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1、非高炉炼铁非高炉炼铁Direct Reduction and Melting ReductionDirect Reduction and Melting Reduction 张 华武科大冶金系本课程意义本课程意义 非高炉炼铁课程包括铁矿石直接还原与熔融还原，是钢非高炉炼铁课程包括铁矿石直接还原与熔融还原，是钢铁冶金中的新工艺和前沿技术。铁冶金中的新工艺和前沿技术。现行钢铁工业生产流程现行钢铁工业生产流程大型高炉氧气转炉工艺，大型高炉氧气转炉工艺，流程长、投资大，特别是高炉冶炼需要用大量焦炭。而世界流程长、投资大，特别是高炉冶炼需要用大量焦炭。而世界上炼焦煤仅占煤总储量的上炼焦煤仅占煤总储量的1
2、0%10%左右，逐年大量开采，储量左右，逐年大量开采，储量锐减，价格上涨。国外大部分焦炉已接近被淘汰，特别是对锐减，价格上涨。国外大部分焦炉已接近被淘汰，特别是对焦化、烧结及高炉炼铁排放的焦化、烧结及高炉炼铁排放的COCO2 2、SOSO2 2、COCO、HFHF量的限制量的限制日益严格。因此，世界上很多国家都在致力于发展非高炉炼日益严格。因此，世界上很多国家都在致力于发展非高炉炼铁法。采用直接还原法生产的海绵铁或熔融还原生产的铁水，铁法。采用直接还原法生产的海绵铁或熔融还原生产的铁水，供超高功率电炉炼钢、经二次精炼、连铸连轧，形成一种年供超高功率电炉炼钢、经二次精炼、连铸连轧，形成一种年产产
3、30306060万吨特钢的最佳短流程，这种短流程较高炉万吨特钢的最佳短流程，这种短流程较高炉氧氧气转炉长流程更具有生命力和竞争力，这也是非高炉炼铁获气转炉长流程更具有生命力和竞争力，这也是非高炉炼铁获得发展的重要原因。得发展的重要原因。本课程教材：方觉等著，非高炉炼铁工艺与理论（第一版），冶金工业出版社，2002年1月 主要参考书：1 杨天钧等著，熔融还原（第一版），冶金工业出版社，1998年 2 秦民生主编，非高炉炼铁，冶金工业出版社，1988年教材及参考书教材及参考书考核方式考核方式考试方式：开卷考试课程成绩考试成绩平时成绩考试成绩平时成绩7030第一章第一章 绪论绪论1.1 非高炉炼铁的
4、意义1.2 非高炉炼铁的分类1.3 非高炉炼铁的发展1.4 非高炉炼铁法技术经济指标1.5 非高炉炼铁法的原料及能源1.6 非高炉炼铁法的产品及应用1.7 非高炉炼铁的前景1.1 非高炉炼铁的意义非高炉炼铁的意义n n铁矿石直接还原与熔融还原时炼铁冶金技术中的新工艺。n n直接还原：铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的炼铁生产过程，其产品为直接还原铁，也成海绵铁。n n熔融还原：在高温于渣铁的熔融状态下，用碳把铁氧化物还原成金属铁的非高炉炼铁方法，其产品为液态生铁。各种炼铁工艺特点各种炼铁工艺特点工艺工艺原料原料反应温度反应温度产品特点产品特点高炉炼铁高炉炼铁烧结矿、烧结矿、球团、富球团、富
5、矿矿高于熔化高于熔化温度温度液态、液态、C C高、高、脉石低脉石低直接还原直接还原富矿富矿低于熔化低于熔化温度温度固态、固态、C C低、低、脉石高脉石高熔融还原熔融还原铁矿石铁矿石高于熔化高于熔化温度温度液态、液态、C C高、高、脉石低脉石低1.2 非高炉炼铁的分类非高炉炼铁的分类1.2.1 1.2.1 分类标准分类标准n n产品：直接还原、熔融还原n n还原剂状态：煤基、气基（直接还原）n n主体能源：煤基、气基、电热n n工艺模式：一段式、二段式、三段式等n n设备类型：竖炉、反应罐、回转窑、流化床等n n炉料结构：净料、混料1.2.2 直接还原1.2.3 熔融还原熔融还原1.3 非高炉炼
6、铁的发展非高炉炼铁的发展1.3.1 炼铁的发展n n直接还原法（中国2000多年前，欧洲600多年前）n n高炉炼铁法（二步法，200多年前）n n直接还原的试验（1870年）n n直接还原的工业化（20世纪60年代）n n熔融还原的试验（20世纪70年代）n n熔融还原的工业化（20世纪80年代）1.3.2 直接还原的工业化进程直接还原的工业化进程n n18731920年，英国第一个直接还原冶金厂；n n1930年，德国，回转窑粒铁法；1932年，瑞典Wiberg一步炼海绵铁；n n70年代建立大批直接还原冶金厂：1971年，德国、美国，MIDREX法；1970年，新西兰，SL-RN法。1.
7、3.3 熔融还原的发展熔融还原的发展n n20世纪20年代开始研究；n n20世纪70年代试验研究：铁浴炉，德国，英国，日本，瑞典等；COREX，奥地利，德国；n n20世纪80年代工业化：1987年，南非，COREXC1000等1.4 非高炉炼铁法技术经济指标非高炉炼铁法技术经济指标n n生产指标：利用系数、单位容积出铁率、作业强度n n产品质量指标：产品还原度、产品金属化率n n能量利用指标：煤气利用率、能耗1.4.1 生产指标生产指标 1)1)利用系数：每立方米有效反应器容积每利用系数：每立方米有效反应器容积每2424小小时的产品质量（同高炉），按下式计算：时的产品质量（同高炉），按下式
8、计算：式中式中 v v有效容积利用系数，有效容积利用系数，t tmm3 3d d；炉料在反应器内停留的时间，炉料在反应器内停留的时间，h h，炉料填充反应器的体积比，；炉料填充反应器的体积比，；FeFeb b单位炉料体积中含铁量，单位炉料体积中含铁量，t tmm3 3；FeFep p产品含铁量，。产品含铁量，。2)单位容积出铁率：每立方米反应器容积，每24小时产出的产品中金属铁的质量。式中 单位容积出铁率，t/m3d；M产品金属化率，。3)作业强度：每平方反应器断面积上每天的产量（按最大断面积）。1.4.2 产品质量指标产品质量指标1）产品还原度：还原过程中总的失氧率（与氧化度为互补数）。氧化
9、度：铁的氧化程度，Fe2O3为100。2）产品金属化率：产品中金属铁与全铁量之比，即铁矿石中氧化铁被还原成金属铁的程度。1.4.3 能量利用指标能量利用指标 1）煤气利用率：参与反应的气体（CO、H2）与还原生成物之比。H2：CO：也表示煤气质量，称为煤气氧化度，其值越低质量越好。2）能耗Q：一次能源的总热值，包括化学消耗、热量消耗、流化载体需要及加工煤气热耗。1.5 非高炉炼铁法的原料及能源非高炉炼铁法的原料及能源1.5.1 含铁原料铁矿石1）化学成分要求：品味高，脉石含量低。2）物理性质：n n粒度：大小适宜、均匀性好n n强度n n热膨胀性3）冶金性能n n还原性n n软化温度操作温度n
10、 n热转鼓试验指数高温强度、热稳定性1.5.2 燃料和还原剂燃料和还原剂1）气体还原法：冶金还原煤气：还原FexOy，提供热量。要求：n n氧化度低；n nCH4及H2S含量少；n nN2适量；n n一定的温度。2）固体还原法：能源的两个作用可以分开。燃料：长火焰（加热均匀），固体烟煤为宜。还原剂：高的反应性（用在CO2气流中于一定温度和时间反应，以失重值作为反应性）无论作为燃料或还原剂，灰分熔点都有严格要求。1.6非高炉炼铁法的产品及应用非高炉炼铁法的产品及应用1.6.1 产品种类和性质1）产品种类n n海绵铁；n n粒铁：半熔化状态下还原熔炼出的产品，C 12，S高（0.11），活性不强。
11、n n液铁：熔融还原产品，S低，Si2。2）直接还原铁固态，低温产品。C低（0.21.2），高的孔隙率高的反应活性。电化学腐蚀理论：降低直接还原铁的活性？1.6.2 直接还原铁的处理与贮运直接还原铁的处理与贮运1）避免再氧化冷却至200以下出反应器，实际设计50以下。原则上可直接使用，避免长期存储和长途运输2）钝化处理n n压制成大块：N2气氛中，900以上，压制成块，减少气孔率n n喷涂覆盖层：焦油、木质素、水玻璃等，适用于大堆贮放状态，费用高。3）直接还原铁的堆放原则n n未钝化处理，不能露天堆放；n n确保不发生“自燃”的条件下，大堆贮放。理想状态：干净而防水的密闭料仓贮放。1.6.3
12、直接还原铁的使用直接还原铁的使用 95%的直接还原铁是代替废钢用于电炉炼钢的，但也可搭配用于氧气转炉、高炉和化铁炉。1）用于电炉）用于电炉优点：n n化学成分稳定而且适合，能准确控制钢的成分；n n有害金属杂质的含量较少；n n可以与价格低的轻废钢配合使用；n n运输及转载装卸方便；n n能白动连续加料，有利于节电和增产；n n熔化期燥音较小；n n供应稳定，价格平稳。连续加料（连续加料（Consteel）缺点：n n还原不充分，炉料中FeO高；n n酸性脉石（SiO2Al2O3）高，使电炉渣量增加，能耗上升。2）直接还原铁的其它应用n n氧气转炉：冷却剂n n高炉：配料n n炼铁炉：效果较好
13、n n铸造生铁：要求高的金属化率1.7 非高炉炼铁的前景非高炉炼铁的前景1.7.1 我国资源情况n n煤炭资源丰富n n电力资源前景乐观n n铁矿资源丰富，但品味低，难选，多金属共生矿多n n废钢资源短缺1.7.2 我国非高炉炼铁的发展方向我国非高炉炼铁的发展方向n n立足非焦煤，积极发展煤基还原工艺；n n积极探索、发展低品味铁矿石煤基直接还原新工艺本章学习要点本章学习要点n n理解直接还原和熔融还原的定义；n n了解非高炉炼铁的分类；n n掌握非高炉炼铁的技术经济指标；n n掌握非高炉炼铁的原料、能源、产品性质及使用，重点掌握直接还原铁的性质及使用n n了解我国非高炉炼铁的前景。谢谢 谢谢（待续）（待续）
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