非高炉炼铁设备形式的选择

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1、世界金属导报/2010年/3月/2日/第015版工程装备非高炉炼铁设备形式的选择李振洪张海涛直接还原和熔融还原是现代非高炉炼铁的主体，均是以摆脱高炉流程对炼焦煤依赖为目的钢铁行业前沿技术。至今，世界上开发出的非高炉炼铁工艺成百上千种，但产业化的工艺并不多，即使已经产业化或初步产业化的COREX、FINEX、HIsmelt等方法除工艺及生产流程设计存在的问题外，主体设备形式的选择也值得研讨。现有非高炉炼铁技术的能耗均高于高炉，有的甚至还比高炉流程高出许多，不能说与设备形式的选择不无关系。由于诸多原因的存在，目前开发的非高炉炼铁技术在

2、工业化上不可能完全取代高炉。生产设备为工艺服务，非高炉炼铁要超过高炉的经济技术指标要求，取代高炉生产，除先进的炼铁工艺外，还要有先进的设备。因此，对设备形式的选择、组合、衔接与匹配则显得特别重要。1.还原设备还原设备既可作为熔融还原的预还原单元，也可作为直接还原铁的生产设备，在设备形式上大同小异，原理相同。金属化率高的还原铁是电炉、高炉的优质原料，可直接作为商品出售。依照原料条件的不同，侧重点不同，还原设备的类别划分也不尽相同。通常使用的还原设备有流化床形式，回转床形式和移动床形式等，非连续性操作的罐装法还原形式不符合技术进步的方

3、向，本文不讨论。1.1回转床形式采用回转床的煤基直接还原设备是成熟的，在还原铁的生产中占有重要地位。我国天津钢管公司引进英国戴维公司年产30万tDRC煤基回转窑生产线已安全运行多年。该套设备由两条年产15万t生产线组成，每条生产线安装的主体设备包括1台5×80m回转窑和1条3.5×50m冷却筒。原料铁矿石、煤炭、返焦、熔剂等定量装入回转窑和供料端，窑体慢慢滚动，在铁矿石和焦炭被加热及铁矿被还原的同时炉料向出料端移动。回转窑内砌筑耐火材料，并在进料端、中部和出料端设有耐火材料挡料圈，以延长炉料在炉窑内的停留时间。从窑的出料端喷入的碎

4、煤为直接还原的吸热提供热源。在长度方向上不同位置轴向窑内喷入助燃空气进行燃，窑风温度约1075℃左右。1.2流化床形式固体颗粒在流体作用下表现出类似流体状态的现象称为流态化。流化床即是完成流态化的设备。根据物料流态化程度的不同，流化床可分为多种类型，如临界床，均匀床，沸腾床及稀相流化床等。流化床是一个可以直接使用粉矿的还原设备，这个特点使其成为熔融还原中最受青睐预还原形式，它具有竖炉无法比拟的优点。为了克服COREX存在的缺点，韩国浦项与VAI合作开发的FINEX熔融还原工艺，采用FINMET多级流化床将铁矿粉还原来代替COREX

5、的竖式还原炉，然后利用熔融气化炉进一步熔化、深度还原和渣铁分离。1.3移动床形式移动床主要分为竖式移动床和水平移动床两大类。竖式移动床以各种竖炉为主，而水平移动床则有环形移动床和直线移动床。1.3.1竖式移动床竖式移动床主要以各种各样的竖炉为主。竖炉设备在冶金行业应用很广，它不仅应用于高炉氧化球团的生产，而且还是一种成熟的还原设备。2008年全球直接还原铁生产中，MIDREX竖第1页共6页炉技术占了58.2%，HYL竖炉技术占了14.5%，可见竖炉技术在直接还原铁生产中的重要地位。竖炉还原技术主要应用于气基还原。尽管各种工艺所使用

6、的竖炉表观形式不同，其工作多以对流移动床的方式工作，顺流工作的较少。矿石自竖炉上部加入，还原后的还原铁由竖炉下部排出，炉料由上向下移动，故称移动床。经重整后的高温还原气自竖炉还原带下部加入并向上流动，在与炉料对流的过程中，完成对铁矿石的还原。也有应用于煤基还原竖炉技术，如巴西的TECNORED以含碳球团为原料的熔融还原工艺采用竖炉预还原，不过该工艺所用是经过特殊设计的低矮竖炉；再如我国山西研制的多管式竖炉，用于煤基直接还原。1.3.2水平移动床1)环形水平移动床水平环形移动床是以转底炉(RHF)为基础的工艺技术。这种炉型类似于热轧

7、钢管用的环形加热炉。转底炉工艺自Inmetco法开始，就取得了成功，而且正常运转了几十年。后来在这一工艺的基础上发展了Fastmet、Redsmelt和Coment等工艺以及延伸的HI-QIP、ITmk3等工艺。该移动床的特点是料床以环形垂直中轴线为轴，在环形炉膛内作环形移动，而炉床上炉料相对炉床静止，这与竖式移动床料动炉不动在概念上有所区别。转底炉的炉墙上设有烧嘴，以煤、煤气、重油、轻柴油或天然气为燃料。高温燃气吹入炉内，向炉床移动方向相反的方向流动，将热量传递给炉料。由于料层薄，炉料升温极为迅速，很快就能达到工艺要求的1250

8、～1350℃，所以转底炉适用于冷固结含碳球团的快速还原。这一特点，引起了国内外专家的高度重视，成为当前煤基直接还原研究开发的热点。2)直线水平移动床·平面双向直线移动床平面双向直线移动床(PSH)由加拿大麦克马斯特(McMaster)大学研发，它由