熔融还原炼铁技术

摘要：本文简单介绍了HISmelt工艺及其特点，重点对HISmelt工艺在国产化过程中对包括矿粉预热系统、矿粉喷吹系统、铁渣系统、煤气系统、燃气锅炉及动力系统的改进情况进行了说明，同时对国内某厂HISmelt工艺实际生产情况作了简单介绍。

关键词：熔融还原 HISmelt1 HISmelt工艺简介及特点1.1 工艺简介HISmelt是一种直接熔融还原的炼铁工艺，该工艺可直接熔炼经预热处理的铁矿粉和其他适合的含铁原料，并喷吹煤粉作为系统的还原剤及热量来源。

相对传统的高炉炼铁工艺，HISmelt熔融还原炼铁工艺省去了烧结及焦化两个环节，在同样产能下节省了大量的投资及运行成本，且这种工艺在生产过程中产生的大量蒸汽及富余煤气均可以用于发电，使其生产系统的能源利用效率很高，应用前景广阔。

HISmelt工艺设施包括矿粉预热及喷吹系统、煤粉制备及喷吹系统、熔融还原炉（SRV炉）、热风炉、出铁场、渣处理及湿法除尘等系统，除矿粉预热、热矿喷吹系统与SRV炉体部分同传统高炉不同外，其他部分类似于传统高炉，其工艺流程简图如下。

1.2 主要特点（1）工艺流程短、工厂建设相对简单、占地面积小。

（2）操作简变、灵活，具有快速响应特性。

（3）原料要求低、物料范围广，可使用低品质的矿粉和非焦煤。

（4）铁水质量稳定、可生产低硅、低磷铁水。

（5）环保优势明显，没有二次污染物排放，取消焦炉、烧结，基本遏制二恶英、呋喃、焦油和酚的污染排放。

2 引进HISmelt与澳大利亚HISmelt工艺不同引进HISmelt工艺项目是基于澳大利亚HISmelt工艺商业化成功的基础上引进建设的，但是在引进过程中结合原澳大利亚的生产实践，对工艺路线、部分技术方案进行了优化改进和部分设备的国产化设计，下面针对主要变化内容进行说明。

2.1 矿粉预热系统矿粉预热系统的主要功能是完成铁矿粉的预热、预热还原，目的是减少入炉铁矿粉在SRV炉内热量的消耗，提高SRV炉的冶炼强度，进而提高产量。

墨龙海斯梅特（HIsmelt）工艺简介HIsmelt工艺作为一种矿粉直接熔融还原的短流程冶金工艺，一直吸引着世界各国冶金企业和科研院所的广泛关注，2012年经山东墨龙升级改造并率先在全球实现连续商业化运行。

该工艺开发的初衷是实现铁矿开采中占比日益增多的粉矿资源和储量丰富的高磷矿资源的综合开发利用，经过三十多年的理论研究和半工业化中试试验，工艺技术逐步成熟，其独特的工艺条件不仅适用于普通铁矿的直接冶炼，对于传统高炉工艺过程难以有效利用的高磷矿、钒钛磁铁矿以及冶金固废综合利用具有优异的工艺条件，是解决现有冶金过程中环境污染大、优质矿石资源和焦煤资源短缺等问题的冶金前沿技术。

一、山东墨龙HIsmelt概述HIsmelt熔融还原炼铁工艺直接使用普通铁矿粉和其他含铁物料，喷吹煤粉作为系统的还原剂及热量来源，与传统高炉工艺相比省去烧结厂、球团和焦化等污染严重的铁前工序，在同等产能条件下节省了大量的投资及运行成本，极大降低了污染物的排放，充分利用生产中的余热和煤气资源，提高能源利用效率。

1.1 生产环保，污染物排放少海斯梅特（HIsmelt）技术彻底摒弃了传统高炉工艺流程中的焦化、烧结和球团工序作为全新的短流程冶金新技术，相比于传统高炉工艺，海斯梅特（HIsmelt）技术工艺流程中颗粒物排放低于超低排放标准70%、SO2排放低于超低排放标准50%、NOx排放低于超低排放标准90%，有效遏制二恶英、焦油和酚等污染物的产生，体现了清洁生产的节能环保理念。

1.2 工艺流程短，占地少、投资低海斯梅特（HIsmelt）技术缩短了钢铁生产流程，山东墨龙海斯梅特（HIsmelt）工厂仅占地260亩；自动化程度高，山东墨龙海斯梅特（HIsmelt）工厂工作人员定编280人；不需要焦化厂、烧结厂或球团厂，降低总投资成本，80万吨HIsmelt项目总投资为8亿元，占可比1080m3高炉总投资73%。

二、山东墨龙HIsmelt技术特征HIsmelt工艺是典型的“一步法”熔融还原工艺，直接利用粉状含铁物料和煤粉进行铁浴熔融还原冶金，具有完全喷吹、炉内涌泉及虹吸出铁三大典型技术特征。

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(DirectReduction)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(SmeltingReduction)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。

在20世纪五六十年代，流态化直接还原技术开始工业应用，典型的工艺有菲尼克斯（FINEX）工艺（采用多级串联流化床）、芬麦特（FINMET）工艺（采用多级串联流化床）、黑斯麦尔特（HIsmelt）工艺（采用循环流化床）、瑟科瑞德（Circored）工艺（采用循环流化床与鼓泡流化床的组合）、迪欧斯（DIOS）工艺。

流态化还原的特点是直接利用粉矿，以气体作还原剂，反应在气-固两相中进行。

矿粉在固态下直接还原成金属铁，接着在其他高温设备中熔融炼铁或直接粉末冶金。

相对其他的技术，流化床处理粉矿的成本较低，具有原料和设备利用率较高、热交换效率高等诸多优势，而且高温流化床反应器在化工等领域已广泛应用，也可以为流化床还原粉铁矿的工艺提供良好的借鉴。

1.流态化技术在熔融还原工艺中的应用流化床在直接还原炼铁过程中有磁化焙烧生产铁精矿粉、预热和低度预还原粉铁矿、生产直接还原铁等冶金功能。

1）磁化焙烧铁精矿粉磁化焙烧是将Fe2O3在还原气氛中焙烧得到磁化性的Fe3O4，经过磁选使Fe3O4与杂质分离，得到品位高的铁精矿。

1973年～1982年，为了开发攀枝花资源，我国进行了3次流态化还原综合回收钒钛铁的试验研究。

3次的试验结果表明，我国的流态化还原法在理论上是可靠的，工艺上是可行的，主体设备上是成功的，从而为向工业化过渡创造了条件。

2）预热和低度预还原粉铁矿流化床预热和低度预还原粉铁矿工艺中的典型代表是HIsmelt 工艺和DIOS工艺。

HIsmelt工艺正处于工业化开发阶段。

矿粉经过整粒筛分除去大颗粒矿粉后经皮带输送到矿石预热器中进行预热和初级预还原。

整粒筛分后的粒度小于6mm，预热后的矿粉温度可达700℃～800℃，预还原度为10%～11%，处理后的热矿粉装入热矿仓等待喷吹。

为了缓解铁浴炉的压力，可提高预热粉铁矿的还原度，但是粉铁矿只经一级循环流化床预热还原，其还原度一般不超过25%。

DIOS工艺的预还原采用快速流化床与沸腾流化床组合的复合型流化床系统。

熔融还原炼铁工艺在冶金钢铁工程中的应用摘要：作为新一代的炼铁工艺——熔融还原炼铁技术越来越受到国内的重视。

本文主要探讨熔融还原炼铁工艺在冶金钢铁工程中的应用。

首先介绍了Corex 和HIsmelt两种工艺，然后就炼铁工艺在经济、环境等方面的不同要求提出可行性判别指标，以高炉工艺、Corex和HIsmelt进行对比，并通过实例来判别三种工艺的优劣，最后得出Corex和HIsmelt更适应环保方面的要求。

关键词：熔融还原；炼铁工艺；冶金钢铁工程；Abstract :As a new generation of iron craft, melting reduction iron-making technique has been more and more domestic attention. This paper mainly discusses the melting reduction iron-making process in metallurgical steel engineering application. First introduced the two kind of technology and HIsmelt Corex, then ironmaking in economic, environmental technology the different requirements feasibility discriminant index, the blast furnace process, and HIsmelt Corex were compared, and through the examples to discrimination three process quality, finally draw more adapted to environmental protection and HIsmelt Corex requirements.Key words :Melting reduction; Iron-making process; Metallurgical steel engineering当前国内较为普遍的炼铁工艺仍是高炉炼铁技术，环境污染重和工艺流程长的缺点越发地突显。

立志当早，存高远
氧化锌的火法冶炼技术
一、金属浴熔融还原法
金属浴熔融还原法：其中含碳球团铁浴熔融还原法是非高炉炼铁中的主要研究工艺之一。

金属浴熔融还原法，除具有氧化物(或含碳氧化物球团)快速还原，能量利用好等特点外，金属浴本身自带的大量显热，以及其良好的热传递能力，能快速补充氧化物还原所消耗的热量，促进氧化物的还原反应，这也是其特点之一。

由于氧化锌矿中都伴随着一定量的铅，当采用铁浴或铁熔点以上的温度处理时，这些铅基本全部挥发，使收集物产品质量大为降低，所以实现氧化锌矿中的锌、铅分离是得到高品位氧化锌粉的关键。

采用铁浴熔融还原法对含铅量高的含锌铅粉尘处理后证实，收集物中ZnO 含量仅70%，没有达到处理的效果，后采用废铝形成铝浴替代铁浴，实现氧化锌的熔融还原，收集物中ZnO 含量达92.523%，初步实现了锌铅分离及粉尘处理。

铝浴熔融还原法的特点：铝的熔化温度很低(660℃)，其传热能力很强，可在较低温度下选择还原温度，既达到氧化锌快速还原，而Pb 又不挥发的目的。

（一）铁浴熔融还原法(简称“铁浴法”)
铁浴法处理氧化锌矿的原理类似铁氧化物铁浴还原的机理。

铁浴法中氧化锌的还原方式多于其它火法工艺，而且氧化锌的还原是耗热过程，铁浴法的温度高，传热方式主要是传导传热，热传递速度快，并充分利用铁水的显热，所以铁浴法中氧化锌还原反应速度很快。

（二）铝浴熔融还原法(简称“铝浴法”)
铝浴法中氧化锌主要是以含碳球团的方式进行还原。

对铝浴中纯氧化锌球团以及含碳氧化锌球团还原的研究结果表明：铝浴在1000～1250℃温度范围内基本不参与氧化锌的还原，有铝浴存在时含碳球团的还原速度快于无铝浴存。

熔融还原技术是钢铁工业的几项前沿新技术之一，由于该技术具有不用焦炭、环保节能、投资省、应变能力强等特点，因而受到世界各国的关注。

corex炉是无高炉炼铁的一种方法（即熔融还原法）。

由于COREX减少了生产工艺，各种污染排放物也大幅减少，二氧化硫排放仅为高炉的4.9%。

所以生产中产生的余能、余热、副产煤气、固体废弃物等，都将得到综合利用，形成一条完整的钢铁制造业循环经济产业链。

COREX是由奥钢联开发的一种使用块矿或球团矿作原料、使用非焦煤作还原剂和燃料的熔融还原炼铁工艺。

COREX这个名字的前两个字母CO代表以COREX完整的意思是直接用煤来炼铁作为它的终极目标。

应当说，这是炼铁工作者梦寐以求的目标。

高炉炼铁是用粉矿和粉煤，但粉矿必须通过烧结厂烧结成烧结矿，粉煤必须通过炼焦厂将其结焦成焦炭，然后供高炉炼铁。

因此流程长、工序多、污染较重，而且焦煤资源稀缺。

COREX工艺是直接使用天然的块矿和块煤。

取消了烧结厂和炼焦厂。

因而流程短、工序少、污染轻、可以不用资源稀缺的炼焦煤。

COREX工艺是1977年才开始研究，1989 年才开始应用的熔融还原技术，是一项非常年轻的炼铁技术。

在目前比较有代表性的三种（COREX、Finex和HIsmelt）熔融还原炼铁工艺中，COREX是最先实现工业化生产的，也是工艺最成熟的，目前世界上共有4套COREX装置处于生产状态，分别是南非撒丹那的一套COREX -C2000、印度金达尔（Jindal）的二套COREX-C2000和宝钢的一套COREX-C3000。

铁水质量Corex工艺生产的铁水硅含量较高, 而铁水硅含量影响炼钢工序降硅的时间, 影响铁水或钢水脱磷, 不利于工艺过程的整体优化, 不利于生产高质量的钢水。

从高炉冶炼硅还原机理的研究可知, 高炉内硅的还原主要是焦炭中的SiO2与碳接触生成SiO气体, 再还原生成[ Si ]。

由于Corex 工艺的反应温度高于高炉过程, 在气化炉内存在比高炉大得多的大于1400℃的高温区, 有利于硅的还原。