冶金工程概论非高炉炼铁部分.pptVIP

1 基本定义 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) 指在铁矿石熔化温度下把铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程。 熔融还原 (Smelting Reduction) 指一切不用高炉冶炼液态生铁的方法，是不用焦炭在一个容器中完成高炉炼铁过程的。 2 非高炉炼铁的分类 3 非高炉炼铁的特点 不用焦炭 温度和还原度与传统的高炉炼铁不同 两种炼铁工艺在温度和直接还原度关系方面的比较 4 直接还原法 1-竖炉 2-流化床 3-回转窑 4-旋转炉床 5-电炉 6-块矿，煤气 7-粉矿 8-煤矿石 9-培加碳的球团 10-海绵铁 4.1 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。 4.2 限制直接还原大量应用的障碍 直接还原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 4.3 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 4.4 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。 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%) 4.4 直接还原工艺介绍 4.4.1 竖炉法-Midrex 1-冷却洗涤塔 2-还原区 3-还原炉 4-冷却区 5-再生器 6-空气预热器 7-气体预热器 8-冷却器 还原反应器系逆流移动床—竖炉。它分成上下两部分，上部进行还原，下部进行冷却。 氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却，还原得到海绵铁，冷却至50℃左右排出炉外。 还原煤气用天然气及竖炉炉顶煤气在换热器经催化剂裂化而得。 在竖炉中炉料与煤气逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热还原，传热、传质效率高。 工艺比较成熟，生产效率高。 4.4.2 反应罐法－HYL法（希尔法） 还原反应器是一个固定床，还原煤气由上向下流动，并进行反应，非连续生产。 炉料从上装入反应罐中，固定不动，通入热还原煤气进行预热、还原和冷却，最后停气，把炉料排出罐外。 因固定床还原煤气利用不良，故HYL法采用四个反应罐串联作业。 还原煤气用天然气制造，制得的还原煤气经冷却脱水，依次经冷却罐预热后进入初次还原和二次还原的反应罐。 煤气在1100℃的高温下进行还原。 HYL法海绵铁含碳高，不易再氧化。 但产品质量不均匀，热耗大。 4.4.3 流态化法 还原炉是流态化炉，细矿粉在运动的还原气流中呈现流态性质，从而达到矿石还原的目的。 还原气体可从各种含碳氢化合物的原料(天然气、重油)中用裂化或部分氧化法来制备。 已经付诸实际使用的流态化法 H-Iron法 流态法中最早投入工业应用的方法。此法的待点为：低温、高压和H2还原。 HIB法 美国钢铁公司研制；所谓HIB法就是将还原铁粉在热状态下压制成块作为炉料使用。 FIOR法 反应器系统由四级流态化床组成。 铁粉由加料器装进第一级反应器，矿石在氧化气氛下直接与热的燃烧气体接触，被预热还原至所需温度，然后依次串级进入还原反应器。 已还原成的产品，用双辊压球机进行热压成团块，经筛分破碎成团球，冷却保存。 特 点 流态化还原直接使用粉矿省去造块，而且具有较高的还原度。 流态化操作温度不宜超过700℃ ，还原温度低。 需采用价高的高氢煤气还原。 流态化海绵铁活性大，极易氧化自燃，只有钝化处理，才能贮存和运输。 4.4.4 回转窑 工作原理 将固体还原剂、铁矿石和溶剂混匀后，由窑尾加入回转窑内，由于窑体有1～4％的倾斜度，并以一定的速度旋转，炉料则由窑尾向窑头运动。 窑头装有烧嘴，喷入燃料燃烧，燃烧废气则向窑尾排除，炉气与炉料逆向运动，逐渐把固体炉料加热，达到800℃时，开始固体碳还原，放出的CO在空间氧化区被氧化，并提供还原反应需要的热量。 回转窑的特点 炉料配加的煤炭量必须超过还原反应需求量。 优点： 可以直接使用储量丰富的煤作为燃料； 缺点： 炉内温度要求严格控制，否则会引起局部过热，使矿石软融并粘结在炉墙上，破坏正常生产。 4.5 熔融还原法 4.5.1 熔融还原简介 4.