直接還原鐵進(jìn)高爐

1、3.1海綿鐵進(jìn)高爐技術(shù)綜述在高爐鐵水需求高峰期間使用DRI, 一個(gè)煉鐵能力有限的工廠， 在不顯著增加焦炭日消耗量的情況下，可使鐵水生產(chǎn)率猛增以至高達(dá) 50%，這樣對(duì)高爐和焦?fàn)t來(lái)說(shuō)就可不另行投資，一個(gè)鐵廠使用DRI 至少可增加煉鐵能力50%。用DIR代替增加50%產(chǎn)能所節(jié)省的焦炭 價(jià)值就可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煉鐵廣所用DRI的生產(chǎn)和運(yùn)輸費(fèi)用。直接還原鐵作為高爐的原料，可提高高爐產(chǎn)量和降低焦比。在高 爐冶煉過(guò)程中，約60%的焦炭用于氧化鐵的還原。使用直接還原鐵來(lái) 作為高爐原料，由于直接還原鐵需要部分還原或者不需要還原因此 從理論上來(lái)說(shuō)可以大幅度降低還原劑比和提高鐵水產(chǎn)量。在使用鐵的 氧化物料的高爐生產(chǎn)中，鐵的

2、氧化物爐料下降經(jīng)過(guò)爐身與風(fēng)口前燃燒 碳所產(chǎn)生的上升的一氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)奪取了鐵的氧化物 中大部份的氧，對(duì)于燒結(jié)礦的反應(yīng)，要考慮到Fe2O3-Fe3O廠FeO這 3個(gè)階段的反應(yīng)過(guò)程，對(duì)直接還原鐵的反應(yīng)，只要考慮部分FeO-Fe 的第3階段的反應(yīng)。通過(guò)綜合平衡法研究，在利用系數(shù)2t/(m3.d)、焦比500kg/t的高 爐操作中，在鼓風(fēng)條件、廢氣溫度和鐵水成分相同的條件下，全部使 用100%MFe的鐵源進(jìn)行操作時(shí)，如果使用綜合平衡法進(jìn)行計(jì)算，則 高爐利用系數(shù)4.6t/(m3.d)、焦比195kg/t。也就是說(shuō)，在目前的高爐中, 焦比的大約60%(300kg/t)用于氧化鐵的還原。因此，使

3、用還原鐵來(lái)降 低鐵源的氧化能力(O/Fe),可提高鐵水產(chǎn)量和降低還原劑比。早在七十年代，工業(yè)試驗(yàn)就巳表明直接近原鐵用作高爐爐料， 可以降低焦比和提高產(chǎn)So 1964年一 1965年，美國(guó)礦業(yè)局、美國(guó)鋼 鐵公司的試驗(yàn)高爐和安大賂的漢密爾加拿大鋼鐵公司的商業(yè)性生產(chǎn) 規(guī)模高爐都進(jìn)行丁試驗(yàn)，探求DIR對(duì)鐵水生產(chǎn)率和高爐熊比的影響， 1970年比利時(shí)列日的矮形高爐以及日本新日鐵、蘇聯(lián)等也進(jìn)行了相 似試驗(yàn)。1964年美國(guó)礦業(yè)局在賓州Bruceton,用一座試驗(yàn)用小高爐進(jìn)行 的試驗(yàn)指出，用金屬化率90%左右的直接還原鐵球團(tuán)代替高爐爐料 中部分氧化球團(tuán)礦，可以使鐵水生產(chǎn)率明顯增加和焦比大為下降。如 表3.1-

4、1所示，當(dāng)直接還原鐵球團(tuán)礦在護(hù)料中的比例提高到85%的， 鐵水產(chǎn)量幾乎直線的增加了 75%，爐料中直接還原鐵球團(tuán)用量在30% 時(shí)，焦比則下降約23%。直接還原鐵球團(tuán)的用量較高時(shí)，爐料中直 接還原球團(tuán)用量對(duì)焦比下降作用減弱，爐料中直接還原鐵用量占85% 時(shí)，焦比僅下降47% o表3.1-1美國(guó)礦業(yè)局試驗(yàn)高爐爐料中直接還原鐵的使用資料爐料基準(zhǔn)試驗(yàn)1試驗(yàn)2試驗(yàn)3氧化球團(tuán)，100704015直接還原鐵球團(tuán)，306085FeOTFe*100%0306078鐵水產(chǎn)量，噸/時(shí)1.551.992.412.71焦比（干基），公斤/噸鐵水574441352306溶解損失碳量，公斤/噸鐵水6130200美國(guó)鋼鐵公司

5、引導(dǎo)利同不同類型的直接還原鐵原料，而在同一 座爐缸直徑為1.2m，有效高度為6.1m的試驗(yàn)用小高爐里作過(guò)高爐冶 煉試驗(yàn)。在這些試驗(yàn)中，以金屬化率69%的壓塊，高鐵壓塊(HIB), 爐料和相當(dāng)金屬化率98.5%的廢鋼進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，鐵水產(chǎn)量 增加，焦比下降。同礦業(yè)局試驗(yàn)所得結(jié)果十分相似。同時(shí)還表明，產(chǎn) 量增加、焦比下降完全地取決于爐料中金屬化鐵的百分比，而與金屬 鐵來(lái)自HIB塊或廢鋼無(wú)關(guān)。由于用廢鋼時(shí)渣量較小，含廢鋼的爐料 其生產(chǎn)率略高于含HIB團(tuán)塊的爐料。美國(guó)鋼鐵公司試驗(yàn)高爐爐料中直接還原鐵的使用資料爐料基準(zhǔn)試驗(yàn)1試驗(yàn)2試驗(yàn)3試驗(yàn)4燒結(jié)塊，100607740HIB壓塊，40100廢鋼，2

6、360Fec/TFe*100%032327070鐵水產(chǎn)量，噸/時(shí)1.141.411.421.761.85焦比(干基)，公斤/噸鐵水498403400300300溶解損失碳量，公斤/噸鐵水8862612531作為高爐試驗(yàn)的繼續(xù)研究，1964年加拿大鋼鐵公司(Stelco)在一 座有效容積588m3工業(yè)性高爐爐料里，用直接還原鐵球團(tuán)進(jìn)行一次大 型試驗(yàn)。表3指出試驗(yàn)分從風(fēng)口噴天然氣和不噴天氣兩組。每組實(shí)驗(yàn) 的基準(zhǔn)期都采用100%的氧化球團(tuán)，試驗(yàn)期則使用氧化球團(tuán)礦占70%， 金屬化率為90.5%的直接還原鐵球團(tuán)占30%的爐料。對(duì)不噴吹天然 氣的試驗(yàn)組，用直接近原鐵球團(tuán)時(shí)，鐵水產(chǎn)量增加20%，焦比下降

7、大約20%。對(duì)噴吹天然氣這個(gè)組，用直接還原鐵球團(tuán)時(shí)，鐵水產(chǎn)量 大約增加17%，焦比下降7%左右。雖然在每種情況下，鐵水日產(chǎn)量 都增加得較多，但是焦炭日耗量并沒(méi)有增加，實(shí)際上，在兩種情況下 焦炭消耗量卻都下降了。本試驗(yàn)結(jié)果意義非常重大，它意味著即使是 個(gè)別的工廠，其高爐和焦?fàn)t都按最大能力進(jìn)行生產(chǎn)，當(dāng)高爐爐料中使 用直接還原鐵物料時(shí)，鐵水產(chǎn)量仍能大大地提高。加拿大鋼鐵公司(Stelco)工業(yè)規(guī)模高爐爐料中直接還原鐵使用資料爐料不噴吹天然氣噴吹天然氣基準(zhǔn)試驗(yàn)1試驗(yàn)2試驗(yàn)3氧化球團(tuán)，1007010070直接還原鐵球團(tuán)，030030FeoTFe*100%034.7032.4鐵水產(chǎn)量，噸/日1127138

8、211551341焦比(干基)，公斤/噸鐵水558444508421天然氣量，公斤/噸鐵水002925溶解損失碳量，公斤/噸鐵水105618553Tsujihata等在Hagashlda廠的6號(hào)高爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，高爐的工作容 量為648m3。在試驗(yàn)中，直到40%的爐料被DRI取代，原來(lái)的爐料 是由54%自熔性燒結(jié)結(jié)礦和46%篩選礦組成的，而DRI是用高爐煙 灰和LD轉(zhuǎn)爐泥漿在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)制成的。DRI含70%全鐵和40%金屬 鐵。雖然這些條件與Stelco的試驗(yàn)大有差別，但如果用每噸鐵水從爐 料脫除的氧量表示時(shí)，測(cè)得的生產(chǎn)率和焦比卻與Stelco較為相符。1978年墨西哥高爐公司(AHMSA)的二號(hào)高

9、爐上，用金屬化率為87%，含碳量2.5%的 DRI球團(tuán)也進(jìn)行過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)。該高爐有效容 積為918m3，使用含灰分18.2%，含硫1.08%的較低級(jí)焦炭操作。試驗(yàn) 有一個(gè)基準(zhǔn)期（爐料中燒結(jié)礦占60%，塊礦占40%）和四個(gè)試驗(yàn)期， 分別使用：15%, 25%, 30%, 35%的直接還原鐵代替相當(dāng)量的塊礦， 如表4所示，墨西哥高爐公司試驗(yàn)所得結(jié)果同加拿大鋼鐵公司試驗(yàn)所得結(jié)果十分相似。墨西哥高爐公司的工業(yè)規(guī)模的高爐爐料中直接還原鐵的使用資料爐料基準(zhǔn)試驗(yàn)1試驗(yàn)2試驗(yàn)3試驗(yàn)4燒結(jié)礦，6060606060鐵礦石，402515105希爾法球團(tuán)礦，15253035Fec/TFe*100%021313639鐵

10、水產(chǎn)量，噸/日8941013109511811246焦比（干基），公斤/噸鐵水698596546531485美國(guó)人white等報(bào)道了一座實(shí)驗(yàn)性高爐（爐缸直徑1.22米）用75% 還原壓塊的試驗(yàn)，壓塊是由委內(nèi)瑞拉鐵礦石制成的。他們確定了由 100%燒結(jié)礦、50%燒結(jié)礦/50%壓塊和100%還原鐵壓塊組成的爐料 的最小焦比和生產(chǎn)率。還進(jìn)行了使用廢鋼/燒結(jié)結(jié)礦的試驗(yàn)，其金屬 鐵含量與壓塊/燒結(jié)礦礦料相同。他們的結(jié)果再一次證實(shí)了這樣的結(jié) 果；爐料每10%金屬化，鐵水增產(chǎn)8.2%，而焦比下降6%。廢鋼和 壓塊的情況與此類似。蒙蚩IN1U爐料的僉以化率Fe/Fc*xjW鐵水產(chǎn)量增加百分比與高爐爐料中金屬化

11、率關(guān)系焦比下降百分比與高爐爐料中金屬化率關(guān)系日本和蘇聯(lián)在試驗(yàn)的和工業(yè)的高爐里也用過(guò)直接還原鐵料，進(jìn)行 過(guò)試驗(yàn)，取得了十分相似的結(jié)果。新日鐵在名古屋1號(hào)高爐上進(jìn)行了 使用還原鐵(DRI)100kg/t的試驗(yàn)，結(jié)果表明具有提高生產(chǎn)率和降低 還原劑比的效果。爐料中含有直接還原鐵，能夠降低昂貴的冶金焦炭 的消耗量。以上所有眾多試驗(yàn)取得很好的一致的結(jié)果。試驗(yàn)高爐試驗(yàn)的結(jié)果 和工業(yè)規(guī)模高爐試驗(yàn)的結(jié)果相比，生產(chǎn)率提高得較多，焦比下降的較 多因?yàn)樵囼?yàn)用小高爐經(jīng)爐殼的熱損失占了每噸鐵水所需全部熱量的 較大部份。低品位礦石出產(chǎn)的海綿鐵，往往因?yàn)槊}石和雜質(zhì)含量比較多而無(wú) 法在煉鋼爐中使用，只適宜做高爐爐料。目前日本

12、一直進(jìn)行工業(yè)規(guī)模 的應(yīng)用，其中采用轉(zhuǎn)底爐（RHF爐）工藝處理高鋅含鐵粉塵生產(chǎn)還 原性團(tuán)塊供高爐使用，就是其中成功的一例。日本新日鐵君津公司為 年產(chǎn)800萬(wàn)噸的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，該公司至今一直進(jìn)行直接還原鐵進(jìn)高 爐的工業(yè)生產(chǎn)。含鐵粉塵在轉(zhuǎn)底爐脫鋅回收后，將直接還原生成的金 屬化球團(tuán)通過(guò)鼓式冷卻器冷卻后進(jìn)入貯料倉(cāng)，然后再通過(guò)皮帶機(jī)送入 高爐原料倉(cāng)，以直接加入高爐，取得良好的效益。對(duì)于對(duì)直接還原鐵加入量，眾多研究分析表明，隨著爐料金屬化 增加到30%以上，使用還原爐抖的益處將減小。然而，如果噴射天 然氣，該極限將能增大到58%。大體上說(shuō)，從爐料中還原出一噸鐵水大約一半左右（約470公斤 /噸鐵水）是來(lái)自

13、用間接還原反應(yīng)變成金屬鐵的，而余下的鐵，則必 須用氣化碳吸熱反應(yīng)來(lái)還原。在高爐冶煉中，吸熱的氣化碳稱為溶解 損失碳。當(dāng)爐料中相當(dāng)大的部份是金屬化的直接近原鐵時(shí)，吸熱還原 反應(yīng)量就減少了。因此，不需要消耗大量熱能，從而節(jié)省了相應(yīng)的焦 炭。但是，如果增加爐料中直接還原鐵的百分比超出抑制大部份吸熱 還原所需的量，則爐料中每噸直接近原鐵節(jié)省的燃料就不多。流化床生產(chǎn)的直接還原鐵，金屬化率較低，全鐵含量也較低，不 適合直接用于電爐，如果作為高爐原料，對(duì)提高高爐的經(jīng)濟(jì)效益還是有很大幫助的。據(jù)資料顯示，礦石品位提高1%，焦比會(huì)下降2%， 產(chǎn)量提高3%，直接還原鐵作為高爐爐料，不僅品味提高，而且可以 減少直接還

14、原消耗的碳，降低焦比，因此據(jù)初步估算，如果全部使用 流化床生產(chǎn)的還原鐵塊作為高爐爐料，可以使鐵水產(chǎn)量提高30%以 上，焦比降低100kg/t-Fe以上。在北美高爐中，為降低焦炭的使用量 和確保出鐵量，一直將以廢鋼為主的金屬鐵源的使用量保持在 100kg/t左右。另外,IRSID在內(nèi)容積為1816m3的小型高爐上進(jìn)行了 使用100%廢鋼料的熔化試驗(yàn)，在使用100%廢鋼的操作中，還原劑 比為222242kg/t。雖然還原鐵的使用效果受金屬化率的影響很大， 但在使用 T.Fe91.4%、金屬化率為100%的鐵源時(shí)，還原劑比為228kg/t,爐頂溫度為200C。研究人員在對(duì)使用直接還原鐵時(shí)爐墻部的靜壓分布和大量使用 直接還原鐵后的塊狀帶、直接還原鐵高溫荷重軟化試驗(yàn)結(jié)果表明，使 用直接還原鐵軟融帶的透氣阻力有很大的改善，風(fēng)口上方0.7m處取 樣物中的熔化物比例，燒結(jié)礦熔化物比直接還原鐵多，由此可以認(rèn)直 接還原鐵顆粒的熔化度比燒結(jié)礦更低。在風(fēng)口上方0.7m處，由于百 接還原鐵沒(méi)有保留原形，由此可以推測(cè)在燒結(jié)礦熔化帶表面下端附 近（爐內(nèi)溫度大約1400C）的風(fēng)口上方0.61.1m處，直接還原鐵沒(méi) 有形成熔融層而是迅速熔化。由于直接還原鐵的高溫透氣性比燒結(jié)礦 好得多，因此可以推測(cè)即使在實(shí)際高爐使用，也沒(méi)有必要擔(dān)心直接還 原鐵會(huì)阻礙軟化帶的透氣。熱壓塊海綿鐵是高溫性狀非常好的鐵源，高爐