直接還原爐工藝的研究現(xiàn)狀

直接還原爐工藝的研究現(xiàn)狀

直接歸還鐵粉可用作電壓爐、冠狀動脈硬化和轉(zhuǎn)爐的材料。DRI代替優(yōu)質(zhì)廢鋼更適合于生產(chǎn)對氮和有害元素有嚴(yán)格要求的鋼種,如用于石油套管、鋼絲繩、電纜線等的鋼種。近年,由于鋼鐵市場升溫,廢鋼資源呈現(xiàn)世界性緊缺。2003年,我國鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)回收的廢鋼鐵和非生產(chǎn)回收廢鋼鐵合計為1502萬t;而全年煉鋼消耗廢鋼與輔助煉鋼消耗廢鋼之和為4750萬t。顯然,國內(nèi)的廢鋼缺口很大。未來幾年,隨著國際市場廢鋼資源的短缺,世界對廢鋼的需求量將不斷增長。當(dāng)今,在廢鋼資源全球性緊缺、國際市場價格頻頻上揚的情況下,對于我國來說,尋找廢鋼替代品已迫在眉捷。直接還原鐵和熱壓塊鐵是最好的廢鋼替代品。1直接還原工藝2003年世界直接還原鐵總量為4900萬t。比2002年增加了10%,不同工藝所生產(chǎn)直接還原鐵所占份額如下:Midrex為64.6%,HyLⅢ為18.4%,HyLⅠ為1.3%,Finmet為5.2%,其他氣基為0.4%,煤基為10.2%。直接還原工藝根據(jù)還原劑不同可分為氣基和煤基。氣基直接還原工藝中,豎爐Midrex、Arex(Midrex改進(jìn)型)和HyLⅢ工藝、反應(yīng)罐法HyLⅠ、流化床法Fior和Finmet工藝,都已獲得了工業(yè)應(yīng)用,流化床法Fior、Circored和碳化鐵法在工業(yè)上應(yīng)用不久就停產(chǎn)了。煤基直接還原法中,獲得工業(yè)應(yīng)用的有回轉(zhuǎn)窯法和轉(zhuǎn)底爐法(Inmetco、Fastmet、Sidcomet、DRylron),新開發(fā)的多層轉(zhuǎn)底爐Primus工藝已于2003年2月投產(chǎn)。1.1直接氣基礎(chǔ)處理技術(shù)氣基還原工藝可分為使用球團(tuán)礦或者塊礦的工藝和使用鐵礦粉的工藝。各種氣基直接還原鐵工藝發(fā)展?fàn)顩r如表1所示。1.1.1其他高等重離子裝置使用球團(tuán)礦或者塊礦的有豎爐法Midrex、HyLⅢ、Arex和罐式爐HyLⅠ。目前,Midrex和HyLⅢ是成熟的工藝,在委內(nèi)瑞拉、印度、加拿大、美國、伊朗、沙特阿拉伯等已獲得了廣泛應(yīng)用。Midrex主要生產(chǎn)廠有33座。1994年以來投產(chǎn)的生產(chǎn)廠逐步大型化,每套年產(chǎn)能大都在100萬t左右。如表2所示。HyLⅢ是希爾薩公司在HyLⅠ基礎(chǔ)上開發(fā)出的高壓逆流式移動床工藝,20世紀(jì)80年代開始在工業(yè)上應(yīng)用。世界上主要生產(chǎn)廠有12座。近年新投產(chǎn)的設(shè)備年產(chǎn)能都約為100萬t。如表3所示。HyL-ZR是新開發(fā)的無重整裝置的直接還原工藝,目前為止該工藝只在墨西哥蒙特雷(Monterrey)得以實施。其天然氣在豎爐內(nèi)發(fā)生部分燃燒,通過控制而產(chǎn)生合乎要求的還原氣體,從而對鐵礦石進(jìn)行還原;而傳統(tǒng)HyLⅢ工藝一般在添加蒸汽條件下使天然氣在催化重整器中裂解。為了獲得w(H2)達(dá)80%的還原氣體,通過洗滌去除CO2。Megamod廠的Midrex設(shè)備是大型的Midrex設(shè)備,如今直接還原鐵年產(chǎn)量超過170萬t,生產(chǎn)率超過220t/h。直徑為8m的豎爐年產(chǎn)直接還原鐵能力270萬t。1.1.2化床工藝的實現(xiàn)在直接還原生產(chǎn)中,采用細(xì)礦粉的直接入爐與塊礦和球團(tuán)礦相比其原料成本具有明顯優(yōu)勢。氣基粉礦直接還原一般都采用化床工藝。很長時間以來,獲得商業(yè)應(yīng)用的粉礦直接還原鐵工藝只有Fior工藝(如表1所示)。Finmet工藝是Fior工藝的進(jìn)一步發(fā)展,是基于粒度小于12mm的粉礦的氣體直接還原工藝。已經(jīng)有兩個工業(yè)廠投產(chǎn),年設(shè)計產(chǎn)能都超過200萬t熱壓塊鐵。兩個廠2003年共產(chǎn)163萬tHBI。1.1.3hyl和finget工藝的天然氣消耗表4中匯總了氣基直接還原的一些工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。Midrext和HyLⅢ工藝的天然氣消耗為9.7~10.7GJ/t,而Finmet為13.3GJ/t。對這些工藝來說重要的是天然氣的價格。而Finmet工藝使用更便宜的粉礦,補償了較高的天然氣消耗。1.2其他含碳材料的轉(zhuǎn)底爐工藝在煤基直接還原工藝中,已獲得工業(yè)應(yīng)用的有回轉(zhuǎn)窯和轉(zhuǎn)底爐工藝。表5表示主要煤基直接還原工藝的發(fā)展現(xiàn)狀。轉(zhuǎn)底爐由于反應(yīng)速度快、原料適應(yīng)性強等特點,近年來得到了快速發(fā)展。轉(zhuǎn)底爐工藝有許多種,包括Inmeto、Fastmet、Comet、Sidcomet、IDI(IronDynamicsInc)、ITMK3、DRyIron等。在這些工藝中,有的使用含碳生球團(tuán),有的使用鐵礦粉或者含氧化鐵殘渣、煤、或者焦粉等。新開發(fā)的轉(zhuǎn)底爐工藝除了Primus外,還有RedSmeltNST(NewSmeltingTechnology),這是SMSDemag在RedSmelt基礎(chǔ)上新開發(fā)的工藝,用氧煤基熔融爐代替埋弧爐,以降低成本。在意大利Piombino廠建的RedsmeltNST(NewSmeltingTechnology)示范廠年處理5.5萬t含鐵料,生產(chǎn)3萬t鐵水。該工藝有一造球盤,把含鐵粉料和碳基還原劑生產(chǎn)成生球團(tuán)。然后裝入轉(zhuǎn)底爐中生產(chǎn)DRI,形成的DRI球通過一水冷螺旋輸送裝置送入一溜槽,然后再送入NST熔融裝置。2評論2.1finget和hyl-zr工藝的發(fā)展氣基直接還原法現(xiàn)在已獲得廣泛應(yīng)用的主要有Midrex、HyLⅢ和Finmet,其中,前兩者都采用球團(tuán)礦或者塊礦作爐料,而后者則直接采用鐵礦粉作爐料。這三種工藝都是依賴天然氣而生產(chǎn)的,Finmet工藝天然氣單耗比Midrex和HyLⅢ的高,但Finmet因為使用更便宜的粉礦,補償了較高的天然氣消耗。目前這三種工藝逐步向擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低成本方向發(fā)展,已出現(xiàn)了年產(chǎn)能超過200萬t的Midrex生產(chǎn)線。VAI也正在研發(fā)新一代Finmet工藝,產(chǎn)能達(dá)110萬t。為了降低成本,新一代無重整裝置的HyL-ZR工藝也正在開發(fā)中,并已在墨西哥得以實施。這些工藝在工業(yè)上的應(yīng)用主要依靠天然氣,然而浦項、印度等一些廠也成功地利用熔融還原工藝產(chǎn)生的煤氣生產(chǎn)出了直接還原鐵產(chǎn)品(COREX工藝與Midrex聯(lián)合工藝)。2.2對紅土地鐵廢液的處理由于煤基回轉(zhuǎn)窯SL/RN工藝存在原料要求高、結(jié)圈等很難克服的缺點,近年來轉(zhuǎn)底爐工藝發(fā)展很快,但現(xiàn)在已投產(chǎn)的煤基直接還原煉鐵廠生產(chǎn)規(guī)模都不大,而且大部分都是處理含鐵廢料的?，F(xiàn)在在日本已投產(chǎn)的Fastmet、在美國EllwoodCity投產(chǎn)的Inmeto工藝和RedSmelt、新日鐵光廠投產(chǎn)的DRyIron設(shè)備、目前盧森堡Differdange投產(chǎn)的8.2t/a的Primus裝置都是處理含鐵廢料的,且產(chǎn)能不大。但值得注意的趨勢是,先進(jìn)的煤基直接還原工藝是向著直接利用鐵礦粉和再增加一個熔融爐,把直接還原鐵直接熔融成鐵水方向發(fā)展的,RedSmelt、Primus和Sidcomet就是這種類型的工藝。3非高爐高爐火線加工工藝和設(shè)備的競爭由于世界煉焦用主焦煤和肥煤資源短缺,今后在很長一段時間內(nèi)將會出現(xiàn)主焦煤和肥煤供不應(yīng)求現(xiàn)象,制約高爐煉鐵的發(fā)展,因而需要開發(fā)和研究不用焦炭的非高爐煉鐵工藝。1999年后每年在中國公開發(fā)表的專利量達(dá)到40項左右,說明該領(lǐng)域正在成為國內(nèi)外冶金技術(shù)競爭的方向。僅浦項1995年以來就在中國申報了24項非高爐煉鐵相關(guān)專利技術(shù),這些都為我們今后進(jìn)入該領(lǐng)域設(shè)置了障礙。國際先進(jìn)大型鋼鐵公司也十分重視直接還原工藝和熔融還原工藝的研究與開發(fā)工作。川崎鋼鐵公司開發(fā)了Hi-Qip轉(zhuǎn)底爐工藝,神戶鋼鐵公司及美國米德蘭公司聯(lián)合開發(fā)了ITmk3工藝,2000年新日鐵在廣畑廠投產(chǎn)了一年產(chǎn)能達(dá)19萬t的Fastmet工藝來處理殘渣、浦項開發(fā)成功