透视ITmk3炼铁新工艺发展历程与技术特点.docx

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透视ITmk3炼铁新工艺发展历程与技术特点

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非高炉炼铁作为21世纪全世界钢铁行业的前沿技术，是未来技术发展的主要方向。在此领域，国际冶金工作者不断进行着广泛、深入的研究和开发，形成了众多直接还原、熔融还原技术。煤基转底炉法因其原料适应性强、操作灵活受到很多国家的重视。日本神户制钢在过去几十年转底炉技术基础上提出了ITmk3（IronmakingTechnologyMarkThree）工艺，使金属化球团在还原时能进一步熔化并实现渣铁分离，在短时间内生产出成分如生铁的高纯度粒铁产品。该工艺突破了直接还原工艺范畴，彻底改变了直接还原产品对原料品位苛求的状况，而且还可以使用粉矿和非焦煤作原料，因而备受瞩目。

高炉-转炉工艺被称为第一代炼铁法，以气基梅德瑞克斯（MIDREX）法为代表的直接还原工艺被称为第二代炼铁法，而把煤基ITmk3工艺称作具有划时代意义的第三代炼铁技术。目前首座ITmk3商业工厂已成功在美国投产。

1ITmk3工艺发展过程

ITmk3转底炉炼铁工艺由日本神户制钢开发。最早的技术思想源于1994年，当时神户制钢对美国子公司梅德瑞克斯（Midrex）开发的快速融化（Fastmet/Fastmelt）法进行了一次评价试验，目的是考察适宜的反应温度和原料条件，却意外发现还未到铁的熔点时球团就熔化，而且形成的粒状小铁块与渣能干净利落地分离，所得粒铁纯度很高（铁含量为96%-97%）。随后，神户制钢对此发现进行了一些基础实验，逐渐掌握了ITmk3的基本原理。1996年神户制钢同Midrex子公司开始对ITmk3技术进行深入研究和改进，1999年在加古川厂区内建成了规模为年产能3000吨的中试厂，同年10月连续运转成功，到2000年12月完成了2次生产测试，其工艺设计得到实际验证。

随后ITmk3的发展转移到美国，2001年9月实施了梅萨比纳吉特（MesabiNugget）计划，于明尼苏达州合资建设一座年产能2.5万吨的示范工厂，成立梅萨比纳吉特公司，投资方除了神户制钢之外，还包括明尼苏达州政府、北美最大矿山公司克利夫兰·克利夫斯公司和美国第二大电炉制造厂钢动态公司（SDI），此外还得到了美国能源部（DOE）的资助，项目总投资达到2600万美元。示范工厂于2003年5月建成，经过一年连续作业，于2004年7月结束，产品质量和设备运转情况良好，此后各方着手筹建商业工厂。2007年6月，神户制钢与克利夫兰·克利夫斯公司结盟，共同推进ITrnk3商业化运作。同年11月，神户制钢又与美国钢动态公司达成协议，在明尼苏达州霍伊特湖区（HoytLakes）建设首座ITmk3商业工厂，总投资235亿美元，年产能50万吨。梅萨比纳吉特公司负责商业工厂建设、管理和生产销售，神户制钢则提供ITmk3工艺许可证、工程服务、主要设备和技术支持。该商业工厂于2009年底建成投产试运行，并从2010年1月正式开始商业化运营。

随着商业工厂的投产运营，ITmk3工艺备受瞩目。目前在哈萨克斯坦、印度、乌克兰和北美等国家和地区正推广此项目，总产能将达到数百万吨。

2ITmk3工艺原理

ITmk3工艺是从Fastmet/Fastmelt演变而来，其流程、设备配置与Fastmet/Fastmelt工艺非常相似。在20世纪50年代-60年代，美国Midrex公司的前身罗斯（Ross）公司开发了快速加热（HeatFast）直接还原法（后来的Fastmet工艺），使用转底炉快速还原含碳球团，产品为直接还原铁（DRI）。神户制钢于20世纪80年代收购Midrex公司后，在对其Fastmet/Fastmelt法进一步开发的过程中（衍生出Fastmelt双联法）发现粒铁与渣分离现象，最终发展为ITmk3工艺。

ITmk3工艺与Fastmet/Fastmelt工艺的核心设备都是转底炉，都可使用粉矿与粉煤制成的含碳球团作为原料，所不同的是Fastmet工艺产品为DRI，产品中仍含有脉石，金属化率严重依赖于原料品位，而煤灰分等杂质也进入产品，为此只好再用电炉熔化DRI，使渣铁分离来获得炼钢铁水。而ITmk3工艺在转底炉中只需一步就能实现渣铁熔分，获得粒铁产品。其工序包括以下4部分：一、原料处理：将主原料矿粉和非焦煤粉配料混匀，使用造/压球机等设备制成球团或团块，干燥备用。铁料既可使用磁铁矿与赤铁矿，又可使用较低品位矿，甚至可使用选矿厂的尾矿粉，只不过处理低品位铁料会增加能耗。燃料也非常广泛，可以使用发电用普通煤或石油焦和其他的含碳原料。二、还原熔分：将制好的球团或团块加入转底炉，在1350℃-1450℃条件下加热，球团（块）在随炉床旋转一周的过程中发生还原、渗碳和熔融反应，渣铁熔化并各自聚集，整个过程只需约1