煤基直接还原炼铁

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1、煤基直接还原炼铁展望来源：廖建国 煤基直接还原炼铁展望来源：廖建国 煤基直接还原炼铁展望来源：廖建国 煤基直接还原炼铁展望来源：廖建国 煤基直接还原炼铁展望来源：廖建国 煤基直接还原炼铁展望来源：廖建国     1 前言    使用天然气的直接还原炼铁法（Midrex法和HYL法等）的设备投资规模比高炉炼铁法小，且无需焦炭，因此，以盛产天然气的发展中国家为主，把使用天然气的直接还原炼铁法作为生产铁水的设备进行了建设。最近，在发达国家出现了电炉短流程钢厂使用直接还原铁作为替代废钢的清洁铁源，因此对直接还原铁（以下简称DRI）的需求越来越高。以天然气为基础的DRI

2、生产厂一般建在盛产天然气的地区，但是最近利用分布范围广、储量大、且输送方便的煤生产DRI的量不断增加。煤基直接还原炼铁法大部分使用以SL/RN为主的回转窑进行生产。使用回转窑生产DRI时，必须将窑温抑制在不会发生明显的回转窑结圈的温度（1000℃～1100℃）内，因此还原需要12h，每座回转窑的年产量仅为15万t～25万t，作为钢铁生产设备来说产量低，人们希望有一种替代的生产方法。    在这种情况下，神户制钢公司与Midrex在美国的子公司共同开发了使用转底炉（Rotary Hearth Furnace，以下简称RHF）的煤基炼铁法。其工艺是在RHF炉底上全

3、部铺上碳复合球团矿（球团矿或块矿），在静态下进行加热和还原处理，因此炉温（1300℃～1400℃）可以比回转窑的高，还原速度快、生产率高。尤其是原料的适应性高，可以使用粉矿、粉尘和一般用烟煤等。    本文就神户制钢公司使用RHF对碳复合球团矿进行还原的煤基直接还原法的特征和开发情况进行介绍，同时根据钢铁行业面临的确保原料供应和环保的问题，对煤基直接还原法所能发挥的作用进行了展望。    2 碳复合球团矿还原法特征    与受外部还原气体控制的普通球团矿和烧结矿的还原不同，碳复合球团矿的还原法是将粉矿和磨细的煤混合制成球团矿或块矿，利用高温加热后球团矿或块矿中

4、生成的CO气体，从内部对氧化铁进行还原。因此，还原速度比从外部进行还原的方法快。此时发生了如下的反应。    FexOy＋yC→xFe＋yCO（吸热反应）                （1）    CO2＋C→2CO（吸热反应）                        （2）    FexOy＋yCO→xFe＋yCO2（放热反应）              （3）    即在铁矿石没有发生熔融的温度范围内，煤和焦粉等固体碳与铁矿石的直接还原反应少（反应式1），但在1000℃以上的高温下，碳复合球团矿内部会因碳素溶解损失反应而生成CO气体（反应式2）和生

5、成的CO气体使氧化铁发生间接还原反应（反应式3）的连锁反应。    在上述还原反应中，作为强吸热反应的CO气体的生成（反应式2）是控制环节，因此它可以在1000℃以上的高温下把必要的热量供给碳复合球团矿内部。即能有效地把外部的辐射热传到球团矿表面，并从球团矿外部把热量传到球团矿的内部，这是促进反应的要点。    在这里，煤占据了碳复合球团矿体积的大约一半，因此伴随着还原反应的进行，空隙率会变高，DRI的强度会下降。装入的碳复合球团矿到达烧结温度时的强度会变得特别弱，容易发生还原粉化。    如果发生粉化，虽然传热表面积会增加，但产生的CO气体无助于还原，容易辐

6、射到碳复合球团矿的外部，难以进行还原反应。尤其是与CO气体形成的外部的遮蔽效果会变小，容易发生还原后再氧化的问题。因此，抑制炉内的还原粉化是很重要的。    3 FASTMET法    FASTMET法是在RHF的炉底上铺上薄薄一层的碳复合球团矿，通过静态加热还原处理，能有效地抑制上述的辐射传热和还原粉化，因此比使用回转窑或竖炉处理碳复合球团矿的方式有利。Midrex公司的前身是Midland Ross公司，在20世纪60年代初就着手开发采用RHF来还原碳复合球团矿的Heat Fast法，1965年建设了2t/h的实验工厂。    但是，由于当时天然气的价格便

7、宜，因此该公司优先开发了Midrex法，而中断了Heat Fast法的开发。    其后，到了20世纪90年代由于天然气价格上涨，神户制钢公司与Midrex公司共同再次对使用碳复合球团矿生产DRI的FASTMET法进行了开发。    1992年在美国北卡罗莱纳州的Midrex公司技术中心建设了160kg/h的实验工厂，通过反复的基础实验后，1995年在神户制钢公司加古川炼铁厂建设了年产16000t的实验工厂。实验工厂一直生产至1998年，期间对各种矿石、粉尘和煤等原料的适应性进行了实验性确认，获得了商业设备的设计数据，确立了商业应用的目标。2001年该实验工厂

8、改造为处理加古川炼铁厂内粉尘的商业设备