几种主要煤基直接还原工艺.doc

几种主要煤基直接还原工艺 点评 煤基直接还原是指直接以煤作还原剂的工艺，是相对于气基直接还工艺（以天然气或其他还原性气体作还原剂）而言。煤基的历史可能比气基更早，但气基发展很快，无论从技术水平还是生产规模方靣都远远超过了煤基。从1975年至2005年这30年中，全世界直接还原铁（DRI）的年产量从80万吨增至5600万吨、即70倍。其中气基佔85%，而煤基只佔15%。可是，主要由于资源的因素及其相关的经济效益影响，气基的发展受到制约，业内把关注转向煤基，而且煤基直接还原不用焦煤，对环境又比较友好，因而在我国受到产业政策的支持。 世界上现有煤基直接还原工艺不少，但形成生产规模的主要有两种：一种是廻转窑；另一种为转底炉。 回转窑工艺有较长历史，早先曾生产粒铁，后转为生产DRI。其主要优点是产品质量较好，能直接作为电炉炼钢原料。出窑产品经磁选而提髙了鉄的品位。目前生产工艺己趋成熟，也达到一定规模，其产品己成为电炉冶炼优质钢的洁净铁源之一。但廻转窑工艺也有其固有缺点：1.料在窑中随窑体转动而滚动运行，易被粉碎，产生的粉末与煤灰粘在一起而形成结圈，从而损坏炉衬，形成操作事故，从而使作业率下降。2.受结圈制约，还原温度偏低，一般最髙11000C左右，影响还原速度。3.因此生效率不髙。4.单位投资相对较大。5.对所用煤种有特定要求，如灰熔点必髙于12800C，否则就要结圈。过去误以为什么煤都行，吃了不少苦头！因为这些原因，国内在过去十儿年前曾热了一阵以后，业内都不再看好廻转窑工艺。其实也不尽然，国内现有少数儿座廻转窑的生产也取得进展，积累了很多经验。尤其值得注意的是印度发展廻转窑工艺的经验，现印度廻转窑年产DRI数百万吨，有世界廻转窑产量最大的Jindal公司年产147万吨。而且正研发使用该国产的较贫铁矿和髙灰分煤，在回转窑生产优质DRI的新技术。 近年兴起的转底炉工艺，已引起国内业界的关注，不仅纷纷自行开发，而且有的也试图从国外引进。究竞转底炉工艺有何特点？好在那里？有何问题？不妨点评一二。 转底炉工艺是将细铁矿粉与煤粉按一定配比混合制成球团(滚球或压球)，然后加到转底炉中，料层均匀铺在炉底上，随炉底旋转一周后出炉，其间经历预热(干燥)、加热並还原、均热並深度还原、最后降温。高温区达13500C左右。其工艺的最基本特点是细粒度的矿煤紧密结合，在髙温下快速还原。因此整个过程只需10-20分钟，生产周期很短，这是转底炉第一个优点；第二是料加到炉底上后就不再运动，静静地随炉底前行，故不致破碎，因此对球的强度要求不高。第三个优点是能量利用率髙，还原产物CO经二次燃烧放出大量热能，约相当于总供热量的一半左右(国外也有报导为三分之二)。第四是原料中如含有害杂质(锌、铅、砷等)，在转底炉中可以部分或大部挥发，並可从烟气中回收。第五是环境友好，因炉内为微负压系统，无烟气泄出，也无工艺污水，烟气中二氧化硫排放量也大大低于烧结。第六是投资不祘大，低于相当规模的廻转窑。 转底炉工艺至今只有30年左右历史，尚处于发展阶段，还不完善。主要有以下问题：1. 炉底上只能铺一层球，否则下层温度就上不去，因为炉内主要靠幅射传热，这就大大影响产量，结果把快速还原的效果抵销不少，使转底炉的规模难以扩大。目前最大的是美国动力钢公司建的年产60万吨DRI的转底炉，其直径已达50米左右，佔地大的惊人！2. 作为还原剂的煤，其中灰份随矿石中的脉石全部进入产品，使品位下降，很难作为电炉用的DRI。3. 转底炉必须外供气体燃料来加热，国外多用天然气或其他高热值燃气。如引进国外转底炉而忽视了这一条，必将造成严重后果。国内采用蓄热燃烧技来烧低热值燃气，可谓有所创新。转底炉近年发展主要在美国和日本，最早为美国INMETCO的转底炉，与电炉匹配生产含镍、铬铁水，利用冶炼不锈钩废料及其他含铁废料，成为美东部消纳钢铁厂废料的中心。该炉外径16.7米，宽4.3米，吨铁成本144-177美元，单位投资160-180美元/吨-年。目前最大的转底炉也在美国，如前所述，该炉外径50米，宽7米，与埋弧电炉匹配，年产铁水50万吨，吨铁成本150美元，单位投资120美元/吨-年。所用原料为铁精矿，铁水供炼钢电炉热装。日本开发最积极的是神户制钢，规模较大的则是新日铁，其君津厂于2000年和2002年先后建成兩座，处理钢铁厂粉尘、产品用于高炉。从这些转底炉实践，显现出不同的发展模式，就工艺流程而论，大体可分为以下三种：第一种为单一转底炉，即所谓FASTMET，转底炉的产品直接供电炉炼钢或高炉炼铁。应该指出，如前所述，由于铁矿品位和煤中灰份问题，转底炉的产品很难作为电炉原料，故现在的趋势是供给高炉，这对高炉降低焦比极为有效，上述日本君津厂正是如此。第二种是转底炉与熔分炉(国外一般用埋弧电炉、即矿热炉)匹配，即所谓FASTMELT，上述美国动力钢公司的大型转底炉就是典型例子，其产品是铁水，直接运至电炉炼钢(当然也可铸铁块外销)。实际上这种串联工艺己涉入熔融还原的范围。转底炉成了二步法熔融还原的“预还原”。第三种是生产铁块的高温转底炉，含碳球团在转底炉中还原应当达到准熔化状态，使渣铁分离(不必出炉后再熔分)，形成铁块(Nuggets或Pebbles)，日本神户制钢称此法为Itmk-3(意为第三代炼铁法)，日本另一家(JFE)的Hi-QIP法与之大同小异。这种类型转底炉正在开发中，兩家都进行了中试，神户同美国的有关公司合作，在美筹建年产50万吨的大型设备，但有不少重大技术问题似仍未解决，值得关注。 就目前转底炉工艺开发的水平和规模而论，还谈不上与髙炉一争髙下，很难进入钢铁主流，但仍存发展的广阔空间，主要有：1. 采用单一转底炉，即FASTMET法，处理钢铁生产中产生的粉尘和有关废物，生产DRI供髙炉用，有条件也可使用普通铁精矿，只有在原料条件極好时才可能生产直接供电炉的DRI。供髙炉用的DRI不必很髙的金属化率，一般70%左右，这样可提髙转底炉生产率。2. 采用转底炉与熔分炉匹配，即FASTMELT法，生产铁水，为电炉热