直接还原技术
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熔融还原生产出的液态生铁
9 钢铁生产工艺新流程及其评价
传统流程 高炉+转炉
新流程
直接还原竖炉+电炉 直接还原回转窑+电炉 熔融还原+转炉
二 直接还原工艺及原理
1 气基直接还原法
煤气同时起两个作用
如何确定煤气量? 对冶金还原煤气要求:氧化度低,CH4,H2S含量少, 适量N2及一定温度 如竖炉:氧化度1~2%,N2:10-40%，CH4:,2%,温 度:900~1100℃ 煤气转化目的:把碳氢化合物转化为H2,CO 燃料:气,液,固 如天然气,液化石油气,重油 煤转化冶金还原煤气:工业未曾实施
开发直接还原技术应考虑因素
资源条件
较丰富的天然气 充足的电能 高品位的铁矿石
海绵铁销路
6 直接还原与熔融还原的比较
直接还原的发展在70年代能源危机后受到 了阻碍,研究和开发不以天然气和石油为能 源的熔融还原成了冶金工作者新的非高炉 炼铁法课题。熔融还原方法是在高于渣铁 熔点下进行的反应,其产品是含碳液态生铁。 熔融还原优点是以煤炭为主要能源,对矿石 品位要求不象直接还原那样严格。熔融还 原主要问题是需要大量氧气或电能,能耗较 高。
2 非高炉炼铁方法分类
非高炉炼铁
直接还原法
熔融还原
气基法
煤基法
一步法
两步法
3 高炉炼铁状况
目前达到十分完善的程度: 如高炉大型化 精料 高风温 高压 富氧喷煤
4 高炉固有缺点
① 煤气炉料逆流运动,要求高质量人造炉料(即烧 结矿或球团矿,炼焦),而含CO%左右的低热值煤气 是由优质焦炭产生。 ② 由于加热空气和除尘,需要建设大量辅助设备。 (因此,由烧结,炼焦,鼓风,高炉等组成的炼铁系统 是一个复杂,庞大的生产系统,需要巨额投资)工艺 流程长,原料,燃料必须经过反复加热,冷却和加工, 能耗和生产成本比较高。 ③ 高炉流程进行经济生产要求规模大,生产的灵 活性较差 。
HYL反应罐法工艺流程
煤基回转窑
球团或富矿5-25毫米 原料：焦粒（煤粒）、块状铁矿、石灰石粒（或白云石）
转底炉法
优点：设备简单，操作容易，反应速度快，生产率高。但是这一方法仍然 需用煤气燃料（煤炭仅用作还原剂）。消耗指标为：铁精矿：1300kg，还 原煤400kg,气体燃料0.65Gcal, 电耗60KWh 。此法最大缺点是还原煤的灰 份保留在产品中，降低了产品品质。在使用含铁７０％的精矿，和灰份＜ １０％的煤生产时，产品中酸性脉石含量仍高达４－６％以上。
ห้องสมุดไป่ตู้
三 熔融还原
1 熔融还原简介
定义(瑞典冶金学家:Eketorp):指非高炉炼铁 方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程• 产品: 铁水 副产品：炉渣、煤气 （生铁、炉渣与高炉相同，但煤气的数量 和成分却差别较大） 开发目的:代替焦炭高炉
7 非高炉炼铁法使用的原料及能源
含铁原料 1.1要求较高的含铁品位。 原因:(并非工艺本事),电炉炼钢要求,(电耗增 加,生产率降低及炉衬寿命缩短)。要求铁矿石 脉石含量<3%,最高不超过5% CaO:希望的成分 MgO:有利于提高矿石软化温度,改善还原性,提 高强度 Cu:有害元素,污染电炉钢质量,Cu全部进入进 入海绵铁 Zn:碱金属:对竖炉有害 矿石中水分和烧损:越少越好,耗热
非高炉炼铁能源
能源消耗
还原剂
燃料 （提供热量）
8 非高炉炼铁产品性质及应用
海绵铁（直接还原铁）
DRI, Direct Reduced Iron, Sponge Iron
粒铁
半熔化状态下还原熔炼出的产品
工艺:回转窑或特种电炉 用途:高炉原料 液铁（Smelting Reduction Iron)
还原剂和燃料可分别使用不同燃料 燃料:煤气,燃油,煤炭(烟煤) 还原剂：煤 对还原煤的要求 反应性好,灰熔点高(回转窑>1150℃),灰分 少(<25%),含S少(<0.8%)
4 煤基直接还原法
煤基直接还原法
回转窑法
Fastmet
Hganas
5 直接还原工艺介绍
直接还原总产量60%； 80万吨/年； 原料：氧化球团或天然富矿 要求：粒度6-25毫米 脉石含量<3%; 膨胀率<20%；强度>200Kg/球 一次能源：天然气； 煤气转换： CH4+H2O=CO+3H2； CH4+CO2=2CO+2H2 煤气要求：氧化度<5%;入炉煤气温度750-900℃； 还原带停留时间： 6小时
5 直接还原发展的背景
二十世纪60年代直接还原发展的原因 ① 不用焦炭炼铁。 ② 合格废钢,优质废钢供应不足 ③ 可得到高品位铁精矿 ④ 省去了炼焦设备 ,总的基建费用比高炉炼 铁法低
限制直接还原大量应用的障碍
直接还原能源供应并未完全解决(最成熟的 直接还原法使用天然气作为一次能源,天然 供应有限且价格不低,应用煤炭技术的各种 方法技术仍有待完善) 直接还原电炉流程电耗较高(600~1000度/ 吨)(并不是任何地区都容易提供) 高品位精矿粉难于普遍获得
1.2 物理性质 ①.粒度:粒度大小和均匀性 ②.强度:低温强度高,经受运载装卸时的破 坏力,产生最少粉末 ③.热膨胀性:竖炉对热膨胀十分敏感 膨胀率<20%
1.3冶金性能---还原性,软化温度及热转鼓试 验指数 还原性决定直接还原法的生产率(原料选球 团矿或块矿,烧结矿不行) 软化温度决定:操作温度,操作温度至少低于 软化温度100℃
2 气基直接还原法分类
气基直接还原
移动床 Midrex HYLIII
固定床 HYL法
流化床
目前世界海绵铁产量达2300万吨, 大部分用M氏法(Midrex)生产 主要问题 这种工艺必须用天然煤气制备还 原剂,在天然气缺乏的地方无法 采用;此外此种工艺设备复杂,投 资巨大。
3 煤基直接还原法
第八章 非高炉炼铁
一 非高炉炼铁简介
1 非高炉炼铁概念
非高炉炼铁法 除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法
直接还原定义 Direct Reduction 指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生 产过程 熔融还原 Smelting Reduction 指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过 程
9 钢铁生产工艺新流程及其评价
传统流程 高炉+转炉
新流程
直接还原竖炉+电炉 直接还原回转窑+电炉 熔融还原+转炉
二 直接还原工艺及原理
1 气基直接还原法
煤气同时起两个作用
如何确定煤气量? 对冶金还原煤气要求:氧化度低,CH4,H2S含量少, 适量N2及一定温度 如竖炉:氧化度1~2%,N2:10-40%，CH4:,2%,温 度:900~1100℃ 煤气转化目的:把碳氢化合物转化为H2,CO 燃料:气,液,固 如天然气,液化石油气,重油 煤转化冶金还原煤气:工业未曾实施
开发直接还原技术应考虑因素
资源条件
较丰富的天然气 充足的电能 高品位的铁矿石
海绵铁销路
6 直接还原与熔融还原的比较
直接还原的发展在70年代能源危机后受到 了阻碍,研究和开发不以天然气和石油为能 源的熔融还原成了冶金工作者新的非高炉 炼铁法课题。熔融还原方法是在高于渣铁 熔点下进行的反应,其产品是含碳液态生铁。 熔融还原优点是以煤炭为主要能源,对矿石 品位要求不象直接还原那样严格。熔融还 原主要问题是需要大量氧气或电能,能耗较 高。
2 非高炉炼铁方法分类
非高炉炼铁
直接还原法
熔融还原
气基法
煤基法
一步法
两步法
3 高炉炼铁状况
目前达到十分完善的程度: 如高炉大型化 精料 高风温 高压 富氧喷煤
4 高炉固有缺点
① 煤气炉料逆流运动,要求高质量人造炉料(即烧 结矿或球团矿,炼焦),而含CO%左右的低热值煤气 是由优质焦炭产生。 ② 由于加热空气和除尘,需要建设大量辅助设备。 (因此,由烧结,炼焦,鼓风,高炉等组成的炼铁系统 是一个复杂,庞大的生产系统,需要巨额投资)工艺 流程长,原料,燃料必须经过反复加热,冷却和加工, 能耗和生产成本比较高。 ③ 高炉流程进行经济生产要求规模大,生产的灵 活性较差 。
HYL反应罐法工艺流程
煤基回转窑
球团或富矿5-25毫米 原料：焦粒（煤粒）、块状铁矿、石灰石粒（或白云石）
转底炉法
优点：设备简单，操作容易，反应速度快，生产率高。但是这一方法仍然 需用煤气燃料（煤炭仅用作还原剂）。消耗指标为：铁精矿：1300kg，还 原煤400kg,气体燃料0.65Gcal, 电耗60KWh 。此法最大缺点是还原煤的灰 份保留在产品中，降低了产品品质。在使用含铁７０％的精矿，和灰份＜ １０％的煤生产时，产品中酸性脉石含量仍高达４－６％以上。
ห้องสมุดไป่ตู้
三 熔融还原
1 熔融还原简介
定义(瑞典冶金学家:Eketorp):指非高炉炼铁 方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程• 产品: 铁水 副产品：炉渣、煤气 （生铁、炉渣与高炉相同，但煤气的数量 和成分却差别较大） 开发目的:代替焦炭高炉
7 非高炉炼铁法使用的原料及能源
含铁原料 1.1要求较高的含铁品位。 原因:(并非工艺本事),电炉炼钢要求,(电耗增 加,生产率降低及炉衬寿命缩短)。要求铁矿石 脉石含量<3%,最高不超过5% CaO:希望的成分 MgO:有利于提高矿石软化温度,改善还原性,提 高强度 Cu:有害元素,污染电炉钢质量,Cu全部进入进 入海绵铁 Zn:碱金属:对竖炉有害 矿石中水分和烧损:越少越好,耗热
非高炉炼铁能源
能源消耗
还原剂
燃料 （提供热量）
8 非高炉炼铁产品性质及应用
海绵铁（直接还原铁）
DRI, Direct Reduced Iron, Sponge Iron
粒铁
半熔化状态下还原熔炼出的产品
工艺:回转窑或特种电炉 用途:高炉原料 液铁（Smelting Reduction Iron)
还原剂和燃料可分别使用不同燃料 燃料:煤气,燃油,煤炭(烟煤) 还原剂：煤 对还原煤的要求 反应性好,灰熔点高(回转窑>1150℃),灰分 少(<25%),含S少(<0.8%)
4 煤基直接还原法
煤基直接还原法
回转窑法
Fastmet
Hganas
5 直接还原工艺介绍
直接还原总产量60%； 80万吨/年； 原料：氧化球团或天然富矿 要求：粒度6-25毫米 脉石含量<3%; 膨胀率<20%；强度>200Kg/球 一次能源：天然气； 煤气转换： CH4+H2O=CO+3H2； CH4+CO2=2CO+2H2 煤气要求：氧化度<5%;入炉煤气温度750-900℃； 还原带停留时间： 6小时
5 直接还原发展的背景
二十世纪60年代直接还原发展的原因 ① 不用焦炭炼铁。 ② 合格废钢,优质废钢供应不足 ③ 可得到高品位铁精矿 ④ 省去了炼焦设备 ,总的基建费用比高炉炼 铁法低
限制直接还原大量应用的障碍
直接还原能源供应并未完全解决(最成熟的 直接还原法使用天然气作为一次能源,天然 供应有限且价格不低,应用煤炭技术的各种 方法技术仍有待完善) 直接还原电炉流程电耗较高(600~1000度/ 吨)(并不是任何地区都容易提供) 高品位精矿粉难于普遍获得
1.2 物理性质 ①.粒度:粒度大小和均匀性 ②.强度:低温强度高,经受运载装卸时的破 坏力,产生最少粉末 ③.热膨胀性:竖炉对热膨胀十分敏感 膨胀率<20%
1.3冶金性能---还原性,软化温度及热转鼓试 验指数 还原性决定直接还原法的生产率(原料选球 团矿或块矿,烧结矿不行) 软化温度决定:操作温度,操作温度至少低于 软化温度100℃
2 气基直接还原法分类
气基直接还原
移动床 Midrex HYLIII
固定床 HYL法
流化床
目前世界海绵铁产量达2300万吨, 大部分用M氏法(Midrex)生产 主要问题 这种工艺必须用天然煤气制备还 原剂,在天然气缺乏的地方无法 采用;此外此种工艺设备复杂,投 资巨大。
3 煤基直接还原法
第八章 非高炉炼铁
一 非高炉炼铁简介
1 非高炉炼铁概念
非高炉炼铁法 除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法
直接还原定义 Direct Reduction 指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生 产过程 熔融还原 Smelting Reduction 指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过 程