转底炉炼铁工艺发展现状
国内外转底炉的发展趋势及我国发展转底炉技术的建议
一、国内外转底炉技术的发展过程简介
1、转底炉直接还原工艺简介
转底炉炼铁工艺是非高炉炼铁工艺的一种，从1978年加拿大国际镍集团 （Inco,Ltd）建成第一座转底炉以来，已有近30年的历史，它从美国发源ห้องสมุดไป่ตู้先在日 本推广、后在中国得到发展。
转底炉法以其原料适应性强和操作工艺的灵活性等优点，引起冶金界的高度重视。 但由于原料加工方法条件和对产品质量要求的不同，转底炉直接还原炼铁分为 Inmetco法、DRYIRON法， FASTMET法和ITKM3等不同工艺路线。
国内外转底炉的发展趋势及 我国发展转底炉技术的建议
周渝生 齐渊洪 严定鎏 洪益成
钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室 钢研晟华工程技术有限公司 20141106
目录
一、国内外转底炉技术的发展过程简介 二、国内外转底炉技术的发展趋势 三、我国发展转底炉技术的背景 四、对我国发展转底炉技术的建议
项目
单位
原料 铁精矿粉 还原煤 皂土 有机粘结剂 小计 能源 电 天然气 氮气 水 小计 其他 消耗品 维修与备件
kg kg kg kg
kwh m3（STP） m3（STP） t
美元 美元
消耗量 单位
1335 410 5 5
65 60 10 0.30
国内外转底炉技术发展及工业化应用情况
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在国内外，随着技术的不断创新和发展，转底炉技术已经取得了长足的进步，并得到了广泛的工业化应用。
本文将就国内外转底炉技术的发展及工业化应用情况进行探讨。
国内转底炉技术发展及工业化应用情况。
中国作为世界上最大的钢铁生产国之一，在转底炉技术领域也有着长足的发展。
我国炉外精练技术的发展前景和趋势分析
我国炉外精练技术的发展前景和趋势分析我国炉外精炼技术是冶金行业中一项重要的技术，它是指在冶炼过程中，将粗炼钢液通过炉外装置进行再处理，以提高钢液的质量和温度，减少杂质含量，从而得到更加优质的成品钢材。
随着我国工业化进程的加快和环保意识的提高，炉外精炼技术的发展前景和趋势备受关注。
一、炉外精炼技术的发展历程炉外精炼技术起源于20世纪60年代，当时主要应用于日本、美国等发达国家的钢铁企业。
最早的炉外精炼设备是气吹精炼炼钢炉（LD炉），它利用氧气吹入炉内，通过氧气的化学作用来脱除炼钢过程中产生的杂质和非金属夹杂物，提高成品钢的质量。
而后，随着技术的不断进步和创新，我国也开始引进和发展炉外精炼技术，并在80年代成功开发了自己的炉外精炼装置。
目前，我国的炉外精炼技术已经取得了长足的进步，主要体现在以下几个方面：1. 技术水平不断提升。
我国的炉外精炼技术已经从最初的气吹精炼炼钢炉（LD炉）发展到了RH、VOD、Ladle Furnace等多种不同类型的炉外精炼设备，每一种设备都具有自己的特点和优势，可以满足不同钢种的精炼需求。
2. 炉外精炼技术与自动化技术相结合。
随着我国制造业的智能化升级，炉外精炼技术也在不断引入自动化设备和智能控制系统，以提高生产效率和产品质量。
利用先进的传感技术和控制系统，可以实现对炉外精炼过程的精准监测和控制，确保精炼过程的稳定和可控性。
3. 绿色环保技术的应用。
在炉外精炼过程中，会产生大量的废气和废渣，而这些废气和废渣的排放会对环境造成严重的污染。
在炉外精炼技术的发展中，我国也加大了对绿色环保技术的研发和应用力度，致力于减少废物排放，提高资源利用率。
1. 技术持续创新。
随着科技的不断进步和需求的不断增长，炉外精炼技术将会继续进行技术升级和改造，以适应不同类型钢材的精炼要求。
未来，我国的炉外精炼技术有望实现更高效、更节能、更绿色的发展。
2. 非金属夹杂物的去除技术。
随着精细化钢铁品种的增多，我国的炉外精炼技术将更加注重去除非金属夹杂物的工艺研究和应用，以满足高端产品对钢材质量的严格要求。
炼钢工艺发展的趋势
炼钢工艺发展的趋势炼钢工艺是钢铁制造过程中最重要的环节之一，它直接关系到钢铁产品的质量和性能。
随着科学技术的不断进步和工业生产的发展，炼钢工艺也在不断创新和改进。
下面将从以下几个方面探讨炼钢工艺的发展趋势。
1. 高炉冶炼技术：高炉是目前主要的炼钢设备，其冶炼技术的发展对整个钢铁行业具有重要影响。
未来的高炉将继续向大容量、高效率和低能耗的方向发展。
一方面，炉容量将逐渐增大，以提高生产效率和降低单位产品能耗。
另一方面，高炉配套设备的自动化程度将进一步提高，以实现全程智能化控制和运行优化。
2. 直接还原炼铁技术：传统的高炉炼铁过程消耗大量的焦炭和煤炭资源，同时产生大量的二氧化碳排放，对环境造成了严重影响。
因此，直接还原炼铁技术成为了发展的方向之一。
直接还原炼铁技术通过利用天然气等清洁能源直接还原铁矿石，减少了对焦炭和煤炭的依赖，大幅降低了能耗和环境污染。
3. 电弧炉炼钢技术：电弧炉炼钢技术是一种能够高温直接融化废钢、废铁和铁合金的炼钢方法。
相比传统的高炉炼钢工艺，电弧炉炼钢具有资源利用率高、环境污染小、生产周期短等优点。
随着废钢资源的日益丰富和回收利用的重视程度不断提高，电弧炉炼钢技术将得到更广泛的应用。
4. 超声波技术在炼钢中的应用：超声波技术在炼钢过程中有着很大的潜力。
超声波可以在金属液体中引起超声波振动，进一步改善炼钢过程中的传质和传热效果，提高钢的纯净度和均匀性。
此外，超声波还可以用于检测和监测钢铁产品中的缺陷和杂质，提高质量控制的准确性和效率。
5. 粉煤气化技术：粉煤气化技术是一种利用煤炭资源进行炼钢的新技术。
通过对煤炭进行气化，产生合成气，再利用合成气进行炼钢，既能够提高煤炭资源的利用率，又能够减少对传统能源的依赖和环境污染。
粉煤气化技术属于绿色环保型炼钢工艺，对于改善钢铁行业的能源结构和减少碳排放具有重要意义。
总体来说，炼钢工艺的发展趋势是朝着高效、环保、智能化和资源综合利用的方向发展。
转底炉工艺技术存在的问题与发展建议
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提 出 了发 展 转 底 炉 工 艺 技术 的 几 点建 议 。 关键词 转底炉 ； 冶金尘泥 ； 直接 还 原 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ — ３ ８ １ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２— ０ ０ ４ ２—０ ３ ．
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｆ ７ ０ ２ ． ９
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国内外高炉炼铁技术的发展现状和趋势
国内外高炉炼铁技术的发展现状和趋势高炉炼铁技术是金属冶炼工业发展的基础，是保证金属铁质量和产量的关键技术，也是社会经济发展的重要依托。
近年来，随着金属冶炼工业的快速发展，国内外高炉炼铁技术的发展也取得了显著的成就，为保证金属铁质量、提高产量、提高经济效益发挥了重要作用。
首先，国内外高炉炼铁技术取得了重大突破，进一步提高了金属铁质量。
随着科学技术的进步，添加剂和冶炼工艺的改进，使高炉炼铁工艺取得重大进展，不仅能够有效提高铁素体组成，同时也能够改善铁水的流动性，有利于铁块的全面成型。
此外，利用新型炉料和改进的热处理技术，可以有效降低铁水的含氧量，提高铁液的液相容量，从而获得更高品质的铁。
其次，国内外高炉炼铁技术的发展，还大大提高了铁的产量。
传统的高炉炼铁工艺存在着大量的炉料损失，限制了铁的产量。
随着国内外高炉炼铁技术的发展，炉料损失大大减少，产量得到提高。
通过对炼铁工艺及其参数进行优化调整，获得合理的炉料计算和分配，进而有效提高铁的产量。
此外，结合智能技术、自动化技术和智能控制技术，还可以实现远程监控和智能化管理，可以使高炉炼铁效率更高，产量更大。
最后，国内外高炉炼铁技术的发展，对提高经济效益具有重要意义。
国内外高炉炼铁技术的发展，不仅缩短了铁的生产周期，提高了产量，而且可以减少能耗消耗和废气排放，降低了生产成本，有利于提高企业的竞争力，实现更高的经济效益。
此外，国内外高炉炼铁技术的发展还可以改善炼铁终端的工作环境，为炼铁行业的发展创造更加良好的条件。
以上是国内外高炉炼铁技术的发展现状和趋势的概述，未来的发展趋势可以简单地总结为以下几点：继续提高高炉炼铁质量和产量，推广智能技术，进一步优化炼铁工艺，合理设计炉料配比，提高炼铁效率，减少能耗和污染，改善炼铁环境，提高经济效益，实现绿色经济发展。
未来，相信国内外高炉炼铁技术将取得更好的发展，为我们社会的经济发展提供更多的依托。
转底炉
转底炉项目简介1 转底炉还原工艺简介1.1 转底炉工艺简介转底炉由轧钢用的环形加热炉演变为炼铁工艺，最早是用来处理钢铁工业产生的粉尘及废弃物。
转底炉工艺有多种，主要包括Fastmet/Fastmelt、ITmk3、Inmetco/Redsmelt、DryIron、Comet/Sidcomet、HI-QIP等。
转底炉直接还原工艺流程示意图1.2 转底炉工艺与其它相似工艺比较转底炉是煤基直接还原工艺中的核心设备之一，煤基直接还原工艺主要包括回转窑法（如SL-RN法）和转底炉法（如COMET法）。
而煤基直接还原工艺和气基直接还原工艺都是直接还原工艺，以铁产品为例直接还原工艺的产品为海绵铁（又称直接还原铁—DRI即Direct Reduced Iron）。
直接还原和熔融还原是两种主要的非高炉炼铁思路。
当转底炉的原料加入含碳球团时，其产品为金属化球团，可供电炉使用，也作为高炉的原料。
而链篦机—回转窑—环冷机（链回环）生产出来的产品是氧化球团，是为高炉炼铁提供的原料之一，称之为球团矿，而高炉炼铁的含铁原料还包括天然块矿、烧结矿。
转底炉直接还原技术采用含碳球团作原料，反应速度快，同时符合中国以煤为主要能源的特点。
以直接还原技术用于钒钛磁铁矿为例，转底炉技术相比隧道窑、回转窑工艺，以ITmk3为代表的转底炉工艺的优点主要是：○1还原原料在预热和还原过程中始终处于静止状态下随炉底一起进行，所以对生球强度要求不高；○2较高的还原温度（1350℃或更高）、反应快、效率高。
反应时间可在10-50min范围，可与矿热电炉熔炼容易实现同步热装；○3可调整喷入炉内燃料（可以是煤粉、煤气或油）和风量，能准确控制炉膛温度和炉内气氛；○4过程能耗低，回转窑法折算成每吨海绵铁的煤耗通常大于800kg，而转底炉法为600kg；○5从工艺角度来看，ITmk3技术流程简单，投资成本低，产品价格低，铁矿石原料及还原剂选择灵活。
另外，据马鞍山钢铁设计研究总院秦廷许的研究：转底炉-电炉炼铁流程与高炉传统炼铁流程比较，虽在铁精矿消耗量、还原剂和燃料的能源消耗量上相差不大，但吨铁成本低约10%；基建投资省22%左右；全流程电耗低48.6%。
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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( ID I: Iron Dynam ics Inc)开发的 ,包括矿石及煤的破 碎研磨和制备 、造球 、转底炉还原 、埋弧炉熔融等工
序 。含碳球团的平均粒度为 11mm ,干燥后使之含 水分约 1% ,然后预热至 150℃,通过振动输送系统 把球团分层装入转底炉内 ,炉内料层厚度为 38. 1～ 50. 8mm。
这 种 工 艺 脱 硫 能 力 较 差 , DR I 的 硫 含 量 约 0. 15% ～0. 4%。所产 DR I金属化率较低 ,表 1列出 了 Fastmet典型的直接还原铁的化学成分 [ 1 ] 。如把 这种产品用于炼钢 ,会使渣量增加 ,造成炼钢的能耗 上升和产量下降 。所以 Fastmet产品一般用于高炉 。
入废气系统中 。被还原的球团等在炉内稍微冷却后 通过排出装置排到炉外 。转底炉工艺中 ,含碳球团 等炉料中的碳是主要的燃料 ,其加热后产生的挥发 份和还原铁氧化物等产生的 CO 是主要还原剂 ,外 部烧嘴加热用燃料只是辅助部分 ,仅占所需能量的 约 15%。因此 ,含碳球团等炉料中的碳利用非常充 分 ,该工艺既有利于节能又有利于减少污染物的排 放 。一般含铁料还原时间为半小时以内 ,所以转底 炉是生产效率较高的工艺 。
新日铁在广畑厂共有 2 座年产能为 19 万 t的 Fastmet转底炉 (分别于 2000 年和 2005 年投产 )来 处理含铁废料 。神户加古川厂有 1座年产能为 1. 6 万 t的转底炉 (2001年投产 )来处理富锌含铁废料 , 尘泥含锌率为 0. 7% ～0. 9% ,还原铁的金属化率为 70% ～85%。
Abstract RHF p rocess is a kind of direct reduction p rocess which is developed in recent 30 years. It has advantage of dealing w ith iron - bearing and zinc - bearing wastes of iron and steel works. Various RHF p rocesses, development, and app lication p resent were introduced. Key words smelting; rotary hearth furnace (RHF) ; direct reduced iron (DR I) ; development
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Inmetco工艺是加拿大国际镍集团 ( INCO , L td)
为了处理利用冶金废弃物而开发的 。 1978 年在美国
宾州 Ellwood城的国际金属回收公司建成世界上第一
图 4 ITmk3转底炉工艺示意图 表 2 粒铁的化学成分
粒铁化学成分 金属铁 FeO C Si、M n、P
重量百分比 / % 96 ～97 0 2. 5～3. 5
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冶金丛刊
总第 183期
炉内的工艺过程是 :球团等炉料从装入区装入 炉内后随着炉床前进 ,首先在加热区被加热到 1 000℃以上 ,然后进入温度更高的还原区 ,氧化锌和 氧化铁通过球团等铁料中所含的碳进行还原反应 。
在还原区 ,锌以气态形式分离出来而被脱除 。燃烧 及反应所生成的气体沿着与炉床前进的相反方向流
1 引言
转底炉炼铁工艺是非高炉炼铁工艺的一种 ,是 近 30年才发展起来的 ,原料适用范围很广 ,不只适 用于铁矿粉 ,还非常适合处理钢铁厂含铁含锌粉尘 等废料 。转底炉炼铁不使用焦炭 ,而是使用煤作还 原剂 ,因而对环保非常有益 。目前该工艺已获得工 业应用 ,工业化应用较多的国家为日本和美国 。我 国自 20世纪 90 年代开始研究 , 2006 ～2007 年 ,山 东瑞拓球团工程技术公司一座年产能为 7万 t转底 炉曾连续生产 7个月 。因为转底炉工艺既有利于节 能减排 ,又有利于发展循环经济 ,目前已成为国内外 钢铁企业关注和研究的热点之一 。韩国浦项 、我国 莱钢 、马钢 、昆钢等正在进行转底炉建设 。
图 3 Fastmet和 Fastmelt的工艺流程 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 5期
胡俊鸽等 : 转底炉炼铁工艺发展现状
3 转底炉工艺及其发展现状
转底炉工艺有多种 ,主要包括 Fastmet/ Fastmelt、 ITmk3、Inmetco /Redsm elt、D ryIron、Com et/ Sidcom et、 H I - Q IP等 。 3. 1 使用含碳球团的转底炉工艺 3. 1. 1 Fastm et和 Fastmelt工艺
转底炉炉膛外径为 50m。所产直接还原铁的金 属化率为 85% ,温度 1 000℃, DR I可热态送到埋弧 炉 。转底炉废气可以预热燃烧空气 ,以及为矿石 、煤 和球团干燥器供热等 。埋弧炉有两个出铁口和一个
出渣口 。年产量为 50 万 t铁水 ,电耗为 400 ～500 kW ·h / t。平均铁水成分为 Fe: 95. 8%、C: 3. 2%、S: 0. 025%、Si: 0. 50% ,温度 1 500℃。 3. 2 使用干压块的转底炉工艺
D EVELO PM ENT PRESENT O F IRO NM AK ING PROCESS O F RO TARY HEARTH FURNACE
Hu Junge Zhou W entao Zhao X iaoyan
( Technology Center of Angang steel Company L td. , Anshan 114009, L iaoning)
S
0. 05
日铁君津厂分别于 2000年和 2002年各投产了一座
ITmk3 所用原料很广 ,铁矿粉和低品位铁矿都 这种类型的转底炉 ,一座处理低锌灰尘 ,另一座处理
能使用 ,碳原料可用煤 、石油焦或其他含碳原料 。矿 高炉瓦斯灰和转炉尘 ,年处理能力分别为 18万 t和
石中氧化物的铁都转化为金属铁 ,并且成品中不含 14万 t。君津厂转底炉主要数据和操作数据见表 3。
(其化学成分见表 2) [1] ,但所耗燃气比 Fasmet多。
2007年末 ,神户钢铁公司与美国动力钢公司达
成协议 ,拟在美国的明尼苏达 Hoyt湖建一座 ITmk3
商业生产厂 ,总投资约 2. 35亿美元 ,年产能 50万 t,
计划于 2009年投产 。
3. 1. 3 Inmetco和 RedSm elt工艺
3. 1. 2 ITmk3转底炉工艺 ITm k3 工艺由日本神户钢铁公司及美国米德兰
公司联合开发 ,在 20世纪 90年代中后期取得了突 破性进展 。其工艺流程见图 4,类似于 Fasmet的工 艺流程 。所不同的是 , 它把工艺过程的还原温度精 确地控制在 Fe - C 平衡相图中一个固液共存的新 区域 。在这一温度范围内 (约 1 350 ～1 450℃) ,含 碳球团矿被还原和熔化 ,铁水从渣中分离出来 ,整个 过程只需 10m in就可完成 。还原后熔化残留的 FeO
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很少 ,因而不存在 FeO 对耐火材料的破坏。该工艺对 FeO ,碳含量可以通过碳的加入量和加热制度控制 ,
还原气氛的控制也非常独到 ,能防止已生成的 DR I发 最高可达 3. 5%。DR I的硅 、锰 、磷含量则取决于原
生二次氧化 ,所生产的 DR I(粒状铁块 )金属化率很高 料的成分 ,硫含量取决于燃料中硫的含量 。
表 1 日本 Fastmet工艺 DR I的化学成分 %
TFe 金属 Fe FeO
C
S
Zn
82. 20 74. 20 7. 40
3. 30
0. 23
0. 05
为了分离渣和铁 ,使铁水可用于热装炼钢 ,采用 转底炉与埋弧电炉 ( E IF)双联 ,形成一种二步法熔 融还原过程 。转底炉进行“预还原 ”,电炉实现“终 还原 ”, Fastmelt就是在 Fastmet的基础上开发的具 有这种二步法的工艺 ,用埋弧电炉把直接还原铁熔 融成铁水 ,其主要目的是可以生产高品质的铁水供 转炉使用 。
表 3 君津厂 RHF主要数据
炉号
1号炉 2号炉
炉床面积 /m2 230 230
球团粒度 /mm 5～20 5～30
处理温度 处理时间
/℃
/m in
1 250～1 300 10～20
1 250～1 300 15～30
排气系统
锅炉 、空气加热器 、布袋除器 锅炉 、空气加热器 、布袋除尘
生球处理能力 / t·h - 1
设计值 23 (实际达 25)
脱锌率 /%
设计值 90 (实际达 92)
金属化率 /%
设计值 70 (实际达 75～85)
近年德国曼内斯曼与意大利匹昂梯公司在 In2 m e tco基础上发展成转底炉与埋弧炉相结合的联合 流程 ———RedSm elt[ 2, 3 ] ,最终产品是铁水 ,类似于高 炉铁水 。直接还原铁可以在热态下送入埋弧炉 ,电 耗约 550kW · h / t, 直 接 还 原 铁 的 设 计 煤 耗 约 为 400kg / t。之后 , SM S Demag用氧煤基熔融炉代替埋 弧炉形成 RedSmelt NST (New Smelting Technology) 工艺 ,以降低成本 。示范厂在意大利 Piombino厂建 设 ,年处理含铁料能力为 5. 5万 t。 3. 1. 4 美国动力铁转底炉工艺
第 5期 总第 183期 2009 年 10月
冶 金 丛 刊
M ETALLURGICAL COLLECTIONS
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