直接还原铁生产工艺的分析
焦炉煤气生产直接还原铁技术分析研究
焦炉煤气生产直接还原铁技术研究1、技术背景。
1.1发展直接还原铁生产是电炉钢短流程发展的需要。
我国钢铁产量已连续多年居世界第一位，但钢铁工业结构不合理，主要体现在低附加值产品过剩，而高档钢材仍需进口。
随着我国钢铁工业结构的调整和对钢铁产品质量要求的提高，电炉钢短流程必然会得到较快发展。
传统的电炉冶炼以废钢作为主要原料，而我国废钢资源不足，每年的废钢进口量都在1000万吨以上；此外，废钢中杂质元素的不断积累会对优质钢的生产造成不利影响。
直接还原铁作为废钢的重要替代品是电炉炼钢的理想原料，它具有纯净度高、成分稳定等优点，是发展钢铁生产短流程的基础。
1.2利用焦炉煤气生产直接还原铁是钢铁行业实现节能减排的有效途径。
传统炼铁工艺受焦煤资源短缺的影响，其发展受到制约。
发展直接还原铁生产不仅可以改变传统炼铁工艺长期以来对焦煤的依赖，同时可以减少二氧化碳排放量(与煤基直接还原相比，吨铁CO2排放量可以从2000kg降低到400kg以下），符合钢铁工业可持续发展的技术要求，是钢铁行业实现节能减排的有效途径。
1.3过剩焦炉煤气的存在为发展气基直接还原提供了根本动力。
我国焦化企业每年产生大量过剩的焦炉煤气，这为开展焦炉煤气竖炉法生产直接还原铁提供了可能。
此外，随着热风炉<和加热炉>技术的进步，使用单一的高炉煤气就可以实现1300℃的风温，这使得使用低热值的煤制气加热焦炉<或用于加热炉），从而置换出部分焦炉煤气用于直接还原铁生产成为可能，这在一定程度上扩大了焦炉煤气的来源，为焦炉煤气规模化生产直接还原铁提供了保障。
1.4焦炉煤气利用方式的选择。
两种途径：燃料化和资源化。
焦炉煤气中CH4：25%〜26%，H2 : 56%〜%，H2发热值仅为2580kCal/m3约为曱烷的四分之一，因此，将焦炉煤气作发热剂不尽合理。
由于氢气的还原潜能远远高于CO，因此将焦炉煤气用作还原剂更有利于其化学能的合理利用。
与天然气相比焦炉煤气中的甲烷含量更低，这使得其重整负荷减轻，耗氧量减少，能量消耗也降低。
气基竖炉直接还原低碳炼铁方案(一)
气基竖炉直接还原低碳炼铁方案一、实施背景随着全球对环境保护的重视和钢铁行业碳排放量的关注，低碳炼铁技术的研发和推广成为了钢铁产业发展的重要趋势。
气基竖炉直接还原是一种以煤气为能源，通过竖炉直接还原铁矿石的炼铁方法，具有较高的能源利用效率和环保性能。
本方案旨在通过气基竖炉直接还原工艺的研发与应用，推动我国钢铁产业的低碳发展。
二、工作原理气基竖炉直接还原低碳炼铁工艺采用天然气或煤制气等富含氢气的煤气作为能源和还原剂，将铁矿石在竖炉内进行直接还原。
具体过程如下：1. 预热阶段：将铁矿石在炉内预热到约700℃，以促进煤气的燃烧和还原反应。
2. 煤气燃烧和还原阶段：煤气在竖炉上部燃烧室燃烧，产生高温煤气（约1100℃）通过炉顶喷嘴进入炉内，与铁矿石发生还原反应，生成金属化球团。
3. 冷却和排出阶段：金属化球团在炉内继续冷却并从炉底排出。
4. 成品处理阶段：对金属化球团进行破碎、筛分、磁选等处理，得到最终产品。
三、实施计划步骤1. 研发与设计：开展气基竖炉直接还原工艺的基础研究和应用研究，设计适合我国钢铁产业的气基竖炉直接还原工艺流程和设备。
2. 设备制造与安装：根据设计要求，制造设备并在现场安装调试。
3. 工业试验：在制造和安装完成后，进行工业试验，验证工艺流程和设备的可行性和稳定性。
4. 生产调试：根据工业试验结果，对工艺流程和设备进行优化调整，逐步达到设计产能。
5. 技术服务与培训：提供相关技术服务和培训，确保企业能够自主运行和维护气基竖炉直接还原生产线。
四、适用范围本方案适用于大型钢铁企业和中小型民营钢铁企业。
特别是对于具有丰富铁矿资源和煤气资源的钢铁企业，气基竖炉直接还原低碳炼铁工艺具有较高的适用性和优势。
此外，对于地处环保要求较高地区或面临转型升级压力的钢铁企业，该工艺也具有较大的应用潜力。
五、创新要点1. 竖炉结构优化设计：通过对竖炉内部结构的优化设计，提高煤气与铁矿石的接触面积和热交换效率，降低能源消耗。
直接还原铁生产工艺及发展方向
直接还原铁生产工艺及发展方向铁生产工艺的发展可以追溯到公元前2000年左右的古代。
在古代，人们首先发现了在高温条件下加热矿石可以从中提取金属。
这一过程被称为矿石冶炼，其中铜、铁和其他金属被广泛使用。
最早期的铁器使用原始的冶炼工艺，如陶瓷炉和炭火加热。
在这个时期，人们从矿石中提取铁质，并通过锻造和淬火方法制作器物。
然而，到了公元前8世纪左右，人们开始使用更高级的铁冶炼工艺。
最著名的是“低凤炉”、“高凤炉”和“方式炉”。
这些工艺的进步使得铁的生产成本大大降低，而且使得铁制品在农业、建筑和武器制造方面得到了广泛应用。
随着时间的推移，人们在铁生产工艺方面取得了更多的进步。
在18世纪，工业革命的到来带来了新的技术和设备，如高炉、转炉和开平法。
这些新技术大大提高了铁的生产效率，推动了工业化进程。
到了20世纪，铁生产工艺又迎来了一次革命。
高炉和转炉被更先进的炼铁技术所取代，如电炉和氧气顶吹转炉。
这些新技术不仅提高了生产效率，而且减少了对燃料和资源的需求。
此外，新的炼铁技术还使得对矿石种类的选择更加灵活，使得更多类型的矿石可以用于铁的生产。
在铁生产工艺的发展方向上，环保和可持续发展成为了主要的关注点。
随着环境污染和资源短缺的日益严重，铁生产已经朝着更环保和经济可行的方向发展。
一种主要的发展趋势是采用更加清洁的能源和生产方法。
例如，利用可再生能源和低碳技术来为铁生产提供能源。
此外，研究人员还在努力开发新的生产方法，如电解和高温合成气体反应，以减少对燃料的依赖和减少二氧化碳排放。
此外，优化生产效率也是一个重要的发展方向。
通过改进工艺流程、优化能源利用和降低废物产生，可以进一步提高生产效率并减少资源消耗。
金属回收和再利用也是铁生产工艺的另一个发展方向。
回收和再利用废旧金属可以减少对原始矿石的需求，降低对环境的影响。
综上所述，铁生产工艺经历了漫长的发展历程，并不断向更加环保、经济可行和高效率方向发展。
随着技术的不断更新和创新，铁生产工艺有望进一步完善，为社会的可持续发展做出更大的贡献。
直接还原铁生产工艺
直接还原铁生产工艺铁生产工艺是指将铁矿石加工成熔融的铁的工艺过程。
这个过程涉及到多个步骤，包括矿石的破碎、研磨、还原和熔炼。
在本文中，我们将详细介绍铁的生产工艺及其各个步骤。
首先是矿石的破碎和研磨。
铁矿石通常是硬质的岩石，包含铁和一些非铁物质。
为了将铁从矿石中分离出来，首先需要将矿石破碎成较小的颗粒。
这通常通过使用破碎机完成，破碎后的矿石通常有不同大小的块状或颗粒状。
接下来是还原步骤。
还原是将氧化铁还原为金属铁的过程。
铁的主要矿石是赤铁矿，其中主要包含氧化铁。
为了将氧化铁还原为金属铁，需要将矿石暴露在高温和还原性气氛中。
常用的还原剂包括焦炭和煤炭。
在高温下，焦炭中的碳会与氧化铁反应，生成一氧化碳和金属铁。
这个反应通常在高炉中进行。
高炉是一个巨大的建筑，具有特定的构造和设计，以便在高温和高压下进行还原反应。
还原反应会生成熔融的铁和一些其他非铁杂质，如硅、锰、磷等。
这个熔融的铁被称为铁水。
铁水通常含有3-4%的碳，这是因为焦炭中的碳在还原过程中溶解到铁中。
然而，为了生产不同类型的铁和钢，通常需要调整铁水中的碳含量。
这可以通过转炉等其他工艺来完成。
最后是熔炼步骤。
熔炼是将铁水转化为不同类型的铁和钢的过程。
熔炼通常包括炉外和炉内两个阶段。
在炉外阶段，铁水被倒入钢包中，并添加一些合金元素和其他调整剂，以调整铁水的化学成分。
在这个阶段，还会进行一些化学分析和实验室测试，以确保铁水达到所需的质量标准。
在炉内阶段，钢包被转移到炉内，并加热到高温。
在这个温度下，铁水会进一步净化和冶炼，以去除残留的杂质。
这通常通过吹氧的过程来完成，即将氧气从底部吹入钢包中。
氧气与铁中的碳和其他杂质反应，生成气体，从而进一步提高铁的纯度。
最后，经过一系列的处理和冷却过程，铁水被铸造成不同形状的铁和钢产品，例如铸铁管、钢板、钢筋等。
总的来说，铁的生产工艺涉及多个步骤，包括矿石的破碎和研磨、还原和熔炼。
这些步骤需要高温、特定的还原剂和合金元素等条件。
电炉冶炼钒钛直接还原铁提钒炼钢工艺试验
电炉冶炼钒钛直接还原铁提钒炼钢工艺试验在现代冶金工业中，通过电炉冶炼钒钛直接还原铁提钒炼钢工艺试验是一项备受关注的技术。
这一工艺的迅猛发展得益于对金属矿石资源的深入开发和利用，同时也为提高工业生产效率和减少对传统资源的依赖提供了新的可能性。
本文将从不同角度对这一工艺进行全面评估，并探讨其深度和广度。
让我们来看一下电炉冶炼钒钛直接还原铁提钒炼钢工艺试验的基本原理。
在这一工艺中，通过高温电弧将含钒钛矿石进行还原熔炼，得到高纯度的铁和钒钛合金。
这一工艺的优势在于可以直接利用矿石资源，减少了传统冶炼工艺中的预处理环节，提高了冶炼效率和降低了成本。
通过合理控制还原条件和合金配比，可以得到满足不同工业需求的高品质合金产品。
在实际应用中，电炉冶炼钒钛直接还原铁提钒炼钢工艺试验也面临诸多挑战和问题。
首先是能源消耗和环境污染的问题。
高温电弧冶炼需要大量电能，而且在炼钢过程中会产生大量烟尘和废渣，对环境造成严重影响。
其次是技术参数的控制和优化问题。
电弧冶炼过程中需要严格控制温度、氧化还原条件和合金成分，以确保产品合金品质达标。
这些都需要在工艺试验中进行深入研究和实践，以不断优化和改进工艺的稳定性和可靠性。
电炉冶炼钒钛直接还原铁提钒炼钢工艺试验是一项技术前景广阔的冶金工艺。
通过对其深度和广度的评估，我们可以发现其在资源利用、生产效率和产品品质方面的巨大潜力。
然而，也需要重视其在能源消耗、环境污染和工艺优化方面所面临的问题和挑战。
只有通过不断的实验和改进，才能真正实现这一工艺的可持续发展和商业化应用。
个人观点上，我认为电炉冶炼钒钛直接还原铁提钒炼钢工艺试验是一项有着巨大应用前景和发展空间的技术。
通过不断的研究和实践，可以不仅提高钒钛资源的利用率，减少对传统铁矿石资源的依赖，同时也为提高钒钛合金产品品质和降低生产成本提供了可能。
然而，需要克服的技术和环境问题也不可忽视，需要工程技术人员和环保专家共同努力，以实现这一工艺的商业化应用和可持续发展。
直接还原铁生产技术及现状
直接还原铁生产技术及现状铁生产技术的发展历史可以追溯到公元前2000年左右，最初的铁制品是通过在炭火中烧烤铁矿石来获得的。
这种烧烤技术被称为古老的冶金学，也被认为是人类历史上最早的冶金技术之一古代的铁生产技术在公元前1000年左右经历了重大的革新，这是由于铁矿石的高温还原反应被发现。
这种高温反应是通过将铁矿石与木炭或石炭混合，并在高温环境下加热来进行的。
这项技术的发现使得铁成为了当时最重要的金属之一，但其生产量仍然相对较小。
在一些古代文明中，如中国、印度等，铁的制造和使用逐渐扩大，为社会的农业、战争和工艺生产做出了重要贡献。
到了公元前300年左右，铁生产技术再次得到了改进。
在罗马时代，一种称为“减氧法”的技术被发明，这个技术将铁矿石与木炭放入特殊的炉子中，并且通过控制加热和供氧来获取较高纯度的铁。
这项技术极大地提高了铁的生产效率，使得罗马帝国在铁材料的生产和使用方面取得了巨大的进展。
这种技术的使用也标志着对铁生产的进一步工业化，奠定了现代铁产业的基础。
到了中世纪，铁生产技术进一步发展，很大程度上得益于对炼铁炉的改进。
这些改进包括提高炉子的结构、使用更多供氧装置以及改进燃烧气体的预热系统等。
这些改进使得炼铁过程更为高效，并且提高了产量和纯度。
到了18世纪，随着燃烧技术和冶金科学的进展，铁生产技术又迈上了一个新的台阶。
在这个时候，由于煤炭的大量使用，炼铁工艺发生了革命性的变化。
在这种现代炼铁法中，矿石和煤炭被放入高炉中，在高温环境下进行化学反应。
通过这个工艺，大量的铁矿石可以得到还原，得到高质量的生铁。
这种先进的炼铁法被广泛应用于欧洲的工业革命中，推动了工业化的进程。
随着时间的推移，各种现代技术和创新被应用于铁的生产过程中，这些技术包括用电解法提纯铁、高炉法等。
现代大规模铁生产以高炉和电炉为主，这些炉子能够生成高品质的铁，用于制造各种铁制品。
此外，利用再生铁和废钢再生技术也成为现代铁产业的重要组成部分，以提高资源利用效率和减少环境影响。
直接还原炼铁分析
一 直接还原炼铁简介
7、世界直接还原铁生产概况 2012年，全球直接还原铁产量达到7402万吨，其中 印度位居第一，2005万吨。伊朗第二，1158万吨。
全球主要直接还原铁生产大国/MT
国家 印度
伊朗 墨西 哥 委内 瑞拉 中国
2004 9.37
6.41 6.54 7.83 0.43
2005 12.04
HYL-ZR是在原HYL工艺系列上发展起来的一种新型气基自 重整直接还原工艺,HYL-ZR技术可在其工艺和设备无任何改 动情况下使用焦炉煤气、Corex熔融还原炉产生的煤气或者 合成气 ,而其他技术大都需要对其基本配置进行重大改动。 目前开始在我国和印度等地区应用。 在竖炉内通过对还原气进行控制而产生合乎要求的还原气 体 ,其还原气体经过不完全燃烧 ,以及在还原反应器内经 过金属铁的催化作用在现场重整而生成 ,从而对铁矿石进 行还原;而传统HYL-Ⅲ 工艺是在添加蒸汽条件下使天然气 在催化重整装置中裂解。
2.2 HYL-III（Energiron）法工艺
HYL-III是墨西哥某公司开发成分的连续式移动床罐式法， 这一工艺的前身是该公司早期 开发的间歇式固定床罐式法 （HYL-I、HYL-II）。以水蒸气为裂化气（这是与MIDERX的 最大区别），以天然气为原料通过催化反应制取。还原气 转化炉以天然气和部分炉顶煤气味燃料。 主要设备由两部分 ①制气部分（转化炉）：炉内有许多不锈钢管，管内涂有 催化剂 ②还原部分
2.1 Midrex（米德兰）法工艺
炉内压力： 250KPa左右 天然气能耗： 10.2~11t/GJ 炉料在整个炉内停 留时间：10h左右 还原区温度： 850℃左右 金属化率：＞92%
H 2 CO 1
CH 4 1/2O2 催化剂 CO 2H 2 CH 4 CO2 催化剂 2CO 2H 2
直接还原铁
直接还原铁直按还原铁和熔融还原铁的生产直接还原铁和熔融还原铁的冶炼统称为非高炉法炼铁。
（一）直接还原法生产生铁直接还原法是指在低于熔化温度之下将铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程，其产品为直接还原铁（即DRI），也称海绵铁。
该产品未经熔化，仍保持矿石外形，由于还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察团形似海绵而得名。
海绵铁的特点是含碳低（＜1％），并保存了矿石中的脉石。
这些特性使其不宜大规模用于转炉炼钢，只适于代替废钢作为电炉炼钢的原料。
直接还原法分气基法和煤基法两大类。
前者是用天然气经裂化产出H2和CO气体，作为还原剂，在竖炉、罐式炉或流化床内将铁矿石中的氧化铁还原成海绵铁。
主要有Midrex法、HYL Ⅲ法、FIOR法等。
后者是用煤作还原剂，在回转窑、隧道窑等设备内将铁矿石中的氧化铁还原。
主要有FASMET法等。
直接还原法的优点有：（1）流程短，直接还原铁加电炉炼钢；（2）不用焦炭，不受炼焦煤短缺的影响；（3）污染少，取消了焦炉、烧结等工序；（4）海绵铁中硫、磷等有害杂质与有色金属含量低，有利于电炉冶炼优质钢种。
直接还原法的缺点有：（1）对原料要求较高：气基要有天然气；煤基要用灰熔点高、反应性好的煤；（2）海绵铁的价格一般比废钢要高。
直接还原法已有上百年的发展历史，但直到20世纪60年代才获得较大突破。
进入20世纪90年代，其生产工艺日臻成熟并获得长足发展。
其主要原因是：（1）天然气的大量开发利用，特别是高效率天然气转化法的采用，提供了适用的还原煤气，使直接还原法获得了来源丰富、价格相对便宜的新能源。
（2）电炉炼钢迅速发展以及冶炼多种优质钢的需要，大大扩展了对海绵铁的需求。
（3）选矿技术提高，可提供大量高品位精矿，矿石中的脉石量降低到还原冶炼过程中不需加以脱除的程度，从而简化了直接还原技术。
当前世界上直接还原铁量的90％以上是采用气基法生产的。
我国天然气主要供应化工和民用，不可能大量用于钢铁工业。
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直接还原铁生产工艺的分析世界上直接还原铁生产技术已经成熟, 技术发展极为迅速, 根据Midrex 公司预测, 2010年全世界直接还原铁产量将超过7300万t。
于高炉流程存在着生产成本过高和环境污染的两大难题, 炼铁工艺由高炉流程逐步向直接还原铁短流程过渡已成为定局。
当今的钢铁企业对这一革命性技术工艺越早开发越能占据主动; 不敢承担风险, 迟疑不前, 必将处于被动和落后的局面。
因此, 直接还原铁的开发不是“有所为”和“有所不为”的问题, 而是生产工艺的选择问题。
1 世界直接还原铁生产技术现状1.1 生产工艺发展态势由于某些国家天然气资源丰富, 直接还原铁生产技术在南美洲、南非和东南亚诸国的发展极为迅速,而印度则后来居上; 特别是委内瑞拉、墨西哥等国, 生产历史已超过20余年, 生产规模不断扩大, 直接还原铁产量已占本国钢铁产量的绝对份额; 而奥钢联、韩国合作开发的直接还原与熔融还原技术与日俱进; 浦项钢铁公司的直接还原铁生产大有代替高炉炼铁之势。
对这样的发展态势, 作为世界钢铁生产大国的中国, 我们绝不可掉以轻心。
1.2 世界直接还原铁主要生产工艺??? 世界直接还原铁生产工艺大致可分为两大类: 一种是气基竖炉生产工艺; 一种是煤基回转窑生产工艺。
前者生产量约占总产量的92%, 而后者约占总产量的8%。
在这两种生产技术的基础上, 又发展了熔融还原生产技术。
近年来, 将直接还原与熔融还原技术加以组合, 形成了COREX-Midrex联合流程, 颇受人们的关注。
直接还原铁主要生产工艺见表1。
??? 应该指出, 世界上Midrex法和HYL法应用的比较普遍, 各项技术经济指标亦趋稳定, 生产工艺成熟可靠。
特别是墨西哥的HYL法, 生产技术不断创新, 由于开发了“自重整”技术, 使建设费用减少了26% , 电炉的耗电降低了5%～6%。
印度由于缺乏天然气, 但精煤的资源丰富, 因此多采用煤基回转窑的生产方法。
多年的生产实践证明, 煤基回转窑无论是在生产成本、生产效率还是环境保护方面, 均不及气基竖炉法。
1.3 熔融还原法熔融还原法也是采用直接还原的原理, 将铁精矿直接还原成熔融铁, 通常以煤为还原剂, 将还原炉与熔铁炉置于一身, 其最终产品不是海绵铁或热压铁块, 而是熔融铁。
主要的生产厂家如下：(1) 南非的伊斯科公司： COREX—1000, 生产能力为30万t/a, 现已生产了300万t;(2) 韩国：COREX C—2000, 1995年11月投产, 1997 年市场上又出现了C—3000R, 其生产能力约为C—2000的13.5 倍。
目前, 世界上采用熔融还原法生产的共有7家, 总生产能力超过500万t/a, 相当于世界铁水总生产量的1%。
1.4 COREX-Midrex 联合生产工艺??? 该技术是奥钢联与浦项钢铁公司联合开发成功的。
这项技术一出现, 即显示出其独特的优点, 它具有气基竖炉和熔融还原的优点, 又不需外来气源, 因此对天然气缺乏的厂家来说是求之不得的。
COREX-Midrex 联合流程示意图见图1。
对COREX-Midrex联合流程的三点看法：(1) COREX-Midrex联合流程(正准备建1台90万t/a 的装置, 并计划于2005年代替浦项1号高炉(1666m3) ) 虽有其先进性的一面, 但由于开发成功的时间较短, 因此工业生产的考验约在2010年才能有结论;(2) 由于煤与熔融铁直接接触, 煤中绝大部分硫进入熔融铁中, 因此生产出的还原铁并非纯净铁, 其铁中的含硫量(0.015%～0.020%) 相当于高炉铁;(3) 对高炉流程的系统设备和资源(包括技术资源) 未能加以利用。
因此该工艺适合于新建的位于城市周边的钢铁厂或轧钢厂。
2钢铁联合企业生产直接还原铁技术工艺的选择据专家预测, 在未来30～40年, 全世界钢铁生产工艺仍将以高炉流程为主。
就是说, 高炉仍将长时间存在。
有高炉, 就必然有焦炉。
如何在现有的高炉流程的基础上, 加以合理地、科学地改造, 使高炉流程向直接还原铁生产的短流程逐步过渡, 达到既能生产高炉铁, 又能生产直接还原铁, 进一步降低钢材成本, 改善生产环境的目的, 这是广大钢铁工作者义不容辞的责任。
2.1 铁精矿的准备问题直接还原铁开发的初级阶段对入还原炉的铁精矿的技术要求非常苛刻, 一般要求块矿入炉, 铁精矿含铁量在70%以上, SiO2含量在2%以下, 特别对煤基回转窑入炉铁精矿中低熔点金属的含量有更严格的要求。
随着直接还原铁技术的发展, 入炉铁精矿的技术条件越来越放宽, 并以直接还原本身的技术进步加以补偿。
例如, FNEX技术的开发成功, 使块矿入炉变为粉矿或氧化球团矿均可入炉, 这大大有利于直接还原铁技术的开发。
??? 西欧炼铁界开发的精矿加工处理技术, 使还原炉入炉铁精矿达到其技术要求, 保证了还原炉生产的顺行, 其流程示意图见图2。
2.2 气基竖炉还原炉两段反应机理一段: 3Fe2O3 + H2= Fe3O4+ H2O3Fe2O3 + CO= 2Fe3O4+ CO2Fe3O4 + H2= 3FeO+ H2O二段: FeO + H2= Fe+ H2OFeO + CO= Fe+ CO23Fe + 2CO= Fe3C+ CO23Fe + H2+ CO= Fe3C+ H2O2.3 钢铁联合企业直接还原铁生产技术工艺的最佳选择从上面气基竖炉反应机理不难看出, 直接还原铁生产关键技术是还原性气体(70%H2、30%CO)的制备。
国际上气基竖炉的还原性气体通常是用天然气热裂而得。
但对天然气缺乏的大型钢铁联合企业来说, 如何解决还原性气体呢？有些工艺技术是自我完善的, 钢铁联合企业中炼焦厂生产的焦炉煤气本身就是还原性气体(焦炉气中含H255%～56%、CH423%～25%), 对其中的CH4经加氧催化裂解, 即可得到含H274%、CO25% 的还原性气体, 成为直接还原用廉价的、理想的还原剂, 为直接还原铁的生产提供便利的资源。
在炼铁技术改造中, 对铁、焦、烧的技术工艺结构进行重新组合, 形成高炉、直接还原炉和两种产品焦化的联合工艺, 是当今钢铁工业开发直接还原铁技术的最佳选择。
联合流程示意图见图3。
采用联合流程新工艺生产直接还原铁与高炉流程相比, 能够给钢铁联合企业带来明显的经济效益和环境效益。
据资料报道, 利用钢铁厂剩余的焦炉煤气裂解作为还原剂生产直接还原铁, 生产成本可降至33美元/t (国际上每吨直接还原铁生产成本为70～80 美元), 以130万t/a 生产能力估算, 每年可为钢铁厂带来2400万美元的经济效益。
生产直接还原铁可使钢铁厂的劳动生产率大大提高(见表2)。
如果炼焦厂采用两种产品焦化新工艺, 将彻底消灭厂区的污染, 炼铁、烧结厂的污染也将从根本上得到改善(见表3)。
2.4 关于焦炉气的热裂解技术在所推荐的联合工艺流程中, 最核心的技术就是焦炉煤气热裂解技术。
据可靠分析, 这项技术我国在世界上处于领先地位。
早在20世纪60年代, 本钢第二焦化厂就率先开发了焦炉气热裂解技术用于制纯氢, 纯氢与空分氮气合成氨, 以生产尿素。
由于该技术成熟, 近而推广到黑龙江化工厂及邯郸、洪洞等焦化厂, 形成了以焦炉气热裂解技术为主线的新型焦化厂。
当然, 这种技术应用于还原性气体的制备是无可质疑的。
有人要问, 焦炉气热裂解与天然气热裂解比较, 经济、技术效果如何？可以直观地说, 因为焦炉气本身就是还原性气体(含氢为56%～57%), 因此热裂解所需能耗比天然气低一倍, 而还原性气体(H274%、CO25% ) 的产率高一倍。
乌克兰煤气管理局和乌克兰国立设计院对此做了实验比较, 实验结果见表4。
一般来说, 当钢铁联合企业中燃气管理达到较高水平时, 焦炉煤气是有剩余的。
以鞍钢为例, 2001年焦炉气剩余7亿m3( 相当每小时50000m3)。
据资料报道, 原西德的大型焦化厂焦炉气均有剩余。
从我国的燃气结构变化的宏观角度看, 全国的焦炉气将逐年被天然气所取代, 由于焦炉气过剩, 一些独立的焦化厂将被迫停产。
可见, 焦炉气不应作燃料( 焦炉气的热值仅为18MJ/m3) , 而应作为原料(还原气、合成气等)使用, 资源丰富的天然气将作为燃料使用(天然气的热值为33～37MJ/m3), 这是燃气结构调整的大势所趋。
3 现有钢铁联合企业的可持续发展需要直接还原铁当前, 我国的电炉炼钢比仅为16%～18%, 而到2010年我国的电炉炼钢比将达到40%以上。
制约电炉炼钢发展的主要原因之一就是缺乏精料。
直接还原铁就是电炉炼钢最好的精料, 一般要求配比在30%以上。
因此要保证钢铁厂的可持续发展, 就必须生产直接还原铁, 为电炉炼钢提供精料。
由于连铸比的大幅度提高, 重型废钢减少, 特别是不锈钢被广泛应用, 普钢废钢大为减少, 废钢严重不足已成定局。
当前, 我国转炉炼钢的废钢比极为低下, 不能不说与废钢短缺有关, 从而造成我国钢铁工业的铁钢比居高不下(最高达1.1～112)。
为了提高转炉废钢比, 鞍钢曾在1990年从马来西亚购买了5.0万t 海绵铁(HBI) 代替废钢, 在鞍钢180t转炉上进行试验, 试验是成功的。
2001年, 又遇废钢短缺, 且购价昂贵, 鞍钢又从澳大利亚购买了15万t热压铁坯代替废钢。
生产实践证明, 直接还原铁代替废钢无论在技术上还是经济上都是合理的。
为了钢铁厂的可持续发展, 积极开发直接还原铁生产, 可为钢铁厂的长远发展打造一个充满活力的发展空间。
4 结论(1) 新建钢铁厂以及缺乏天然气的钢铁厂, 选用COREX-Midrex 联合流程是值得推荐的。
但由于技术本身的缺欠, 直接还原铁的质量不能达到纯净铁(含硫0.002%以下)的要求, 只能等同于高炉铁。
(2) 现有钢铁联合企业生产直接还原铁, 选用高炉、直接还原炉、焦炉的联合流程是最佳的选择。
(3) 选择合理的工艺技术可以大大降低炼铁的技术改造费用, 大大降低生产成本, 明显改善炼铁系统(铁、焦、烧) 的生产环境, 可谓是一举多得的项目。
(王太炎, 2001年11月)。