煉鐵高級(jí)技師技術(shù)論文要求(2)
煉鐵高級(jí)技師技術(shù)論文要求
煉鐵高級(jí)技師技術(shù)論文篇二
非高爐煉鐵技術(shù)概述
摘要：隨著焦煤資源日益減少，高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展受到限制，非高爐煉鐵成為了日益關(guān)注的冶煉技術(shù)。文章闡述了非高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、分類，工藝流程及特點(diǎn)，同時(shí)展望了其未來(lái)的發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞：非高爐煉鐵 直接還原 熔融還原 非焦煤
一、引言
目前，生鐵主要來(lái)源于高爐冶煉產(chǎn)品，高爐煉鐵技術(shù)成熟，具有工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，生產(chǎn)效率大等優(yōu)點(diǎn)。但其必須依賴焦煤，而且其流程長(zhǎng)，污染大，設(shè)備復(fù)雜。因此，世界各國(guó)學(xué)者逐漸著手研究和改進(jìn)非高爐煉鐵技術(shù)。
二、非高爐煉鐵工藝
非高爐煉鐵是指以鐵礦石為原料并使用高爐以外的冶煉技術(shù)生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的方法。在當(dāng)今焦煤資源缺乏，非焦煤資源豐富的情況下，非高爐煉鐵以非焦煤為能源，不但環(huán)保，而且省去了燒結(jié)、球團(tuán)等工序，縮短了流程。因此非高爐煉鐵一直被認(rèn)為是一種環(huán)保節(jié)能、投資小、生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)工藝。非高爐煉鐵可分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。
1.直接還原煉鐵工藝
直接還原煉鐵工藝是一種以天然氣、煤氣、非焦煤粉為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度下，將鐵礦石中鐵氧化物還原成鐵的生產(chǎn)工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)直接還原冶煉工藝多達(dá)40余種，大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)[1]。目前，直接還原煉鐵工藝主要有氣基直接還原、煤基直接還原兩大類。
1.1氣基直接還原
氣基直接還原是指用CO或H2等還原氣體作還原劑還原鐵礦石的煉鐵方法。具有生產(chǎn)效率高、容積利用率高、熱效率高、能耗低、操作容易等優(yōu)點(diǎn)，是DRI(directly reduced iron)生產(chǎn)最主要的方法，約占DRI總產(chǎn)量的90%以上[2]。氣基直接還原代表工藝有HYL反應(yīng)罐法、Midrex-豎爐法、流化床法等[3]。
HYL反應(yīng)罐法是由墨西哥希爾薩(HojalataYLamina，HYLSA)公司于20世紀(jì)50年代初開發(fā)的，其工業(yè)化標(biāo)志著現(xiàn)代化直接還原的開始。HYL反應(yīng)罐法具有作業(yè)穩(wěn)定，設(shè)備可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其作業(yè)不連續(xù)，還原氣利用差，能耗高及產(chǎn)品質(zhì)量不均勻。隨后HYLSA公司將反應(yīng)罐組整合成了一座豎爐，實(shí)現(xiàn)了工藝的連續(xù)化，同時(shí)明顯提高了生產(chǎn)熱效率和生產(chǎn)率。經(jīng)改進(jìn)的HYL法即是HYL-III法。
Midrex-豎爐法與HYL-III法相似，也是采用的是連續(xù)性豎爐作業(yè)方式，具有污染較小，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。Midrex-豎爐法是氣基DRI生產(chǎn)技術(shù)的主導(dǎo)工藝，也是最大的直接還原流程，全球約70%的DRI產(chǎn)量是利用Midrex-豎爐生產(chǎn)工藝。為提高對(duì)燃料的適應(yīng)性，Midrex公司把Corex與Midrex工藝聯(lián)合使用，開發(fā)了煤制氣-豎爐法，年產(chǎn)量超過(guò)了180萬(wàn)噸，目前在印度有一座在正常運(yùn)行。
流化床法采用鐵礦粉，省去了造塊過(guò)程，加快了反應(yīng)速率，降低了成本，提高了生產(chǎn)率。流化床流程法發(fā)展了近70年，曾開發(fā)過(guò)H-IRON，NU-IRON和HIB、NOVALFER及FIOR法[4]131-135，但由于無(wú)法解決工藝復(fù)雜，投資大，原料要求高，粉料易粘結(jié)，能耗高等問(wèn)題均退出了歷史舞臺(tái)。目前全球還在生產(chǎn)的流化床流程只有FINMET法，共有4套FINMET裝置在運(yùn)行，總產(chǎn)能220萬(wàn)t/a，是繼MIDREX、ENERGIRON和SL-RN法之后的第四大直接還原流程法。
1.2煤基直接還原工藝
煤基直接還原是指以煤為主要能源，在高溫下將鐵礦石還原成金屬鐵的工藝。由于80%的氣基直接還原工藝必須依賴于天然氣，因此在天然氣資源有限，煤資源豐富的國(guó)家和地區(qū)，以煤作為還原劑發(fā)展還原鐵技術(shù)已成為近期及將來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。煤基直接還原代表工藝有回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法、隧道窯法等。
回轉(zhuǎn)窯法產(chǎn)鐵量占全世界的煤基直接還原法總產(chǎn)量的95%以上。2010年，全球由煤基回轉(zhuǎn)窯法生產(chǎn)的DRI約為1812萬(wàn)噸，占DRI總產(chǎn)量的25.70%?；剞D(zhuǎn)窯法包括SL-RN法、CODIR法、DRC法、TDR法、ACCAR法[4]135-141，其中SL-RN法是生產(chǎn)能力和產(chǎn)量最大的煤基直接還原工藝，產(chǎn)量占總回轉(zhuǎn)窯法的60%以上?；剞D(zhuǎn)窯技術(shù)成熟，以非焦煤為能源，并可以直接使用煤炭，非常適合非焦煤豐富，天然氣缺乏的地區(qū)發(fā)展。不過(guò)還存在生產(chǎn)率低，能耗高等亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
與回轉(zhuǎn)窯法相比，轉(zhuǎn)底爐法規(guī)模就要小的多。但該法具有反應(yīng)速度快、流程簡(jiǎn)單、投資低、原料適應(yīng)性廣的優(yōu)點(diǎn)，特別在處理冶金廢棄物以及保護(hù)環(huán)境等方面顯示出很大的優(yōu)越性和潛力。最早的轉(zhuǎn)底爐工藝是INMETCO和Fastmet工藝，主要用于含鐵廢棄物的冶煉，當(dāng)時(shí)獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，但產(chǎn)出的鐵含有脈石和灰分，導(dǎo)致在煉鋼過(guò)程中渣量增加，減少鋼產(chǎn)量。隨后，美國(guó)Midrex公司開發(fā)了Fastmelt工藝，實(shí)現(xiàn)了渣鐵分離，明顯提高了海綿鐵的質(zhì)量。20世紀(jì)90年代日美聯(lián)合又開發(fā)了Itmk3工藝，解決了轉(zhuǎn)底爐對(duì)原料品位的苛求，被命名為“第三代煉鐵法”。
隧道窯法也是一種重要的煤基直接還原法。與轉(zhuǎn)底爐法相比，具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，但由于產(chǎn)能小、熱損失大、能耗高、勞動(dòng)生產(chǎn)率低等技術(shù)經(jīng)濟(jì)原因，國(guó)外已不再用它生產(chǎn)煉鋼用DRI，而是用于粉末冶金還原鐵粉生產(chǎn)的一次還原工序。
2.熔融還原煉鐵工藝
熔融還原工藝以煤、粉礦進(jìn)行冶煉，無(wú)需煉焦、燒結(jié)、球團(tuán)等工序，使煉鐵流程簡(jiǎn)化，是煉鐵技術(shù)的重要發(fā)展方向。根據(jù)含鐵原料預(yù)還原的程度不同，熔融還原煉鐵工藝可分為一步法和二步法兩類。
2.1一步法
熔融還原法的研究開發(fā)工作開始于20世紀(jì)20年代，當(dāng)時(shí)，該流程大多是在一個(gè)反應(yīng)器中一步完成全部熔煉過(guò)程，所以稱之為“一步法”。一步法有Dored法、Retored法、CIP法等[5]，但由于這些方法存在著爐渣FeO含量過(guò)高、能耗大等技術(shù)問(wèn)題均被淘汰。
2.2二步法
為了解決一步法出現(xiàn)對(duì)爐襯的強(qiáng)腐蝕及能量回收率低等難題，70年代國(guó)外開發(fā)出了“二步法”熔融還原技術(shù)，所謂二步法就是將還原過(guò)程分解為固體狀態(tài)的預(yù)還原和熔融狀態(tài)的終還原兩個(gè)階段，并分別在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行[6]。二步法是一種新式的熔融還原流程，其綜合了高爐煉鐵、直接還原和煉鋼技術(shù)的精華，能有效地利用熔融氧化鐵碳熱還原產(chǎn)生大量焦?fàn)t煤氣及反應(yīng)熱，減少了能量的損耗，同時(shí)采用煤作為能源，擺脫了昂貴的焦煤的束縛，大大降低了成本。 目前二步法主要以COREX[7]為代表。COREX法不使用焦煤，成本低，實(shí)現(xiàn)了能源的綜合循環(huán)利用，該技術(shù)具有流程短、污染低等優(yōu)點(diǎn)，是世界鋼鐵工業(yè)的前沿高新技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)高爐煉鐵技術(shù)的一次革命。不過(guò)COREX過(guò)程有兩個(gè)問(wèn)題亟待解決：即如何最大限度地利用高濃度CO+H2的尾氣和如何徹底擺脫焦煤的依賴。此外COREX產(chǎn)鐵規(guī)模相對(duì)小，設(shè)備運(yùn)行復(fù)雜。但在目前的環(huán)保壓力和國(guó)際上焦煤資源稀缺的情況下，COREX法具有很大的前途。此外還有FASTMELT、REDSMELT、FINMET等新技術(shù)[8]也已形成了生產(chǎn)能力。
三、非高爐煉鐵技術(shù)的前景
當(dāng)前，鋼鐵行業(yè)發(fā)展迅速，同時(shí)也正面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)：高爐原燃料質(zhì)量劣化，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下滑，生產(chǎn)利潤(rùn)下降，焦煤價(jià)格飆升。作為鐵冶煉主體工藝流程的高爐不僅依賴焦煤而且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，因此經(jīng)濟(jì)環(huán)保的非高爐煉鐵將成為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重要方向。
DRI不僅是廢鋼的替代品，也是煉制優(yōu)鋼和特鋼的高級(jí)爐料。如今廢鋼的短缺及其質(zhì)量的下降，很大程度上促使了DRI生產(chǎn)的發(fā)展。2011年世界DRI產(chǎn)量高達(dá)7332萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)4.2%，作為生產(chǎn)DRI的非高爐工藝將具有很大的前途。
非高爐煉鐵工藝具有以非焦煤為能源，對(duì)原料和燃料適應(yīng)性強(qiáng);工藝過(guò)程可控性好，能耗低，污染小，可減輕鋼鐵工業(yè)的環(huán)境和資源壓力等一系列優(yōu)點(diǎn)，非高爐煉鐵技術(shù)必會(huì)引起世界范圍的重視。目前非高爐煉鐵技術(shù)還處于起步階段，具有廣闊的發(fā)展空間，幾年后非高爐工藝必將會(huì)陸續(xù)的實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
四、結(jié)論
高爐煉鐵依然是現(xiàn)代鐵冶煉的主導(dǎo)流程，其產(chǎn)量大，產(chǎn)品質(zhì)量高，是全球主要生鐵的主要來(lái)源。所以，加強(qiáng)完善高爐煉鐵技術(shù)，是改善鋼鐵工業(yè)能源結(jié)構(gòu)、緩解我國(guó)主焦煤資源短缺矛盾的重要手段。
非高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)擺脫對(duì)焦煤能源的依賴和發(fā)展短流程鋼鐵生產(chǎn)的重要途徑，是實(shí)現(xiàn)復(fù)合礦、難選礦綜合開發(fā)利用的有效方法。發(fā)展非高爐煉鐵工藝是鋼鐵工業(yè)的重要前沿技術(shù)和發(fā)展方向，也是調(diào)整鋼鐵工業(yè)及鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)環(huán)境的重要環(huán)節(jié)之一。
盡管非高爐煉鐵工藝目前其技術(shù)還不夠成熟，無(wú)法與傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝相抗衡，但隨著其工藝的逐步發(fā)展與完善，必將對(duì)整個(gè)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
參考文獻(xiàn)
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