由於傳統的高爐煉鐵方式投資大、能耗高、流程長、污染嚴重，所以高爐的煉鐵發展受到了很大的限制。為了克服高爐煉鐵的種種缺點，人們研究開發了多種非高爐煉鐵法，這些方法包括直接還原法和熔融還原法。
基本介紹
- 中文名：熔融還原煉鐵
- 外文名：iron making by smelting reduction
- 最新工藝：第3代工藝
- 開始時間：20世紀20年代
- 舉例：COREX
簡介,原因,工藝流程,COREX介紹,
簡介
由於傳統的高爐煉鐵方式投資大、能耗高、流程長、污染嚴重，所以高爐的煉鐵發展受到了很大的限制。為了克服高爐煉鐵的種種缺點，人們研究開發了多種非高爐煉鐵法，這些方法包括直接還原法和熔融還原法。開發的熔融還原煉鐵工藝共有3O余種，但到目前為止，只有奧鋼聯開發的COREX、韓國POSCO和奧鋼聯聯合開發的FINEX煉鐵工藝發展到了工業化規模。
原因
熔融還原成為當代鋼鐵工業前沿技術的原因是：
(1)熔融還原工藝不使用焦炭，不需建焦爐和化工設施，使用塊礦和部分球團礦時可不建燒結設施，減少了較大污染源。為實現鋼鐵廠清潔生產、減少環境污染創造了條件。
(2)焦煤資源少，且分布不均勻，煉鐵不用焦煤有利於鋼鐵工業可持續性發展
(3)熔融還原煉鐵流程短，投資少，具有降低生產成本的潛力。
工藝流程
是先把普通煤裝入熔融氣化爐，然後吹入氧使煤燃燒、分解，將發生的煤氣作為還原煤氣導入還原豎爐，接著在還原豎爐內將塊礦石和礦石顆粒還原到金融化率為95%左右。浦項公司在將日產從1000t提高到2000t的規模擴大階段中，為穩定熔融氣化爐的操作，除了使用粉煤外，還使用了大約10%的焦炭，另外為確保還原煤氣量，發現煤的揮發份存在著最佳值等，它受煤品位的制約。目前由於對煤種的選擇和還原豎爐中金屬化率的穩定化等採取了措施，焦炭的使用量可以減少到大約3%～5%。由於礦石几乎是在豎爐內完成還原，因此還原所需的煤氣量大，熔融氣化爐的煤單耗也高。結果用於系統外的能量也必然增大。印度京德勒鋼鐵公司Vijayanagar廠利用日產2000t的2座COREX設備發生的煤氣來帶動2台13MW的發電設備。另外，在南非的Saldanha鋼鐵公司還同時設定了直接還原鐵生產法(MIDREX)，能日產大約2500t的直接還原鐵(DRI)。
第1代工藝 從20世紀20年代開始，主要是在60年代堅持試驗。該工藝是在一個反應器中使用精礦和煤的一步法。如1924年德國霍施(Hoesch)鋼鐵公司提出的在轉爐中使用碳和氧還原鐵礦石，至今仍有現實意義。30年代後期丹麥F．L.Smit公司提出的Basset法，德國又開發的Sturzelbug法。50年代後，歐美各國研究開發的熔融還原法有瑞典的Dored法和EV(Eketorp-Vallak)法、義大利的Retored法、英國的CIP法等。這些方法都是一步法，因在試驗中出現了一些當時難以解決的問題而宣告失敗。其主要問題各不相同，有的是還原時由鐵熔體排出的煤氣在熔池上方二次燃燒供給熱量，由於過程控制困難，二次燃燒時的高溫和強腐蝕性FeO熔體對爐襯的嚴重侵蝕，使爐襯耐火材料消耗大；有的是強烈轉動反應器，鐵水直接裝入耐火裝置內，並在造渣前進行保護(旋轉法和CIP法)試驗，由於鐵層和渣層之間只有少量的原料與熱交換而被取消；還有的是精礦由對著反應器牆的轉盤進行給料，在二次燃燒時，輻射前截斷“精礦螢幕”以保護爐襯(E-V法)，此法雖未成功但精礦同時傳遞熔池中由於二次燃燒產生的部分熱量，在今天也是有意義的。
第2代工藝 有代表性的是瑞典在20世紀70年代開發的用電作熱源的熔融還原法，如ELRED法、INRED法、PLASMAMELT法。克服了由二次燃燒空間到還原空間傳遞熱量的困難，用終還原產生的廢氣進行礦石預還原，即“二步法”。但是由於FeO爐渣的侵蝕和熱的需求，使終還原階段消失，於是採用在電爐中靠電供熱進行終還原。ELRED法、INRED法早已完成半工業試驗，但未到達實際建廠階段。雖然，電在瑞典是富裕的，但使用電能還原鐵礦石，多數情況下是不經濟的，因而未能推廣。等離子熔融還原法。用於比煉鐵價值高的不鏽鋼煙塵回收的工業生產，現在瑞典有一個用等離子槍工藝加工生產，年產7萬t不鏽鋼(含Ni和Cr)的粉末冶煉廠。
第3代工藝 特點是放棄電能，立足於煤和氧氣的“無焦炭工藝”而在大多數情況下仍然保留第2代工藝原有的預還原和熔態終還原的二步法。
COREX介紹
COREX熔融還原煉鐵工藝，採用了成熟的氣基豎爐法海綿鐵生產技術和高爐煉鐵技術。COREX工藝的預還原豎爐部分相當於高爐爐身中、上部，熔融氣化爐部分相當於高爐的爐缸與爐腹部分並向上延伸。截去了高爐的爐身下部和爐腰部分，避免了高爐內影響料柱透液性、透氣性和氣流分布的軟熔帶的產生，為COREX工藝直接使用非煉焦煤煉鐵創造了條件。
爐缸形成死料柱
COREX熔融氣化爐中部以下有煤、半焦和海綿鐵組成的料柱，下部有半焦和焦炭組成的死料柱。死料柱的存在，使熔化後的渣鐵在高溫區與焦炭的接觸時間增加，鐵水溫度升高，鐵、矽還原，滲碳、脫硫等反應有條件充分進行。分析料柱結構表明，爐缸的焦炭量隨著固定床深度的增加而增加。和高爐死料柱的作用一樣，死料柱在爐缸起到碳源作用，提供鐵水碳飽和及降低渣中殘餘FeO所需要的碳。
爐塵回收，返入熔融氣化爐
煤在熔融氣化爐加熱脫除揮發分的氣化過程中，產生含碳粉塵，並被煤氣帶離氣化爐。煤氣經除塵，控制還原氣含塵量在一定範圍內。回收的爐塵在爐體適當位置返吹入熔融氣化爐。這樣，可以防止爐塵堆積，而且可通過調節吹氧量使爐塵燃燒產生的熱量將爐頂溫度控制在1100 ℃左右，使氣相中的焦油、苯等高分子碳氫化合物分解為H2、CO。所以，爐塵回收系統也是COREX工藝的無污染操作。
粒度分布與煤氣流控制
以爐料與煤氣相向運動為基礎的豎爐還原，保持料柱的一定空隙率，煤氣流的低壓降，可防止懸料，增加煤氣流通量，礦石得到充分還原。為此，除嚴格控制礦石粒度和還原氣的含塵量外，還要儘量減少礦石在加熱還原過程中的碎裂現象。
環境污染小
由於COREX工藝用煤直接煉鐵，基本不需要焦炭，避免了冶金工廠的主要污染部分(焦爐)，工藝過程緊湊。尤其是沒有了煉焦過程的焦煤裝爐、出焦、爐門密封不嚴造成的煤氣泄漏，使COREX熔融還原煉鐵成為環境保護十分可取的煉鐵工藝。
流程短、投資省、生產成本低
COREX熔融還原煉鐵工藝，已有COREX C—1000、C—2000兩套裝置的9年和2年生產實踐經驗。與焦爐—燒結—高爐工藝流程相比，其工序少、流程短。COREX工藝從礦石到煉出鐵水僅需10 h，而高爐工藝需要25 h。由於設備重量減少一半，投資費用少20 %，生產成本低10 %～25 %。
