第五章 熔融还原流程

SALDANHA STEEL
POSCO Pohang Works




COREX流程可使用天然矿、球团矿和烧结矿等块状 含铁料。燃料为非焦煤。熔剂主要是石灰石和白云 石。助燃剂使用工业纯氧。 煤气处理系统复杂，主要由煤炭流化床炉顶煤气热 除尘、清洗冷却和还原竖炉炉顶煤气清洗三个部分 组成。 COREX的渣铁处理与高炉类似。 COREX的冷却系统主要针对煤炭流化床。冷却形式 分为三种。风口采用冷却套水冷；煤炭流化床中部 采用冷却壁；下部采用喷水冷却。 COREX在煤的干燥、煤的运输、矿仓和煤仓四个多 尘点设有专门的除尘系统，以净化空气和回收粉尘。
5.4.2 HISMELT流程



HISMELT(High Intensity Smelting)技术是德国 Klockner和澳大利亚的CRA公司联合开发的。 采用卧式铁浴炉作为熔炼造气炉，循环流化床作 为还原炉，可直接使用粉矿进行全煤冶炼。 使用热风而不用氧气是HISMELT的一个特点。优 点:二次燃烧后的煤气温度较低，有利于二次燃烧 率的提高。缺点:气相与熔池之间的温差小，热效 率难提高；煤气量增加，不利于生产强度的提高。

COREX竖炉的海绵铁卸料螺旋是COREX的专利之一。 C1000和C2000均使用6个海绵铁卸料螺旋。
5.1.5 熔炼与造气


熔炼与造气是熔融还原流程的基础。COREX的根本 技术就是煤炭流化床熔炼造气技术。 煤炭流化床 流化床专利。 第一个固定床专利。 第二个固定床专利。

5.1.2 原料



对矿石的质量要求与高炉相仿，可使用球团矿、 天然块矿和烧结矿等块状含铁料。冶炼效果以使 用球团矿较佳。 入炉矿石的粒度有一定要求。入炉矿以中等的均 匀粒度为佳。 矿石还应具有较高的强度和热稳定性，特别是还 原强度。




对矿石化学成分的要求主要是铁品位、自然碱度和 有害元素含量。 品位较高。使用高品位矿石可获得较低的能耗和较 高的利用系数。COREX要求球团矿品位不低于58％， 天然矿品位不低于55％，烧结矿品位不低于45％。 自然碱度越高越好。 严格控制有害元素的含量。P、S、F、Pb、Zn、As、 K、Na等。
5.1.9 COREX配套设备


主要设备包括：COREX塔 、出铁场 、干渣 坑、料仓 、中心控制室 、煤气压缩站 、沉 淀池 、循环水泵房 、冷却塔 、熔炼煤干燥 器 、除尘器等。 C1000的配套设备可大致分为8个部分：还 原炉、熔炼造气炉、粉尘循环系统、出铁场、 原料系统、煤气系统、供水系统和其他辅助 设施。
第五章 熔融还原流程学习重点


COREX：工艺流程、熔炼媒的要求、该流程 竖炉特点、固定床技术、粉尘循环系统、流 程主要设备及分类（系统）。 FINEX：工艺流程。 HISMELT流程
谢
谢
（END）

COREX在海绵铁下料管和高温煤气导出管两个部位 使用冷却气。 冷却气的作用： （1）保护管道。 （2）调节还原气温度。 （3）杜绝熔炼炉高温煤气沿下料管向还原炉的流动， 以免烧坏海绵铁卸料螺旋。 （4）第三个作用是减少碱金属循环的积累量。
5.1.8 COREX流程优化与能耗

净能耗为总能耗与回收能量之差。 总能耗主要是熔炼煤，其他还有氧气、电力等。 可回收能量则主要是煤气中的化学能和物理热。
可见： COREX熔炼造气煤的选择范围是相当宽的。 工业实施应择优选用，一般灰分不应高于25 ％，挥发份应在15～36％之间。最佳的熔炼 煤灰分在12％以下，挥发份介于20～30％。 世界范围内的煤种中处于最佳范围的并不多。 我国非焦煤资源丰富，位于可选煤种很多，搭 配出最佳煤种也容易。 熔炼煤对灰分的限制较宽。低挥发分煤种的灰 分可高达30％以上。 熔炼煤对挥发分的变化则敏感得多。

净能耗与熔炼媒有效热值的关系

能耗与最佳金属化率的关系

COREX流程优化要点如下：
(1)首要因素是使流程运行于最佳配合状态(使Rm＝ Rm0)。 (2)在Rm＝Rm0的条件下，Rm越小，能耗越低，但变 化不大。 (3)如果有多种具有适宜有效热值的煤种可供选择， 应优先选用热值低的煤种，以降低成本。 (4)如果熔炼煤的有效热值足够大，可选择质量较次 的矿石，可降低成本。 (5)使用熔炼热较低的矿石可使熔炼煤有效热值对能 耗的影响变小。 (6)使用高有效热值的熔炼煤可使矿石熔炼热对能耗 的影响变小。


综上所述，COREX煤炭流化床内部自上 而下由一个流化床，一个上固定床，一 个下固定床，渣池和铁水层组成。外部 则附加一个粉尘循环燃烧装置。



COREX熔炼炉煤气的主要成分是CO和H2， CH4仅占1％左右。 构成理想的熔炼炉内部结构的关键是控制 煤的粒度分布和选择适当的煤气流速。 固定床的存在有利于形成一个较大的高温 区，以发展各种必要的反应。 固定碳的主要消耗途径：被循环粉尘燃烧 器中吹入炉内的剩余氧气燃烧掉 ；参加 CO2和H2O的还原反应 ；各种元素的还原反 应 ；生铁的渗碳 ；风口前的燃烧反应。
第五章 熔融还原流程
5.1 重点流程COREX 5.1.1 流程概述 COREX流程中铁的还原和熔炼过程是在两个 不同的容器内完成的，即上部的竖炉和下部 的熔炼造气炉，组成所谓的COREX塔。 第一座商业化的COREX装置是C1000，设计 能力是30～40万t/a；最常见的是C2000， 设计能力是60～100万t/a；最新的是C3000， 设计能力是120～140万t/a。
熔剂的品种和配比取决于矿石成分、煤比及煤 炭灰分含量与成分，一般以石灰石和白云石为主。 渣中Al2O3高时，应配入硅石（SiO2）。

5.1.3 熔炼造气煤



COREX流程可使用绝大部分煤种作为熔炼造气煤。 这些可用煤种大致分为三组： (1)可以在COREX流程中使用的煤种； (2)理论上可用但尚待枪验的煤种； (3)必须与其他优质煤混合才能使用的煤种或使用 的需要特殊处理的煤种 煤的挥发分是应用于COREX流程时影响最大的因 素。煤的挥发分是决定其气化温度的首要参数。 而足够的气化温度则是保证熔炼气化顺利进行的 必要条件。 其次是煤的灰分含量。过高的灰分使煤的发热值 严重降低，从而导致煤炭流化床中的热量不足。

第二个固定床专利。第二 个固定床位于风口下方， 是死料柱的一个组成部分。 这个固定床的存在相当重 要，其中的反应直接影响 铁水成分和质量。由于第 二个固定床的存在，铁水 的脱硫反应得以达到或接 近平衡，同时保证了Si和 Mn的还原，使COREX流 程能够生产出质量与高炉 铁水类似的产品。
粉尘循环系统专利：高温下处理粉尘的工艺。 粉尘→热旋风除尘器收 集→密封仓→＋N2→循 环粉尘燃烧器（＋O2， 燃掉可燃物）→非可燃 物＋燃烧产物→熔炼炉 上部的流化床 循环粉尘燃烧器的配置 使煤炭流化床拱顶温度 有一个较宽的调节范围， 避免了有害物质的产生。
5.1.10 COREX 优势

大大降低投资成本； 与高炉相比，生产成本低15–25%； 铁矿石和煤的使用范围广； 不用建设焦化厂； 高的操作灵活性 (如：产量，停产和改变原料)； 铁水质量高，适合各种炼钢生产的需要； 输出煤气使用范围广； 吨铁CO2排放量低； 对环境适应性好。
5.1.6 COREX输出煤气的应用
（1） 生产DRI
2 发电
3高炉鼓风
高炉效益: 铁水产量增加10％； 焦比降低20% ； 渣量降低5％； 高炉煤气增加50％净热量； 铁水中[S]降低。

4 5 6 7
加热使用； 制造蒸汽； 生产煤气； 原料烘干。
ห้องสมุดไป่ตู้
5.1.7 冷却气的使用及碱金属循环
5.2 FINEX



奥钢联（VAI）与韩国浦项（POSCO）在 COREX基础上联合开发的。 FINEX工艺是两种成熟工艺的组合，即流化 床工艺和COREX的熔炼造气炉工艺。 FINEX的特点则是采用多级流态化床反应器 代替COREX的竖炉对铁矿进行直接还原。 因此不存在炉料的透气性问题，故可全部 使用粉矿为原料。
5.1.4 铁矿还原





COREX竖炉与直接还原竖炉相比具有以下特点： 可使用含尘还原气，自熔炼炉排出的煤气仅经一次热 除尘即通入还原竖炉。 还原剂以CO为主，还原气中含CO高达60％～70％。 可使用全天然矿冶炼。 海绵铁通过螺旋卸料机排出。 可使用矿石与熔剂的混合料。 竖炉还原产品海绵铁具有93％左右的金属化率。其中 夹杂着在竖炉中经过部分分解和预热的熔剂。加入的 熔剂是白云石和石灰石，排出时组成以MgO和CaCO3 为主。这种混合炉料通过海绵铁螺旋直接由竖炉加入 熔炼炉。
流化床专利。铁水含C量为 2.5～3.5％，含S量为0.2～ 0.4％。铁水中未检测出Si， 出炉温度为1300～1350℃。 熔炼炉拱顶温度最高为 1200℃。除尘器收得的粉 尘量相当高。

第一个固定床专利。第一 个固定床位于风口上方。 作用是延长了海绵铁在风 口以上区域的停留时间， 并加大了风口上方的高温 带和温度梯度。以上因素 使一些重要的高温反应得 以发展，例如硅的还原和 铁水的渗碳。同时，铁水 与高温炭和煤的接触时间 加长，使铁水温度得到提 高。



COREX对入炉煤的水分有一定要求。一般当水分 低于8％时，允许直接入炉使用。水分过高时，应 干燥处理，干燥后水分可控制在3％～6％，最好 低于5％。 熔炼煤中全硫不得高于1.5％，最好低于0.6％。 COREX熔炼造气炉对熔炼煤的粒度有较高的适应 能力。最好将粒度控制在4～40mm，同时保证不 小于10mm的部分不低于50％。