《非高炉炼铁》PPT课件.ppt

4 非高炉炼铁,4.1 非高炉炼铁简介,传统的高炉法需使用焦炭，并且含铁原料要进行造块预处理，需配套建设烧结或球团厂及炼焦厂，流程长、投资大、能耗高、污染重，加之炼焦煤资源少，使其进入低速发展期传统的高炉法要靠规模出效益，生产规模一般较大，不适于灵活配套建厂及产品转产随着废钢在炼钢过程中用量的增加，其含有的铜、锡、镍、铬等有害元素被富集，为了稀释有害元素，提高钢产量并扩大原料范围，增大了对纯净的DRI的需要需要一种能直接利用各种廉价原料的炼铁法,发展背景,非高炉炼铁法的概念与分类,非高炉法,除高炉外不用焦炭炼铁的各种工艺方法。,直接还原法,熔融还原法,以煤、气体或液态燃料为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以下还原获得固态海绵铁的工艺方法,在熔融状态下完成还原反应(还原铁矿石)的工艺方法,1952年，瑞典韦伯法,1976年，瑞典皇家工学院S.艾克托普,非高炉炼铁法产品的性质与应用,直接还原法产品：海绵铁，直接还原铁（DRI）性质：固态、多孔，含碳低，不含Si、Mn等元素，保存了矿石中的脉石应用：代替废钢作为电炉炼钢的原料熔融还原法产品：液态生铁性质：液态，除含有大量物理热外，还含有较高的碳以及Si、Mn等发热元素应用：主要作为转炉炼钢的原料,4.2 直接还原法,不用焦炭，省去了炼焦设备，总的基建投资比高炉法低，排放显著减少电炉炼钢迅速发展，合格废钢，特别是优质废钢供应不足选矿技术提高，提供了大量高品位精矿，矿石中脉石量降低到冶炼过程中不需再加以脱除的程度,发展背景,直接还原法的能源供应并未完满解决：最成熟的直接还原法都是以天然气做一次能源，以煤炭为能源的直接还原法仍有待完善直接还原-电炉炼钢流程电耗较高：6001000kW.h/t高品位矿石不是普遍容易获得的,直接还原法发展的障碍,目前世界直接还原铁产量仅为6000多万吨，不到高炉产量的10%，制约其发展的原因主要有以下几个方面,直接还原法常用技术指标,利用系数 ：与高炉有效利用系数定义相同。一般在0.510,燃料消耗（单位热耗 ）：以消耗一次能源的总热值表示。一般在9.225.1GJ/t,产品质量：还原度R和金属化率M,煤气质量：氧化度,原理：,直接还原法分类,气体还原剂法（气基法）：以天然气为主要能源，代表性方法有竖炉法、反应罐法和流态化法,要求：以竖炉法为例,矿石：粒度625mm，酸性脉石3%，还原膨胀率20%，强度2000N/P还原剂：天然气入炉煤气：氧化度5%，温度750900,特点：利用系数高，制气设备复杂，投资巨大,原理：,固态还原剂法（煤基法）：以煤为主要能源，代表性方法有SL-RN法、Krupp法,要求：以SL-RN法为例,矿石：粒度525mm，酸性脉石3%，还原膨胀率20%，强度200N/P还原剂：以反应性良好的褐煤和烟煤为宜，灰分少（25%）、灰熔点高（1150），含硫低（0.8%）,特点：以煤炭为能源，能脱除某些有害元素，但生产率低，易结圈，热效率低,4.3 熔融还原法,还原反应速度快，对原料的限制少，能耗低，污染小液态生铁除含有大量物理热外，还含有较高的C、Si、Mn等发热元素，适于高效率的转炉炼钢方法处理与直接还原法相比，生产液态生铁过程中可以把脉石排出,熔融还原法的优点,能耗较高，需大量氧气和电产品质量不好，脱硫不稳定，硅不能有效控制设备寿命不高，渣中FeO对耐火材料侵蚀严重,熔融还原法目前存在的问题,熔融还原法的原理,在熔融状态下，铁氧化物的全部还原都依靠C/CO来完成，生成的CO燃烧成CO2，产生的热量能满足系统热平衡的需要,熔融还原法的分类,（1）一步法：用一个反应器完成铁矿石的高温还原和渣铁熔化，生成的CO排出反应器后在回收利用（2）二步法：先利用CO能量在第一个反应器内预还原矿石，再在第二个反应器内补充还原和熔化,熔融还原工艺的开发现状,一步法熔融还原工艺,（1）回转炉法,工艺过程及原理 Basset法：使用普通回转窑将温度提高到1350，还原铁在高温下渗碳并熔化，然后定时排出炉外。炉渣碱度34，作为水泥熟料。 Dored法：使用短粗德转鼓型炉，用纯氧燃烧CO以减少废气带走的热损失，在1600下操作，生成的炉渣将还原带和氧化带分开。优点：化学能利用良好缺点：炉衬损坏严重，设备作业率低；热能利用不好；铁损大,（2）悬浮态法,工艺过程及原理 在悬浮态中，细粒矿粉与细粒碳粉以期被氧（空气）吸入：,超细矿粉的还原处于拟均相化学反应控制：,实验研究表明，悬浮态反应器实际效率并不高，其利用系数在0.5t/m3.d,优点 还原速度快 不受温度限制 直接使用精矿缺点 煤气排出的温度高，热利用不良 还原出的铁滴细小，不易于渣铁分离,（3）电炉法,工艺过程及原理 用C作还原剂，以电能供应反应过程所需的热量消耗。炉渣碱度1.21.3，炉温高，铁水含S低，生铁中C、Si、Mn可通过配料及配C量控制。理论耗碳322Kg/t-Fe,耗电1140kW.h。 常用的炼铁电炉是矿热电炉，热效率80,等离子电炉热效率可达9098。等离子电炉可产生几万度的高温，使气体分子离子化，能加速化学反应,（4）Romelt法,优点 还原反应主要在搅动炉渣层中进行，具有高的二次燃烧率和热回收率。熔融、还原在同一个炉内完成，设备简单、投资省，不会产生料柱，对原料要求不高，也无需预处理，可处理各种含铁废料且初始投资比其他流程都低,工艺过程及原理 使用大容积、高度搅拌的熔池，由浸没式含氧鼓风机进行搅拌，当粉煤燃烧达15001600时熔体被C还原得到铁水,二步法熔融还原工艺,工艺过程 第一步：加热并预还原矿石，还原度一般在3080，可使用低级能源。常用设备是悬浮态及回转窑。 第二步：补充还原及渣铁熔化分离。常用设备是电弧炉霍等离子电炉。 通常第一步及第二步能量消耗分别提供，或只由第二步的气流在第一步中起部分作用。,第一步对第二步的能量节约 （1）第一步预还原度对第二步的能量节约 电能：,还原剂：,（2）炉料每升高100可直接降低电耗30kW.h/t，而且预热后能提高第二步的间接还原度，可进一步降低电耗； （3）炉料水分降低1，可节电1kW.h； （4）石灰石被分解，每公斤石灰石分解将多耗电0.67kW.h。,（1）回转窑电弧炉双联,Elkem法：SN-RN回转窑与TyslandHole电炉串联。已实现工业生产。回转窑生产3070还原度的预还原矿石，电炉电耗可降到10001500kW.h/t,（2）悬浮态电炉双联,用悬浮态把矿石还原到70，可大大简化悬浮态作业，能直接使用粉煤和矿粉。 Elred法：悬浮态还原与直流单相电炉串联，排出的高温气体发电。 Inred法：闪烁炉与感应电炉串联，排出的高温气体发电。,（3）流态化竖炉双联,（4）竖炉熔融气化炉双联,预还原采用竖炉，还原度在90以上，熔融气化炉兼制造还原气及熔化还原预还原料的作用。 优点：能耗低、工艺合理、技术成熟，排出的煤气可用于发电，也可用来生产海绵铁。 缺点：精矿需要造块。,Corex法,竖炉铁浴造气炉串联,优点：煤气质量高，粉尘少,