鞍鋼技木ANGANG TECHNOLOGY2004年第3期HIsmelt工藝及技術(shù)劉文運(yùn)王學(xué)峰(首鋼總公司)摘要介紹了 HIsmelt工藝的研發(fā)過程和直徑為2.7m的豎式熔融反應(yīng)爐(SRV)的試驗(yàn)情況,并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果及存在問題進(jìn)行了討論與分析。同時(shí),介紹了正在K建設(shè)的直徑為6.0m的工業(yè)化熔融反應(yīng)爐的情況關(guān)鍵詞 HIsmelt工藝熔融反應(yīng)爐熔融還原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工藝開發(fā)過程耗低外,生產(chǎn)能力和節(jié)能效率都有很大改善。在大20世紀(jì)80年代初澳大利亞CRA公司和德量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,他們不斷改進(jìn)爐體設(shè)計(jì)和噴吹國科勒克納公司在6αtK-OM轉(zhuǎn)爐上成功地進(jìn)技術(shù),獲得了較高的二次燃燒率和傳熱效率。行了熔融還原試驗(yàn),獲得了較高的二次燃燒率和傳熱效率。而后,CRA公司和科勒克納公司在德1200℃熱風(fēng)臥式反應(yīng)爐煤氣國興建了小型試驗(yàn)裝置—臥式鐵浴爐,容量為0t,從1984年運(yùn)轉(zhuǎn)到1990年,專門研究、開發(fā)該爐渣項(xiàng)技術(shù)。1989年CRA公司與美國 Midrex公司簽鐵水署合作協(xié)議,組建了 HIsmelt公司,在澳大利亞Kwinana動(dòng)工興建了一座臥式反應(yīng)爐(見圖11),礦石、煤粉1993年11月5日正式投入運(yùn)轉(zhuǎn)。試驗(yàn)表明,該技術(shù)雖然實(shí)用并達(dá)到預(yù)期效果,但熱風(fēng)口附近的耐圖1臥式反應(yīng)爐火材料損耗過大,工藝技術(shù)復(fù)雜,經(jīng)濟(jì)效益低。195年, HIsmelt工芝研究人員在模型試驗(yàn)中T業(yè)收Hmlt熔融反應(yīng)爐目前正在中國煤化工發(fā)現(xiàn),由側(cè)面向熔池噴料同樣能產(chǎn)生與底部噴料建設(shè),2003年初開始施相似的“噴泉”現(xiàn)象,因而將臥式反應(yīng)爐演變成豎CNMHG式生產(chǎn),設(shè)計(jì)年產(chǎn)80萬t式反應(yīng)爐(見圖2)。新的反應(yīng)爐于1997年建優(yōu)質(zhì)生鐵。由中國首鋼集團(tuán)和力拓集團(tuán)、紐柯集團(tuán)成,效果比預(yù)期要好除了設(shè)備簡化和耐火材料損和三菱公司投資合營。劉文運(yùn)(iu-wenyun@yahoo.com.cn),工程師,1989年畢業(yè)于鞍山科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè),現(xiàn)工作于首鋼技術(shù)研究院鋼研所(100041)。劉文運(yùn)王學(xué)峰 HIsmelt工藝及技術(shù)2 HIsmelt工藝特點(diǎn)1200℃熱風(fēng)HIsmelt工藝流程見圖33。富氧HIsmelt直接熔融還原技術(shù)是綜合應(yīng)用現(xiàn)代氧氣煉鋼技術(shù)和高爐煉鐵技術(shù)的結(jié)果。該工藝以高壓水冷煙罩煤氣鐵礦粉作原料,以破碎后的煤粉為還原劑,可以使用煙煤或無煙煤。豎式反應(yīng)爐有多個(gè)固定的水冷礦石、煤粉礦石,煤料噴槍煤與礦石從槍口噴λ,絕大部分旳煤及礦石的混合料直接噴入到金屬熔融區(qū),在金屬熔融區(qū)→爐渣迅速熔解,并和冶煉產(chǎn)生的氣體(H2、OO)形成HIsmelt冶煉法特有的噴泉現(xiàn)象。產(chǎn)生的氣體與熔耐火材料池上部噴入的高溫?zé)犸L(fēng)(或富氧熱風(fēng))進(jìn)行二次燃燒,在氣體區(qū)放出大量的熱。圖2豎式反應(yīng)爐原料、燃料,熔劑預(yù)處理系統(tǒng)煤氣清洗系統(tǒng)謀氣管網(wǎng)粉料噴吹系統(tǒng)爐渣廠鐵水熱風(fēng)爐系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)鐵水罐車豎式反應(yīng)爐SRV圖3 HIsmelt工藝流程圖燃燒后的氣體在熔池上部與金屬液滴充分混(4)反應(yīng)過程的啟動(dòng)、關(guān)閉簡便易行,從而使合,依靠輻射和對(duì)流將熱量傳到熔池中,補(bǔ)償?shù)V石煉鐵和煉鋼作業(yè)有效銜接,不必限產(chǎn)鐵水;冶煉、造渣等反應(yīng)吸收的熱量。高速噴吹高溫?zé)犸L(fēng)(5)該工藝的投資費(fèi)用與建設(shè)同等規(guī)模高爐(或富氧熱風(fēng)),可進(jìn)行有效的傳熱和攪拌,并實(shí)現(xiàn)工藝的投資大體相當(dāng),而單位生產(chǎn)成本約為高爐充分的二次燃燒。煉鐵工藝的70%~80%。HIsmelt工藝的最大特點(diǎn)是不使用焦炭,直接使用粉礦或部分使用鋼鐵廠廢料,如軋鋼皮、工業(yè)3 HIsmelt的工業(yè)試驗(yàn)情況含鐵粉料等elt工藝同時(shí)還具有如下特點(diǎn)(1)單體生產(chǎn)效率高。第一代工業(yè)示范爐年中國煤化工計(jì)試驗(yàn)了132天,產(chǎn)鐵產(chǎn)鐵水能力可達(dá)到80萬t;CNMH體料(礦石、煤、熔劑等500多個(gè)持續(xù)作業(yè)期內(nèi),作業(yè)率②)二次燃燒傳熱速度快,二次燃燒率可穩(wěn)超過99%,最長的一次持續(xù)了38天,其作業(yè)率高定控制在60%以上;達(dá)99.8%,見表1(3)與高爐相比,每噸鐵水的OO2排放量可(1)1997年2~12月進(jìn)行了第7期試驗(yàn),主減少20%要試運(yùn)行豎式反應(yīng)爐,驗(yàn)證該工藝的可行性,并考18《鞍鋼技術(shù)》2004年第3期查了原料從100%粉礦(粒度<6mm)到100%還(2) HIsmelt工藝的二次燃燒率較高,通常在原率的直接還原鐵以及富氧率27.5%和中等揮60%~70%之間。用冷鐵礦粉作原料,使用無煙煤發(fā)性煤的使用效果等。時(shí)每噸鐵耗煤量約為800~1200kg。(3)從試驗(yàn)結(jié)果看,該工藝對(duì)高磷粉礦(含磷表1豎式反應(yīng)爐的試驗(yàn)情況量為θ.12%)有較好旳脫磷效果,脫磷效率平均試驗(yàn)期試驗(yàn)天數(shù)/天作業(yè)率/%鐵水產(chǎn)量/達(dá)85%~95%。第7期(1997.2~12(4) HIsmelt工藝可以直接使用含鐵工業(yè)廢第8期(1998.3~998.95390料,將其與礦粉混合噴入,無需進(jìn)行原料造塊。與第9期(1998.12使用粉礦作業(yè)相似,其鐵回收率可超過97%。廢總計(jì)13222100物里的鋅、鉛析出到爐塵中,并可從中回收利用。(5)該工藝對(duì)不同揮發(fā)分的煤有較好的適應(yīng)性。使用揮發(fā)分含量較高的煤時(shí),因氣化和裂化作(2)1998年3~9月進(jìn)行了第8期試驗(yàn),試驗(yàn)用,能耗較高改善了SRV的工作性能,降低了水冷熱損耗,并(6)在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi),生產(chǎn)的鐵水質(zhì)量較為提高了二次燃燒率,與鐵水浴的熱交換有所改善。穩(wěn)定,但和高爐工藝相比其鐵水含硫高。該工藝可進(jìn)行了提高熔融還原爐壓力和27.5%富氧率及以對(duì)鐵水的溫度進(jìn)行控制,也可對(duì)成渣條件進(jìn)行延長富氧時(shí)間等試驗(yàn),還分別試驗(yàn)了中等揮發(fā)性、優(yōu)化,以達(dá)到最佳的生產(chǎn)率,提高鐵水質(zhì)量,減少低揮發(fā)性煤種,并進(jìn)行了噴吹鋼廠廢料的試驗(yàn)。耐火材料消耗(3)1998年12月~1999年6月進(jìn)行了第9(⑦)耐火材料損耗率較低,預(yù)計(jì)反應(yīng)爐連續(xù)期試驗(yàn),主要考查了耐火材料消耗情況,并確認(rèn)了生產(chǎn)的使用壽命可達(dá)到1年以上。此外,固體料噴廢氣罩和渣位線的可用性;試驗(yàn)了鋼廠廢料(鐵回槍磨損率很低,反應(yīng)爐自啟用以來,未岀現(xiàn)噴槍水收率達(dá)到97%以上),并測定了其對(duì)主要工藝參冷壁漏水現(xiàn)象數(shù)和過程控制的影響;進(jìn)行了30%富氧試驗(yàn),并(8)由于不使用焦炭及燒結(jié)礦,同時(shí)還能利分別測定了從低揮發(fā)性到中等揮發(fā)性的7種煤及用鋼鐵廠廢料, HIsmelt工藝具有較好的環(huán)保效混煤和焦粉的消耗情況益,OO排放量與同等規(guī)模的高爐比少20%。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果5存在的主要問題(1)對(duì)多種含鐵原料(赤鐵礦、褐鐵礦、40%由于原試驗(yàn)規(guī)模小,連續(xù)生產(chǎn)時(shí)間偏短,工業(yè)和72%還原率的直接還原鐵等)分別進(jìn)行了試化運(yùn)行還存在許多未知因素,因此擴(kuò)大規(guī)模后可驗(yàn),并就它們的還原水平對(duì)生產(chǎn)的影響進(jìn)行了評(píng)能會(huì)有如下風(fēng)險(xiǎn)估。此外,還進(jìn)行了使用30%富氧率的熱風(fēng)以提(1)試驗(yàn)期間,用無煙煤時(shí)每噸鐵煤耗約為高反應(yīng)爐生產(chǎn)能力的試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖4。左右。計(jì)劃將反應(yīng)爐直徑擴(kuò)大到6.0m后,煤耗要降到700kg/t鐵,主要措施之一是要采用礦粉預(yù)熱、預(yù)還原技術(shù),使用魯奇的礦石預(yù)還原設(shè)備。由于原試驗(yàn)沒有采用這項(xiàng)技術(shù),預(yù)熱、預(yù)還原設(shè)備中國煤化工和熔融還原爐之間的操CNMHG要做大量的工作(2)該技不的天鍵是要控制好渣鐵的攪動(dòng),保持合適的頂部熱風(fēng)噴槍位置以及控制渣中適宜100%40%72%25%30%30%高氧礦粉 PRD PRD富氧高氧72%PRD的碳含量。在一個(gè)反應(yīng)爐內(nèi)同時(shí)保持氧化和還原兩種反應(yīng)的相互銜接和匹配,取得較高的二次燃圖4豎式反應(yīng)爐的生產(chǎn)能力與富氧、預(yù)還原率的關(guān)系燒率和高的傳熱效率,控制好渣中FeO含量,使劉文運(yùn)王學(xué)峰 HIsmelt工藝及技術(shù)19冶煉穩(wěn)定進(jìn)行。雖在直徑2.πm熔融反應(yīng)爐的試在繼續(xù)。但該技術(shù)轉(zhuǎn)λ較大規(guī)模的商業(yè)生產(chǎn)仍存驗(yàn)期間進(jìn)行了摸索研究,但爐子擴(kuò)大后,這些參數(shù)在一定風(fēng)險(xiǎn)。規(guī)模擴(kuò)大后,有可能發(fā)生因設(shè)備的不還要進(jìn)一步探索斷改進(jìn),造成投資費(fèi)用不斷增加的情況(3)由于噴槍的強(qiáng)烈攪拌和渣中FeO的作(3) HIsmelt工藝為了最大限度地利用自身用,對(duì)爐襯侵蝕較為嚴(yán)重,預(yù)計(jì)爐子擴(kuò)大后,其壽產(chǎn)生的能源、回收蒸汽及低熱值煤氣,增建了余熱命可達(dá)一年左右。這是根據(jù)短期試驗(yàn)時(shí)耐材的侵利用鍋爐及發(fā)電廠,并用蒸汽驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)及制氧蝕情況推算岀來的,是否符合實(shí)際,尚需要實(shí)踐驗(yàn)空壓機(jī),雖然使本身的操作成本有所降低,但設(shè)備證。若不解決這一問題,就不能保證生產(chǎn)的長期穩(wěn)系統(tǒng)投資增加,并使整個(gè)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián),操作更加定,消耗、成本也將大幅度升高復(fù)雜。Hsπnelt工藝的發(fā)展應(yīng)該努力提高爐內(nèi)反應(yīng)(4) HIsmelt工藝脫硫效果較差,通過控制煤壓力,通過調(diào)整風(fēng)溫和富氧,控制二次燃燒率,在的含硫量(使用低硫煤),雖然鐵水旳含硫量能夠確保產(chǎn)率旳冋同時(shí),提髙煤氣熱值;在熱風(fēng)系統(tǒng)充分滿足后部煉鋼工序的需要,但原燃料帶λ旳硫有利用自身煤氣旳情況下,把多余煤氣輸λ煤氣管相當(dāng)部分進(jìn)入到煤氣粉塵中,粉塵不能100%循網(wǎng),減少輔助設(shè)備,降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和總投資,環(huán)利用。因此要求使用含硫量低的煤種。使 HIsmelt工藝更具競爭力。6結(jié)論與建議參考文獻(xiàn)(1)熔融還原技術(shù)有著廣闊的前景。 HIsmelt I G.J. Hardie等.Hm工藝階段進(jìn)展報(bào)告.世界鋼鐵,1996工藝不但不用建焦化廠和燒結(jié)廠、球團(tuán)廠,而且能4,P17~2Tara goldsworthy等. HIsmelt-未來的煉鐵工藝,中國鋼鐵處理鋼鐵廠的含鐵粉料廢棄物,大大減輕環(huán)境污年會(huì)論文集,2003,P604~610染。因此,盡管高爐煉鐵工藝現(xiàn)在仍占統(tǒng)治地位,3 M. J. Buckle, Value of Hlsmelt Pig Iron to Steelmakers, Mini and但未來將是直接使用煤和粉礦的熔融還原煉鐵工Integrated Mills in the New Millennium, Georgia,1999藝的時(shí)代。(2) HIsmelt公司為工業(yè)化的 Kwinana廠做了(編輯孫永方)大量的模型研究及開發(fā)工作,并且這項(xiàng)工作一直收稿日期:2003-10-18,,',,,,^,,^,',’,,,,',’,^,,’,’,,^,^,,’,,^,,^,',’,,^,^,,,^,’,’,'^,^,Itmk3煉鐵技術(shù)在美測試接近預(yù)定目標(biāo)2003年3月,日本神戶鋼鐵公司拉開了“第三戰(zhàn)役”的序幕,開始測試、驗(yàn)證第三代煉鐵工藝技術(shù)Imk3。此番測試原于2004年6月全部結(jié)束,其目標(biāo)是驗(yàn)證原料消耗的改進(jìn)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢等方面內(nèi)容。lτmk3工藝能夠生產(chǎn)粒狀生鐵。它用礦粉和熱力煤作為原料,制成生球團(tuán),裝入轉(zhuǎn)底爐,在1450C環(huán)境下進(jìn)行約10min的還原過程渣鐵分離后,生成粒狀固態(tài)生鐵。在美國工廠完成第一、二期測試后,包括神戶公司在內(nèi)的4方證實(shí),該工藝能夠生產(chǎn)生鐵,可以連續(xù)運(yùn)行。目前正在進(jìn)行第三期測試,從3月開始,到6月結(jié)束。在北美地區(qū),因天然氣價(jià)格自2000年后期高居不下,為數(shù)眾多的氣基還原廠被迫關(guān)閉。據(jù) Midrex公司的調(diào)查,2000年美國直接還原鐵產(chǎn)量達(dá)到156萬t,隨著部分直接還原鐵廠的關(guān)停,2001年的產(chǎn)量急速下滑到12萬t。天然氣價(jià)格依舊高昂,致使北美氣基直接還原廠維持生產(chǎn)更加困難。然而,美國對(duì)中國煤化工.圖此200年從海外進(jìn)口大量的直接還原鐵。此后,lmk3工藝引起了人們的注意與傳統(tǒng)高爐相比,Itmk3的優(yōu)點(diǎn)在于:高爐需要焦炭,生鐵CNMH熱力煤,生產(chǎn)生鐵的時(shí)間只需1omin,且二氧化碳含量比高爐低20%;lmk3工藝金屬鐵的收得率為97%(高爐96%),粒狀生鐵中含碳3%(高爐4%)、硫ω.05%(高爐θ.03%),并不比高爐生鐵的品質(zhì)差。神戶鋼鐵公司建議將商業(yè)廠建立在礦山附近摘自《世界金屬導(dǎo)報(bào)》