt熔融还原炼铁工艺由澳大利亚的力拓矿业集团开发的HIsmelt熔融还原炼铁工艺，采用了铁矿粉及钢厂废料和非炼焦煤直接熔融的还原技术生产高质量的铁产品，可直接用于炼钢或铸成生铁。
还可以循环使用热能，以达到降低成本和减少污染的目的。
从不断优化高炉炼铁和开发新型非高炉炼铁工艺考虑，可对炼铁生产实现节能减排和保护环境起到积极的作用。
HIsmelt熔融还原炼铁工艺作为适应钢铁工业发展的需要而开发的熔融还原炼铁的生产工艺，可为炼铁生产提供了一种新的选择。
钢铁生产工艺包括传统的高炉—氧气顶吹转炉的长流程和基于电弧炉的短流程。
近年来，受环保等方面因素的影响，短流程工艺受到越来越多的关注。
1996年以来，世界范围内有大量短流程优质扁平材生产厂投产。
这些短流程钢厂仅承担较低的折旧费用，还能利用废钢来削减生产成本。
因此，短流程钢厂的热轧生产成本要比钢铁联合企业的低。
推动这种趋势发展的主要原因有以下几个方面：高炉生产对原料的规格要求较严格，原料预加工（焦化、球团和烧结厂）使高炉生产成为环境污染的主要排放源，新建或改造高炉的投资额巨大，世界范围内的焦炉普遍呈老化状态，也需要大量投资。
正常情况下，为了获得规模经济效益，钢铁联合企业的建造规模都很大，因此，温室气体排放和环境污染的问题比较严重。
电炉炼钢厂的情况则有所不同，与钢铁联合企业相比，其竞争力相对较强。
对于电炉炼钢厂来说，优质、稳定的铁供应可明显提高电炉炼钢的生产率，降低生产成本。
因此，在炉料中搭配铁水就具有较高的利用价值。
在此条件下，开发具有能源利用率高、原料及炉料适应性强、投资成本低、操作灵活等特点的炼铁工艺，已成为钢铁联合企业关注的课题之一。
1 Hlsmelt工艺流程简介图1为HIsmelt熔融还原炼铁的工艺流程图。
图1 HIsmelt熔融还原炼铁的工艺流程图首先，HIsmelt工艺将金属熔池作为基本的反应媒介，炉料直接注入到金属中，熔炼过程主要通过熔解碳进行。
钢铁冶金学（炼铁部分）
第一部分基本概念及定义1. 高炉法：传统的以焦炭为能源，与转炉炼钢相配合，组成高炉—转炉—轧机流程，被称为长流程，是目前的主要流程。
2. 非高炉法：泛指高炉以外，不以焦炭为能源，通常分为直接还原和熔融还原，一般与电炉配合，组成直接还原或熔融还原—电炉—轧机流程，被称为短流程，是目前的辅助流程。
3. 钢铁联合企业：将铁矿石在高炉内冶炼成生铁，用铁水炼成钢，再将钢水铸成钢锭或连铸坯，经轧制等塑形变形方法加工成各种用途的钢材。
4. 高炉有效容积：由高炉出铁口中心线所在平面到大料钟下降位置下沿水平面之间的容积。
5. 铁矿石：凡是在一定的技术条件下，能经济提取金属铁的岩石。
6. 富矿：一般含铁品位超过理论含铁量70%的矿，对于褐铁矿、菱铁矿及碱性脉石矿含铁量可适当放宽。
7. 还原性能：矿石中铁结合的氧被还原剂夺取的难易程度。
主要取决于矿石的致密程度、空隙及气孔分布状态。
一般还原性好，碳素燃料消耗量低。
8. 熔剂：由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定数量的助熔剂，该物质就称为熔剂。
9. 耐火度：抗高温熔化性能的指标，用耐火锥变形的温度表示，它表征耐火材料的热性质，主要取决于化学组成、杂质数量和分散程度。
实际使用温度要比耐火度低。
10. 荷重软化点：在施加一定压力并以一定升温速度加热时，当耐火材料塌毁时的温度。
它表征耐火材料的机械特性，耐火材料的实际使用温度不得超过荷重软化点。
11. 耐急冷急热性（抗热震性）：是指在温度急剧变化条件下，不开裂、不破碎的性能。
12. 抗蠕变性能：荷重工作温度下，形变率。
13. 抗渣性：在使用过程中抵御渣化的能力。
14. 高炉有效容积利用系数（吨/米·日）=合格生铁折合产量/（有效容积×规定工作日）。
15. 入炉焦比：干焦耗用量/合格生铁产量（Kg/t），一般250~550Kg/t。
16. 冶炼强度：干焦耗用量/（有效容积×实际工作日），t/m3·h。
《非高炉炼铁》课件
未来应用前景
随着技术的不断突破和创新， 非高炉炼铁技术有望在钢铁 生产、环境保护和特殊冶金 领域等方面实现更广泛的应 用。
挑战与机遇
非高炉炼铁技术仍面临一些 挑战，如成本控制、设备研 发等，但也带来了更多的机 遇和前景。
结论
通过对非高炉炼铁技术的介绍，我们可以看到其在铁矿石冶金转化和环境保护等方面的重要性。展望未 来，非高炉炼铁技术有望取得更大的突破并在各个领域发挥更重要的作用。
参考文献
• 文献1 • 文献2 • 文献3
《非高炉炼铁》PPT课件
欢迎来到《非高炉炼铁》PPT课件！在这个课件中，我们将介绍非高炉炼铁的 基本原理、常见工艺、技术优势以及未来前景。
什么是非高炉炼铁
非高炉炼铁是一种新型的铁矿石还原炼铁技术，通过熔融还原等方法实现矿石冶金转化为铁制品，与传 统高炉炼铁不同，具有更高的效率和更多的优势。
相关技术发展历程
非高炉炼铁技术具有较高的能源利用率，能够降低能源消耗，减少对煤炭等资源的需求。
2 环保
相比传统高炉炼铁，非高炉炼铁技术产生的废气和废水排放更少，对环境影响更小。
3 精确控制
非高炉炼铁技术可以对反应条件进行精确控制，实现更高的炉温、反应速率和产物纯度。
非高炉炼铁的前景
国内外发展趋势
非高炉炼铁技术在全球范围 内得到广泛应用，未来将继 续发展并应用于更多领域。
非高炉炼铁技术经历了多年的发展和演变。从汉密尔顿法到直接还原法、热还原法和气固反应法，不断 出现新的工艺和方法，为非高炉炼铁的应用领域提供了更多选择。
非高炉炼铁的应用领域
钢铁生产
非高炉炼铁为钢铁生产提供了更灵活和高效的铁矿石熔融还原方法。
环境保护
由于非高炉炼铁技术对环境影响较小，因此在环境敏感区域的铁矿石加工和冶金领域有广泛 应用。
冶金概论非高炉炼铁法
有丰富的天然气资源作保障；
其次 Midrex的反应温度低 ，反应速度较慢，炉料
在还原带大约停留6 h，在整个炉内停留时间在 10h左右。
第14页，本讲稿共54页
另外Midrex法要求铁矿石粒度适宜且均匀，粒度 过大会影响CO和H2的扩散使反应速度降低；粒度过小， 透气性差，还原气分布不均匀，一般小于5mm粉末的含量 不能大于 5％。
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图4 回转窑炼铁过程示意图
1-氧化区；2-中性区；3-还原区；4-窑头；5-熔化带；6-粒铁带；7-还原带；8-预热 带；9-窑尾；10-海绵铁法；11-粒铁法；12-液铁法
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• 窑体稍有倾斜（4%的斜度），窑中装有耐火衬，在窑头、窑中、窑
尾设有耐火材料挡圈以增加炉料停留时间。
回转窑内反应温度应控制在1100℃以下，经8～ 10h完成还原反应后出窑。回转窑所产生的废气从进料 端吸走，高温废气可余热利用。
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若炉料在回转窑中经过预热和还原后，再进一步提高温
度（1250℃）进入粒铁带，金属铁与炉渣开始软化，在半
熔化状态下金属铁由小颗粒堆集成卵状粒铁，炉料出炉后经 水淬冷却后很容易用磁选或重选把粒铁与脉石分开，这就是 回转窑粒铁法。
原和煤基直接还原。 直接还原铁生产大多采用天然气为能源，其产量占总
产量的90%以上 。气基直接还原设备对环境污染小、耗水
量少、噪音小、产生的 CO2也比用煤作还原剂少得多， 所以具有很强的竞争力和发展潜力。
煤基直接还原法生产的直接还原铁占总产量的比例小， 产量逐年增长，但增长缓慢。
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B、随着钢铁工业的发展，废钢消耗量迅速增加，废钢供用量日渐紧张
【正式版】非高炉炼铁生产PPT资料
炉渣碱 度与～，直炉温接高，还铁水原含S低法，生相铁中比C、，Si、生Mn可产通过液配料态及配生C量铁控制过。 程中可以把脉石排出
还原反应主要在搅动炉渣层中进行，具有高的二次燃烧率和热回收率。 用悬浮态把矿石还原到70％，可大大简化悬浮态作业，能直接使用粉煤和矿粉。
非高炉炼铁法的概念与分类
以煤、气体或液态燃料为 直接 能源和还原剂，在铁矿石
1952年，
非 高
还原法 软化温度以下还原获得固 态海绵铁的工艺方法
瑞典韦伯法
炉
法
熔融 还原法
在熔融状态下完成 还原反应(还原铁 矿石)的工艺方法
1976年，
瑞典皇家工学 院S.艾克托普
非高炉炼铁法产品的性质与应用
直接还原法产品：海绵铁，直接还原铁（DRI） 性质：固态、多孔，含碳低，不含Si、Mn等元素，保存了 矿石中的脉石 应用：代替废钢作为电炉炼钢的原料 熔融还原法产品：液态生铁 性质：液态，除含有大量物理热外，还含有较高的碳以及Si、 Mn等发热元素 应用：主要作为转炉炼钢的原料
熔融还原法目前存在的问题 以煤、气体或液态燃料为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以下还原获得固态海绵铁的工艺方法
（4）石灰石被分解，每公斤石灰石分解将多耗电。 炉渣碱度～，炉温高，铁水含S低，生铁中C、Si、Mn可通过配料及配C量控制。 液态生铁除含有大量物理热外，还含有较高的C、Si、Mn等发热元素，适于高效率的转炉炼钢方法处理
需要一种能直接利用各种廉价原料的炼铁法
到冶炼过程中不需再加以脱除的程度 （4）竖炉－熔融气化炉双联
非高炉炼铁
1.6.3 炉内主要过程
炉内一般过程
炉料下降过程中，与上升的煤气流相互作用，被加热，发 生干燥、还原、熔化、造渣等一系列物理化学反应，最后 生成液态渣、铁，聚集于炉缸，周期地从高炉排出，上升 的煤气流将能量传给炉料，温度不断降低，成分不断变化， 最后变成高炉煤气从炉顶排出 实质：在尽量低能量消耗的条件下，通过受控的炉料及煤 气流的逆向运动，高效率地完成还原、造渣、传热及渣铁 反应等过程，得到化学成分与温度较为理想的液态铁
1.6.4 高炉炼铁原料及其他辅助材料
①灰分低，固体碳高 ②含硫低 ③可磨性好：易磨 ④粒度细：-200目占80％ ⑤爆炸性弱：安全 ⑥燃烧性要弱、反应性要好
固体燃料： 煤 喷 吹 燃 料
天然气，石油气，焦炉和高炉煤气， 气体燃料：
转炉煤气，发生炉煤气
重油，柴油，焦油 液体燃料：
1.6.4 高炉炼铁原料及其他辅助材料
性能 ①物理性能 a.致密度，气孔率，吸水率 b.透气性 c.耐压强度 d.热膨胀性 ②使用性能 a.耐火度：抗高温熔化性能的指标，用耐火锥变 形的温度表示。它表征耐火材料的热性质，主要 取决于化学组成，杂质数量和分散程度。实际使 用温度要比耐火度低。
1.6.4 高炉炼铁原料及其他辅助材料
b.荷重软化点：在施加一定压力并以一定升温速度 加热时，当耐火材料塌毁时的温度。它表征耐火材料 的机械特性。耐火材料的实际使用温度不得超过荷重 软化点。 c.耐急冷急热性（抗热震性）：是指在温度急剧变 化条件下，不开裂。不破碎的性能。 d.抗蠕变性能：荷重工作温度下，形变率 e,导热性及导电性 f.抗渣性：在使用过程中抵御渣化的能力。 耐火材料选择原则：使用的温度，使用的环境
高炉法 现 代 炼 铁 法 非高炉法
炼铁基础非高炉炼铁课件
03
非高炉炼铁的原料
直接还原的原料
直接还原铁
是一种通过直接还原法炼 铁得到的铁产品，具有含 碳量低、成分稳定、金属 回收率高等特点。
天然气
是一种清洁、高效的能源 ，可用于直接还原铁的冶 炼过程。
焦炭
在直接还原铁的冶炼过程 中作为还原剂和热量来源 。
熔融还原的原料
矿粉
是一种通过将铁矿石破碎、磨细 后得到的粉末状原料，是熔融还
要点二
案例二
某钢铁企业采用煤基还原工艺生产直 接还原铁，该工艺以煤炭为燃料，以 空气为氧化剂，具有能源消耗低、直 接还原铁含量适中等优点，但同时也 存在投资成本高、对煤炭的依赖度较 高等问题。
要点三
案例三
某钢铁企业采用电炉熔融还原工艺生 产直接还原铁，该工艺以电能作为能 源，具有能源消耗低、直接还原铁含 量高等优点，但同时也存在投资成本 高、生产规模小等问题。
炼铁的原理和工艺流程
原理
利用还原剂将铁矿石中的氧化铁还原 成金属铁。
工艺流程
破碎、配料、混合、烧结、高炉冶炼 、铁水处理等步骤。
炼铁的优缺点及发展趋势
01
02
03
优点
高炉炼铁技术成熟、产能 大、成本低。
缺点
对原料要求高、能耗高、 污染大。
发展趋势
采用新型冶炼技术，如非 高炉炼铁、直接还原铁等 ，提高能源利用效率、降 低环境污染。
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THANKS
熔融还原的工艺设备和操作
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电热法
电热法是最早的熔融还原方法，其工艺设备包括电弧炉、 熔融炉和产品冷却设备。电热法是将铁矿粉和焦粉按一定 比例混合后加入电弧炉内进行熔融还原，得到的是熔融的 铁水。
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41、俯仰终宇宙，不乐复何如。 42、夏日长抱饥，寒夜无被眠。 43、不戚戚于贫贱，不汲汲于富贵。 44、欲言无予和，挥杯劝孤影。 45、盛年不重来，一日难再晨。及时 当勉励 ，岁月 不待人 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头 ——左