我国煤基隧道窑直接还原铁生产现状及发展

1、我国煤基隧道窑直接还原铁生 产现状及发展我国煤基隧道窑直接还原铁生产现状及发展梁文阁Prese nt Status and Developme nt of Coal BasedTunnel Kil n Direct Reduced Iron Producti on inChi naLia ng Wenge（Ce ntral Iron and Steel Research In stitute, Beiji ng 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 o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

2、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 1o表1国外隧道窑直接还原铁的生产Table 1 Producti on of overseas tunnel kil n 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 代替废钢家德雷（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）1954

3、1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）1965 2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19651座隧道窑年产1万t粉末冶金（原苏联）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

4、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

5、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 2 Manufacturers of

6、tunnel kiln direct reduced iron in China序 号厂名实际生 产能力/万ta-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/m0.3541.61.22219931山东来芜粉末冶金厂0.6661.61.2111995.42湖北罗田海绵铁 厂0.5551.651.506111993已 停3抚顺钢厂建安公1.0751.651.506111995司海绵铁厂4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

7、 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1.01002.001.31111997111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 咼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

8、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v 3 mn料磨至20 100目之间以满足生产需要。1.2.4 直接还原铁厂直

9、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 3 Chemical compositi ons of high quality iron powder atvarious pla nts/%厂名原矿 来源选矿工 -艺TFeFeOSi02Al 2QCaOMgCSP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

10、 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> 72< 28< 0.005<0.05阜新海绵铁 厂铁鳞干式磁 选再磨72v 0.05v 0.05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67.7228.325.870.150.080.130.0060.0151.3还原剂的种类及质量大

11、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 4 Commercial an alysis of reduc ing age nt at various pla nts厂名还原剂种 类工业分析/%发热值/kJ .kg-1固定 碳挥发 份灰分硫山东来无粉末冶金厂焦粉二78<3< 18< 1.025 936阜新海绵铁厂1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61.0025.601.510.2029 91

12、7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 5 Commercial analysis of coal

13、 for burning at various plants厂名燃烧煤种 类工业分析/%发热值-1/kJ . kg固定 碳挥发 份灰分硫山东来无粉末冶金厂烟煤45< 30< 2523 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

14、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 6 Chemical compositi ons of direct reduced iron producedat various pla nts/%厂 名TFeMFenFeOSiO2Al 2OSP产品 形状山东莱芜粉末 冶金厂979597.90<3.0< 0.05< 0.05环状阜 新 海 绵 铁 厂979597.90< 0.05< 0.05环状邢 台 益 新 海 绵 铁 制 造 公 司89 92> 900.0040.0 022环状新牟钢铁公司临91.0883.00

15、91.113.990.0340.025环状、棒状城 海 绵 铁 厂邯郸马头海绵铁厂88 9280 8590.90 92350.010 0.030.015 0.03环状、 棒状、 球团哈市东方海绵铁有限公司90 9184 879395.604.600.89V 0.02V 0.02球团抚钢建安公司海绵铁厂89.42 92.688.09 91.390.50 98.64.96 5.640.0045 0.0050.014 0.02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 C），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

16、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 7：I：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 7 Comparison of main economic and technic index of tunnel kil n 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种TFe种固定标煤设计实际备注类/%类碳/%GJ/t/kg.t-1能力能力瑞典 赫格 纳斯 公司高 纯 铁 精 粉71.50隹八、粉重油16.74571.203.

17、503.50日本 川崎 制铁 公司铁 鳞74.14隹八、粉81.00重油25.03854.001.101.10武钢 粉末 冶金 公司铁 鳞7475隹八、粉7578混合 煤气33.511143.301.001.00105m 154m 2座1993年4月能耗平均值山东 来无 粉末 冶金厂铁 鳞> 72隹八、粉78烟（块）煤34.831188.001.201.2054 mX 2、66m 3座能耗 平均值，能 力为3窑总 和阜新 海绵 铁厂铁 鳞72隹八、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26.318

18、90.001.201.20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濟加剂，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 C降至40 C,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

19、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

20、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V 50 C。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 C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)

21、 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。(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V 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

22、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渐需的热量消耗。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%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