煉鐵高級技師技術論文要求(2)
煉鐵高級技師技術論文要求
煉鐵高級技師技術論文篇二
非高爐煉鐵技術概述
摘要：隨著焦煤資源日益減少，高爐煉鐵技術發展受到限制，非高爐煉鐵成為了日益關注的冶煉技術。文章闡述了非高爐煉鐵技術的發展現狀、分類，工藝流程及特點，同時展望了其未來的發展前景。
關鍵詞：非高爐煉鐵 直接還原 熔融還原 非焦煤
一、引言
目前，生鐵主要來源于高爐冶煉產品，高爐煉鐵技術成熟，具有工藝簡單，產量高，生產效率大等優點。但其必須依賴焦煤，而且其流程長，污染大，設備復雜。因此，世界各國學者逐漸著手研究和改進非高爐煉鐵技術。
二、非高爐煉鐵工藝
非高爐煉鐵是指以鐵礦石為原料并使用高爐以外的冶煉技術生產鐵產品的方法。在當今焦煤資源缺乏，非焦煤資源豐富的情況下，非高爐煉鐵以非焦煤為能源，不但環保，而且省去了燒結、球團等工序，縮短了流程。因此非高爐煉鐵一直被認為是一種環保節能、投資小、生產成本低的生產工藝。非高爐煉鐵可分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。
1.直接還原煉鐵工藝
直接還原煉鐵工藝是一種以天然氣、煤氣、非焦煤粉為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度下，將鐵礦石中鐵氧化物還原成鐵的生產工藝。據統計直接還原冶煉工藝多達40余種，大部分已經實現了大規模工業化生產[1]。目前，直接還原煉鐵工藝主要有氣基直接還原、煤基直接還原兩大類。
1.1氣基直接還原
氣基直接還原是指用CO或H2等還原氣體作還原劑還原鐵礦石的煉鐵方法。具有生產效率高、容積利用率高、熱效率高、能耗低、操作容易等優點，是DRI(directly reduced iron)生產最主要的方法，約占DRI總產量的90%以上[2]。氣基直接還原代表工藝有HYL反應罐法、Midrex-豎爐法、流化床法等[3]。
HYL反應罐法是由墨西哥希爾薩(HojalataYLamina，HYLSA)公司于20世紀50年代初開發的，其工業化標志著現代化直接還原的開始。HYL反應罐法具有作業穩定，設備可靠等優點，但其作業不連續，還原氣利用差，能耗高及產品質量不均勻。隨后HYLSA公司將反應罐組整合成了一座豎爐，實現了工藝的連續化，同時明顯提高了生產熱效率和生產率。經改進的HYL法即是HYL-III法。
Midrex-豎爐法與HYL-III法相似，也是采用的是連續性豎爐作業方式，具有污染較小，能耗低等優點。Midrex-豎爐法是氣基DRI生產技術的主導工藝，也是最大的直接還原流程，全球約70%的DRI產量是利用Midrex-豎爐生產工藝。為提高對燃料的適應性，Midrex公司把Corex與Midrex工藝聯合使用，開發了煤制氣-豎爐法，年產量超過了180萬噸，目前在印度有一座在正常運行。
流化床法采用鐵礦粉，省去了造塊過程，加快了反應速率，降低了成本，提高了生產率。流化床流程法發展了近70年，曾開發過H-IRON，NU-IRON和HIB、NOVALFER及FIOR法[4]131-135，但由于無法解決工藝復雜，投資大，原料要求高，粉料易粘結，能耗高等問題均退出了歷史舞臺。目前全球還在生產的流化床流程只有FINMET法，共有4套FINMET裝置在運行，總產能220萬t/a，是繼MIDREX、ENERGIRON和SL-RN法之后的第四大直接還原流程法。
1.2煤基直接還原工藝
煤基直接還原是指以煤為主要能源，在高溫下將鐵礦石還原成金屬鐵的工藝。由于80%的氣基直接還原工藝必須依賴于天然氣，因此在天然氣資源有限，煤資源豐富的國家和地區，以煤作為還原劑發展還原鐵技術已成為近期及將來發展的趨勢。煤基直接還原代表工藝有回轉窯法、轉底爐法、隧道窯法等。
回轉窯法產鐵量占全世界的煤基直接還原法總產量的95%以上。2010年，全球由煤基回轉窯法生產的DRI約為1812萬噸，占DRI總產量的25.70%。回轉窯法包括SL-RN法、CODIR法、DRC法、TDR法、ACCAR法[4]135-141，其中SL-RN法是生產能力和產量最大的煤基直接還原工藝，產量占總回轉窯法的60%以上。回轉窯技術成熟，以非焦煤為能源，并可以直接使用煤炭，非常適合非焦煤豐富，天然氣缺乏的地區發展。不過還存在生產率低，能耗高等亟待解決的技術問題。
與回轉窯法相比，轉底爐法規模就要小的多。但該法具有反應速度快、流程簡單、投資低、原料適應性廣的優點，特別在處理冶金廢棄物以及保護環境等方面顯示出很大的優越性和潛力。最早的轉底爐工藝是INMETCO和Fastmet工藝，主要用于含鐵廢棄物的冶煉，當時獲得了很好的經濟效益，但產出的鐵含有脈石和灰分，導致在煉鋼過程中渣量增加，減少鋼產量。隨后，美國Midrex公司開發了Fastmelt工藝，實現了渣鐵分離，明顯提高了海綿鐵的質量。20世紀90年代日美聯合又開發了Itmk3工藝，解決了轉底爐對原料品位的苛求，被命名為“第三代煉鐵法”。
隧道窯法也是一種重要的煤基直接還原法。與轉底爐法相比，具有設備簡單，操作容易，產品質量好等優點，但由于產能小、熱損失大、能耗高、勞動生產率低等技術經濟原因，國外已不再用它生產煉鋼用DRI，而是用于粉末冶金還原鐵粉生產的一次還原工序。
2.熔融還原煉鐵工藝
熔融還原工藝以煤、粉礦進行冶煉，無需煉焦、燒結、球團等工序，使煉鐵流程簡化，是煉鐵技術的重要發展方向。根據含鐵原料預還原的程度不同，熔融還原煉鐵工藝可分為一步法和二步法兩類。
2.1一步法
熔融還原法的研究開發工作開始于20世紀20年代，當時，該流程大多是在一個反應器中一步完成全部熔煉過程，所以稱之為“一步法”。一步法有Dored法、Retored法、CIP法等[5]，但由于這些方法存在著爐渣FeO含量過高、能耗大等技術問題均被淘汰。
2.2二步法
為了解決一步法出現對爐襯的強腐蝕及能量回收率低等難題，70年代國外開發出了“二步法”熔融還原技術，所謂二步法就是將還原過程分解為固體狀態的預還原和熔融狀態的終還原兩個階段，并分別在兩個反應器中進行[6]。二步法是一種新式的熔融還原流程，其綜合了高爐煉鐵、直接還原和煉鋼技術的精華，能有效地利用熔融氧化鐵碳熱還原產生大量焦爐煤氣及反應熱，減少了能量的損耗，同時采用煤作為能源，擺脫了昂貴的焦煤的束縛，大大降低了成本。 目前二步法主要以COREX[7]為代表。COREX法不使用焦煤，成本低，實現了能源的綜合循環利用，該技術具有流程短、污染低等優點，是世界鋼鐵工業的前沿高新技術，是對傳統高爐煉鐵技術的一次革命。不過COREX過程有兩個問題亟待解決：即如何最大限度地利用高濃度CO+H2的尾氣和如何徹底擺脫焦煤的依賴。此外COREX產鐵規模相對小，設備運行復雜。但在目前的環保壓力和國際上焦煤資源稀缺的情況下，COREX法具有很大的前途。此外還有FASTMELT、REDSMELT、FINMET等新技術[8]也已形成了生產能力。
三、非高爐煉鐵技術的前景
當前，鋼鐵行業發展迅速，同時也正面臨著嚴峻的形勢：高爐原燃料質量劣化，技術經濟指標下滑，生產利潤下降，焦煤價格飆升。作為鐵冶煉主體工藝流程的高爐不僅依賴焦煤而且對環境污染嚴重，因此經濟環保的非高爐煉鐵將成為鋼鐵工業發展的重要方向。
DRI不僅是廢鋼的替代品，也是煉制優鋼和特鋼的高級爐料。如今廢鋼的短缺及其質量的下降，很大程度上促使了DRI生產的發展。2011年世界DRI產量高達7332萬噸，同比增長4.2%，作為生產DRI的非高爐工藝將具有很大的前途。
非高爐煉鐵工藝具有以非焦煤為能源，對原料和燃料適應性強;工藝過程可控性好，能耗低，污染小，可減輕鋼鐵工業的環境和資源壓力等一系列優點，非高爐煉鐵技術必會引起世界范圍的重視。目前非高爐煉鐵技術還處于起步階段，具有廣闊的發展空間，幾年后非高爐工藝必將會陸續的實現工業化。
四、結論
高爐煉鐵依然是現代鐵冶煉的主導流程，其產量大，產品質量高，是全球主要生鐵的主要來源。所以，加強完善高爐煉鐵技術，是改善鋼鐵工業能源結構、緩解我國主焦煤資源短缺矛盾的重要手段。
非高爐煉鐵是鋼鐵工業擺脫對焦煤能源的依賴和發展短流程鋼鐵生產的重要途徑，是實現復合礦、難選礦綜合開發利用的有效方法。發展非高爐煉鐵工藝是鋼鐵工業的重要前沿技術和發展方向，也是調整鋼鐵工業及鋼鐵產品結構，實現循環經濟和可持續發展，保護環境的重要環節之一。
盡管非高爐煉鐵工藝目前其技術還不夠成熟，無法與傳統的高爐煉鐵工藝相抗衡，但隨著其工藝的逐步發展與完善，必將對整個鋼鐵行業的發展產生深遠影響。
參考文獻
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