我國煤基隧道窯直接還原鐵生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展

1、我國煤基隧道窯直接還原鐵生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展梁文閣Present Status and Development of Coal Based Tunnel Kiln Direct Reduced Iron Production in ChinaLiang Wenge(Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081)1997年世界直接還原鐵產(chǎn)量達(dá)到3 620萬t；預(yù)計(jì)2 000年達(dá)5 000萬t，2010年可達(dá)7 000萬t。世界上直接還原法按使用還原劑種類可分為氣基直接還原法(生產(chǎn)能力占92%)和煤基直接還原法(生產(chǎn)能力占8%)。煤基

2、直接還原法按還原裝置類型分為回轉(zhuǎn)窯、固定床(隧道窯)、旋轉(zhuǎn)床、豎爐。國外隧道窯生產(chǎn)直接還原鐵情況見表1。表1國外隧道窯直接還原鐵的生產(chǎn)Table 1Production of overseas tunnel kiln direct reduced iron國別和地名建立年代隧道窯規(guī)模和生產(chǎn)能力直接還原鐵用途米爾頓(加拿大)19501座隧道窯年產(chǎn)9 000 t粉末冶金及代替廢鋼蒙德雷(墨西哥)19521座隧道窯年產(chǎn)1萬t冶煉普通沸騰鋼卡姆配斯脫拉(巴西)19522座隧道窯年總產(chǎn)5萬t生產(chǎn)特殊鋼俄亥俄州(美國)19541座隧道窯年產(chǎn)8 000 t粉末冶金川崎鋼公司(日本)19662座隧道窯年總產(chǎn)2

3、萬t粉末冶金同和鐵粉公司(日本)19652座隧道窯年總產(chǎn)2萬t粉末冶金日本鐵粉公司(日本)19651座隧道窯年產(chǎn)1萬t粉末冶金蘇林粉末冶金廠(原蘇聯(lián))19651座隧道窯年產(chǎn)1萬t粉末冶金 我國在50年代末和60年代初粉末冶金工業(yè)普遍采用倒焰窯和反射爐等小批量地生產(chǎn)直接還原鐵，用于生產(chǎn)還原鐵粉。1965年上海粉末冶金廠建立我國第1座38.5 m隧道窯開始成批量地生產(chǎn)直接還原鐵。70年代最長的隧道窯為68 m。80年代武鋼粉末冶金公司建成1座105 m隧道窯，90年代武鋼粉末冶金公司又建成1座154 m隧道窯。1997年馬鋼鐵合金廠建成1座166 m隧道窯，到目前為止國內(nèi)建有約40座小型隧道窯。1

4、994年全國生產(chǎn)直接還原鐵約5萬t用于生產(chǎn)還原鐵粉。我國煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原法于1989年在福州特鋼廠40 m回轉(zhuǎn)窯工業(yè)試驗(yàn)成功后，先后在遼寧喀左、天津鋼管公司、山東魯中礦公司、吉林樺甸、北京密云鐵礦建設(shè)6座回轉(zhuǎn)窯，總生產(chǎn)能力為46.2萬t?；剞D(zhuǎn)窯法工藝成熟、機(jī)械化自動化水平高，產(chǎn)品質(zhì)量好，能耗低，但是由于投資大，在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)其發(fā)展受到一定限制。由于國內(nèi)市場對鋼鐵產(chǎn)品的品種和質(zhì)量要求不斷提高，導(dǎo)致電爐煉鋼對業(yè)已緊俏的優(yōu)質(zhì)廢鋼的迫切需要。直接還原鐵是優(yōu)質(zhì)廢鋼的理想代用品，為此促進(jìn)了煤基回轉(zhuǎn)窯的建設(shè)，同時(shí)也帶動了隧道窯的發(fā)展。1993年山東萊蕪粉末冶金廠首先在2座54 m隧道窯試生產(chǎn)煉鋼用直接還

5、原鐵供萊鋼特鋼電爐煉鋼用，該廠于1995年又建1座66 m隧道窯用于生產(chǎn)煉鋼用直接還原鐵。1我國隧道窯法直接還原鐵生產(chǎn)現(xiàn)狀1.1我國隧道窯建設(shè)概況和特點(diǎn)我國隧道窯法直接還原鐵廠從1993年至1997年全國建成12家(廠或公司)，共建有隧道窯17座，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為17.4萬t。其中有8家共10座隧道窯進(jìn)行正常生產(chǎn)，有2家2座隧道窯經(jīng)試生產(chǎn)后因銷路等問題已停產(chǎn)，尚有5座隧道窯建成后未投產(chǎn)(見表2)。表2我國隧道窯直接還原鐵廠Table 2Manufacturers of tunnel kiln direct reduced iron in China序號廠名實(shí)際生產(chǎn)能 力/萬t.a-1隧道窯設(shè)計(jì)

6、工藝參數(shù)建窯座數(shù)生 產(chǎn)(試生產(chǎn))座 數(shù)投產(chǎn)日期備注長度/m寬度/m高度/m1山東萊蕪粉末冶金廠0.30.654661.61.61.21.2212119931995.42湖北羅田海綿鐵廠0.5551.651.506111993已停3撫順鋼廠建安公司海綿鐵廠1.0751.651.5061119954安徽霍邱海綿鐵廠1.0801.651.506111995.10已停5新牟鋼鐵公司臨城海綿鐵廠1.299.982.0881.30211995.116邢臺益新海綿鐵制造公司1.299.982.0881.30211995.127邯鄲馬頭海綿鐵廠1.21042.0881.612211996.128哈市東方海綿鐵

7、有限公司2.5404.00111997.19阜新海綿鐵廠1.0101.22.001.31111997.210沙河市巨火企業(yè)集團(tuán)1.01002.001.3111199711通化還原鐵廠1.01002.001.31112河南桐柏還原鐵有限公司1.0751.651.5061 在表2中，除哈爾濱東方海綿鐵有限公司40 m隧道窯(斜坡爐)用粉煤噴嘴加熱外其他隧道窯均用煙煤塊加熱。1.2高品位鐵精粉的來源及選礦方法目前國內(nèi)尚未有專門供生產(chǎn)直接還原鐵用的高品位鐵精粉生產(chǎn)廠家。為解決生產(chǎn)高品位鐵精粉各廠家采用以下辦法。1.2.1直接還原鐵廠自設(shè)選礦系統(tǒng)安徽霍邱、湖北羅田、河南桐柏還原鐵廠均使用大別山鐵砂(TF

8、e61%62%)經(jīng)濕式(一段)再磨再選生產(chǎn)高品位鐵精粉。1.2.2直接還原鐵廠自設(shè)干式磁選機(jī)邢臺益新、邯鄲馬頭廠均使用邯鄲地區(qū)小型磁選廠鐵精粉(TFe64%65%)經(jīng)自設(shè)干式磁選機(jī)選出高品位鐵精粉。1.2.3直接還原鐵廠自設(shè)干式磁選再磨系統(tǒng)萊蕪粉末冶金廠由萊鋼供應(yīng)鐵鱗，阜新海綿鐵廠外購鐵鱗，經(jīng)水洗、干燥、磁選，除去鐵鱗夾帶的雜質(zhì)后再球磨，將粒度3 mm料磨至20100目之間以滿足生產(chǎn)需要。1.2.4直接還原鐵廠直接外購高品位鐵精粉新牟臨城、撫鋼建安、東方、通化因廠內(nèi)未設(shè)選礦系統(tǒng)只能外購高品位鐵精粉(TFe67%68%)，各廠高品位鐵精粉化學(xué)成分見表3。表3各廠高品位鐵精粉化學(xué)成分/%Table

9、 3Chemical compositions of high quality iron powder at various plants/%廠名原礦來源選礦工藝TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOSP安徽霍邱海綿鐵廠大別山 鐵砂濕式再磨(一段)磁選68.841.390.540.190.110.0020.02湖北羅田海綿鐵廠大別山鐵砂濕式再磨(一段)磁選70邢臺益新海綿鐵制造公司邯鄲鐵精粉干式磁選機(jī)68邯鄲馬頭海綿鐵廠邯鄲鐵精粉干式磁選機(jī)68山東萊蕪粉末冶金廠萊鋼鐵鱗干式磁選再磨72280.0050.05阜新海綿鐵廠鐵鱗干式磁選再磨720.050.05新牟鋼鐵公司臨城海綿鐵廠邯鄲鐵精粉6

10、9.3329.252.080.100.670.69撫鋼建安公司海綿鐵廠本溪鐵精粉67682.520.0060.027哈市東方海綿鐵有限公司遼寧鐵精粉6768通化海綿鐵廠二戶來鐵精粉67.7228.325.870.150.080.130.0060.015 1.3還原劑的種類及質(zhì)量大多數(shù)廠使用本地?zé)o煙煤做還原劑，少數(shù)廠使用本地鋼鐵廠焦粉做還原劑，僅有東方海綿鐵有限公司使用褐煤做還原劑。各種還原劑工業(yè)分析見表4。表4各廠還原劑工業(yè)分析Table 4Commercial analysis of reducing agent at various plants廠名還原劑種類工業(yè)分析/%發(fā)熱值/kJ.kg

11、-1固定碳揮發(fā)份灰 分硫山東萊蕪粉末冶金廠焦 粉783181.025 936阜新海綿鐵廠焦 粉通化海綿鐵廠焦 粉76.600.9822.420.5124 468撫鋼建安公司海綿鐵廠無煙煤61.0025.6011.510.2029 917邯鄲馬頭海綿鐵廠無煙煤74.424.6220.660.3625 376新牟鋼鐵公司臨城海綿鐵廠無煙煤67.00哈市東方海綿鐵有限公司褐 煤51.2242.905.880.2521 520由表可知，雖然還原劑工業(yè)分析基本上可達(dá)到要求，但比國外使用的還原劑(焦粉)質(zhì)量上有差距，一般固定碳含量低，灰分含量高。1.4隧道窯加熱燃料種類及發(fā)熱值除哈市東方海綿鐵有限公司使用

12、粉煤噴嘴加熱隧道窯外，其他廠均使用燃燒室燒煙煤(塊)加熱隧道窯。燃燒煤工業(yè)分析見表5。由表可知，多數(shù)廠使用本地小煤窯較低發(fā)熱值煙煤。表5各廠燃燒煤工業(yè)分析Table 5Commercial analysis of coal for burning at various plants廠名燃燒煤種類工業(yè)分析/%發(fā)熱值/kJ.kg-1固定碳揮發(fā)份灰 分硫山東萊蕪粉末冶金廠煙煤45302523 000邯鄲馬頭海綿鐵廠煙煤27 182新牟鋼鐵公司臨城海綿鐵廠煙煤51.1731.4717.360.3123 000邢臺益新海綿鐵制造公司煙煤20 910 安徽霍邱海綿鐵廠煙煤59.4027.0013.0029

13、 273哈市東方海綿鐵有限公司褐煤51.2242.905.880.2521 520根據(jù)阜新海綿鐵廠經(jīng)驗(yàn)：使用發(fā)熱值不高的煙煤，采用二次鼓風(fēng)技術(shù)的效果也不是很好的。1.5各廠隧道窯生產(chǎn)直接還原鐵的質(zhì)量各廠生產(chǎn)直接還原鐵的質(zhì)量見表6。表6各廠直接還原鐵化學(xué)成分/%Table 6Chemical compositions of direct reduced iron produced at various plants/%廠名TFeMFeFeOSiO2Al2O3SP產(chǎn)品形狀山東萊蕪粉末 冶金廠979597.903.00.050.05環(huán)狀阜新海綿鐵廠979597.900.050.05環(huán)狀邢臺益新海綿鐵

14、制造公司8992900.0040.0 022環(huán)狀新牟鋼鐵公司臨城海綿鐵廠91.0883.0091.113.990.0340.025環(huán)狀、棒狀邯鄲馬頭海綿鐵廠8892808590.9092350.0100.030.0150.03環(huán)狀、棒狀、球團(tuán)哈市東方海綿鐵有限公司909184879395.604.600.890.020.02球團(tuán)撫鋼建安公司海綿鐵廠89.4292.688.0991.390.5098.64.965.640.00450.0050.0140.02環(huán) 狀 一般均可生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，但是，大多數(shù)廠因隧道窯斷面上下部溫差大(約100 )，造成同一臺車上下部產(chǎn)品質(zhì)量不一致，成分不均勻。1.6隧

15、道窯主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)由于多數(shù)廠尚未發(fā)表有關(guān)數(shù)據(jù)，故無法全面統(tǒng)計(jì)比較?，F(xiàn)僅將萊蕪、阜新、邯鄲馬頭、哈市東方4廠隧道窯主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)列于表712。表7國內(nèi)外隧道窯直接還原工藝主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比較Table 7Comparison of main economic and technic index of tunnel kiln direct reduced iron at home and abroad廠名含鐵原料還原劑燃料種類能 耗生產(chǎn)能力/萬t.a-1備注種類TFe /%種類固定碳/%GJ/t標(biāo)煤/kg.t-1設(shè)計(jì)能力實(shí)際能力瑞典赫格納斯公司高純鐵精粉71.50焦粉重油16.74571.20

16、3.503.50日本川崎制鐵公司鐵鱗74.14焦粉81.00重油25.03854.001.101.10武鋼粉末冶金公司鐵鱗7475焦粉7578混合煤氣33.511 143.301.001.00105m、154m 2座1993年4月能耗平均值山東萊蕪粉末冶金廠鐵鱗72焦粉78煙(塊)煤34.831 188.001.201.2054 m×2、66 m 3座能耗平均值，能力為3窯總和阜新海綿鐵廠鐵鱗72焦粉煙(塊)煤27.61922.001.000.790邯鄲馬頭海綿鐵廠高品位鐵精粉68無煙煤74.42煙(塊)煤26.31890.001.201.20哈市東方海綿鐵有限公司高品位鐵精粉676

17、8褐煤51.22褐(粉)煤30.161029.202.502.00 由表可知，萊蕪采用在含鐵料中加入3%添加劑，使直接還原鐵的產(chǎn)量達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。阜新海綿鐵廠采用二次鼓風(fēng)及預(yù)熱段設(shè)氣幕風(fēng)機(jī)提高了預(yù)熱效率，使窯斷面上下部溫差由100 降至40 ，使能耗處于國內(nèi)較先進(jìn)水平。邯鄲馬頭海綿鐵廠采用高品位鐵精粉造球，鼓二次預(yù)熱風(fēng)用新型反應(yīng)罐代替粘土反應(yīng)罐技術(shù)，從而提高了產(chǎn)量，降低了能耗。哈市東方海綿鐵有限公司采用燒粉煤、鼓二次預(yù)熱風(fēng)、高品位鐵精粉加粘結(jié)劑造球等技術(shù)降低能耗提高產(chǎn)量。2國內(nèi)外隧道窯直接還原工藝技術(shù)水平差距(1) 國外燒油或氣加熱隧道窯直接還原的生產(chǎn)規(guī)模比較大，窯長從165275 m分別為

18、11 000 t和60 000 t。而國內(nèi)燒塊煤加熱隧道窯直接還原生產(chǎn)規(guī)模較小，窯長從54104 m，分別為3 000 t和12 000 t，迄今只有武鋼粉末冶金公司擁有154 m和馬鋼鐵合金廠擁有166 m噴混合煤氣加熱隧道窯各1座，產(chǎn)量均為5 000 t。由于我國燒塊煤加熱隧道窯生產(chǎn)規(guī)模小，故能耗比瑞典赫格納斯公司高，有的高出2倍以上。(2) 國外隧道窯裝備機(jī)械化程度高，采用裝料機(jī)、卸錠機(jī)、內(nèi)芯還原劑吸出機(jī)、外還原劑吸出機(jī)和設(shè)有氣幕風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、余熱鍋爐等。而國內(nèi)燒塊煤隧道窯裝備比較簡陋，武鋼和馬鋼燒混合煤氣隧道窯裝備機(jī)械化程度也不高，余熱回收設(shè)施不完善。(3) 國外隧道窯自動化程度高，

19、設(shè)有溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；爐頂溫度多點(diǎn)記錄；爐兩側(cè)溫度切換指示；爐膛壓力指示等可以控制反應(yīng)罐內(nèi)上下部溫差50 。而國內(nèi)武鋼和馬鋼燒混合煤氣隧道窯也缺乏自動化控制。燒塊煤隧道窯仍為手工操作，控制手段少，致使窯斷面上下部溫差在100 左右，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、成分不均勻，每批產(chǎn)品質(zhì)量不一致。(4) 國外采用導(dǎo)熱性好的SiC反應(yīng)罐，可持續(xù)使用100次以上，而國內(nèi)武鋼所用SiC反應(yīng)罐質(zhì)量差、壽命低僅用40多次，大多數(shù)隧道窯仍使用導(dǎo)熱性差、壽命僅為34次的粘土反應(yīng)罐。(5) 國外隧道窯勞動生產(chǎn)率高至220300 t/人.年，國內(nèi)隧道窯勞動生產(chǎn)率僅達(dá)710 t/人.年3。(6) 國外隧道窯環(huán)保設(shè)施完善勞動條件

20、好，而國內(nèi)隧道窯環(huán)保設(shè)施差，尤其是卸罐時(shí)，勞動條件更差。3技術(shù)方針及措施3.1技術(shù)指導(dǎo)方針對燒塊煤加熱隧道窯的窯體及設(shè)備要進(jìn)行技術(shù)改造和完善。采用成熟的新技術(shù)以提高生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量檔次，降低能耗及產(chǎn)品生產(chǎn)成本，增加市場競爭力。3.2措施3.2.1提高生產(chǎn)率國內(nèi)燒塊煤加熱隧道窯多數(shù)未達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，對使用粗粒度(-200目85%)高品位鐵精粉生產(chǎn)環(huán)狀或棒狀產(chǎn)品的廠可采用鐵精粉中加添加劑技術(shù)，我國萊蕪粉末冶金廠經(jīng)驗(yàn)可提高生產(chǎn)率約50%4。對使用細(xì)粒度(-200目85%)的廠可采用在高品位鐵精粉中加粘結(jié)劑造球，然后將球團(tuán)與還原劑和脫硫劑混裝入反應(yīng)罐內(nèi)，按邯鄲馬頭海綿鐵廠經(jīng)驗(yàn)可提高生產(chǎn)率約50%

21、。采用導(dǎo)熱性好的新型反應(yīng)罐代替粘土反應(yīng)罐也可提高生產(chǎn)率。3.2.2降低能耗隧道窯采用二次鼓風(fēng)(預(yù)熱)技術(shù)可充分利用還原劑反應(yīng)提供的化學(xué)能，CO經(jīng)燃燒產(chǎn)生大量熱量起供熱作用以降低能耗。瑞典隧道窯充分利用CO燃燒可提供80%所需的熱量消耗。阜新、邯鄲馬頭海綿鐵廠采用二次(預(yù)熱)鼓風(fēng)后，每噸DRI能耗分別降為922和898 kg標(biāo)煤。用燒粉煤或燒煤氣(發(fā)生爐)代替燒塊煤，因燒塊煤一般爐篦子漏煤在15%以上，而燒粉煤可提高煤的利用率。哈市東方海綿鐵有限公司采用燒粉煤使窯內(nèi)溫度易控制又改善勞動條件和作業(yè)環(huán)境，使每噸DRI煤耗降為1 029.20 kg標(biāo)煤。邯鄲馬頭海綿鐵廠計(jì)劃采用燒(發(fā)生爐)煤氣代替燒塊煤預(yù)計(jì)能耗還可降低。3.2.3提高產(chǎn)品質(zhì)量等級原料的化學(xué)成分、冶金性能，還原性等對產(chǎn)品質(zhì)