非高炉炼铁.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,2 非高炉炼铁方法分类,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,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),而低热值煤气是由优质焦炭产生。,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。,高炉流程进行经济生产要求规模大,生产的灵活性较差。,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,不用焦炭炼铁。,合格废钢,优质废钢供应不足,可得到高品位铁精矿,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,(6001000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,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,海绵铁本身确实有很大的市场，但是目前国内的产品普遍存在“成本高，附加值低，产量小”。进入九十年代由于刚刚打开这个市场，大家都纷纷投产。各种技术也是百花齐放，罐式法，一步法，两步法，各种球团法等等。但是随着市场的洗礼，慢慢地淘汰了很多落后的和不成熟的技术，大家也都从开始时候的满清热情慢慢冷静下来。所以大家不要盲目，一定要普及海绵铁的相关知识，找到一个好的切入点，切忌盲目投资；,海绵铁的主要用途是：,1,，要求最高的是冶金粉末；,2,，其次炼钢做稀释剂；,3,，铸造，炼铁；,4,，其余的还有滤料，配重，冷却等用途。一定要结合你自身产品的成本，海绵铁的产量，运输路程的远近，回款的快慢这些慎重确定产品的最终用途,.,如果是,1,，,2,，,4,种海绵铁的用途，那么可以选择目前主流的罐式隧道窑和回转窑。但是目前海绵铁厂大部分都是这种工艺，所以面临的竞争非常大，如果没有相关企业的合同支持，难免陷入两难境地。而且还要面临回款问题，有时一笔不小的负担。,大家都忽略了第三种用途的海绵铁。这个市场是最有前途的，也是最大的。大型电炉不是每个企业都有，但是哪个钢铁企业没有高炉，哪个地方没有大大小小铸造厂。但是面对这个庞大的市场，那些落后的工艺就无法适应。因为你的对手是炼钢生铁和铸铁。你看看哪个长的产品从质量和成本上可以生铁竞争。所以就要创新，改革技术。,中国海绵铁以及铸造生铁来源发展的方向,2005,年国务院第,40,号文件中再钢铁项目中明确鼓励发展的两个项目：一是年,15,万吨以上的；直接还原铁（海绵铁）；二是熔融还原项目（也叫非焦炼铁）。,目前中国生产直接还原铁（海绵铁）的方式主要为煤基隧道窑法，工艺普遍采用传统的粘土耐火罐，耗量很大。产量规模很难提高和扩大。工人劳动强度高、车间粉尘多，环境差。占地面积很大、产量规模小、机械化、自动化程度低。,如今部分企业为了改善以上问题，把粘土罐改用碳化硅大罐，采用了先进的半自动或自动的装罐、卸罐的机械设备，使项目的规模略有扩大；也改善了工人的劳动强度。,但整个项目投资大大加大了。特别是昂贵的碳化硅罐的使用，是一般企业难以接受的。,到,2007,年上半年，中国海绵铁年产,5,万吨的在产项目还是寥寥无几。,加上本行业基本上为私营投资为主，而产品主要销往钢铁企业，未有国家职能部门或行业协会的直接领导和协调，造成很多企业的产品成本高，或者产出的产品质量不稳定，同时也造成销售难、结算难等许多矛盾。,也使我国虽然是产钢第一大国，但海绵铁的产量缺很低，海绵铁供应的缺口却很大。,有资料显示，,2006,年中国海绵铁年产量不到,60,万吨，而印度每月产量就为,130,万吨。中国的海绵铁业的前景到是很乐观。,有业权威内人士呼吁：中国海绵铁业必须寻求在符合中国资源情况下寻找新的快速还原的工艺。以扩大规模；降低成本的新路子。,现在我们针对隧道窑法生产海绵铁的情况，开发出一套快速还原的新工艺,-L-S,海绵铁还原工艺，还原时间由过去的,28-32,小时，缩短到,8-10,小时。提高了产量也降低了能耗。可使同等规模的海绵铁企业提高一倍以上的产量；成本降低,100-200,元,/,吨。,经规模化生产证明：不但缩短还原时间，提高产量，同时还可降低还原剂的质量要求；增加铁粉料层的厚度，减小海绵铁氧化层等问题。,L-S,海绵铁工艺是为在产的隧道窑企业发明的。它基本不改变传统工艺秩序和基本不改动原有的设备前提下进行操作。只改变原料的配方，增加一点催化剂，就可实现快速还原、提高产量和降低成本等诸多好处。,对于计划新上海绵铁项目的业主，而且规模较大的项目。我们开发出更新的海绵铁还原（熔融）工艺：,对于高品位原料或低品位的原料（赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、除尘灰、硅酸铁、硫酸烧渣等各种含铁化工尾渣）可采用渣铁海绵铁还原工艺。,对于高品位原料可采用,L-S,快速海绵铁熔融工艺。,目前，国家发改委及环保总局已计划在本年末砍掉,200m3,以下的炼铁高炉，这必将造成炼钢企业铁水资源紧张，同时对更增加海绵铁的需求量。同时在机械行业密集地区，随着机械毛坯的需求量的不断增加而本地区的铸造企业的原料铁又必然紧张。这就为海绵铁熔融发展加深了产业链。,为了节省原料铁的应用。我们又开发出用于铁削化铁铸造的专用铁削化铁炉（铁削不压块，直接入炉）。铁水受得率达,91%,，铁水温度在,1450-1520,。,目前中国海绵铁规模本来就小，产量有限，需求量又有很大的缺口。加之海绵铁熔融技术的日益成熟和发展，必将为我国海绵铁行业的发展提供更大的空间。,熔融还原铁技术的开发是完全符合国家产业政策的，而且属国家鼓励行业的。它的应用必将为我国海绵铁事业的发展起到里程碑式的作用。必将推动中国海绵铁事业更上一层楼。,海绵铁快速还原技术和渣铁分离还原技术以及熔融还原铁技术就是中国本阶段海绵铁行业甚至铸造原料的发展主要方向。,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,。,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,1.2 物理性质,粒度:粒度大小和均匀性,强度:低温强度高,经受运载装卸时的破坏力,产生最少粉末,热膨胀性:竖炉对热膨胀十分敏感,膨胀率1150),灰分少(25%),含,S,少(0.8%),4,煤基直接还原法,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200,Kg/,球,一次能源：,天然气；,煤气转换：,CH,4,+H,2O=CO+3H,2；,CH,4,+CO,2,=2CO+2H,2,煤气要求,：氧化度750/8595%金属）,循环流化床,（800/800/30%,PRD),熔融还原炉,二次燃烧,铁浴炉（4060%）,焦炭固定床或流动床,铁浴炉（40%),铁矿,（煤）,细粒及颗粒,非焦煤,块/细煤,块矿、烧结矿、球团矿,非焦煤,块/非细粒煤,矿粉,非焦煤,细粒煤,球团矿,非焦煤,5 熔融还原工艺简介,5.1 回转窑法（一步法熔融还原）,回转窑的出口温度提高到1250以上，可将还原的海绵铁渗碳、熔化、冶炼出液态生铁。,优点：,铁矿石的还原反应以及,CO,的燃烧反应在一个反应器内进行。,缺点：,炉衬损坏严重；煤气热利用差,还原气氛不足,5.2,COREX,工艺,Corex,法是二步法工艺，预还原采用竖炉，终还原为类似于高炉下部的熔融气化炉，,含铁原料从顶部装入竖炉，用熔融气化炉排出、经除尘、温度控制为850900的还原煤气进行预还原，生成金属化率在 90%以上的海绵铁，由螺旋送料机送入终还原炉，另加煤块，喷入氧气。炉料在半焦流化床和固定床中还原与熔化，在炉子下部分离渣铁，出铁方法与高炉相似。气化炉排出煤气温度约1050，掺入经冷却加压的60低温煤气后，送热旋风分离器除尘，除尘后的煤气用于预还原，竖炉排出煤气约250，经冷却、除尘后送往用户。,COREX,是目前唯一已投入实际应用的高炉以外的炼铁技术,(南非伊斯科钢铁公司：日产,1000t,；韩国浦项钢铁公司和印度京德勒钢铁公司等，日产,2000t),，它使用的是普通煤。,Corex,主要生产技术指标,单位 指标,生产能力,t/h 4.5,熔炼系数,t/m3d 3.0,作业率 92%,煤耗量,kg/t 1020,输出煤气,Nm3/t 1650,煤气热值,kJ/Nm3 7000,球团矿,t/t 1.5,熔剂,t/t 0.2,氧,Nm3/t 500550,球团矿,氮气,Nm3/t 70100,工业用水,t/t 1.52.0,电,kwh/t,60,5.3,HIsmelt,流程,HIsmelt,熔融还原法是现澳大利亚,CRA,公司和美国,Midrex,公司共同组建的,HIsmelt,公司继续研究开发的一种熔融还原工艺，这种熔融还原方法起源于德国,Klockner,公司和澳大利亚,CRA,公司合作开发的严重熔融还原方法。,HIsmelt,熔融还原工艺流程,HIsmelt,工艺以,OBM,转炉工艺为基础,。,改进了炉体设计和喷吹技术，达到较高的二次燃烧率和二次燃烧传热效率。其熔池部分像底吹转炉，以氮气和天然气为载体，通过底部喷嘴向熔池喷煤，煤中的碳很快被溶解进入铁水并还原熔渣中的铁氧化物，产生的一氧化碳和顶吹进入熔融还原炉的热风中的氧进行二次燃烧，底部喷入的煤可最大限度地还原并搅拌熔池，一氧化碳和氧在熔池上部燃烧产生大量热量以熔化从熔融还原炉顶邱进入的预还原后的矿粉。,HIsmelt,法以铁精矿粉为原料，流程中的预还原炉采用是循环流化床，在流化床中用来自终还原炉的煤气以为介质的冷却器冷却后对矿粉进行加热还原，然后喷入卧式终还原炉，同时冷却煤气的热量以高压蒸汽形式回收。,HIsmelt,工艺流程图,HIsmelt,终还原炉示意图,HIsmelt,最大特点,一是使用高温空气，而不使用纯氧,二是燃料从熔池底部直接喷入熔池。,HIsmelt,主要设备,原料研磨设备,循环流化床,球式热风护,底喷煤的卧式终还原炉。,Hismelt,原料、设备和主要技术指标,含铁原料：粉矿,燃料及还原剂：非焦煤,预还原设备：流化床,熔融气化炉：,SSPP,炉矿石预还原度:22%,二次燃烧率：55%,传热效率：85%,氮气消耗：,m,3,/,tHM,热风（1200,）,m,3,/,tHM,：2420,煤耗,kg/,tHM,:630,天然气,m,3,/,tHM,：22,煤气发热值10,6,J/m,3,:1.44,HIsmelt,流程优点,单体生产效率高,铁浴中碳回收率高,二次燃烧率高,熔池上部反应激烈，二次燃烧传热速度快,渣中氧化铁含量低，渣层薄，炉衬侵蚀量小,设备投资低，电力消耗低，适应电力不足地区,吨铁煤耗低,对环境污染小,HIsmelt,流程不足,吨铁煤气量大，导致煤气物理热损失量增加,煤气进入预还原流化床之前必须降温,采用底喷煤粉技术，必须用天然气冷却其喷嘴,采用底喷煤粉技术对操作技术要求高,要求使用含硫量低的煤种,HIsmelt,最新消息,Nucor/Rio,Tinto,/,三菱,-2,将在澳大利亚建立工厂,2002/4/27,北卡罗来纳州夏洛特（道琼斯）,-,Nucor Corp.(NUE),与,Rio,Tinto,Group,三菱公司,(,Mitsubishi Corp.),及首钢公司,(,Shougang,Corp.),建立了一家合资公司在澳大利亚奎纳纳建设一家商业规模的,HI,smelt,熔炼厂。,Nucor,在一份新闻稿中称,HI,smelt,流程通过把非焦煤注入熔铁炉从而将铁矿熔炼为铁水。因为该流程无需熔渣,/,球团车间及炼焦炉它的环境影响更优于传统的造铁技术。此外该技术还能够处理目前的钢铁技术所不能处理的铁矿。,Nucor,将有权在任何,Nucor,工厂使用该技术。,5.4,DIOS,工艺流程图,DIOS,原料、设备和主要技术指标,含铁原料：粉矿,燃料及还原剂：非焦煤,预还原设备：煤气重整+流化床,熔融气化炉：转炉型铁浴,矿石预还原度:20-30%,二次燃烧率：4055%,传热效率：8095%,氧气消耗：,m,3,/,tHM,600,煤耗,kg/,tHM,:,煤气发热值10,6,J/m,3,:4.188.36,5.5,AISI,流程图,AISI,原料、设备和主要技术指标,含铁原料：球团,燃料及还原剂：非焦煤,预还原设备：,HYL,竖炉,熔融气化炉：,KORM,炉,矿石预还原度:30%,二次燃烧率：40%,传热效率：80%,氧气消耗：,m,3,/,tHM,477,煤耗,kg/,tHM,:766,煤气发热值10,6,J/m,3,:5.77,5.6 中国熔融还原流程,国内熔融还原技术开发工作始于60年代，积累了一定的经验。1994年，科技部把“熔融还原技术基础研究”列为国家“攀登计划”项目。,两步法流程：,含碳球团竖炉预还原+铁浴终还原,(控制预还原炉与终还原炉的还原比例为7：3),国内流程半工业实验情况,在完成“攀登计划”规定的基础研究内容后，在承钢中试厂建成了产铁能力为24,t/h,的半工业试验装置，经过两次半工业热态试验，取得比较好的试验结果。,(1)设备连续热运行10,d，,其中无故障运行时间82,h；,(2),累计产铁量120,t，,平均产铁率1.5,t/h，,炉子利用系数5.22,t/m,3,d；,(3),氧气消耗525,m,3,/t；,(4),综合煤耗1271,kg/t；,(5),炉衬侵蚀速度低于0.1,mm/h(,国外同类型装置的侵蚀速度为35,mm/h)；,(6),铁水质量满足炼钢要求。,非高炉炼铁技术经济指标,1.,单位容积利用系数：,每立方米反应器有效容积每天的产品量，即,=Q/V,u,，,t/,（,m,3,.d,）,2.,单位容积出铁率：,每立方米反应器每天生产产品中金属铁量,，即,Fe,=,.,m,，,t,Fe,/,（,m,3,.d,）,m,-,金属化率，,%,3.,煤气利用率：,参与还原反应的气体与还原反应生成气体之比，即,g,=,（,CO,2,+H,2,O,）,/,（,CO+H,2,+CO,2,+H,2,O,），,%,4.,产品金属化率：,所得产品中金属铁量与含全铁量之比，表示产品被还原到金属铁的程度，即,M,=Fe,0,/TFe,，,%,5.,产品还原度：,表示在还原过程中总失氧率，即,R=,（失去氧量）,/,（矿石中铁氧化物总氧量）,