转底炉直接还原铁的工艺分析.pdf

第 3 4卷第 4期 2 0 1 2年 7月 工 业炉 I nd us t r i a l Fu r na c e Vo 1 3 4 No 4 J u 1 2 0 1 2 转底炉直接还原铁的工艺分析 翁庆 强 郑建华(1 四川省川威钒钛冶金科技 开发有限公司，四川 成都 6 1 0 1 0 0；2 四川省冶金情报标准研 究所，四川 成都 6 1 0 1 0 0)摘要：介绍了转底炉直接还原 铁的演变，分析 了此种方法的工艺、结构、优 点及 国内外的现状 提出了转底炉直接 还原具有强大 的市场前景。关键 词：转 底 炉；直接 还 原铁；工 艺；结 构；优 点；市 场前 景 中图分类号：T F 5 5 9 文献标识码：A 文章编 号：1 0 0 1 6 9 8 8(2 0 1 2)0 4 0 0 1 2 0 4 Cr a f t An a l y s i s o f Ro t a r y He a r t h Fu r n a c e Di r e c t Re t u r n t o I r o n WE N G Q i n g q i a n g Z H E N G J i a n h u a (1 S i c h u a n T F a n v i c P r e s t i g e V a n a d i u m T i t a n i u m Me t a l l u r g y S c i e n c e an d Te c h n o l o g y De v e l o pmen tC o ，L t d,C h e n g d u 6 1 01 0 0，C h i n a；2 S i c h u a n Me t al l u r g y I n f o r ma t i o n S t and a r d R e s e ar c h I n s t i t u t e，C h e n g d u 6 1 0 1 0 0,C h i n a)Ab s t r a c t：T h e e v o l u t i o n o f t h e r o t a r y h e a r t h f u r n a c e d i r e c t r e d u c e d i r o n wa s i n t r o d u c e d T h e c r a ft，t h e s t r u c t u r e，t h e me ri t s a n d t h e p r e s e n t s i t u a t i o n s o f t h i s me t h o d a t h o me a n d a b r o u d we r e a n a l y z e d I t wa s p o i n t e d o u t t h a t t h e r o t a ry h e a r t h f u r n a c e d i r e c t r e t u r n t o o ri g i n a l s t a t e h a s f o r mi d a b l e ma r k e t p r o s p e c t Ke y wo r d s：r o t a r y h e a r t h f u r n a c e；d i r e c t r e d u c e d i r o n(D R I)；c r a f t；s t ruc t u r e；me ri t s；ma r k e t p r o s p e c t 直接还原铁和熔融还原铁的冶炼统称为非高炉 法炼铁 其中的直接还原法是指在低于熔化温度之 下将铁矿石还原成海绵铁 的炼铁生产过程 其产品 为直接还原铁(即 D R I，d i r e c t r e d u c e d i r o n)，也称海 绵铁。该产品未经熔化 仍保持矿石外形 由于还原 失氧形成大量气孔 在显微镜下观察团形似海绵而 得 名 直 接还 原 铁不 仅 是废 钢 的代 用 品 更 是 生产 优质钢、纯净钢不可缺少 的原料，炼钢 配加 D R I 是 控制、稀释钢中有害元素的主要手段。D R I 是改善钢 材质量、增加钢材品种、发展钢铁冶金紧凑流程不可 缺 少 的原料 直接还原炼铁工艺有气基法和煤基法两种 按 主体设备可分为竖炉法、回转窑法、转底炉法、反应 罐法、罐式炉法和流化床法等。目前，环形转底炉直 接还原是最新且应用较为广泛的煤基法之一 与其 它工艺相 比较，转底炉优点在于对原料、燃料和还原 收稿 日期：2 0 1 2 0 5 0 3 作者简介：翁庆强(1 9 7 6 一)，男，工程师，主要从事钒钛磁铁矿综 合利用研究工作 1 2 剂的要求 比较灵活，工艺简单，设备易于制造，因而 投资少，成本低。本文仅就转底炉直接还原作一分 析，供 同行们讨论。1 转底炉直接还原演变 转底炉由轧钢用的环形加热炉演变为直接还原 铁 工艺 最早 是用来 处理 钢铁工 业 的粉尘 及废弃 物 随着资源的再利用 环保问题和市场的需要 转底炉 直接还原铁逐步受到国际钢铁界的关注 并向钢铁 生产主流程迈进 转底炉法 由于对原燃料和还原剂 的要求 比较灵活 同时其处理冶金废弃物及环保等 方 面显示 出 了无 比 良好 的优 越性 和潜力 现 在正 被 越来越多的钢铁企业所认可并运用 转底炉直接还原的发展到 目前 已经有 3 0多年 的历史了 主要经历了以下三个阶段 1 1 METCo 和 Fa s t me t 工 艺 I N ME T C O工艺是 1 9 7 8年加拿大国际镍集团为 了处理冶金废弃物 在美 国滨州 E l l w o o d城的国际 金属回收公司研发建成的世界上第一座具有生产规 综述：转底炉直接还原铁的工艺分析 和采用连铸薄带、熔融还原等钢铁生产流程前沿技 术，所 以转底炉直接还原铁是符合国家产业政策的 3 2 生产 率 高 采用 隧道 窑等直接还原工艺 物料在窑 内的 停留时间达十几小时 回转窑为数小时 而环形转 底 炉物 料 在 炉 内 的停 留时 间 只有 1 0 5 0 m i n之 内，其还原温度 比现有其它直接还原方法高 一般 在1 3 5 0或更高，因而还原生成的金属铁能形成 颗粒较粗大的铁珠 易于分离出来 而且还原速度 快，因此采用转底炉生产率高 3 3 资源 的重新 利 用 转底炉熔融还原炼铁工艺 是处理各大钢铁厂 含铁废料最好的手段。图 5是 日本新 日铁利用转底 炉处理钢铁主线各种尘泥的示意图，该工艺的使用 使 资源得到更好的回收利用 经济效益显著。其中 有很多方式是值得学习和借鉴 的 图 5 新 日铁使用转底炉处理各种尘泥示意图 3 4 原料与还原剂适应性强 转底炉直接还原铁以煤、焦炭或木炭为还原剂。以天然气、煤气、丙烷、燃油和煤粉等作供热燃料，可 以更好地利用世界各地的便利能源。不受天然气供 应的限制 应用地域广泛。由于转底炉工艺最早是 用于处理含有铅、锌粉尘的含铁废料，使之原料的适 用范围扩大 可用一般 品位的铁矿粉、甚至是钛铁 矿、含锰铬金属的特种原料，经还原和机械分离后供 电炉或转炉使用，必要时可以回收其它有价金属；转 底炉煤基热风熔融炼铁和 I t mk 3工艺的研究开发使 得原料的选择范围更为广泛 3 5 良好 的环境 保护 转底炉是一个密闭性 比较好的高温设备 还原 性气体大部分在炉内燃烧 剩余部分可在烟气管道 内吹风燃烧并回收热量 保证了 C O气体在炉 内自 1 4 行消除而不逸散。同时，由于物料在转底炉内停 留的 时间短，当生产失常时可快速调整工艺参数 内部粉 尘能够并人原料系统，从而减少了有害废料的扩散 造成环境污染的可能性较小 转底炉生产过程无工 艺污水排放。全部用水均循环使用 3 6余 热利用 熔融造气炉与转底炉匹配使熔融造气炉获得 金属化原料 从而大大提高生产效率 熔融造气炉又 为转底炉提供煤气作为燃料。同时充分利用转底炉 烟气余热，本系统的热效率高，每吨生铁的热消耗低 于传统炼铁工艺 3 7 设 备和基 建投 资相对 较低 与其它煤基工艺相 比(如 回转窑)，在保持高度 机械化和 自动化操作的同时，该工艺的原料、产品处 理系统 以及转底炉本身的构造都 比较简单 投资费 用大约低 2 5 3 0。本工艺系统与传统的高炉工艺(含烧结、焦化)相 比，投资省、成本低、环保好，具有 良好的经济效益和社会效益 4 国外转底炉直接还原发展现 状 转底炉直接还原铁是最新的煤基直接还原和熔 融还原新工艺之一 国外现有达到商业生产规模的 转底炉大约不足 1 0座 基本大同小异 其 中最大的 是 美 国动 力 铁公 司 的 I D I 历史 最 久 的是 美 国 I N M E T C O 并 以处理 冶金 粉 尘和 废弃 物 而著 称 国 外 转底 炉直 接还 原发展 现状 见表 1 5国 内转底炉发展现状 近年来 我国钢铁工业处于高速增长阶段 全 国 钢产 量 年均 增 长均 在 2 5 以上 冶 金生 产 中 的总 能 耗 量 占全 国 能源 消耗 总 量 的 比列。也 由 2 0 0 0年 的 1 0 升 到 2 0 0 5年 的 l 5 1 8 左右 而 且 中 国钢 铁工 业单位能耗与发达国家相 比仍然高出 1 2 1 5。今 后 1 0 1 5年 采用科技进步。努力解决能源、环境等“瓶颈”同时“高炉一 转炉”传统钢铁生产工艺不 可 能在短期内用新流程代替 据相关专家预测今后将 会有 1 4铁矿石 由熔融还原等流程得到液态生铁。可见 短流程高环保的转底炉技术将掀起新一轮的 冶炼浪潮 我国资源条件决定了我国 D R I 生产在相当长 的时间内将 以煤基直接还原为主 当前煤基直接还 原法 中 回转窑法是已工业化的成熟工艺 但 因其单 工 业炉 第3 4 卷 第4 期 2 0 1 2 年7 月 机生产 能力 小(1 5万 t 年 台)，单位投资高，对原 料要求苛刻等问题 实践证明 回转窑法并非是理想 的直 接 还原 工 艺 正被 越 来 越成 熟 的转 底 炉直 接还 原所 代替 转底炉配加 以煤和氧为热源的铁浴熔融炉或半 充填床竖炉可能成为我国高炉之外 向电炉提供铁水 的新工艺，因为该工艺可 以完全不用冶金焦 有利于 减少对环境 的污染，生产规模可伸缩性大 易于调节 等优点倍受人们青睐 加速这些工艺的开发研究是 我国直接还原发展的方向之一 北京科技大学 自主开发了转底炉预还原+热装终 还原 熔分炉 的工 艺 很好 的解决 了矿石 中的脉 石和煤 中的灰分与铁的有效分离 其工艺流程详见图 6 钢槽 图 6 转底炉预还原+热装终还原熔分炉的工艺示意图 转底炉和熔分炉相匹配 使熔分炉得到金属化原 料，从而大大提高生产效率 缓解 了直接还原受原料 的制约，同时熔分炉又为转底炉提供煤气作为燃料 6 结语 转底炉由于流程短、投资少、能耗低、运行可靠、操作灵活、环保好等优点正越来越被各个钢厂所青 睐和运用 有着势不可当的良好发展势头 具有强大 的市场前景。转底炉直接还原的关键技术是高温、快 速、采用 含碳 球 团 目前 转底 炉 的主要 问题 就是料 层 薄，约 l 2层 球 团(1 5 4 0 m l i 1)大 大 的 制 约 了转 底 炉的生产能力。如何实现转底炉的厚料层 将是 目前 急需 研讨 的问题 这将 对转 底炉 技术 的推 广和应 用 起 到质 的飞跃 参 考 文 献：1 翁 庆强，黄斌，钒钛磁 铁矿转底 炉直接还 原投资探 析l J 1 四川冶 金，2 0 1 1(4)：1 1-1 4 2】秦延许 转底炉直接还原一 电炉炼铁流程与高炉炼铁流程的对 比 叨 江苏冶金，2 0 0 4(4)：9-1 1 【3 徐萌，任铁军，张建 良，等 以转 底炉技术利用钛资源的基础研究【J 1 有色冶金：冶炼部分，2 0 0 5(3)：2 4 2 7 】刘 育光 直接还 原法生 产海绵钛 的应用设想 f J 包 钢冶 金，2 0 0 6 (1)：8-1 0 5】陈永 国，郭森魁，何祥 义 铁直接还原技术 的现状及 发展 上海 冶 金，1 9 9 9，1(4)：4 O 一 4 2 6 1 张汉泉，朱德庆 直接 还原的现状与发展 J 钢铁研究，2 0 0 2(2)：51-5 4 7 1 黄洁 谈转底炉 的发展 J】中国冶金，2 0 0 7(4)：2 3 2 5 8 赵红全 转底炉 生产金属 化球 团工业 性试验 J 昆钢科技，2 0 0 8 (2)：1 4 1 6 9 朱德庆，徐小锋，潘建，等。磁铁矿球团煤基直接还原工艺 中润磨 的强化 J 中南大学学报，2 0 0 7(5)：8 4 3 8 4 9 1 0 洪流，丁跃华，谢洪恩 钒钛磁铁矿转底炉直接还原综合利用前 景I J J 金属矿山，2 0 0 8(5)：1 O 一 1 3 1 1 1 王雪松 钒钛磁铁矿直接还原技术探讨 J 攀枝花科技与信息，2 0 0 5(1)：3-8 【1 2 王 尚槐，冯俊 小，姚夏漪，等 环形转底炉海 绵钛生产方法叨 冶 金能源，1 9 9 6(6)：7-9 1 3】织 田博史(日)新 日铁 的转底 炉法粉尘 回收系统 J】鞍钢技术，2 0 0 7(4)：5 6-6 0