我国煤基隧道窑直接还原铁生产现状及发展.doc

我国煤基隧道窑直接还原铁生产现状及发展梁文阁Present Status and Development of Coal Based Tunnel Kiln Direct Reduced Iron Production in ChinaLiang Wenge(Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081)1997年世界直接还原铁产量达到3 620万t；预计2 000年达5 000万t，2010年可达7 000万t。世界上直接还原法按使用还原剂种类可分为气基直接还原法(生产能力占92%)和煤基直接还原法(生产能力占8%)。煤基直接还原法按还原装置类型分为回转窑、固定床(隧道窑)、旋转床、竖炉。国外隧道窑生产直接还原铁情况见表1。表1国外隧道窑直接还原铁的生产Table 1Production of overseas tunnel kiln direct reduced iron国别和地名建立年代隧道窑规模和生产能力直接还原铁用途米尔顿(加拿大)19501座隧道窑年产9 000 t粉末冶金及代替废钢蒙德雷(墨西哥)19521座隧道窑年产1万t冶炼普通沸腾钢卡姆配斯脱拉(巴西)19522座隧道窑年总产5万t生产特殊钢俄亥俄州(美国)19541座隧道窑年产8 000 t粉末冶金川崎钢公司(日本)19662座隧道窑年总产2万t粉末冶金同和铁粉公司(日本)19652座隧道窑年总产2万t粉末冶金日本铁粉公司(日本)19651座隧道窑年产1万t粉末冶金苏林粉末冶金厂(原苏联)19651座隧道窑年产1万t粉末冶金 我国在50年代末和60年代初粉末冶金工业普遍采用倒焰窑和反射炉等小批量地生产直接还原铁，用于生产还原铁粉。1965年上海粉末冶金厂建立我国第1座38.5 m隧道窑开始成批量地生产直接还原铁。70年代最长的隧道窑为68 m。80年代武钢粉末冶金公司建成1座105 m隧道窑，90年代武钢粉末冶金公司又建成1座154 m隧道窑。1997年马钢铁合金厂建成1座166 m隧道窑，到目前为止国内建有约40座小型隧道窑。1994年全国生产直接还原铁约5万t用于生产还原铁粉。我国煤基回转窑直接还原法于1989年在福州特钢厂40 m回转窑工业试验成功后，先后在辽宁喀左、天津钢管公司、山东鲁中矿公司、吉林桦甸、北京密云铁矿建设6座回转窑，总生产能力为46.2万t。回转窑法工艺成熟、机械化自动化水平高，产品质量好，能耗低，但是由于投资大，在经济不发达地区其发展受到一定限制。由于国内市场对钢铁产品的品种和质量要求不断提高，导致电炉炼钢对业已紧俏的优质废钢的迫切需要。直接还原铁是优质废钢的理想代用品，为此促进了煤基回转窑的建设，同时也带动了隧道窑的发展。1993年山东莱芜粉末冶金厂首先在2座54 m隧道窑试生产炼钢用直接还原铁供莱钢特钢电炉炼钢用，该厂于1995年又建1座66 m隧道窑用于生产炼钢用直接还原铁。1我国隧道窑法直接还原铁生产现状1.1我国隧道窑建设概况和特点我国隧道窑法直接还原铁厂从1993年至1997年全国建成12家(厂或公司)，共建有隧道窑17座，设计年生产能力为17.4万t。其中有8家共10座隧道窑进行正常生产，有2家2座隧道窑经试生产后因销路等问题已停产，尚有5座隧道窑建成后未投产(见表2)。表2我国隧道窑直接还原铁厂Table 2Manufacturers of tunnel kiln direct reduced iron in China序号厂名实际生产能 力/万t.a-1隧道窑设计工艺参数建窑座数生 产(试生产)座 数投产日期备注长度/m宽度/m高度/m1山东莱芜粉末冶金厂0.30.654661.61.61.21.2212119931995.42湖北罗田海绵铁厂0.5551.651.506111993已停3抚顺钢厂建安公司海绵铁厂1.0751.651.5061119954安徽霍邱海绵铁厂1.0801.651.506111995.10已停5新牟钢铁公司临城海绵铁厂1.299.982.0881.30211995.116邢台益新海绵铁制造公司1.299.982.0881.30211995.127邯郸马头海绵铁厂1.21042.0881.612211996.128哈市东方海绵铁有限公司2.5404.00111997.19阜新海绵铁厂1.0101.22.001.31111997.210沙河市巨火企业集团1.01002.001.3111199711通化还原铁厂1.01002.001.31112河南桐柏还原铁有限公司1.0751.651.5061 在表2中，除哈尔滨东方海绵铁有限公司40 m隧道窑(斜坡炉)用粉煤喷嘴加热外其他隧道窑均用烟煤块加热。1.2高品位铁精粉的来源及选矿方法目前国内尚未有专门供生产直接还原铁用的高品位铁精粉生产厂家。为解决生产高品位铁精粉各厂家采用以下办法。1.2.1直接还原铁厂自设选矿系统安徽霍邱、湖北罗田、河南桐柏还原铁厂均使用大别山铁砂(TFe61%62%)经湿式(一段)再磨再选生产高品位铁精粉。1.2.2直接还原铁厂自设干式磁选机邢台益新、邯郸马头厂均使用邯郸地区小型磁选厂铁精粉(TFe64%65%)经自设干式磁选机选出高品位铁精粉。1.2.3直接还原铁厂自设干式磁选再磨系统莱芜粉末冶金厂由莱钢供应铁鳞，阜新海绵铁厂外购铁鳞，经水洗、干燥、磁选，除去铁鳞夹带的杂质后再球磨，将粒度3 mm料磨至20100目之间以满足生产需要。1.2.4直接还原铁厂直接外购高品位铁精粉新牟临城、抚钢建安、东方、通化因厂内未设选矿系统只能外购高品位铁精粉(TFe67%68%)，各厂高品位铁精粉化学成分见表3。表3各厂高品位铁精粉化学成分/%Table 3Chemical compositions of high quality iron powder at various plants/%厂名原矿来源选矿工艺TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOSP安徽霍邱海绵铁厂大别山 铁砂湿式再磨(一段)磁选68.841.390.540.190.110.0020.02湖北罗田海绵铁厂大别山铁砂湿式再磨(一段)磁选70邢台益新海绵铁制造公司邯郸铁精粉干式磁选机68邯郸马头海绵铁厂邯郸铁精粉干式磁选机68山东莱芜粉末冶金厂莱钢铁鳞干式磁选再磨72280.0050.05阜新海绵铁厂铁鳞干式磁选再磨720.050.05新牟钢铁公司临城海绵铁厂邯郸铁精粉69.3329.252.080.100.670.69抚钢建安公司海绵铁厂本溪铁精粉67682.520.0060.027哈市东方海绵铁有限公司辽宁铁精粉6768通化海绵铁厂二户来铁精粉67.7228.325.870.150.080.130.0060.015 1.3还原剂的种类及质量大多数厂使用本地无烟煤做还原剂，少数厂使用本地钢铁厂焦粉做还原剂，仅有东方海绵铁有限公司使用褐煤做还原剂。各种还原剂工业分析见表4。表4各厂还原剂工业分析Table 4Commercial analysis of reducing agent at various plants厂名还原剂种类工业分析/%发热值/kJ.kg-1固定碳挥发份灰 分硫山东莱芜粉末冶金厂焦 粉783181.025 936阜新海绵铁厂焦 粉通化海绵铁厂焦 粉76.600.9822.420.5124 468抚钢建安公司海绵铁厂无烟煤61.0025.6011.510.2029 917邯郸马头海绵铁厂无烟煤74.424.6220.660.3625 376新牟钢铁公司临城海绵铁厂无烟煤67.00哈市东方海绵铁有限公司褐 煤51.2242.905.880.2521 520由表可知，虽然还原剂工业分析基本上可达到要求，但比国外使用的还原剂(焦粉)质量上有差距，一般固定碳含量低，灰分含量高。1.4隧道窑加热燃料种类及发热值除哈市东方海绵铁有限公司使用粉煤喷嘴加热隧道窑外，其他厂均使用燃烧室烧烟煤(块)加热隧道窑。燃烧煤工业分析见表5。由表可知，多数厂使用本地小煤窑较低发热值烟煤。表5各厂燃烧煤工业分析Table 5Commercial analysis of coal for burning at various plants厂名燃烧煤种类工业分析/%发热值/kJ.kg-1固定碳挥发份灰 分硫山东莱芜粉末冶金厂烟煤45302523 000邯郸马头海绵铁厂烟煤27 182新牟钢铁公司临城海绵铁厂烟煤51.1731.4717.360.3123 000邢台益新海绵铁制造公司烟煤20 910 安徽霍邱海绵铁厂烟煤59.4027.0013.0029 273哈市东方海绵铁有限公司褐煤51.2242.905.880.2521 520根据阜新海绵铁厂经验：使用发热值不高的烟煤，采用二次鼓风技术的效果也不是很好的。1.5各厂隧道窑生产直接还原铁的质量各厂生产直接还原铁的质量见表6。表6各厂直接还原铁化学成分/%Table 6Chemical compositions of direct reduced iron produced at various plants/%厂名TFeMFeFeOSiO2Al2O3SP产品形状山东莱芜粉末 冶金厂979597.903.00.050.05环状阜新海绵铁厂979597.900.050.05环状邢台益新海绵铁制造公司8992900.0040.0 022环状新牟钢铁公司临城海绵铁厂91.0883.0091.113.990.0340.025环状、棒状邯郸马头海绵铁厂8892808590.9092350.0100.030.0150.03环状、棒状、球团哈市东方海绵铁有限公司909184879395.604.600.890.020.02球团抚钢建安公司海绵铁厂89.4292.688.0991.390.5098.64.965.640.00450.0050.0140.02环 状 一般均可生产出合格产品，但是，大多数厂因隧道窑断面上下部温差大(约100 )，造成同一台车上下部产品质量不一致，成分不均匀。1.6隧道窑主要经济技术指标由于多数厂尚未发表有关数据，故无法全面统计比较。现仅将莱芜、阜新、邯郸马头、哈市东方4厂隧道窑主要经济技术指标列于表712。表7国内外隧道窑直接还原工艺主要经济技术指标比较Table 7Comparison of main economic and technic index of tunnel kiln direct reduced iron at home and abroad厂名含铁原料还原剂燃料种类能 耗生产能力/万t.a-1备注种类TFe /%种类固定碳/%GJ/t标煤/kg.t-1设计能力实际能力瑞典赫格纳斯公司高纯铁精粉71.50焦粉重油16.74571.203.503.50日本川崎制铁公司铁鳞74.14焦粉81.00重油25.03854.001.101.10武钢粉末冶金公司铁鳞7475焦粉7578混合煤气33.511 143.301.001.00105m、154m 2座1993年4月能耗平均值山东莱芜粉末冶金厂铁鳞72焦粉78烟(块)煤34.831 188.001.201.2054 m2、66 m 3座能耗平均值，能力为3窑总和阜新海绵铁厂铁鳞72焦粉烟(块)煤27.61922.001.000.790邯郸马头海绵铁厂高品位铁精粉68无烟煤74.42烟(块)煤26.31890.001.201.20哈市东方海绵铁有限公司高品位铁精粉6768褐煤51.22褐(粉)煤30.161029.202.502.00 由表可知，莱芜采用在含铁料中加入3%添加剂，使直接还原铁的产量达到设计生产能力。阜新海绵铁厂采用二次鼓风及预热段设气幕风机提高了预热效率，使窑断面上下部温差由100 降至40 ，使能耗处于国内较先进水平。邯郸马头海绵铁厂采用高品位铁精粉造球，鼓二次预热风用新型反应罐代替粘土反应罐技术，从而提高了产量，降低了能耗。哈市东方海绵铁有限公司采用烧粉煤、鼓二次预热风、高品位铁精粉加粘结剂造球等技术降低能耗提高产量。2国内外隧道窑直接还原工艺技术水平差距(1) 国外烧油或气加热隧道窑直接还原的生产规模比较大，窑长从165275 m分别为11 000 t和60 000 t。而国内烧块煤加热隧道窑直接还原生产规模较小，窑长从54104 m，分别为3 000 t和12 000 t，迄今只有武钢粉末冶金公司拥有154 m和马钢铁合金厂拥有166 m喷混合煤气加热隧道窑各1座，产量均为5 000 t。由于我国烧块煤加热隧道窑生产规模小，故能耗比瑞典赫格纳斯公司高，有的高出2倍以上。(2) 国外隧道窑装备机械化程度高，采用装料机、卸锭机、内芯还原剂吸出机、外还原剂吸出机和设有气幕风机、排烟风机、余热锅炉等。而国内烧块煤隧道窑装备比较简陋，武钢和马钢烧混合煤气隧道窑装备机械化程度也不高，余热回收设施不完善。(3) 国外隧道窑自动化程度高，设有温度自动调节系统；炉顶温度多点记录；炉两侧温度切换指示；炉膛压力指示等可以控制反应罐内上下部温差50 。而国内武钢和马钢烧混合煤气隧道窑也缺乏自动化控制。烧块煤隧道窑仍为手工操作，控制手段少，致使窑断面上下部温差在100 左右，导致产品质量不稳定、成分不均匀，每批产品质量不一致。(4) 国外采用导热性好的SiC反应罐，可持续使用100次以上，而国内武钢所用SiC反应罐质量差、寿命低仅用40多次，大多数隧道窑仍使用导热性差、寿命仅为34次的粘土反应罐。(5) 国外隧道窑劳动生产率高至220300 t/人.年，国内隧道窑劳动生产率仅达710 t/人.年3。(6) 国外隧道窑环保设施完善劳动条件好，而国内隧道窑环保设施差，尤其是卸罐时，劳动条件更差。3技术方针及措施3.1技术指导方针对烧块煤加热隧道窑的窑体及设备要进行技术改造和完善。采用成熟的新技术以提高生产率，提高产品质量档次，降低能耗及产品生产成本，增加市场竞争力。3.2措施3.2.1提高生产率国内烧块煤加热隧道窑多数未达到设计生产能力，对使用粗粒度(-200目85%)高品位铁精粉生产环状或棒状产品的厂可采用铁精粉中加添加剂技术，我国莱芜粉末冶金厂经验可提高生产率约50%4。对使用细粒度(-200目85%)的厂可采用在高品位铁精粉中加粘结剂造球，然后将球团与还原剂和脱硫剂混装入反应罐内，按邯郸马头海绵铁厂经验可提高生产率约50%。采用导热性好的新型反应罐代替粘土反应罐也可提高生产率。3.2.2降低能耗隧道窑采用二次鼓风(预热)技术可充分利用还原剂反应提供的化学能，CO经燃烧产生大量热量起供热作用以降低能耗。瑞典隧道窑充分利用CO燃烧可提供80%所需的热量消耗。阜新、邯郸马头海绵铁厂采用二次(预热)鼓风后，每吨DRI能耗分别降为922和898 kg标煤。用烧粉煤或烧煤气(发生炉)代替烧块煤，因烧块煤一般炉篦子漏煤在15%以上，而烧粉煤可提高煤的利用率。哈市东方海绵铁有限公司采用烧粉煤使窑内温度易控制又改善劳动条件和作业环境，使每吨DRI煤耗降为1 029.20 kg标煤。邯郸马头海绵铁厂计划采用烧(发生炉)煤气代替烧块煤预计能耗还可降低。3.2.3提高产品质量等级原料的化学成分、冶金性能，还原性等对产品质