基本介紹
- 中文名：煤基直接還原煉鐵
- 外文名：coal-based direct reduction iron making
- 發展方向：高效、低能耗
- 主導工藝：迴轉窯直接還原法
- 最先提出時間：1907年
- 所屬學科：冶金
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簡史
早在1907年曾提出用煤製備煤氣的迴轉窯直接還原法。1926年出現了生鐵水泥法又稱巴賽特(Basset)法，用迴轉窯生產鐵水，1931年首先在西班牙投入工業生產。1930年Krupp公司開發了Krupp—Renn法又稱迴轉窯粒鐵法，但這種方法除朝鮮仍在沿用外，其餘的同類設備均已停止生產。Krupp公司於1957年在Krupp—Renn法基礎上發展的直接還原法稱Krupp—CODIR法。於1973年在南非鄧斯沃特鋼鐵公司建成年產15萬t工業裝置。由Lurgi公司於1964年創立的SL—RN法由SL(Speleco—lurgi)法和RN(Republic Speel—NaTinalleal)法合併而成，1970年在紐西蘭建成年產12萬t工業裝置。SL—RN法除生產煉鋼用直接還原鐵外，還廣泛用於多元素複合礦、含鐵粉塵的綜合利用。DRC法則是由戴維麥基(Duvy Mckee)公司開發，並於1983年為南非斯考(SCAW)金屬公司建成年產7．5萬t工業裝置。ACCAR法是由美國阿利斯一哈默公司開發的，是一種使用煤、油和天然氣的迴轉窯直接還原法，1983年為印度奧利薩(orissa)海綿鐵廠建成年產15萬t工業裝置。該廠於1988年已改用100%煤作燃料和還原劑。
煤基直接還原法
(1)Hoganas法。1908年由瑞典Hoganas公司開發，生產含鐵97%～98%的海綿鐵，用作粉末冶金的或特殊鋼原料。
(2)煤基豎爐(K—M)法。1968年由義大利達涅利公司與瑞士蒙特福諾公司合作，1971年成立KinglorMetor礦冶公司開展煤還原豎爐法研究，1981年為緬甸建成年產2萬t工業裝置。
(3)EDR(Midrex電熱)法。Midrex公司研究出的用煤作還原劑的豎爐還原法。1977年開始擴大試驗，該法適於低電價地區。
(4)轉底爐(Inmeteco、Fasl—met)法。1960年Midrex公司和羅斯公司把轉底爐用於直接還原，稱法斯特米特(Fastmet)法。1974年建成試驗裝置1978年正常運行。1978年加拿大國際鎳(集團)公司(INCO)開發的轉底爐法稱為Inmeteco法，建成年產8萬t工廠生產至今。1985年德國曼內斯曼-德馬克公司買下該項專利並繼續同加拿大INCO合作。它們為泰國納特倫特鋼廠建設了年產50萬t工業裝置。預計1999年投產。
近年來煤基直接還原煉鐵發展較快，1997年世界上該法的產量達364萬t。
迴轉窯直接還原法
迴轉窯直接還原法主要設備由原料破碎、篩分系統、迴轉窯、冷卻筒、磁選分離系統、煙氣處理系統組成。煤和鐵礦石由迴轉窯加料端加入，鐵礦石在窯內經乾燥、預熱、還原經冷卻筒排出，進入磁選分離系統將>3mm成品送入成品倉，<3mm磁性粉入-料倉經壓塊機壓塊。煙氣經煙氣除塵系統除塵、回收熱量後排入大氣。
隧道窯直接還原法
隧道窯直接還原法(Hoganas法)是鐵精粉與還原劑在圓筒形反應罐內進行還原．反應罐裝在有燃燒室和小車可以從中通過的隧道窯內加熱，反應罐冷卻後出窯倒罐取出直接還原鐵管，用機械刷清除管內外粘附的非金屬物質的顆粒。反應罐在窯內總運行時間包括加熱、還原、冷卻共48h左右。
外熱式豎爐直接還原法
外熱式豎爐直接還原法(KM法) 是目豎爐形式進行生產，爐內還原室是一個用碳化硨做的垂直矩形簡體，有6個反應罐，鐵礦石和固體還原劑裝入還原室內。在爐體底部，外部逐漸變細。碳化矽爐體由一個帶有耐業材料的鋼殼包圍著，這個鋼殼稍大一監，但是與碳化矽爐體的形狀一樣。在兩者之間形成一個環形空間，作為燃燒室。環形燃燒室內的輻射燒嘴提供的熱量通過碳化矽蹙傳給了爐料。爐身上部足預熱區，用耐熱鋼製成。還原區下面是冷卻裝置。從還原區出來的惰性氣津在此冷卻，然後經過冷卻區循環。已金屬比的產品經過閉鎖漏斗排出。
煤基法豎爐直接還原
因流行的幾種工藝的能耗等主要技術經濟指標比高爐煉鐵落後，有人斷言非高爐煉鐵的能耗一定要高於高爐煉鐵，呼籲我國不要再上這種項目。其實我國直接還原、熔融還原發展艱難主要是工藝問題。高爐煉鐵實際上就是一種煤基法豎爐煉鐵工藝，只是以焦炭為主要能源，有利有弊。這種工藝經數百年發展，技術先進，生產效率較高，能耗較低。理論研究和生產實踐均可證明，繼承和發展高爐煉鐵工藝、裝備，在此基礎上改進的煤基法豎爐，能耗低於高爐煉鐵。通過發展煤基豎爐工藝，定能提高DRI 競爭力，促進冶金產業技術進步。
DRI 是將鐵礦石在固態直接還原為鐵，由於比高爐生產鐵水溫度低，滲碳少，碳含量相當於鋼，也叫直接煉鋼；但因 Si、Al 和 S、P、Mn、Mg 等元素仍以氧化物形態存在，化學成分不符合鋼的要求，還須在電爐和其他裝置中進一步熔煉，也屬二步法煉鋼。不過，由於減少了滲碳-脫碳這個過程，DRI-EAF 流程煉鋼理應比高爐-轉爐流程能耗低、三廢排放少。
未來發展方向
煤基直接還原煉鐵目前以迴轉窯為主，也是最主要的煤基直接還原煉鐵工藝，另外還存在隧道窯直接還原煉鐵工藝。近年來以處理鋼鐵廠廢棄物的轉底爐工藝，我國也在嘗試變成直接還原煉鐵工藝。
總的來說，煤基直接還原煉鐵的工藝還存在較多問題，至今沒有一種高效的低能耗的直接還原煉鐵工藝，直接導致煤基直接還原煉鐵技術和產能發展緩慢。近年來，國家限制高爐煉鐵技術的發展政策，使得煤基直接還原煉鐵的工業化有所抬頭。
