冶金概论7-非高炉炼铁法.pptVIP

5.2 直接还原法 直接还原炼铁法已有百余年的历史，先后提出各种不同的工艺方法400余种，但是真正成为工业生产方法的只有少数几种，而且是到20世纪60年代才有重大突破，这是因为： （1）冶金焦的价格大幅度上涨，而石油、天然气大量开发使用，特别是高效率天然气转化法的应用，提供了直接还原炼铁法需要的还原煤气，解决能源的来源和价格问题。 （2）电炉炼钢迅速发展，超高功率新技术的应用使电炉炼钢得到高速发展，合格的废钢供应不足，大大扩展了直接还原铁的需求。 （3）废钢（多数是从社会收集的废钢）中往往含有某些对钢性能不利的有色金属，如铜、锡、砷、铅等，无论用氧化熔炼或还原熔炼都无法去除它们。 而随着废钢的循环利用，它们在钢中的含量会越积越多。因而需要加入直接还原铁来稀释它们。 （4）选矿技术的提高，扩大了直接还原炼铁法的矿石资源。 原来只能使用杂质少且品位高的天然富矿，现在高品位铁精矿粉制造的球团矿，其脉石含量可以降低到不需要在还原生产中脱除，使直接还原技术简化，而且产量提高。 直接还原技术根据还原剂不同可分为气基直接还原和煤基直接还原。 直接还原铁生产大多采用天然气为能源，其产量占总产量的90%以上 。气基直接还原设备对环境污染小、耗水量少、噪音小、产生的 CO2也比用煤作还原剂少得多，所以具有很强的竞争力和发展潜力。 煤基直接还原法生产的直接还原铁占总产量的比例小，产量逐年增长，但增长缓慢。 一 气基直接还原技术 ① Midrex法 Midrex法是气基直接还原铁生产技术的主导工艺，该工艺由 Midland Ross公司开发，目前已发展成为占直接还原铁市场 60％以上的主要方法 ，其工艺流程如图1所示。 还原气使用天然气经催化裂化制取 ，裂化剂采用炉顶煤气。球团或块矿在竖炉内被天然气还原，生成DRI。由于该工艺要求有充裕的天然气，且生产指标较高 ，因此在天然气富裕的地区可适当发展。 天然气进入转化炉内，在镍基触媒的催化下，通过天然气裂化反应将其转化成煤气和氢气。 CH4 ＋ H2O →CO ＋ 3H2 (天然气裂化反应) 还原气入炉时温度为750～900℃，送入距竖炉顶部2/3处的还原带。炉料在炉内停留约6小时，含铁矿石被CO和H2还原，被还原的海绵铁的金属铁含量在92%以上。 然后海绵铁进入下部没有砖衬的冷却带，用专门的冷却气或炉顶气冷却，冷却到30℃时排出炉外，可保证海绵铁在大气中不再氧化，细碎的产品可压制成块存放，供电炉熔炼使用。直接还原后的废气中仍含有大量的CO和 H2（约占70%），通过洗涤器从新返回到重整炉，然后进入竖炉循环使用。反应方程式为； Fe2O3 ＋ 3H2 →2Fe ＋ 3H2O Fe2O3 ＋ 3CO →2Fe ＋3CO2 Midrex法具有工艺成熟、操作简单、生产率高、热耗低、产品质量高等优点，因此在直接还原工艺中占统治地位。 但是 Midrex也存在一定的局限性 ，首先是它要求有丰富的天然气资源作保障； 其次 Midrex的反应温度低 ，反应速度较慢，炉料在还原带大约停留6 h，在整个炉内停留时间在 10h左右。 另外Midrex法要求铁矿石粒度适宜且均匀，粒度过大会影响CO和H2的扩散使反应速度降低；粒度过小，透气性差，还原气分布不均匀，一般小于5mm粉末的含量不能大于 5％。 同时对于铁矿石的品位要求也高 ，这是直接还原生产海绵铁的通病，对于矿石中的 S和 Ti的含量要求很严。 由于使用块矿或球团，生产能力相对较低，为了提高气基竖炉流程的生产能力，Midrex最近在竖炉中吹入少量氧气来提高还原气体及炉料的温度研究表明：将料温从 789℃提高到 898℃，竖炉的生产能力提高了50％。 ② HYL法和HYL-III法 HYL法采用 KELLOG蒸汽转化制气技术，其工艺流程如图2所示。 原料天然气首先用活性炭脱硫，然后与过量水蒸汽混合，在 85％下进行催化裂化反应。 反应罐组由4个反应罐组成。罐顶设有装料口，罐底设有卸料口。反应罐之间有一套复杂的还原气管路相连接。