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如何解决炼铁技术对冶金焦炭的依赖呢?

2020-07-14 18:33280

如何解决炼铁技术对冶金焦炭的依赖呢?

传统高炉炼铁流程必须使用冶金焦炭,随着高炉的大型化,对焦炭质量提出了更高的要求。虽然熔融还原技术的开发是以无焦炼铁为目标,但目前唯一实现工业化的COREX熔融还原炼铁工艺仍没有完全摆脱冶金焦的使用,并且随着产能的增加,其对焦炭的依赖程度增加。

如何解决炼铁技术对冶金焦炭的依赖呢?

其实高炉主要以焦炭和人造块铁矿为主要原料,在其内部通过燃料燃烧、气化、传热、还原、熔化、分离等物理化学过程冶炼铁水,是效率非常高的反应器。现代大型高炉生产技术装备不断完善,通过采取精料、富氧鼓风、粉煤喷吹等手段,使高炉实现了高产、低耗和优质的炼铁生产指标。但高炉的高效率和大型化对矿石和焦炭质量(尤其是焦炭的强度)提出了更严格的要求,全世界大多数高炉的入炉焦比仍然高于400kg/tHM。


为解决上述问题,世界上开展了大量炼铁新工艺的研究,并取得了一定的进展。在熔融还原技术方面,COREX工艺已实现产业化,该工艺不但大大减少了焦炭的用量,在资源和环保等方面也具有竞争优势。另一种熔融还原工艺HISMELT也已达到中试规模,其它一些熔融还原工艺也在开发之中。在直接还原方面,气基竖炉法(Midrex,HYL)占据绝对优势,但是它们均需采用重整天然气作为还原气,因此只能在天然气资源丰富并廉价地区发展。目前世界上占优势的煤基直接还原方法是转底炉法和回转窑法,其主要优点是可以直接用煤作燃料和还原剂,缺点是单位投资高、生产率低、生产成本高,因此发展缓慢,到目前,全世界煤基直接还原铁年产量仅300万t,而直接还原铁的年产量约为6000万t。


从目前的炼铁原料资源状况和技术发展来看,虽然非高炉炼铁技术在如火如荼地开展,但由于高炉炼铁技术具有经济指标良好、工艺简单、生产量大、劳动生产效率高、能耗低等优点,在可预见的将来,以焦炭为主要燃料的高炉仍是炼铁的主要流程,进一步提高高炉的生产效率和节约焦炭以及清洁生产仍是我们努力的主要方向。


为强化高炉的冶炼强度,提高铁水产量,大型高炉通常都采用精料、高风温、富氧喷吹等手段,并配合以布料为核心的上部调节和与鼓风喷吹为主的下部调剂,使高炉达到顺行、高产、高效、优质的效果,从而降低铁水成本。就高炉目前的操作条件来讲,富氧必须同喷煤的效果密切配合,才能使高炉生产增加效益。


高炉富氧鼓风,相应减少风量,使鼓风中N2浓度降低,使风口前燃烧单位碳素所需风量减少,从而减少了炉腹煤气量,一方面提高了理论燃烧温度,同时也减少了煤气对炉料的阻力,有利于高炉顺行,提高冶炼强度。在一定富氧范围内,随富氧率的增加,理论燃烧温度升高,使热量集中于高炉下部,使炉料熔化速率加快,当煤气量减少到不能满足快速熔化对铁矿间接还原度的要求时,将会增加炉缸内的直接还原度,从而使焦比增加,这是高炉炼铁所不希望的。因此,高炉富氧有一定的限度,目前操作优越的高炉富氧率也只有6%~8%。


在高炉富氧鼓风的同时采用喷吹,炉缸煤气中CO和H2的浓度都增加,有利于间接还原的发展,同时,高炉下部热量必须与铁矿的间接还原度相匹配,不仅要保证有足够的间接还原区,同时必须保证有足够的温度。富氧大喷吹是当前炼铁生产所追求的先进技术之一,高炉大型化的发展,不仅对原料和焦炭质量的要求越来越严格,而且高炉喷煤率也受到严格的限制,目前大多数高炉的喷煤率都低于40%。


高炉使用金属化炉料也是减少焦比的重要措施。实践表明,炉料金属化率每提高10%(在0~50%范围内),不同条件下的生产率增长4%~7%,焦比降低5%~7%。也正是由于上述原因,目前国内正在规划建设的用于处理钢铁企业含铁粉尘的转底炉,其金属化球团产品都是作为高炉炼铁原料使用的。但由于受到金属化炉料生产技术的限制,高炉大规模使用金属化炉料的措施并没有被普遍推广应用。


因此,在目前高炉炼铁原燃料条件下,采用高风温和富氧喷吹等强化冶炼手段,大型高炉可将焦比降低到300kg/tHM左右,要进一步降低焦比,还存在许多难以克服的困难。



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