冶金概论7-非高炉炼铁法

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1、5.1概述5.2直接还原法5.3熔融还原法§2.9非高炉炼铁方法简介一概述(1)非高炉炼铁法定义指除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法。当前非高炉炼铁法可归纳为两大类：直接还原法和熔融还原法。A.直接还原法：指在低于铁矿石熔化温度条件下把铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程。直接还原所得的产品及其特点：产品为海绵铁。这种海绵铁未经熔化仍保持矿石外形；多孔，在显微镜下观察形似海绵；成分上含碳低、不含硅锰等元素，还保持了矿石中的脉石。海绵铁不能大规模用于转炉炼钢，只适于代替废钢作为电炉炼钢原料。B.熔融还原法：指一切不用

2、高炉冶炼由铁矿石冶炼成液态生铁的方法。熔融还原产品特点：是一种与高炉铁水相似的高碳铁水，适于作氧气转炉炼钢的原料。(2)非高炉炼铁法的发展近年来非高炉炼铁法发展比较快，其原因是：A、不用焦炭炼铁。高炉冶炼需要冶金焦，焦煤日渐短缺，价格高。非高炉炼铁可以使用非焦煤和其它能源作燃料与还原剂。B、随着钢铁工业的发展，废钢消耗量迅速增加，废钢供用量日渐紧张，非高炉生产的海绵铁、粒铁等是废钢的极好代用品。C、省去了炼焦设备，总的基建费用比高炉炼铁法少。钢铁生产的传统流程：由高炉炼铁－转炉炼钢或废钢－电炉炼钢。新流程：熔融还

3、原炼铁－转炉炼钢或直接还原－电炉炼钢。目前，在我国发展直接还原存在重大障碍。新流程存在的问题：直接还原受到很多因素的限制，例如最成熟的直接还原法（竖炉及反应罐）都使用天然气作一次能源，自然界中天然气普遍短缺，而用煤碳作能源生产的海绵铁成本较高，产量低，生产效率也较低，还有很多技术问题等待解决。应用直接还原－电炉流程生产一吨成品钢总计消耗电600～1000kW·h。此外，直接还原需要高品位的精矿。（3）非高炉炼铁产品用途：A.作炼钢原料。主要代替电炉废钢，也可用于转炉；B.高炉原料；C.制成铁粉。铁粉可用于粉末冶金

4、或用作电焊条的原料等。（4）非高炉炼铁的方法及分类Ａ、按所得产品进行分类：直接还原法和熔融还原法两大类。Ｂ、按还原装置进行分类：固定床法、回转炉法、竖炉法和流化床法等。Ｃ、按还原剂进行分类：固体还原剂法、气体还原剂法等。Ｄ、按生产方式分类：预还原法、直接炼钢法、熔融还原法、原子能炼铁法等。直接还原炼铁法已有百余年的历史，先后提出各种不同的工艺方法400余种，但是真正成为工业生产方法的只有少数几种，而且是到20世纪60年代才有重大突破，这是因为：（1）冶金焦的价格大幅度上涨，而石油、天然气大量开发使用，特别是高效率

5、天然气转化法的应用，提供了直接还原炼铁法需要的还原煤气，解决能源的来源和价格问题。（2）电炉炼钢迅速发展，超高功率新技术的应用使电炉炼钢得到高速发展，合格的废钢供应不足，大大扩展了直接还原铁的需求。5.2直接还原法（3）废钢（多数是从社会收集的废钢）中往往含有某些对钢性能不利的有色金属，如铜、锡、砷、铅等，无论用氧化熔炼或还原熔炼都无法去除它们。而随着废钢的循环利用，它们在钢中的含量会越积越多。因而需要加入直接还原铁来稀释它们。（4）选矿技术的提高，扩大了直接还原炼铁法的矿石资源。原来只能使用杂质少且品位高的天然

6、富矿，现在高品位铁精矿粉制造的球团矿，其脉石含量可以降低到不需要在还原生产中脱除，使直接还原技术简化，而且产量提高。直接还原技术根据还原剂不同可分为气基直接还原和煤基直接还原。直接还原铁生产大多采用天然气为能源，其产量占总产量的90%以上。气基直接还原设备对环境污染小、耗水量少、噪音小、产生的CO2也比用煤作还原剂少得多，所以具有很强的竞争力和发展潜力。煤基直接还原法生产的直接还原铁占总产量的比例小，产量逐年增长，但增长缓慢。一气基直接还原技术①Midrex法Midrex法是气基直接还原铁生产技术的主导工艺，该工

7、艺由MidlandRoss公司开发，目前已发展成为占直接还原铁市场60％以上的主要方法，其工艺流程如图1所示。还原气使用天然气经催化裂化制取，裂化剂采用炉顶煤气。球团或块矿在竖炉内被天然气还原，生成DRI。由于该工艺要求有充裕的天然气，且生产指标较高，因此在天然气富裕的地区可适当发展。图1Midrex法工艺流程在竖炉中炉料与煤气逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热还原，传热、传质效率高。由于工艺较成熟，是当前发展最快的一种直接还原生产海绵铁的方法。它由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气重整炉组成。还原反应器系逆流

8、移动床—竖炉。它分成上下两部分，上部进行还原，下部进行冷却。氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却，还原得到海绵铁，冷却至50℃左右排出炉外。还原煤气用天然气及竖炉炉顶煤气在换热器经催化剂裂化而得。优点：生产率很高，能耗较低（约为7.88×105kJ/t；其产量约占直接还原法产量的55％以上。天然气进入转化炉内，在镍基触媒的催化下，通过天然气裂化反应将其转化