HIsmelt工艺及技术

鞍钢技木ANGANG TECHNOLOGY2004年第3期HIsmelt工艺及技术刘文运王学峰(首钢总公司)摘要介绍了 HIsmelt工艺的研发过程和直径为2.7m的竖式熔融反应炉(SRV)的试验情况,并对试验结果及存在问题进行了讨论与分析。同时,介绍了正在K建设的直径为6.0m的工业化熔融反应炉的情况关键词 HIsmelt工艺熔融反应炉熔融还原HIsmelt TechnologyXuefeiAbstract The article introduces the process of study and development on HIsmelt technology andexperiment condition of 2. 7m shaft smelting reduction vessel (SRV), the testing result and existingproblems are analyzed. The condition of 6. Om industrial smelting reduction vessel being built inKwinana is introducedKey Words Hlsrmelt technology smelting reduction vessel smelting reduction1 HIsmelt工艺开发过程耗低外,生产能力和节能效率都有很大改善。在大20世纪80年代初澳大利亚CRA公司和德量试验的基础上,他们不断改进炉体设计和喷吹国科勒克纳公司在6αtK-OM转炉上成功地进技术,获得了较高的二次燃烧率和传热效率。行了熔融还原试验,获得了较高的二次燃烧率和传热效率。而后,CRA公司和科勒克纳公司在德1200℃热风卧式反应炉煤气国兴建了小型试验装置—卧式铁浴炉,容量为0t,从1984年运转到1990年,专门研究、开发该炉渣项技术。1989年CRA公司与美国 Midrex公司签铁水署合作协议,组建了 HIsmelt公司,在澳大利亚Kwinana动工兴建了一座卧式反应炉(见图11),矿石、煤粉1993年11月5日正式投入运转。试验表明,该技术虽然实用并达到预期效果,但热风口附近的耐图1卧式反应炉火材料损耗过大,工艺技术复杂,经济效益低。195年, HIsmelt工芝研究人员在模型试验中T业收Hmlt熔融反应炉目前正在中国煤化工发现,由侧面向熔池喷料同样能产生与底部喷料建设,2003年初开始施相似的“喷泉”现象,因而将卧式反应炉演变成竖CNMHG式生产,设计年产80万t式反应炉(见图2)。新的反应炉于1997年建优质生铁。由中国首钢集团和力拓集团、纽柯集团成,效果比预期要好除了设备简化和耐火材料损和三菱公司投资合营。刘文运(iu-wenyun@yahoo.com.cn),工程师,1989年毕业于鞍山科技大学钢铁冶金专业,现工作于首钢技术研究院钢研所(100041)。刘文运王学峰 HIsmelt工艺及技术2 HIsmelt工艺特点1200℃热风HIsmelt工艺流程见图33。富氧HIsmelt直接熔融还原技术是综合应用现代氧气炼钢技术和高炉炼铁技术的结果。该工艺以高压水冷烟罩煤气铁矿粉作原料,以破碎后的煤粉为还原剂,可以使用烟煤或无烟煤。竖式反应炉有多个固定的水冷矿石、煤粉矿石,煤料喷枪煤与矿石从枪口喷λ,绝大部分旳煤及矿石的混合料直接喷入到金属熔融区,在金属熔融区→炉渣迅速熔解,并和冶炼产生的气体(H2、OO)形成HIsmelt冶炼法特有的喷泉现象。产生的气体与熔耐火材料池上部喷入的高温热风(或富氧热风)进行二次燃烧,在气体区放出大量的热。图2竖式反应炉原料、燃料,熔剂预处理系统煤气清洗系统谋气管网粉料喷吹系统炉渣厂铁水热风炉系统鼓风机铁水罐车竖式反应炉SRV图3 HIsmelt工艺流程图燃烧后的气体在熔池上部与金属液滴充分混(4)反应过程的启动、关闭简便易行,从而使合,依靠辐射和对流将热量传到熔池中,补偿矿石炼铁和炼钢作业有效衔接,不必限产铁水;冶炼、造渣等反应吸收的热量。高速喷吹高温热风(5)该工艺的投资费用与建设同等规模高炉(或富氧热风),可进行有效的传热和搅拌,并实现工艺的投资大体相当,而单位生产成本约为高炉充分的二次燃烧。炼铁工艺的70%~80%。HIsmelt工艺的最大特点是不使用焦炭,直接使用粉矿或部分使用钢铁厂废料,如轧钢皮、工业3 HIsmelt的工业试验情况含铁粉料等elt工艺同时还具有如下特点(1)单体生产效率高。第一代工业示范炉年中国煤化工计试验了132天,产铁产铁水能力可达到80万t;CNMH体料(矿石、煤、熔剂等500多个持续作业期内,作业率②)二次燃烧传热速度快,二次燃烧率可稳超过99%,最长的一次持续了38天,其作业率高定控制在60%以上;达99.8%,见表1(3)与高炉相比,每吨铁水的OO2排放量可(1)1997年2~12月进行了第7期试验,主减少20%要试运行竖式反应炉,验证该工艺的可行性,并考18《鞍钢技术》2004年第3期查了原料从100%粉矿(粒度<6mm)到100%还(2) HIsmelt工艺的二次燃烧率较高,通常在原率的直接还原铁以及富氧率27.5%和中等挥60%~70%之间。用冷铁矿粉作原料,使用无烟煤发性煤的使用效果等。时每吨铁耗煤量约为800~1200kg。(3)从试验结果看,该工艺对高磷粉矿(含磷表1竖式反应炉的试验情况量为θ.12%)有较好旳脱磷效果,脱磷效率平均试验期试验天数/天作业率/%铁水产量/达85%~95%。第7期(1997.2~12(4) HIsmelt工艺可以直接使用含铁工业废第8期(1998.3~998.95390料,将其与矿粉混合喷入,无需进行原料造块。与第9期(1998.12使用粉矿作业相似,其铁回收率可超过97%。废总计13222100物里的锌、铅析出到炉尘中,并可从中回收利用。(5)该工艺对不同挥发分的煤有较好的适应性。使用挥发分含量较高的煤时,因气化和裂化作(2)1998年3~9月进行了第8期试验,试验用,能耗较高改善了SRV的工作性能,降低了水冷热损耗,并(6)在整个试验期内,生产的铁水质量较为提高了二次燃烧率,与铁水浴的热交换有所改善。稳定,但和高炉工艺相比其铁水含硫高。该工艺可进行了提高熔融还原炉压力和27.5%富氧率及以对铁水的温度进行控制,也可对成渣条件进行延长富氧时间等试验,还分别试验了中等挥发性、优化,以达到最佳的生产率,提高铁水质量,减少低挥发性煤种,并进行了喷吹钢厂废料的试验。耐火材料消耗(3)1998年12月~1999年6月进行了第9(⑦)耐火材料损耗率较低,预计反应炉连续期试验,主要考查了耐火材料消耗情况,并确认了生产的使用寿命可达到1年以上。此外,固体料喷废气罩和渣位线的可用性;试验了钢厂废料(铁回枪磨损率很低,反应炉自启用以来,未岀现喷枪水收率达到97%以上),并测定了其对主要工艺参冷壁漏水现象数和过程控制的影响;进行了30%富氧试验,并(8)由于不使用焦炭及烧结矿,同时还能利分别测定了从低挥发性到中等挥发性的7种煤及用钢铁厂废料, HIsmelt工艺具有较好的环保效混煤和焦粉的消耗情况益,OO排放量与同等规模的高炉比少20%。工业试验结果5存在的主要问题(1)对多种含铁原料(赤铁矿、褐铁矿、40%由于原试验规模小,连续生产时间偏短,工业和72%还原率的直接还原铁等)分别进行了试化运行还存在许多未知因素,因此扩大规模后可验,并就它们的还原水平对生产的影响进行了评能会有如下风险估。此外,还进行了使用30%富氧率的热风以提(1)试验期间,用无烟煤时每吨铁煤耗约为高反应炉生产能力的试验,试验结果见图4。左右。计划将反应炉直径扩大到6.0m后,煤耗要降到700kg/t铁,主要措施之一是要采用矿粉预热、预还原技术,使用鲁奇的矿石预还原设备。由于原试验没有采用这项技术,预热、预还原设备中国煤化工和熔融还原炉之间的操CNMHG要做大量的工作(2)该技不的天键是要控制好渣铁的搅动,保持合适的顶部热风喷枪位置以及控制渣中适宜100%40%72%25%30%30%高氧矿粉 PRD PRD富氧高氧72%PRD的碳含量。在一个反应炉内同时保持氧化和还原两种反应的相互衔接和匹配,取得较高的二次燃图4竖式反应炉的生产能力与富氧、预还原率的关系烧率和高的传热效率,控制好渣中FeO含量,使刘文运王学峰 HIsmelt工艺及技术19冶炼稳定进行。虽在直径2.πm熔融反应炉的试在继续。但该技术转λ较大规模的商业生产仍存验期间进行了摸索研究,但炉子扩大后,这些参数在一定风险。规模扩大后,有可能发生因设备的不还要进一步探索断改进,造成投资费用不断增加的情况(3)由于喷枪的强烈搅拌和渣中FeO的作(3) HIsmelt工艺为了最大限度地利用自身用,对炉衬侵蚀较为严重,预计炉子扩大后,其寿产生的能源、回收蒸汽及低热值煤气,增建了余热命可达一年左右。这是根据短期试验时耐材的侵利用锅炉及发电厂,并用蒸汽驱动鼓风机及制氧蚀情况推算岀来的,是否符合实际,尚需要实践验空压机,虽然使本身的操作成本有所降低,但设备证。若不解决这一问题,就不能保证生产的长期稳系统投资增加,并使整个系统相互关联,操作更加定,消耗、成本也将大幅度升高复杂。Hsπnelt工艺的发展应该努力提高炉内反应(4) HIsmelt工艺脱硫效果较差,通过控制煤压力,通过调整风温和富氧,控制二次燃烧率,在的含硫量(使用低硫煤),虽然铁水旳含硫量能够确保产率旳冋同时,提髙煤气热值;在热风系统充分满足后部炼钢工序的需要,但原燃料带λ旳硫有利用自身煤气旳情况下,把多余煤气输λ煤气管相当部分进入到煤气粉尘中,粉尘不能100%循网,减少辅助设备,降低系统的复杂性和总投资,环利用。因此要求使用含硫量低的煤种。使 HIsmelt工艺更具竞争力。6结论与建议参考文献(1)熔融还原技术有着广阔的前景。 HIsmelt I G.J. Hardie等.Hm工艺阶段进展报告.世界钢铁,1996工艺不但不用建焦化厂和烧结厂、球团厂,而且能4,P17~2Tara goldsworthy等. HIsmelt-未来的炼铁工艺,中国钢铁处理钢铁厂的含铁粉料废弃物,大大减轻环境污年会论文集,2003,P604~610染。因此,尽管高炉炼铁工艺现在仍占统治地位,3 M. J. Buckle, Value of Hlsmelt Pig Iron to Steelmakers, Mini and但未来将是直接使用煤和粉矿的熔融还原炼铁工Integrated Mills in the New Millennium, Georgia,1999艺的时代。(2) HIsmelt公司为工业化的 Kwinana厂做了(编辑孙永方)大量的模型研究及开发工作,并且这项工作一直收稿日期:2003-10-18,,',,,,^,,^,',’,,,,',’,^,,’,’,,^,^,,’,,^,,^,',’,,^,^,,,^,’,’,'^,^,Itmk3炼铁技术在美测试接近预定目标2003年3月,日本神户钢铁公司拉开了“第三战役”的序幕,开始测试、验证第三代炼铁工艺技术Imk3。此番測试原于2004年6月全部结束,其目标是验证原料消耗的改进和经济优势等方面內容。lτmk3工艺能够生产粒状生铁。它用矿粉和热力煤作为原料,制成生球团,裝入转底炉,在1450C环境下进行约10min的还原过程渣铁分离后,生成粒状固态生铁。在美国工厂完成第一、二期测试后,包括神户公司在内的4方证实,该工艺能够生产生铁,可以连续运行。目前正在进行第三期測试,从3月开始,到6月结束。在北美地区,因天然气价格自2000年后期高居不下,为数众多的气基还原厂被迫关闭。据 Midrex公司的调查,2000年美国直接还原铁产量达到156万t,随着部分直接还原铁厂的关停,2001年的产量急速下滑到12万t。天然气价格依旧高昂,致使北美气基直接还原厂维持生产更加困难。然而,美国对中国煤化工.图此200年从海外进口大量的直接还原铁。此后,lmk3工艺引起了人们的注意与传统高炉相比,Itmk3的优点在于:高炉需要焦炭,生铁CNMH热力煤,生产生铁的时间只需1omin,且二氧化碳含量比高炉低20%;lmk3工艺金属铁的收得率为97%(高炉96%),粒状生铁中含碳3%(高炉4%)、硫ω.05%(高炉θ.03%),并不比高炉生铁的品质差。神户钢铁公司建议将商业厂建立在矿山附近摘自《世界金属导报》