达涅利ENERGIRON直接还原技术
DRI直接还原铁质量控制
R 2 D ana rex ○ 工艺的主要特点
211 自动煤气转化工艺
自动煤气转化指的是, 通过利用金属离子的催 化特性, 将天然气直接转化为竖炉内的还原剂。 为使用于煤气转化的大量CH 4 所需的氧化剂进 入反应器内, 部分经过净化的废气通过加热器进行 循环, 直接进入竖炉内, 而不通过煤气转化装置。 R 在D ana rex ○ 反应器内进行下列综合反应:
( 1)
这是利用 CO 2 和 H 2O 进行的甲烷煤气转化, 以 及FeO 还原而生成H 2 和CO 的综合反应。 反应 ( 1) 是 一种吸热量很大的吸热反应: 这就是为什么需要将 加热到 1 050 ℃以上的燃气喷射到炉内的原因。 由
联系人: 魏恩发, 高级工程师; E-ma il: Q. Yang@ danch ina. com ; 修订日期: 2004210230
○ R
( 2) ( 3) ( 4)
图 2 碳化锥体内的气体成分分布图
F ig12 Ga s com position prof ile in the carbura tion cone
99% 的碳。这些沉积碳将形成 Fe 3C。上升到还原区
在D ana rex 工艺过程中, 碳主要来自化学反应 方程式 ( 4) 。 用于产生碳的天然气几乎全部喷射到锥 体的下部, 进入冷却罐内。 碳素沉积过程分为以下 5 个步骤: ( 1) 碳化气体扩散到海绵铁的孔隙内; ( 2) 碳在海绵铁表面被吸附; ( 3) 产生化学反应, 生成自由碳; ( 4) 解吸附作用和副产品 ( 最主要的是氢, 可增 加进入还原区燃气的还原势) 从孔隙中扩散出来。
Con troll ing D R I Qua l ity
G. Si m iona to, A. M a rt in is
dakin氧化反应
dakin氧化反应【简介】Dakin氧化反应是一种有机化学反应，以Wolff-Kishner氧化反应为基础，通过还原羰基化合物达到氧化的目的，反应中常用的还原剂为活性金属铯（或钾或锂）与液氨的反应液。
【反应途径】Dakin氧化反应的反应途径可分为以下几个步骤：1.选择性硝基化：首先，通过硝酸与酚类化合物在硫酸存在下反应，发生选择性硝基化。
硝酸的羧基对亲电取代进行保护，形成硝酸酯。
2.选择性还原：硝基化的产物再与活性金属铯（或钾或锂）和液氨反应，发生选择性还原。
液氨被分子裂解为氢离子和氨基自由基，氢离子通过活性金属铯与硝基发生直接反应，生成亲电的酚离子，酚离子与硝酸酯内的羧基发生消除反应，生成醛。
同时，硝酸酯的氧气被氨基自由基氧化为氨氧自由基，氨氧自由基与硝酸酯内的羧基发生消除反应，生成酮。
3.性能增强：酮或醛生成后，由于液氨的稀释与稳定性不佳，需要将液氨蒸发掉。
蒸发液氨后，剩余的金属铯被水气或甲醇脱毒氧化。
该步骤可提高产率和纯度。
4.结果获取：最终产出的产物酮或醛通过常规方法如结晶或萃取进行后续处理，得到纯度较高的目标化合物。
【应用与意义】Dakin氧化反应在有机合成中具有重要意义，具体应用如下：1.用于醛和酮的合成：Dakin氧化反应可以将含有羧基的化合物选择性地还原为醛和酮，而不影响其他官能团的存在。
这对于有机合成中需要醛和酮作为起始化合物或中间体的反应非常有用。
2.药物合成：由于Dakin氧化反应可以快速高效地合成醛和酮，它在制药行业的药物合成中得到广泛应用。
许多药物的合成路径中都包括了Dakin氧化反应的步骤。
3.有机阳离子合成：在有机合成中，阳离子是一类非常重要的中间体。
Dakin氧化反应可以选择性地将含有羧基的化合物还原为醛和酮，然后得到阳离子中间体，为进一步合成有机阳离子化合物打下基础。
4.天然产物的总合：天然产物的总合一直是有机化学领域的研究热点。
Dakin氧化反应能够选择性地将含有羧基的化合物还原为醛和酮，有助于合成复杂的天然产物。
直接还原铁在中国
作为电弧炉炼钢原料 （可100%使用）
EAF
作为转炉炼钢的冷却剂
BOF
三、直接还原铁在炼钢中的应用
——DRI炼钢流程和热装铁水炼钢流程对比
DRI
EAF
LF
CCM
竖炉
废钢
BF
铁水
EAF
10
CCM LF
三、直接还原铁在炼钢中的应用
电炉炼钢
DRI为原料的电炉冶炼特点：
•采用连续加料方式加入，靠钢液熔池传热熔化； •钢中有害元素降低，力学性能提高，改善了加工性能； •实现平熔池冶炼，短弧埋弧冶炼为主，噪音小； •渣量大（DRI：140kg/t钢，废钢80~110kg/t钢）; •电耗高（100%废钢380kWh/t，100%DRI550kWh/t）。
是国内缺乏廉价的还原气和优质的矿石资源。
我国能源特点：富煤贫油少气，分布不平衡，优质炼焦煤递减。（利用煤制气） 我国矿石资源特点：贫多富少，分布不平衡，复合共生矿居多。
硼镁铁矿
高磷铁矿 钒钛磁铁矿
高磷铁矿
硼镁铁矿 钒钛磁铁矿
贫、杂、多元素共生矿：400多亿吨 钒钛磁铁矿储量120亿吨----高炉冶
炼效率低，V和Ti回收率低； 高磷铁矿100亿吨----脱磷技术未解
决，无法利用，高品位近40亿吨， 低品位60亿吨； 菱铁矿、褐铁矿、赤铁矿160亿吨---选矿技术没有解决； 硼镁铁矿10亿吨----有价元素未得到 充分利用。
选择性气基还原的开发对冶炼复合共生矿具有极其重要意义!
6
二、我国发展直接还原的市场方向
山东(25)
还
河南(17)
江苏(4)
原 铁
重庆(3) 湖北(7)
上海(4) 安徽(4)
工业生产中具有突破意义的达涅利最新技术
２１ ０ ０年 ８月
４ 结论
通 过 对 板 坯 连 铸 机 保 护 浇 注 工艺 技 术 研 究 分
析， 在钢 包注 流 、 中间包 冲击 区 、 浇初 期钢水 、 开 中间
［］ １ 田燕翔．现代 连铸新技 术新 工艺与铸 坯质 量控 制 ［ ． Ｍ］
统， 由于 吨钢 能耗 下降 １０ｋ ／（ ２ Ｗｈ ｔ热装 温度 为 ６０ｏ 金属 化率 超过 ９ ％ ， ０ Ｃ， ５ 可控 碳 含量最 高 可达 ３ ） 因此 ％ ， 可 降低 电炉生 产成 本 。为 Ｅ Ｉ 建 的包括 另一 套 Ｄ Ｉ Ｓ新 Ｒ 直接 还 原铁 生 产设 备 在 内 的第 二 座 短流 程 钢厂 ， 目前
北京 ： 当代 中 国音 像 出版社 ，０４ ２０ ．
包 注流等 与空 气接 触 的部 位采 取 保 护 浇 注措 施 ， 有 效 地阻止 空气 与钢 流接触 ， 防止钢水 二 次氧化 ， 减少 了钢 中气 体含 量 ， 高 了铸 坯 质量 和轧材 使用 性能 。 提
同时 ，生 产 中具 有突 破 意义 的达 涅 利最 新 技术
到 目前 为止 ， 涅利 除其它 供货 设备 以外 ， 达 已为世界 各地 建设 了 ７ ０座短 流程 钢厂 和 １９项 交钥 匙工 程 。 ２
阿联 酋钢铁 公 司 总 部设在 阿联 酋 的 Ｅ Ｉ 司 （ ｍｉ ｔｓＳｅｌ ｎ ｕｔ ） 一 家 正 在 中东 崛起 的钢 材生 Ｓ公 Ｅ ｒ ｅ ｔ ｄ ｓ ｙ 是 ａ ｅＩ ｒ
气 消耗 为 ２ ｍ ／ 。 ９Ｎ ｔ （ 刊摘 编 ） 本
４５
产商 。为其 建立 在直 接还 原铁基 础上 、 由达涅利 以交 钥 匙 方式 提供 全 套设 备 的短 流 程钢 厂 配 套 的 Ｅ ｅｇ ｏ ｎｒｒｎ ｉ
lindlar 还原 机理
lindlar 还原机理
Lindlar催化剂是一种用于加氢反应的催化剂，通常用于将炔
烃还原为烯烃的反应中。
其机理涉及到有机化学和表面化学两个方面。
在有机化学方面，Lindlar催化剂通常用于将内部炔烃还原为
烯烃。
这种反应是通过在催化剂表面上生成部分氢化的金属结构来
实现的。
Lindlar催化剂通常是由钯或镍等金属与钙碱土金属（如钙、镁）和有机配体（如四乙酰乙烯二胺）组成的。
这种配体的存
在可以减弱金属催化剂的活性，从而使其选择性地催化炔烃的部分
氢化，生成烯烃而不是烷烃。
在表面化学方面，Lindlar催化剂的工作原理涉及到金属表面
上的氢化反应。
当炔烃分子吸附到催化剂表面时，金属催化剂上的
氢原子与炔烃中的双键发生反应，部分氢化的产物（烯烃）被释放，而催化剂表面上的氢原子则得到再生。
总的来说，Lindlar催化剂的机理涉及到金属表面上的氢化反应，以及有机配体对催化剂活性的调控，从而实现对炔烃的选择性
部分氢化。
这种催化剂在有机合成中具有重要的应用，能够有效地将炔烃转化为烯烃而不影响其他反应物或产物。
-=-周渝生 中国直接还原铁技术发展及市场供需分析 (终稿)
天然气
非焦煤 煤/天然气 天然气 煤/天然气 焦炭/煤粉 块煤/焦炭 煤 煤
竖炉
竖炉 转底炉 流化床 转底炉 高炉 预还原炉-熔 化气化炉 回转窑 隧道窑
10
12 12 13 15 16 16.5 20 25-30
190
190 14-40 150 14-30 400 120 15 1-4
TFe≥90% DRI
2012年北方废旧金属回收利用资源供需论坛
中国直接还原铁技术发展及 市场供需分析
周渝生 齐渊洪 严定鎏 洪益成 钢铁研究总院
2012年6月26日
内 容 提 要
1.中国近几年铁产量及直接还原铁的产量和比例 2.废钢比提高将推动我国直接还原的发展 中国目前DRI发展及 市场需求 3.低品质难选含铁原料用转底炉炼粒铁是煤基DRI的创新方向 4.气基竖炉直接还原工艺技术是我国直接还原的主要发展方向 5.加压煤制气工艺是我国发展直接还原新工艺的基础和条件
2.废钢比提高将推动我国直接还原的发展 中国目前DRI发展
及市场需求
煤基隧道窑本来是利用高品位铁精矿粉生产粉末冶 金原料的初级还原工序，尽管国家三令五申严禁建设， 但它迎合了资金少的短线投资者赌一把的心理，近几 年建成约400万吨产能，产量仅20-30万吨低品质的炼 钢用DRI。隧道窑单机产能小（最大仅2万吨/年），煤 耗高达1t/t DRI以上，生产周期长达48-70h，废弃的 还原罐、煤灰、烟尘造成的环境污染严重，隧道窑不 是我国直接还原技术的发展方向。
炉法的显著优点是单套设备产量大、能耗、排放最低
（见表1），是直接还原无焦炼铁技术的主流。表1的
数据表明，竖炉法直接还原炼铁生产技术是大型化、低
能耗、低CO2排放、产品质量优良的先进炼铁技术，应
DR_EAF冶炼工艺温室气体的减排
世界金属导报/2009年/7月/28日/第010版节能环保DR-EAF冶炼工艺温室气体的减排潘宏伟近日，意大利的特诺恩海尔(Tenova HYL)、得兴(Techint)和达涅利(Danieli)联合推出了一项新技术 ENERGIRON，从而处于直接还原炼铁工业的最前沿。
ENERGIRON技术的特点在于其灵活的、不需额外配置转化装置的工艺布局，该布局可以满足甚至超出当前严格的全球环境要求。
该工艺产生的废气和废水不仅少，而且容易控制。
在过去的十年里，选择性去除CO2系统的引入成为显著降低排放水平的一个关键因素，通过捕集CO2为企业提供了一项额外收入来源。
ENERGIRON装置的高压操作和密闭系统加上HYTEMP气力输送系统，减少了向大气和沉淀池中的灰尘排放，使得该工艺更加经济、环保。
本文主要论述美国和国外最苛刻地监管控制下的各种环境因素。
ENERGIRON技术基于ZR工艺的ENERGIRON技术是减少直接还原炼铁厂的占地面积和提高生产效率的关键一环。
通过供给天然气以接通还原气路或在反应器入口处喷吹氧气，均可在还原反应器内就地产生还原气体。
由于所有还原气均是在还原反应器内产生，利用竖炉内金属铁的催化效应就可获得最佳还原效率，因此，无需配置额外的还原气转化炉。
与传统直接还原炼铁厂(包括改造过的)相比，除了运行及维护成本较低、直接还原铁质量较高外，ZR厂的总投资也较少。
通常，ENERGIRON技术允许直接使用天然气。
当然，ENERGIRON厂也可以使用常规的天然气蒸汽转化设备，这样工艺就比较长。
其他还原剂比如H2、煤气化产生的气体、焦油及类似的矿物燃料、焦炉煤气以及其他，根据具体情况，也都可作为还原气体或产生还原气体。
另外，直接还原炼铁厂被设计生产高碳DRI和热态DRI，这些产品通过HYTEMP气力输送系统，可供相邻的电弧炉直接使用，也可以直接供给压块机用来生产HBI或是这些产品的组合。
通过集成高还原温度(1050℃以上)、竖炉内的就地转化以及尽可能少地利用热工设备，ZR工艺的总体能效得到优化。
我国煤基直接还原炼铁工艺发展
我国煤基直接还原炼铁工艺发展摘要:对我国目前主要应用的直接还原工艺—回转窑、隧道窑、转底炉以及新发展的直接还原技术做了简要的介绍,分析了各种工艺的优缺点;针对钒钛磁铁矿冶炼,攀钢采取了转底炉—电炉联合使用的直接还原工艺,并新建一条年处理能力10万t钒钛矿的生产试验线.关键词:直接还原;转底炉;回转窑;隧道窑0 引言直接还原法是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源,在铁矿石(或含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法.其产品呈多孔低密度海绵状结构,被称为直接还原铁(DRI)或海绵铁.直接还原实现了无焦炼铁,比高炉炼铁碳耗低、CO2排放少,有利于节省能源、保护环境.海绵铁杂质成分低,是冶炼优质钢的原料,也可作为高炉炼铁、转炉炼钢、铸铁、铁合金、粉末冶金的原料,有色冶金的置换剂、水处理的脱氧剂等,应用范围广、需求量大[1].2008年我国直接还原铁消费量为260 万t,但产量仅为60多万吨,远不能满足国内需求.随着我国电炉炼钢规模的不断扩大,废钢价格不断攀升,直接还原铁供不应求,市场潜力巨大,因此,在我国因地制宜发展直接还原工艺势在必行.直接还原按照还原剂的不同分为气基还原和煤基还原两大类,气基还原主要包括Midrex法和HYL—Ⅲ法,具有生产规模大、成本低、环境影响小等优点[2].煤基直接还原包括回转窑法、转底炉法等,与气基还原相比,生产规模较小、产量较低.虽然气基直接还原工艺占据了大部分的直接还原生产能力,但其需用天然气做燃料.在我国,由于天然气相对缺乏,使气基发展受到限制,而我国的煤炭储量却较为丰富,这一资源条件决定了现阶段我国以煤基直接还原法为主,因此,深入研讨煤基直接还原的生产工艺对我国的直接还原工业发展具有深远的意义.1 直接还原工艺简介1.1 回转窑回转窑直接还原主要有三种工艺方案,一步法:精矿配加粘结剂制成生球铺布在移动的链篦机上,利用回转窑高温废气进行干燥预热后直接进入回转窑生产DRI,所有工序在一条流水线上连续完成;二步法:先用精矿烧制成氧化球团再将其送入回转窑生产DRI,造球和还原分别独立进行,故称"二步法";冷固球团法:与一步法相似,先将精矿配加特殊粘结剂造球,在较低温度下(200 ℃)干燥固结,然后送入回转窑还原,省略了高温焙烧氧化固结的过程[3].回转窑工艺具有代表性的SL/RN法流程如图1所示.铁矿石、煤粒、熔剂等原料从窑尾加入回转窑中,窑体缓慢旋转使炉料在升温和反应的同时向出料端移动.窑头外设有烧嘴燃烧燃料,形成的废气则由窑尾排除.炉料与炉气逆向运动,炉料在预热段被加热,使水分蒸发和石灰石分解,达到800 ℃后,煤中的固体碳开始还原铁矿石中的氧化铁,直到获得海绵铁或铁料,而碳则转变成CO气体,CO在氧化区被燃烧成CO2,放出热量以满足还原反应的要求.回转窑内反应温度控制在1 100 ℃以下,经8~10 h完成还原反应后出窑.产品排出窑后进入回转冷却筒冷却得到海绵铁或粒铁,也可以送电炉直接炼钢.与高炉工艺相比较,回转窑工艺设备简单,投资少,适用于地方钢铁工业,弥补了高炉—转炉工艺的不足,此外,回转窑还适用于复合矿冶炼,冶金灰尘及各种工业废渣的回收利用,减少环境污染,降低了钢铁生产能耗.同时,回转窑工艺也存在一些缺点,包括窑内结圈、还原温度低(1 100 ℃以下)、流程长、对块矿或球团矿冷强度要求高、要求使用低硫煤等[4].我国山东鲁中矿山公司通过采取提高冷固烧结球团的冷热态强度、加强还原煤的选择和管理、优化回转窑的送风、抛煤、控温温度等措施,预防并降低回转窑结圈,取得了较好的收效.图1 SL/RN法工艺流程1.2 隧道窑隧道窑工艺即将精矿粉、煤粉、石灰石粉,按照一定的比例和装料方法,分别装入还原罐中,然后把罐放在罐车上,推入条形隧道窑中或把罐直接放到环形轮窑中,料罐经预热到1 150 ℃加热焙烧和冷却之后,得到直接还原铁.目前江苏永钢集团拥有两条260 m长煤气隧道窑,为亚洲最长隧道窑.隧道窑生产海绵铁工艺流程如图2所示.图2 隧道窑生产海绵铁工艺流程煤基隧道窑直接还原工艺具有技术成熟、作简单的特点,可因地制宜采用此工艺,利用当地小型分散的铁矿及煤矿资源优势,发展直接还原铁生产,为电炉提供优质原料.但是,总体上讲,我国隧道窑直接还原中存在生产规模较小、能耗高、污染严重、缺乏稳定的原料供应渠道等问题[5],所以,提高机械化程度、改变原料入炉方式、改进燃料及其燃烧、增设余热回收等成为各厂家不断努力改进工艺的方向.我国已建成或正在建设的隧道窑有100多座,约70多个单位规划建设产能5~30 万t/a的隧道窑直接还原铁厂,在不断总结实践经验的基础上,改进现行工艺,开发出诸如大型隧道窑直接还原、AMR—CBI隧道窑直接还原工艺、宽体球状海绵铁隧道窑、L-S快速还原工艺等多种新技术,掀开了隧道窑工艺规模扩大、产能提高、机械及自动化提升的序幕.1.3 转底炉转底炉煤基直接还原是最近几十年间发展起来的炼铁新技术,代表工艺为Fastmet,它由美国Midrex公司与日本神户制钢于20世纪60年发,是采用环形转底炉生产直接还原铁的一种方法.经过多年的半工业性试验和深入的可行性研究,现已完成工艺作参数和装置设计的优化.Fastmelt和ITmk3工艺是在此基础上增加对直接还原铁的处理.图3显示了这三种以转底炉为主体的直接还原工艺流程.图3 转底炉直接还原工艺流程煤粉与铁精粉按比例混匀制成球团,干燥后以1~3层球铺放在转底炉床面,随着炉底的旋转,炉料依次经过预热区、还原区和冷却区.还原区内球团被加热到1 250~1 350 ℃,由于煤粉与铁氧化物紧密接触,铁氧化铁被碳迅速还原成DRI,成品在800~1 000 ℃左右连续从转底炉卸出.球团矿在炉底停留8~30 min,这取决于原料特性、料层厚度及其他因素,成品可作电炉热装炉料或者转炉炉料,也可冷却或生产热压块(HBI).Fastmet工艺技术特点:①在高温敞焰下加热实现快速还原,反应时间只需10~20 min,生产效率高;②原料来源广泛,铁原料方面,除使用高品位粉矿、精矿外,还可用氧化铁皮、代油铁泥、炼钢粉尘、含En、Pb、As等有害杂质的铁矿等;还原剂方面,除煤以外焦末、沥青均可利用,不必担心出现结圈问题;③炉料相对炉底静止,对炉料强度要求不高;④废气中含有大量显热,可用作预热空气、干燥原料等[6]. Fastmelt工艺流程基本与Fastmet一致,只是在后续添加一个熔炉来生产高质量的液态铁水.Itmk3工艺是使金属化球团在转底炉中还原时熔化,生成铁块(Nuggets),同时脉石也熔化,形成渣铁分离.当然转底炉也存在着设备复杂、炉内气氛难控制、传热效率低以及对还原剂硫含量要求严格的缺点.就目前转底炉工艺开发的水平和规模而论,与高炉还有较大差距,但仍存在发展的广阔空间,天津荣程联合钢铁集团已兴建一条100万t级Fastmet生产线,建成目前世界最大的转底炉.另外,用转底炉可处理一些特殊铁矿,如含锌、铅、砷等有害杂质,或含镍、钒、钛等有用元素,均可利用转底炉的工艺优势,或高温挥发,或选择性还原,配合后续工艺,实现资源综合利用.马钢尘泥脱锌转底炉工程项目于2008年5月开工建设,2009年7月6日正式竣工投产,建成了整套转底炉(RHF)脱锌工艺技术装置,不仅解决了含锌尘泥循环利用的后顾之忧,而且将综合利用技术上升到高品质资源化水平.1.4 其他新工艺1.4.1 PF法煤基竖炉直接还原工艺中冶集团北京冶金设备研究设计总院,结合国内情况创新发明了PF法竖炉直接还原工艺.PF法是在吸收K-M法外热式竖炉煤基直接还原工艺的经验基础上,设计的以一种中国特色的罐式还原炉为主反应器的直接还原法.这种工艺技术可靠,技术经济指标在各种煤基直接还原工艺中属先进水平.PF法直接还原工艺流程如图4所示.图4 PF法直接还原工艺流程PF法直接还原工艺主要特点[1]:1)主体设备选用外热式竖炉,预热、还原、冷却三段根据不同的作用和温度选用不同材质和结构,便于传热和化学反应进行,提高热效率和设备寿命.2)原燃料适用性强,对精矿、还原剂和燃料没有特殊要求.3)采用外配碳工艺,还原剂适当过量,扩大了煤的选用范围,造球工艺也因不定量配入煤粉而简化,球团强度较高,DRI质量较好.4)多个反应罐可并列组成任意规模的还原设备,设计和组织生产灵活.1.4.2 低温快速还原新工艺2004年钢铁研究总院提出了低温快速冶金新工艺.新工艺利用纳米晶冶金技术的特点将铁矿的还原温度降低到700 ℃以下.新流程分为气基和煤基两种方法,工艺流程如图5、图6所示.图5 煤基低温快速还原新工艺图6 气基低温快速还原新工艺煤基法使用煤粉为还原剂,在700℃左右快速还原铁精矿粉;气基法使用还原性气体还原铁精矿粉,还原温度可低于600℃.新工艺具有能耗低、环境友好等特点,省去了烧结或造球工艺,缓解了钢铁行业对焦煤的依赖,符合我国国情[7].2 攀钢现状钒钛磁铁矿是攀西地区的特色资源,与普通矿相比,钒钛矿直接还原温度较高、还原时间较长,还原过程产生特有的膨胀粉化现象,因此,存在竖炉结瘤、流化床失流和黏结、回转窑结圈等技术难题.高炉流程冶炼钒钛矿,只回收了铁和钒,钛进入高炉渣没有回收,造成钛资源的大量流失.2005年以来,攀钢科研人员在充分吸收、借鉴新流程及相关研究成果的基础上,通过大量的试验研究,针对钒钛磁铁矿特点,提出并验证了钒钛磁铁矿"转底炉直接还原—电炉深还原—含钒铁水提钒—含钛炉渣提钛"工艺路线,彻底打通了钒钛矿资源综合利用新工艺流程,稳定获得了质量满足要求的低碳生铁、达到GB3283-87要求的片状V2O5和PTA121质量要求的钛白产品.依托该研究成果,攀钢集团攀枝花钢铁研究院于2008年5月4日正式启动了攀钢10 万t/a钒钛矿资源综合利用新工艺中试线工程项目,新建一条转底炉—熔分电炉联合使用,年处理能力10万t钒钛矿的试验生产线,为更深入地研究实践,实现转底炉处理钒钛矿的规模化生产提供了广阔的平台.中试线工艺流程如图7所示.本流程采用硫含量较低的白马铁精矿,还原剂采用无烟煤煤粉,粘结剂为有机粘结剂,原料混合后经高压压球机压球,生球烘干后进入转底炉系统.球团在转底炉内停留10~30 min后出料,金属化球团直接热装进入熔分电炉,在一定温度下还原后,产出含钒铁水及含钛炉渣.继续对铁水进行脱硫、提钒后,得到半钢、脱硫渣及钒渣,半钢进入铸铁机铸铁,生产出铸铁块.钛渣制取钛白,实验室条件下钛回收率达到80%以上;钒渣制取钒氧化物(V2O5),实验室条件下,钒回收率达到65%以上.与高炉流程相比,转底炉流程采用100%钒钛矿冶炼,克服了高炉流程必须配加普通矿的不足,在当前铁资源紧张的形势下,有助于充分发挥攀西地区资源优势,拉动区域经济发展.此外,转底炉流程的铁精矿不需烧结处理,不使用焦炭,从根本上避免了烧结烟气脱硫、焦煤资源采购困难以及环保压力大等问题.3 结语图7 资源综合利用中试线工艺流程煤炭资源总量丰富、焦煤短缺,铁矿资源储量大、富矿少、贫矿和共生矿多是中国钢铁工业面临的现实状况.这种能源、资源结构给煤基直接还原法生产海绵铁的发展提供了机遇.转底炉直接还原技术由于在生产率、规模化、投资费用、单位成本等方面都占有明显的优势,可作为发展直接还原技术的首选工艺.鉴于转底炉处理钒钛磁铁矿技术尚属世界首创,并无较多的经验借鉴,因此要大力开展针对钒钛磁铁矿直接还原的基础研究工作,在实践中借鉴各种直接还原方法已取得的成果,开拓创新,开创钒钛矿直接还原新纪元.参考文献[1] 陈守明,黄超,张金良.煤基竖炉直接还原工艺//2008年非高炉炼铁年会文集.中国金属学会,2008:132-135.[2] 杨婷,孙继青.世界直接还原铁发展现状及分析.世界金属导报,2006.[3] 刘国根,邱冠周,王淀佐.直接还原炼铁中的粘结剂.矿产综合利用,2001(4):27-30.[4] 韩跃新,高鹏,李艳军.白云鄂博氧化矿直接还原综合利用前景.金属矿山,2009 (5):1-6.[5] 魏国,赵庆杰,沈峰满,等.非高炉生产技术进步//2004年全国炼铁生产技术暨炼铁年会文集.2004:878-882.[6] 陶晋. 环形转底炉直接还原工艺现状及发展趋势. 冶金信息工作, 1997.6.[7] 郭培民,赵沛,张殿伟.低温快速还原炼铁新技术特点及理论研究.炼铁,2007,26(1): 57-60.来源：攀枝花钢铁研究院网站。
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世界金属导报/2010年/6月/22日/第014版
设备制造
达涅利ENERGIRON直接还原技术
1简介
本文根据CO2排放量分析，比较三种炼钢工艺对环境的影响:
・传统联合炼钢厂，高炉-氧气顶吹转炉(BF-BOF)。
・现代联合炼钢厂，直接还原工艺(基于天然气)-电弧炉(DRP-EAF)。
・现代联合炼钢厂，直接还原工艺(基于可气化煤)-电弧炉(DRP-EAF)。
达涅利和HYL开发的ENERGIRON气基直接还原技术是先进的铁矿石冶炼工艺，此项技术的目标是:
・通过减少温室气体排放降低对环境的影响。
・根据主要能量来源，利用各种工业气体，如天然气或煤气化产生的合成煤气或焦炉煤气。
炼钢产业的特征就是大量使用化石燃料，而化石燃料排放导致全球变暖的温室气体(GHG)，给环境造成极大的影响，这些气体主要是CO2。
CO2的排放量和特点由炼钢厂使用主要燃料的特性所决定。
在传统联合炼钢高炉工艺中，用来还原氧化铁的主要能源是煤。
在现代联合炼钢DRP直接还原工艺中，用来还原氧化铁的主要能源可以是天然气或煤或任何工业气体。
2联合炼钢厂的CO2排放
2.1传统联合炼钢厂的CO2排放
图1显示的是传统联合炼钢厂典型的能量平衡。
这个工厂设备包括:炼焦炉设备、烧结车间、生产铁水(HM)高炉、氧气顶吹转炉(BOF)、钢包炉/真空脱气设备、生产热轧带卷(HRC)的薄板坯连铸机和带钢热轧机。
能从传统联合炼钢厂中回收的主要气态燃料副产品包括:烧结车间气体(sPG)、炼焦炉设备气体(COG)、鼓风炉气体(BFG)和氧气顶吹转炉气体(BOFG)。
传统联合炼钢厂的能量平衡显示大多数气态燃料主要用于产生能量或燃烧发热。
传统联合钢厂烟道气排放CO2每吨钢水约为2.104t。
2.2现代联合炼钢厂的CO2排放
图2显示的是现代联合炼钢厂典型的能量平衡，这些ENERGIRON直接还原炼钢厂的主要燃料是天然气。
这个工厂包括:球团车间、生产直接还原铁(DRI)的ENERGIRON直接还原炼钢车间(DRP)、电弧炉(EAF)、钢包炉/真空脱气设备、生产热轧带卷(HRC)的薄板坯连铸机和带钢热轧机。
现代联合炼钢厂中回收的主要气态燃烧副产品包括:球团车间气体(PPG)、直接还原炼钢车间气体(DRPG)、电弧炉气体(EAFG)和钢包炉&真空脱气设备产生气体(LF-VDG)。
现代联合炼钢厂的能量平衡显示大多数气态燃料主要用于产生能量或燃烧发热。
基于DRP 天然气现代联合钢厂烟道气排放CO2每吨钢水约为0.812t。
ENERGIRON天然气基直接还原技术的碳平衡见图3。
当使用天然气作为还原气体时，ENERGIRON DR工厂能耗为2.30 Gcal/tDRI。
从图3可知，这种能量形式输入的碳总量约为140kg/tDRI，其中20Kg/tDRI～35Kg/tDRI将进入DRI，105Kg/tDRI～120kg/tDRI转换成了CO,。
ENERGIRON技术能对挑选出的CO2气流进行收集和储存，采用这种方法，在所产生的CO2总量中，仅有约46%排向大气层。
2.3现代联合炼钢厂的CO。
排放
图4显示的是现代联合炼钢厂典型的能量平衡，这些ENERGIRON直接还原炼钢厂主要使用
煤气化车间生产的合成煤气。
这个工厂包括:球团车间、煤气化车间、生产直接还原铁(DRI)的ENERGIRON直接还原炼钢车间(DRP)、电弧炉(EAF)、钢包炉/真空脱气设备、生产热轧带卷(HRC)的薄板坯连铸机和带钢热轧机。
能从现代联合炼钢厂中回收的气态副产品包括:球团车间气体(PPG)、煤气化车间气体(CGG)、直接还原炼钢车间气体(DRPG)、电弧炉气体(EAFG)和钢包炉&真空脱气设备气体(LF-VDG)。
现代联合炼钢厂的能量平衡显示大多数气态燃料主要用于产生能量或燃烧发热。
基于DRP 合成煤气的现代联合钢厂烟道气排放CO2每吨钢水为1.486t。
3 ENERGIRON直接还原技术亮点
ENERGIRON直接还原技术气体处理区域有两种配置:
・ENERGIRON III-带天然气转换器，天然气作为燃料。
・ENRGIRON ZR-无转换器。
天然气、合成煤气、焦炉煤气和其他工业气体作为燃料。
ENERGIRON ZR技术是最新的综合直接还原技术，由HYL和达涅利开发，可以显著降低CO2排放。
没有配备转换器的ENERGIRON ZR配置处理区(见图5)。
在这个装置中，通过将各种工艺气体直接送入反应器，向反应器入口输送氧气，还原气体可以在还原反应器中“现场”制备。
利用这种方式，竖炉内精炼铁的催化作用在还原过程达到最高效率。
在此基础之上，大多数天然气(NG)成分都被用到了冶炼中，只有很小的一部分被转换用以满足加热器中的燃料需求。
当DR反应器和外部催化转换器时，CO2以不经处理的方式从转换器的烟道中排放出去，这与没有转换器的工艺气体配置相反。
和其他技术相比，配备转换器和不配备转换器的ENERGIRON DR工艺共有的主要优势是还原回路拥有一套CO2清除系统。
实际上，这种工艺的一个特点是能够选择性地去除还原过程产生的副产品——H2O和CO2，同时也能降低对环境的影响。
顶部气体洗涤装置可以将水消除掉，而CO2清除系统可以将45%的CO2收集起来。
值得注意的是CO2清除系统也可以100%消除回收的工艺气体中所包含的硫。
装置的工作压力为6bar～8bar，因此化学过程对CO2的选择性清除效率非常高。
通过选择性消除H20和CO2两种氧化剂，还原气体(H:和CO)得到回收，重新回到DR反应器中，能够优化工艺气体成分，节省70%～75%的总能量。
未配置转换器的ENERGIRON DR工厂中，只有30%的碳作为烟道气从工艺气体加热器的烟道中排除，每生产一吨DRI能选择性去除约70kg碳(或250 kgC02)。
4 CO2排放技术的最后考虑
对于DRP-EAF工艺来说，CO2排放受两种配置的影响:
・ENERGIRON ZR(未配置转换器)-天然气基。
・ENERGIRON ZR(配置转换器)-合成煤气(来自于煤)基。
BF-BOF工艺和DR-EAF工艺之间的CO2排放有明显的区别，造成这种差别的原因是因为他们使用了不同的主燃料。
ENERGIRON DR工厂的优势是生产过程中将排放的部分CO2选择性的清除，并且这部分CO2被投入到商业应用中或易地封存起来(如油井中)，进而大幅度减少温室气体GHG的排放。
通过DRP-EAF炼钢工艺排放的C02仅为BF-BOF炼钢工艺CO:排放量的40%。
考虑到ENERGIRONDRP-EAF工艺对CO2的选择性清除，这种工艺的CO2排放量将被进一步降低到BF-BOFCO2排放量的26%。
ENERGIRON直接还原技术包含一项吸收CO2专利工艺，这项工艺能让进入生产过程的总碳量在不经选择的情况下，将通过烟道气排出碳量控制在总碳量的30%之内。
图6显示的CO2排放量看到这项能够减少55%CO2排放量的技术将是未来联合炼钢产业的技术配置，将能够帮助钢厂达到1990年《京都议定H书》规定的排放标准，减少温室气体排放。
和传统的BF-BOF工艺相比，ENERGIRON DRP-EAF联合炼钢工艺是减少和控制CO2排放量的最佳技术。
在天然气太贵或无法供应的地方，可以用煤作为还原剂的ENERGIRON直接还原工艺成为市场上一种理想的替代方案。