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1、１．绪论1.1炼铁技术概述在现代工业高度发展的今天,钢铁工业是整个社会赖以生存和发展的重要物质基础之一,是衡量一个国家综合国力的重要指标。目前,钢铁工业规模在不断扩大,钢铁生产技术处于不断发展和完善之中,钢铁生产工艺流程也在不断向紧凑化、高效化、连续化、高洁净化及对环境友好的方向发展[1]。由于传统的高炉炼铁方式投资大、能耗高、流程长,在当前焦煤短缺、价格昂贵的情况下,其发展受到了很大限制。为了克服高炉炼铁的种种缺点,世界上出现了多种非高炉炼铁法,其中最重要的方法之一便是直接还原炼铁法。煤基直接还原炼铁，
2、目前以回转窑工艺为主，另外还有隧道窑直接还原炼铁工艺。目前的煤基直接还原炼铁工艺，离低能耗、低污染的炼铁目标相差甚远，最大的问题是固态条件下的还原反应效率过低，提高铁矿的低温反应性能是煤基直接还原炼铁走向成功、高效、环保的关键所在。近年来，以处理钢铁厂废弃物的转底炉工艺，我国也在尝试变成直接还原炼铁工艺。总的来说，煤基直接还原炼铁的工艺还存在较多问题，至今没有一种高效的低能耗的直接还原炼铁工艺，直接导致煤基直接还原炼铁技术和产能发展缓慢。1.2世界直接还原铁生产现状分析鉴于直接还原铁的特点及对钢铁工业发展
3、的作用和意义，直接还原铁项目成为世界各具备资源条件的地区发展钢铁工业的主要选择之一。在废钢资源特别是优质废钢资源不足时，直接还原铁优势显现，得到了巨大发展。数据显示，世界直接还原铁产量呈上升趋势，2004年世界直接还原铁产量为5460万t，比2003年增加10%。只有在2001年世界产量下降到了4032万t，比2000年下降约7.5%，其原因在于全球钢铁价格疲软，使直接还原铁的成本竞争力下降，也使得电炉钢生产厂家重新考虑对直接还原铁的利用。2002年和2003年废钢价格升高，又使人们重新对直接还原铁产生兴
4、趣，特别是那些服务于美国市场的直接还原铁厂，又重新开始生产。加上中国钢铁迅速发展，世界粗钢产量大幅增长，2003年下半年之后，废钢需求进一步增加，直接还原铁作为废钢替代品而倍受重视，直接还原铁产量持续大幅增长。1.3我国直接还原铁发展现状及前景我国直接还原铁产量一直是在不断地增长。据不完全统计，由1997年的7万t增长到2004年的43万t，产量增长了近六倍多，但是与2004年世界直接还原铁的总产量5460万t相比，我国直接还原铁的产量不到世界总产量0.8%。目前我国生产直接还原铁的企业有几十家，产能约8
5、1万t，直接还原铁实际产量仅43万t，设备利用率仅为50%左右。而我国直接还原铁的进口量却非常高，是产量的4倍。这说明中国国内用户对直接还原铁的需求持续增长，但是目前国内直接还原铁的生产却不能满足该需求的上升。1.4直接还原工艺简介1.4.1直接还原工艺概述近年来，直接还原工艺仍保持持续稳定地增长,转底炉直接还原工艺是近年来的研究开发热点。直接还原是指铁矿石或含铁氧化物在低于熔化温度之下还原成金属产品的炼铁过程[2],其产品也称海绵铁。近年来其生产技术的研究取得了重大进展。还原铁粉生产国外普遍采HEGEN
6、AS法,即以铁矿石为原料,添加一定量的还原剂直接生产还原铁粉。1.4.2直接还原的原理直接还原反应中利用煤作还原剂，但是高炉所需的还原剂是CO气体，因为CO气体能与铁矿石充分接触，发生还原反应。而CO气体是由煤与鼓入高炉中的热空气反应生成的。煤先与空气中的氧反应生成二氧化碳，二氧化碳再与赤热的煤反应生成一氧化碳。实际上，高炉中的反应过程还应有一个关键环节。由于100％的铁矿石并不存在，一般为60～30％左右，其中含有不少废石（也叫脉石，主要成分为SiO2）。废石很难溶化，但不除去就会影响生铁的冶炼。为了使
7、炼铁更顺利进行，人们想出了一个办法（即加进石灰石）。石灰石在高温下分解可生成氧化钙即生石灰CaO。而氧化钙能与二氧化硅反应,生成溶点低的硅酸钙，从而使得上面化学反应顺利进行。几个反应共同进行，同时发挥作用，就完成了炼铁过程的化学反应。在现代钢厂中，从高炉中，流出来的铁水直接传输到炼钢炉中去进行“提纯”。1.4.3直接还原工艺的优点直接还原铁具有含碳量低、空隙率高、金属化率和全铁含量高以及硫、磷含量低等诸多优点,这造成直接还原铁具有很高的反应活性,直接还原铁优良的物化性能使其成为废钢代用品的首选,尤其在冶炼
8、高级钢材时,直接还原铁优于废钢。直接还原铁主要具有以下的优点：1）扩大了能源。由于直接还原炼铁可以完全不用焦炭，因此可用其它原料(各种非焦煤、燃料油、气体燃料、电能和其它原子能等)代替日益缺乏的价格昂贵的冶金焦。2）扩大了含铁原料的适应性。近代高炉对含铁原料的物理性能（品位、粒度、强度等）有较严格的要求。而直接还原炼铁方法，有的可处理品味很低的贫矿。有的使用品味极高的铁精矿，生产含杂质极少的海绵铁或铁粉如竖炉法。有的可省去造块
