炼冶金学非高炉.ppt

非高炉炼铁 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 ① 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),而含CO%左右的低热值煤气是由优质焦炭产生。 ② 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。 ③ 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 ① 不用焦炭炼铁。 ② 合格废钢,优质废钢供应不足 ③ 可得到高品位铁精矿 ④ 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(600~1000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 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 ①.粒度:粒度大小和均匀性 ②.强度:低温强度高,经受运载装卸时的破坏力,产生最少粉沫 ③.热膨胀性:竖炉对热膨胀十分敏感 膨胀率20% 1.3冶金性能---还原性,软化温度及热转鼓试验指数 还原性决定直接还原法的生产率(原料选球团矿或块矿,烧结矿不行) 软化温度决定:操作温度,操作温度至少低于软化温度100℃ 非高炉炼铁能源 8 非高炉炼铁产品性质及应用 海绵铁（直接还原铁） DRI, Direct Reduced Iron, Sponge Iron 粒铁 半熔化状态下还原熔炼出的产品 工艺:回转窑或特种电炉 用途:高炉原料 液铁（Smelting Reduction Iron) 熔融还原生产出的液态生铁 9 钢铁生产工艺新流程及其评价 传统流程 高炉+转炉 新流程 直接还原竖炉+电炉 直接还原回转窑+电炉 熔融还原+转炉 1 气基直接还原法 煤气同时起两个作用 如何确定煤气量? 对冶金还原煤气要求:氧化度低,CH4,H2S含量少,适量N2及一定温度 如竖炉:氧化度1~2%,N2:10-40%，CH4:,2%,温度:900~1100℃ 煤气转化目的:把碳氢化合物转化为H2,CO 燃料:气,液,固 如天然气,液化石油气,重油 煤转化冶金还原煤气:工业未曾实施 2 气基直接还原法分类 目前世界海绵铁产量达2300万吨,大部分用M氏法(Midrex)生产 主要问题 这种工艺必须用天然煤气制备还原剂,在天然气缺乏的地方无法采用;此外此种工艺设备复杂,投资巨大。 3 煤基直接还原法 还原剂和燃料可分别使用不同燃料 燃料:煤气,燃油,煤炭(烟煤) 还原剂：煤 对还原煤的要求 反应性好,灰熔点高(回转窑1150℃),灰分少(25%),含S少(0.8%) 4 煤基直接还原法 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3%; 膨胀率20%；强度200Kg/球一次能源：天然气；煤气转换： CH4+H2O=CO+3H2； CH4+CO2=2CO+2H2煤气要求：氧