冶金工程概论-(6)非高炉炼铁部分

非高炉炼铁一、非高炉炼铁的发展高炉炼铁是炼铁生产的主题，经过长期的发展，它的技术已经非常成熟。

但它也存在固有的不足，即对冶金焦的强烈依赖。

但随着焦煤资源的日渐贫乏，冶金焦价格越来越高。

因此，使炼铁生产摆脱对冶金焦的依赖是开发非高炉炼铁的原动力。

经过数百年的发展，至今已形成了以直接还原和熔融还原为主的现代化非高炉炼铁工业体系。

现代化钢铁工艺流程主体由四部分构成，焦炉、造块设备（例如烧结机）、高炉和转炉。

高炉使用冶金焦为主题能源，他是由焦煤经炼焦得到。

高炉的产品是液态生铁，它经转炉冶炼成转炉钢。

熔融还原的产品相当于高炉铁水。

高炉使用冶金焦，熔融反应则使用非焦煤。

这样就使炼铁摆脱了对冶金焦的依赖。

直接还原的产品是在熔点以下还原得到固态金属铁，称为直接还原铁（DRI），又称海绵铁。

直接还原的流程可分为煤基直接还原、气基直接还原和电热直接还原三大类。

煤基直接还原以煤为主要能源，主要是使用回转炉为主体设备的流程。

气基直接还原以天然气为主题能源。

包括竖炉、反应罐和流化床流程。

电热直接还原以电力为主要能源，是使用电热竖炉直接还原流程。

熔融还原的主体能源主要分为三种：非焦煤，焦炭和电力。

熔炼设备是熔融还原流程的精华。

还原设备决定了适用原料的性质。

例如流化床可直接处理粉料，竖炉则适用于处理块状炉料。

二、重点设备分析直接还原的核心装置是一个还原单元。

占有重要地位的还原设备有竖炉，反应罐，回转炉和流化床。

熔融还原的核心装置时一个还。

原单元和一个熔炼造气单元。

最受重视的还原设备是竖炉和流化床，最重要的熔炼造气设备是煤炭流化床和铁浴炉。

竖炉是一种成熟的还原设备。

除了产量在海绵铁工业中高居榜首外，熔融还原也将它作为还原单元最实际的选择。

目前唯一的工业化二步法熔融还原流程COREX即使用竖炉还原单元。

作为还原设备，流化床的地位非常微妙。

海绵铁工业中流化床的生产能力并不大。

但他具有一个竖炉无法比拟的优点：可直接使用粉矿。

这个特点使流化床成为熔融还原中最受青睐的还原设备。

非高炉炼铁技术概述摘要：随着焦煤资源日益减少，高炉炼铁技术发展受到限制，非高炉炼铁成为了日益关注的冶炼技术。

文章阐述了非高炉炼铁技术的发展现状、分类，工艺流程及特点，同时展望了其未来的发展前景。

关键词：非高炉炼铁直接还原熔融还原非焦煤一、引言目前，生铁主要来源于高炉冶炼产品，高炉炼铁技术成熟，具有工艺简单，产量高，生产效率大等优点。

但其必须依赖焦煤，而且其流程长，污染大，设备复杂。

因此，世界各国学者逐渐着手研究和改进非高炉炼铁技术。

二、非高炉炼铁工艺非高炉炼铁是指以铁矿石为原料并使用高炉以外的冶炼技术生产铁产品的方法。

在当今焦煤资源缺乏，非焦煤资源丰富的情况下，非高炉炼铁以非焦煤为能源，不但环保，而且省去了烧结、球团等工序，缩短了流程。

因此非高炉炼铁一直被认为是一种环保节能、投资小、生产成本低的生产工艺。

非高炉炼铁可分为直接还原炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺两种。

1.直接还原炼铁工艺直接还原炼铁工艺是一种以天然气、煤气、非焦煤粉为能源和还原剂，在铁矿石软化温度下，将铁矿石中铁氧化物还原成铁的生产工艺。

据统计直接还原冶炼工艺多达40余种，大部分已经实现了大规模工业化生产[1]。

目前，直接还原炼铁工艺主要有气基直接还原、煤基直接还原两大类。

1.1气基直接还原气基直接还原是指用CO或H2等还原气体作还原剂还原铁矿石的炼铁方法。

具有生产效率高、容积利用率高、热效率高、能耗低、操作容易等优点，是DRI（directly reduced iron）生产最主要的方法，约占DRI总产量的90%以上[2]。

气基直接还原代表工艺有HYL反应罐法、Midrex-竖炉法、流化床法等[3]。

HYL反应罐法是由墨西哥希尔萨（HojalataYLamina，HYLSA）公司于20世纪50年代初开发的，其工业化标志着现代化直接还原的开始。

HYL反应罐法具有作业稳定，设备可靠等优点，但其作业不连续，还原气利用差，能耗高及产品质量不均匀。

•非高炉炼铁非高炉炼铁是指除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法。

非高炉炼铁可归纳为两大类：直接还原法和熔融还原法，都是炼铁冶金技术中的新工艺。

直接还原法是指在铁矿石熔化温度下把铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程。

产品叫直接还原铁或海绵铁。

由于低温还原，得到的直接还原铁未能充分渗碳，因而含碳较低（＜2%），实际生产中仍需要用电炉精炼成钢。

电炉精炼的主要任务是熔化脱除杂质和调整钢成分•熔融还原法是指一切不用高炉冶炼液态生铁的方法。

它是不用焦炭在一个容器中完成高炉炼铁过程的，基本上不改变目前传统钢铁生产的基本原理。

•非高炉炼铁法发展较快的原因：1 不用焦炭炼铁。

高炉冶炼需要高质量冶金焦，而焦煤从世界储量而言，只占煤总储量的5%，而且日渐短缺，价格越来越高。

非高炉炼铁可以使用非炼焦煤和其它能源作燃料与还原剂。

近几十年来，大量开发了天然气、石油、电和原子能等新能源，为高炉炼铁发展提供了条件。

•2 随着钢铁工业的发展，氧气转炉和电炉炼钢完全取代平炉，废钢消耗量迅速增加，废钢供应量日感紧张，非高炉生产的海绵铁、粒铁等是废钢的极好代用品。

•3 省去了炼焦设备，总的基建费用比高炉炼铁法少。

虽然非高炉炼铁法的生产效率远赶不上高炉，但对缺乏焦煤资源的国家和地区，用于中小型企业生产，前途是光明的。

中国的非高炉炼铁宝钢罗泾熔融还原COREX-30002 COREX炼铁技术概况•熔融还原炼铁技术是近代钢铁工业的前沿技术, 它是以富铁矿或球团矿与煤燃烧后还原成铁水的工艺，俗称无焦炼铁，包括COREX 、DIOS、HIsmelt 和Romelt 等工艺技术。

•COREX法自1989年底正式投产以来，经过15年的工业生产，已积累了大量生产经验，技术成熟，目前COREX 法的总生产能力已超过500 万吨，约占世界生铁产量的1 %，是唯一已用于工业化生产的熔融还原炼铁技术。

COREX炼铁技术概况•COREX 法的主要优点是投资和生产成本低，开停炉容易，特别适合与电炉或转炉短流程钢厂配套。

6 非高炉炼铁6.l 概述非高炉炼铁法是高炉炼铁法之外，不用焦炭炼铁的各种工艺方法的总称。

按工艺特征，产品类型和用途，主要分为直接还原法和熔融还原法两大类。

6.1.1直接还原法与熔融还原法直接还原（Direct Reduction）法是指不用高炉而将铁矿石炼制成海绵铁的生产过程。

直接还原铁是一种低温下固态还原的金属铁。

它未经熔化而仍保持矿石外形，但由于还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵，因此也称海绵铁。

直接还原铁的含碳量低（〈2%），不含硅锰等元素，还保存了矿石中的脉石。

因此不能大规模用于转炉炼钢，只适于代替废钢作为电炉炼钢的原料。

熔融还原（Smelting Reduction）法指在熔融状态下把铁矿石还原成融态铁水的非高炉炼铁法。

它以非焦煤为能源，得到的产品是一种与高炉铁水相似的高碳生铁。

适合于作氧气转炉炼钢的原料。

近年来，非高炉炼铁法发展比较快，其原因是：(1)不用焦炭炼铁。

高炉冶炼需要高质量冶金焦，而从世界矿物燃料的总储量来看，煤炭占92%左右，而焦煤只占煤炭总储量的5%，且日渐短缺，价格越来越高。

非高炉炼铁可以使用非炼焦煤和天然气作燃料与还原剂，对缺少焦煤资源的国家和地区提供了发展钢铁工业的巨大空间。

(2)高炉炼铁要求强度好的焦炭和块状铁料。

必须有炼焦和铁矿粉造块等工艺配套，工艺环节多，经济规模大，需要大的原料基地和巨额投资。

非高炉炼铁法使用非焦煤或天然气，可使用矿块或直接使用粉矿，市场适应性强。

(3)科学技术的进步，对钢材质量和品种提出了更高的要求。

现代电炉炼钢技术为优质钢的生产提供了有效手段，但由于废钢的循环使用，杂质逐渐富集，而一些杂质元素在炼钢过程又很难去除，无法保证钢的质量，并限制了电炉法冶炼优质钢种的优势。

非高炉炼铁法能为炼钢提供成分稳定、质量纯净的优质原料，为炼钢设备潜能的发挥，提高企业的经济效益，提供了有力的支持。

(4)随着钢铁工业的发展，氧气转炉和电炉炼钢逐渐取代平炉，废钢消耗量迅速增加，废钢供用量日感紧张，非高炉生产的海绵铁、粒铁等是废钢的极好替代品。

东北大学本科课程教学大纲课程名称：冶金工程概论开课单位：材料与冶金学院制订时间：2004年3月修订时间：2013年3月《冶金工程概论》课程教学大纲一.课程基本信息二.内容结构基于《冶金工程概论》课程性质，依照东北大学冶金人才培养目标，设计《冶金工程概论》课程内容，共6章、24学时（其中2学时“职业发展规划”内容，此处未列入），具体分配如下：第一章走进冶金行业（4学时），介绍冶金行业的特点及培养冶金人才知识结构，介绍钢铁生产的现状、最新前沿研究及热点问题，介绍冶金史、历史重要人物及事件。

本章的主要内容结构为：1.1 冶金专业的选择与设置1.1.1我们为什么选择冶金专业1.1.2 为何设置冶金专业1.1.3 合格的冶金工程师是什么样1.2 怎样走进冶金领域1.2.1 我们怎样走进冶金领域1.2.2 在冶金领域我们应该做什么1.3 学习冶金的任务及目的1.4 冶金史1.4.1 冶金工艺的发展历史：过去、现在、将来1.4.2 我国古代和当代钢铁冶金的地位第二章钢铁冶金概述（5学时），介绍钢铁冶炼的基本原理、工艺流程、主要设备及新一代钢铁冶金流程。

本章的主要内容结构为：2.1 钢铁冶金流程概述2.1.1 高炉炼铁-转炉炼钢流程2.1.2 废钢电炉炼钢流程2.1.3 非高炉-电炉炼钢流程2.2 高炉炼铁2.2.1 高炉炼铁基本任务2.2.2 高炉炼铁系统2.2.3 高炉内的主要物理化学过程2.3 铁水预处理2.3.1 铁水预处理基本任务2.3.2 铁水预处理设备及处理剂2.4 转炉炼钢2.4.1 转炉炼钢基本任务2.4.2 转炉内的主要物理化学过程2.5 电炉炼钢2.5.1 电炉炼钢基本任务2.5.2 电炉内的主要物理化学过程2.6 炉外精炼2.6.1 炉外精炼基本任务2.6.2 炉外精炼方式及设备2.7 连铸2.7.1 连铸基本任务2.7.2 连铸设备2.8 新一代钢铁冶金流程2.8.1 什么是冶金流程工程学2.8.2 新一代钢铁厂设计理念及方法2.9 非高炉炼铁工艺2.9.1 开发非高炉炼铁工艺的必要性（驱动力）2.9.2 直接还原工艺的分类2.9.3 我国非高炉炼铁的发展前景第三章有色冶金概述（4学时），介绍有色冶金工业发展历程及成就，介绍铝、铜、锌、稀土等冶炼原理、主要设备、工艺特点等。

非高炉炼铁工艺最新进展炼铁是为炼钢提供台格原料的重要工序。

随着炼钢工艺技术的革命，炼铁工艺技术也有了新的发展和突破。

目前，钢铁工业已经形成了高炉一转炉与熔融还原一转炉流程并存，以及转炉、电炉、煤氧废钢熔化炼钢同时并存的局面。

炼铁工艺则形成了以高炉炼铁为主，同时发展直接还原、熔融还原为辅的工艺路线。

面临不同技术特点的炼铁工艺，应如何选择，是发展我国钢铁工业、确定产品大纲的重要环节。

a.直接还原工艺。

近年来,直接还原工艺仍保持持续稳定地增长, 2006年世界直接还原铁总产量达到5980万t。

其中,以天然气为能源的气基直接还原的产量占8013%(MIDREX: 5917%, HYL: 1814% , FINMET:212%),各种煤基直接还原工艺的产量占1917%。

转底炉直接还原工艺是近年来的研究开发热点,国外已建成多座不同规模的生产装置。

但据报道,北美建成的数个转底还原铁厂都在闲置,日本建设的几座转底炉直接还原装置也是作为专门处理钢铁厂内粉尘来使用的。

b.熔融还原工艺。

国外正在运行的4套COREX熔融还原装置保持良好的生产状态。

2006 年, 在南非SALDANHA 钢厂的COREX直接还原联合装置连续生产了75万t铁水和75万t直接还原铁。

该装置为气基直接还原铁的生产开辟了新路。

除新投产的宝钢CORECC - 300装置外,原韩国韩宝公司10年前建设的2套C - 2000装置正在搬迁到印度的HA2IRA钢铁厂。

2007年,浦项150万t F INEX装置的投产反映了开发者对该技术的信心。

据宣传,F INEXT投资成本和运行成本比高炉流程分别低20%和15%左右。

HISMELT已开发了25 年。

第一套80万t工业生产装置于2005 年10 月投产,工艺和操作上所取得的突出成果包括:生产率达到设计能力的75% ～80%,煤比最低达到820kg/ t;反应炉实现最高富氧率操作;操作对原料、喷吹和生产率等方面的适应性,验证了装置在开动、停止、闲置的灵活机动能力。