甲级设计院20万吨转底炉直接还原炼铁可研报告

20万吨转底炉直接还原炼铁 工程可行性研究报告 工程号:w08071 中钢集团北京设计院94 / 103文档可自由编辑打印20万吨转底炉直接还原工程可行性研究报告 院长： 王自立 总工程师： 项目总设计师： 中钢集团北京设计院参加编制主要人员名单专业名称 设计人 审核人 主任工程师工艺 设备 燃气 通风 热力 总图 电气 给排水 建筑结构 能源环保 安全卫生 消防 投资咨询 目 录1总论11.1 企业概况11.1.1 昆钢基本情况11.1.2 昆钢基本经营情况11.2 编制依据21.3 项目概况31.3.1 项目名称：20万吨转底炉直接还原工程31.3.2 建设单位：武钢集团昆明钢铁股份有限公司31.3.3 项目建设地点：武钢集团昆明钢铁股份有限公司烧结第一作业区（原二烧车间）31.3.4 项目建设的必要性31.3.5国家相关产业政策41.3.6 项目建设内容概况61.3.7 设计指导思想及原则61.3.8 项目投资及效益71.3.9主要技术经济指标72.项目技术基础82.1 转底炉直接还原技术的现状82.2 直接还原铁生产技术在我国的发展前景102.3 直接还原转底炉技术122.3.1 关键技术基本情况122.3.2知识产权情况132.3.3工艺技术特点及优势132.3.3.1工艺技术特点132.3.3.2技术优势142.3. 4 对行业技术进步的重要意义和作用153转底炉直接还原工艺163.1 生产规模163.2 原料和产品163.2.1 原料163.2.2 产品183.2.3 原材料消耗量183.3 生产工艺流程193.4 占地面积213.5 原料准备213.5.1铁精矿和高炉炉尘213.5.2 消石灰223.5.3有机粘结剂223.5.4煤场223.5.5 配料、混料和压球223.5.6生球的干燥233.5.7 原料系统主要设备表243.6 直接还原转底炉253.6.1 转底炉生产能力和炉子尺寸253.6.2 转底炉生产工艺263.6.3 转底炉炉体结构273.6.4 转底炉供热283.6.4.1燃料283.6.4.2 烧嘴配置293.6.4.3 蓄热式燃烧系统工作原理293.6.4.4鼓风机303.6.5 排烟系统303.6.6 后燃烧室313.6.7 转底机械设备313.6.7.1 转底机械313.6.7.2 液压系统323.6.7.3 集中干油润滑系统353.6.8 装出料装置363.6.8.1 装料装置363.6.8.2 出料机363.6.9 金属化球团的冷却374公辅设施384.1 通风、除尘384.1.1 通风384.1.2 除尘384.1.2.1设计原则与技术措施384.1.2.2 除尘系统配置394.2 给水排水394.2.1.1 设计依据404.2.1.2 设计范围404.2.1.3 设计原则404.2.2水源404.2.3用水量及用水要求404.2.3.1生产用水量404.2.3.2 循环冷却水水质要求424.2.4 给排水系统424.2.4.1 净环水系统424.2.4.2 浊环水系统434.2.4.3软水系统434.2.4.4 消防给水系统434.2.4.5生活给水系统434.2.4.6排水系统434.2.4.7安全供水444.2.5 主要建筑物、构筑物及设备444.2.5.1 主要建、构筑物444.2.5.2 主要设备选型444.3电气454.3.1 设计依据和范围454.3.2 电压等级及计算负荷454.3.3 变配电所设置与供配电范围464.3.4 继电保护及计量474.3.5 电气传动及控制474.3.6电缆敷设方式及防火484.3.7照明及防雷接地484.3.8主要设备选型494.4自动化仪表504.4.1自动化仪表控制系统概述504.4.2主要检测显示与控制项目514.4.3主要控制功能描述534.4.4自动化仪表主控制系统描述554.4.5现场仪表574.4.6控制室574.4.7仪表气源574.4.8工业电视585总图运输585.1概述585.1.1工厂位置585.1.2气象条件585.2总平面布置595.2.1设计依据595.2.2设计原则595.2.3设计内容595.2.4总平面布置595.3竖向设计605.4运输设计605.4.1厂外运输605.4.2厂内运输605.4.3运输设备605.4.4厂内道路设计615.5管线设计615.6绿化及消防615.6.1绿化625.6.2消防625.7总图运输技术经济指标626土建636.1概况636.1.1 主要计算数据636.1.2地方建筑材料与施工条件636.2建筑636.2.1建筑统一技术条件636.2.2建筑构造646.3结构646.3.1结构设计原则646.3.2地基与基础646.3.3主要建筑结构方案646.3.4辅助性建筑及特殊构筑物656.4 建筑防火657能源消耗与节能措施667.1 能源消耗667.2节能措施668环境保护698.1 设计依据和执行标准698.1.1 设计依据698.1.2 设计执行的污染物排放标准698.2 主要污染源、污染物及其污染控制措施698.2.1 主要污染源及污染物708.2.2 废（烟）气、废水、噪声及固体废物的污染治理措施708.2.3 绿化718.2.4 环境影响评价719劳动安全卫生729.1 主要设计依据729.2 主要自然危险因素及主要防范措施729.3 生产过程中主要危险、有害因素及主要防范措施7310消防7610.1 设计依据和执行的主要规范及规定7610.2 火灾危险性分析7610.3 设计采取的主要防范措施7610.3.1 总图布置7710.3.2 建筑与结构7710.3.3 消防组织7710.3.4 消防供水系统7710.3.4.1室内消防7710.3.4.2室外消防7810.3.4.3主控室、变压及配电室、主抽风机房7810.3.5 防雷、防静电和电力设施消防设计7810.3.6 其它防火措施7810.4防范措施预期效果7811投资估算8011.1 概况8011.2 编制依据8011.3 投资估算表8012技术经济8212.1 经济评价方法的选择8212.2 基础数据及计算条件8212.2.1 产品方案8212.2.2 项目总投资8212.2.3 资金来源8212.2.4项目建设进度8212.3 财务计算8212.3.1生产金属化球团预测成本8212.3.2转底炉直接还原铁供高炉使用经济效益分析8412.3.2.1计算的基础数据8412.3.2.2 直接还原铁替代三烧矿和球团矿8612.3.2.3 替代进口矿的效益8712.3.2.4 与高炉配加外购生铁的效益比较8812.3.2.5 敏感性分析8912.4综述9012.5主要技术经济指标9012.6项目建设进度计划9112.6.1 建设工期9112.6.2 项目建设进度初步安排91 附表：附图：1总论1.1 企业概况1.1.1 昆钢基本情况昆钢始建于1939年，经历了几十年的努力，特别是近十几年来的改革与发展，目前已发展成为集矿山、焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢于一体的云南省最大的国有特大型钢铁联合企业，是全国520户国有重点企业之一，云南省重点支持的10户省属工业企业之一，也是省内第一个销售收入突破100亿元的云南省属工业企业，现已具备年产600万吨钢的综合生产能力，取得了令人瞩目的成就。昆钢本部位于昆明西南32公里处的安宁市境内，占地面积约为10平方公里。公司主要经营范围：资产经营、资产托管、实业投资及相关咨询服务；冶金、加工轧钢；黑色金属矿采选业、非金属矿采选业、焦炭和焦化附产品；机械制造、设备配件加工；耐火材料生产；建筑材料、工业气体、物资供应；冶金高新技术研发、技术服务、通讯电子工程、计算机硬件、软件、电器机械及器件；承包境外冶炼、钢结构工程和境内国际招标工程，上述境外工程所需设备材料的出口，对外派遣实施上述境外工程所需的劳务人员。公司成立许可证：53登记机关：云南省工商行政管理局注册资本：5463224900元人民币企业性质：国有独资（有限责任公司）1.1.2 昆钢基本经营情况昆钢2002年至2006年，累计产钢1592.47万吨、铁1602.14万吨、材1468.56万吨，累计实现工业增加值133.79亿元、销售收入531.71亿元、利税61.43亿元，截至2006年底昆钢资产总额已达259.15亿元。昆钢现已具备年产600万吨钢的综合生产能力，拥有高速线材、连轧棒材生产线、130m2烧结机、2000m3高炉和双机架紧凑式炉卷轧机等先进装备。主要产品有高速线材、螺纹钢、热轧板、冷轧板、镀锌彩涂板、铁合金和焦化产品等。昆钢钢材产品已通过ISO9002标准质量体系认证，曾荣获“全国产品实物质量和售后服务双十佳企业”、“全国50家用户满意企业”、“全国执行法定计量单位先进集体”和“全国质量效益型先进企业”等荣誉称号。近几年来，随着昆钢产能规模不断提升，生产工艺流程更加优化，产品结构进一步改善，在现代化、集约化、高效化的进程中实现了质的飞跃，较具竞争力的热轧带肋钢筋、冷轧板、镀锌彩涂板、中宽板、螺旋焊管、冷弯型钢等钢材产品不断销往省内外，并出口德国、日本、韩国、新加坡、越南、印尼、泰国、缅甸等国家，2006年出口创汇总额已突破6000万美元。1.2 编制依据（1）武钢集团昆明钢铁股份有限公司关于20万吨转底炉直接还原工程可行性研究报告编制委托书；（2）国务院2007年7月27日颁布的国家计委、经贸委七号令当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术指导目录（2007年修订）；（3）2005年12月2日中华人民共和国国家发展改革委员会第40号令产业结构调整指导目录（2005年本）；（4）科学技术部编制2006年科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南；（5）2005年国家发改委第35号令钢铁产业发展政策。1.3 项目概况1.3.1 项目名称：20万吨转底炉直接还原工程1.3.2 建设单位：武钢集团昆明钢铁股份有限公司1.3.3 项目建设地点：武钢集团昆明钢铁股份有限公司烧结第一作业区（原二烧车间）1.3.4 项目建设的必要性近年来我国钢铁工业迅猛发展，据国家发改委统计，2006年全国生铁产量40417万吨，同比增长19.78%；钢产量41878万吨，同比增长18.48%；钢材产量46685万吨，同比增长24.45%。粗钢产量占世界总产量的34%，已连续多年位居世界第一位。钢铁工业的快速发展，在推动国家和地方社会经济前进的同时，也随之带来一系列相关的负面问题。我国很多钢铁企业存在生产组织和管理粗放，环境污染严重以及资源消耗和浪费较大等问题。这一点突出表现没有实现资源的有效回收和综合利用。在资源回收与综合利用、循环经济方面，与国外发达国家的钢铁企业相比有很大差距。昆钢目前每年所产生的7.5万吨炼铁工序粉尘（含重力除尘灰、布袋除尘灰、旋风除尘灰、煤气灰），均用于烧结工序。这些粉尘在烧结工序使用过程中存在以下问题：1）环境污染严重；2）尘的粒度小，亲水性差，不易成球，对烧结混合料造球不利，影响烧结矿产品质量；目前，党中央和国务院提出了建设和谐社会的奋斗目标, 提出了可持续发展以及循环经济的理念，把资源的合理开发和综合有效利用摆到了相当重要的位置。因此，如何解决钢铁企业资源回收利用以及环境保护等相关问题，已引起社会各界和广大钢铁企业的高度重视。高炉冶炼的最基本过程是铁矿石的还原，它也是造成高炉冶炼费时长、能耗多及焦比难以继续下降的原因。用转底炉生产低成本的金属化球团，作为一种在高炉外实行了预还原的新型炉料取代传统的人造富矿，从而把高炉中的大部分还原过程从高炉冶炼中分离出来，将高炉冶炼简化为费时短、能耗少及焦比显著下降的终还原和熔铁过程。高炉由于使用了这种球团而在冶炼过程上引起重大变革，冶炼周期缩短、强度提高，同时高炉焦比下降、产量提高。同时也可以减少、甚至避免烧结、炼焦所带来的资源和环境问题。鉴于我国的资源状况和环境态势，转底炉高炉双联工艺的目的是开发一种显著减少环境污染、合理利用能源、提高生产率、降低生产成本的新的炼铁方法。我们可以利用转底炉生产成本低、原料适应性广的特点，将转底炉还原的金属化球团作为一种高炉原料，生产类似二步法熔融还原的预还原金属化球团，用金属化球团代替现有流程中的烧结矿、球团矿进行高炉冶炼。昆钢自2005年起，密切关注国外转底炉技术发展动态，与国内多家科研单位和相关企业合作，深入研究转底炉直接还原技术，做了大量基础性工作并计划建设年产20万吨转底炉直接还原生产线。1.3.5国家相关产业政策2005年，国家出台了钢铁产业发展政策，首先明确了产业发展的目标,就是在“使我国成为世界钢铁生产的大国和具有竞争力的强国”这个总目标的统筹下, 实现产品结构调整、组织结构调整、产业布局调整和发展循环经济。产业政策把可持续发展和循环经济的理念纳入到钢铁产业发展的目标之中。环保政策对钢铁产业也提出了更高要求，一是国家对产业环保要求更加严格，涉及的内容更加广泛，并把环境保护纳入到企业信用评价体系之中；二是对各种污染物的排放标准更高，总量控制更严，要求企业增产不增污，增产还需减污，从单纯的外排控制逐渐转移到总量及生产过程控制。另一方面，环境保护深入社会各个层面和各个阶层，人们的环境意识增强，对企业的环保工作提出了更高的要求。以下是近年来部分国家发改委和科技部关于鼓励非焦炼铁政策条文的摘抄：1）国务院2007年7月27日颁布的国家计委、经贸委七号令当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术指导目录（2000年修订）：十四、钢铁； 8、直接还原。2）2005年12月2日中华人民共和国国家发展改革委员会第40号令产业结构调整指导目录（2005年本）： 第一类：鼓励类 七、钢铁；6、15万吨/年及以上直接还原法炼铁。3）科学技术部编制2005年科技型中小企业技术创新基金若干重点项目指南中列出重点支持项目： 三：新材料； （四）、材料的先进制备、成型、加工技术及高性能产品； 1、冶金新材料的制造加工技术； （4）环境友好、节约能源的短流程生产工艺。4）2006年指南沿用2005年指南:各领域内的支持重点及相关要求与2005年度指南中的规定基本保持一致。同时，根据国家中长期科学与技术发展规划纲要提出的增强自主创新能力，建设创新型国家的奋斗目标，以及节约资源、建设环境友好型社会的总体战略部署，更加强调以企业为主体的产学研创新组织的发展，更加关注循环经济和资源综合化利用。5）2005年国家发改委第35号令钢铁产业发展政策第四章 产业技术政策，第14条指出：“支持企业跟踪、研究、开发和采用熔融还原等钢铁生产流程前沿技术.”1.3.6 项目建设内容概况本项目主要建设内容包括： 煤粉制备系统 原料库及烘干、配料系统 混匀、润磨系统 造球及筛分系统 生球烘干系统 转底炉还原系统 冷却系统 循环水系统 外围工业管道系统 总图运输1.3.7 设计指导思想及原则（1）采用创新、先进的工艺方法及流程，蓄热式转底炉技术，制定可靠的生产工艺流程；采用实用、成熟可靠、行之有效、便于管理和操作的工艺装备。最终体现 “投资省、见效快、质量高、效益好”的特点。 （2）确保工艺布置合理、 厂区布置紧凑，尽量节约用地和确保物流通畅，项目建设要具有时代感和先进性。在保证先进性的同时，注意从节省建设资金，努力实现资源和能源的最佳配置，力争把转底炉装置建设成为国内具有代表性的、效益最佳化的现代化工厂。（3）严格贯彻执行国家对冶金行业的产业政策及当地政府的有关法律与规定，全力推动新技术的应用。（4）最大限度地推行清洁化工厂的相关技术，对再生资源的综合利用进行技术开发和探索，综合防止环境污染，充分体现出文明生产的气息。（5）强化环境保护和资源综合利用，强化三废综合治理措施，做到能回收的不浪费，不能回收的经过处理后达标排放，真正建设成为现代化的循环经济型工厂。（6）在项目建设规模上，出于对资源、资金以及各设施工艺布置及能力配置等的综合考虑，拟采用一次规划到位、合理配置，分步加以实施的策略。根据实际情况，按照合理的建设程序，合理地安排各个子项目开工、完工及竣工时间，以便于把握项目建设的总体进度、合理分配建设资金。（6）主体设备立足于国内设计、制造，以有效节约宝贵的建设资金。对于转底炉的关键设备、主体设备将认真借鉴、消化、吸收国外先进技术。（7）合理配置劳动力资源，提高劳动生产率。1.3.8 项目投资及效益项目总投资23288万元，其中工程项目直接投资18788万元，铺底生产流动资金4500万元。通过经济分析，该项目装备水平高、投资省、环境和经济效益较好。产品平均单位生产成本1149.28元/t，其中除铁原料以外的加工成本579.57元/t。经济分析结果表明，项目经济可行。1.3.9主要技术经济指标项目的主要技术经济指标见表1-1。主要技术经济指标 表1-1序号指 标 名 称单 位指 标 值备 注1直接还原铁万吨/年202除尘灰万吨/年7.5铁精矿万吨/年19还原无烟煤万吨/年4.28干基有机粘结剂万吨/年0.124消石灰万吨/年0.4963装机容量kVA3000混合煤气消耗m3/h9438循环用水量t/h650补充水量t/h6250氮气m3/h200间断蒸汽t/h0.8间断压缩空气m3/h804工序能耗kg标煤/t376.2613.525占地面积m237400建筑占地面积m214400运入量万吨/年32运出量万吨/年22绿化面积m210100绿地率27%6职工定员人807项目总投资万元23288固定资产投资总额万元18788铺底生产流动资金万元45008平均单位生产成本万元1149.28其中除铁料外加工费用万元579.57544.962.项目技术基础2.1 转底炉直接还原技术的现状在现代工业高度发展的今天，钢铁工业是整个国民经济的基础工业之一，是衡量一个国家综合国力的重要指标。目前，钢铁工业规模在不断扩大，钢铁生产技术处于不断发展和完善之中，钢铁生产工艺流程也在不断向紧凑化、高效化及循环经济型、环境友好型的方向发展。为了解决焦煤短缺以及传统高炉炼铁工艺所存在的能耗高，环境污染严重等问题，世界上出现了多种新型非高炉炼铁法，其中最重要的方法之一便是直接还原炼铁法。 直接还原是指铁矿石或含铁氧化物在低于熔化温度之下还原成金属产品的过程。其所得的产品称为直接还原铁（DRI），或称海绵铁、金属化球团。DRI可以做为电炉炼钢的原料和转炉炼钢的冷却剂，代替废钢或生铁块等。以DRI为废钢冶炼优特钢种，对保证钢的品质，起着不可替代的作用。低金属化率的DRI也可直接入高炉冶炼，替代普通烧结矿或球团矿。在高炉配加低金属化率DRI能够减低焦炭消耗，提高高炉冶炼强度。1）直接还原生产工艺的发展 早在1770年，英国就出现了第一个直接还原法专利。之后出现过数百种直接还原方案，但真正实现工业化是从20世纪50年代开始的。1968年美国Midrex法获得成功，直接还原开始迅速发展，产量稳步上升。随着产量的增加，直接还原冶炼工艺也不断推陈出新。在众多的冶炼工艺中，按照主体能源的不同，我们可将其分为气基直接还原、煤基直接还原和电热直接还原三大类。其中，电热直接还原以电力为主要能源，因为要消耗大量的电力，目前多已停产。而另两类方法是直接还原铁生产的主要方法，现介绍如下： 2)气基直接还原 气基直接还原法是一种以气体（主要指天然气）做还原剂的直接还原工艺。其主要优点是：生产效率高、能耗低、操作容易，是直接还原铁生产最主要的方法，约占DRI总产量的85左右。该方法主要分布在天然气资源相对丰富的国家和地区。代表工艺有Midrex竖炉法、HYL反应灌法、流态化法等。 由于我国大部分地区天然气资源匮乏，因此气基直接还原工艺的技术不适合在我国大范围推广和发展。3）煤基直接还原 煤基直接还原法是指以固体（煤炭等）做还原剂的直接还原方法。该方法较气基法存在生产效率低、生产规模小、容易出现结圈结瘤的缺点，然而它主要用廉价的非焦煤为还原剂，有效的避免了气基法的不足，目前主要分布在天然气资源缺乏，但拥有优质的铁矿资源和丰富煤炭资源的地区，如南非、印度、新西兰等地。 我国天然气资源非常有限，但煤炭资源（尤其是非焦煤）却很丰富。因此，煤基法直接还原铁工艺是我国的首选工艺。目前在国内实施的工艺主要有：隧道窑工艺、回转窑工艺和倒焰窑工艺等。其中机械化、自动化程度较高的Fastmet法和冷固结球团回转窑法都是先进、可靠、经济的工艺。用转底炉生产直接还原铁是近几十年新开发的一种煤基炼铁方法。虽然其研究和生产尚处于实验和示范性生产阶段，工艺路线和技术难点也正在探索之中，但由于转底炉直接还原的工艺特点和设备优势，该工艺已经引起了冶金领域的普遍关注，成为当前煤基直接还原技术研发的热点之一。2.2 直接还原铁生产技术在我国的发展前景 直接还原铁主要用途是电炉炼钢原料。电炉炼钢与高炉转炉炼钢相比，流程短，固定资产投资小，铁矿石、焦炭、水资源等消耗少，占地面积小，可比能耗低，对环境污染小，工厂可接近资源产地及市场，启动及停炉灵活，符合可持续发展要求。2000年，美国短流程电炉钢产量达到5000万吨，占美国钢产量的比重从20世纪90年代初的37%上升到47%。2006年，电炉钢产量首次超过6000万吨，占美国钢产量的57%。我国是全球最大的产钢国，2006年全球粗钢产量12.395亿吨，其中中国产钢4.188万吨，占33.79%；2007年全球粗钢产量据国际钢铁协会统计，为13.4亿吨；我国粗钢产量据中国国家统计局统计，为4.892亿吨，占36.51%。但是由于受废钢资源和直接还原铁产量的限制，我国电炉钢所占粗钢产量的比例与世界水平差距甚大，见表2.1。 表2.1 20002005年世界主要产钢过电炉钢比例 （%） 国家年份世 界日 本美 国韩 国德 国印 度中 国200033.728.846.842.828.732.115.9200135.127.647.443.629.342.515.9200233.927.150.745.229.342.716.7200334.026.448.944.830.045.617.6200433.226.453.643.930.743.815.2200531.725.655.044.130.744.911.7全球炼钢用废钢消耗水平平均为吨钢400500kg，我国吨钢消耗废钢量自2000年以来，逐年降低（见表2），至2006年仅为160kg/t。2007年，我国社会废钢产生量为4200万吨，钢铁企业自产废钢约3000万吨，加上铸造、设备制造、小五金行业和小钢厂的用料，废钢缺口约1000万吨。18月份总共只进口了废钢202万吨，而且8月份进口普通废钢价格已达到491美元/吨。我国废钢应用及资源情况见表2.2、表2.3。表2.2 20002006年废钢应用统计表年份粗钢生铁矿石废钢总量炼钢消耗废钢单耗万吨万吨万吨万吨万吨kg/t200012850131012225635972920227200115163155542170142103440226200218225170792326244133920215200322241213782627254754820217200427471256743113158585430191200535579344734204969856330178200642102413645881783496720160表2.3 20002006年废钢资源统计表 单位：万吨年份自产废钢社会采购进口废钢进口海绵铁200012991788510-20011334189797970200213442284785130200315303216945168200417003300102315620052220367510147520062750380053831直接还原铁产量是炼钢特别是电炉炼钢的重要原料。2007年全世界直接还原铁产量估计为6340万t，约为粗钢产量的4.7%；我国的直接还原铁产量估计50万吨/年，只为粗钢产量的0.1%。如果按全世界平均的4.7%计算，我国直接还原铁需求在2000万吨以上。我国虽然是世界第一产钢大国，但却还不是钢铁强国，钢铁产品在国际市场上竞争力不强，在钢材品种和质量方面，还不能适应国民经济的发展要求，2007年18月我国进口钢材1155万吨，主要是高品质钢种的钢材产品。直接还原铁较之废钢化学成分稳定，有害元素少，因而是生产高品质钢不可缺少的重要原料。随着我国国民经济的持续快速发展，高品质钢的需求量必将逐年增加，加快发展我国直接还原铁技术及产业规模，提供电炉炼钢优质铁料，并补充我国废钢的不足，将是势所必然。 2.3 直接还原转底炉技术2.3.1 关键技术基本情况集团公司组织多名国内燃烧、冶金、工业炉、机械设计、自动控制、热工材料等领域的技术专家，跟踪国际国内直接还原技术发展前沿，对铁矿石直接还原反应的原理和化学动力学机理、直接还原转底炉蓄热式烧嘴设计、转底炉设计、转底炉无氧化加热计算及气流流体动力学计算等诸多领域开展理论及实验研究，取得了一系列突破性进展。并已取得了成功业绩，率先实现了“采用蓄热式烧嘴燃烧技术的铁矿石煤基直接还原转底炉”技术路线。2.3.2知识产权情况集团公司拥有蓄热式高温空气燃烧技术的自主知识产权，在气泡雾化燃烧器、蓄热式烧嘴、换向装置、电子点火器等关键技术上拥有17项国家实用新型专利；集团公司转底炉直接还原技术已获国家发明专利。2.3.3工艺技术特点及优势2.3.3.1工艺技术特点 “采用蓄热式烧嘴燃烧技术的铁矿石煤基直接还原转底炉”技术路线的主要特点：采用煤基还原工艺，还原炉采用转底炉，燃料采用低热值煤气，这条工艺路线切合我国国情，而且有重大创新。采用蓄热式烧嘴燃烧技术，使得烧低热值煤气也能达到1400以上高炉温的还原工艺要求，并能控制好炉内的还原气氛，打破了目前国外直接还原转底炉必须使用天然气等高热值燃料的常规。采用此项技术，可使转底炉直接还原工艺的在国内条件下工业化生产带来积极推动作用。该工艺的主要特点是：.还原焙烧的物料是含碳球团矿，矿粉和煤粉之间紧密接触，给快速还原提供了良好条件；.还原焙烧工艺是薄料层在高温敞焰中加热，实现快速还原。炉料在炉内还原时间短；.球团矿在转底炉里焙烧过程中不受压，炉料与炉衬之间无相对运动，因此对球团矿的强度要求不高，不会产生料团附壁“结圈”现象；2.3.3.2技术优势直接还原法生产，有气基还原法和煤基还原法两种方法。气基还原法的还原剂采用天然气，缺少天然气资源的地区难于推广。煤基还原法采用煤或焦炭作为还原剂，还原剂取材方便。我国天然气资源不多，而煤炭资源丰富，因此煤基还原法适合在我国推广应用。还原炉内炉料加热升温和还原反应要吸收大量热量，直接还原生产能源消耗较高。 蓄热式烧嘴燃烧技术，利用从炉子排出的废气预热助燃空气，在炉温1350的条件下，空气预热温度可高达1100，从蓄热式烧嘴排出的废气温度可降到200以下，实现了废气余热的极限回收，因此采用蓄热式烧嘴燃烧技术是最有效的节能措施。此外，蓄热式烧嘴燃烧技术还解决了高温炉使用低热值燃料的技术可行性问题。混合煤气（热值6000KJ/m3）用冷空气助燃，理论燃烧温度只有1700左右,实际炉温只能达到1190,远达不到直接还原工艺炉温1350的要求。即使采用金属换热器将空气预热到500,理论燃烧温度达到1850，实际炉温也只有1295,仍然达不到1350的要求。金属换热器由于受材料工作温度的限制，空气预热温度难比500再高。而采用蓄热式燃烧技术，热交换器是陶瓷材料，其允许的工作温度比金属材料高得多，因此可将助燃空气预热到1000以上, 混合煤气的理论燃烧温度可达2050以上，实际炉温可达1435以上,则满足工艺需要有余。因此采用蓄热式烧嘴燃烧技术可使烧低热值煤气如何达到工艺要求炉温的问题迎刃而解。在直接还原转底炉中采用蓄热式烧嘴燃烧技术，既可以减少煤气消耗，又能解决低热值煤气的燃烧温度问题，具有双重意义，是最佳可选方案。直接还原转底炉中补充燃料采用低热值煤气，突破了国外同类炉子采用高热值煤气（天然气）的常规。蓄热式燃烧技术为使用低热值煤气开辟的前景意义十分重大，完全符合我国的资源战略，经济效益也非常显著。2.3. 4 对行业技术进步的重要意义和作用传统的高炉炼铁工艺受到焦炭资源枯竭和环境污染严重的双重制约，正面临越来越大的压力，大力发展基于直接还原生产为基础的钢铁工业短流程成为必然的技术选择。我国天然气资源不多，而煤炭资源却较丰富，采用煤基直接还原法较适合在我国应用。我国直接还原生产的开发研究，与世界上主要以气基法为主的情况不同，由于受资源条件的限制，煤基直接还原在一定时期内仍将是我国直接还原生产的主要方法。到目前为止，虽然建成了一批煤基直接还原厂，但生产能力、装备水平、能耗水平及环境保护等方面远不能满足钢铁工业发展的需要。我国生产能力大于6.0万吨/年的煤基直接还原生产厂仅仅有4个，总生产能力约80万吨/年。1992年，中国直接还原生产实现了零的突破，第一台直接还原回转窑于1994年在辽宁喀左县建成投产。此后，天津钢管公司（设计产量30.0万吨/年）、鲁中冶金矿山公司（设计产量5.0万吨/年）、密云冶金矿山公司威克还原材料厂（设计产量6.2万吨/年）回转窑直接还原装置先后投入生产。2002年中国直接还原铁产量为35万t，2003年约为42万t，2004年产量约55万吨，远不能满足国内市场的需要。2003年中国进口DRT/HBI 约168万吨，2004年进口138万吨，年缺口超过300万吨。对于世界第一产钢大国的我国直接还原的产量占总的钢产量的比例与世界平均的比例相差甚大，不能满足我国钢铁生产发展的需要。因此，充分发挥国内丰富的非焦煤资源优势，充分发挥转底炉原料适应性强，资源综合利用效果好的特点，加快国内产业化步伐是十分必要的，是我国钢铁工业持续发展，实现循环经济，保护环境的重要措施之一。此项重大关键技术的研发并在我国钢铁行业的实现产业化，必将带来良好的经济效益、环保效益和资源综合利用效益，具有广阔的应用前景。3转底炉直接还原工艺3.1 生产规模年产金属化率85的金属化球团20万吨，小时产量26吨。3.2 原料和产品3.2.1 原料本项目的原料为昆钢炼铁工序粉尘以及大红山精矿，还原剂采用无烟煤，加粘结剂造块。1).年处理7.5万吨炼铁工序粉尘（含重力除尘灰、布袋除尘灰、旋风除尘灰、煤气灰）表3.1 除尘灰化学成分 %类 别TFeSiO2CaOMgOAl2O3MnOS除尘灰平 均35.6413.148.030.673.720.290.404最大值37.7015.298.440.924.750.370.471最小值32.9811.117.420.492.680.180.375续表3.1类 别PTiO2PbZnC烧损水分除尘灰平 均0.1150.300.2570.6815.8129.1810.83最大值0.1740.420.4190.8321.2235.2914.40最小值0.760.200.1200.5012.3718.654.60表3.2 除尘灰粒度组成 %类 别31mm10.5mm0.5mm<0.074mm布袋除尘灰0.11.398.663.0旋风除尘灰00.499.668.02).余量由昆钢自产的大红山精矿补充(经计算，年需要量为19万吨)表3.3 铁精矿化学成分 %矿 种TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3MnOS大红山62.9824.876.860.430.811.360.040.024续表3.3矿 种PTiO2PbZnK2ONa2O烧损水分大红山0.0330.580.0040.0090.0560.261.545.8表3.4 铁精矿粒度组成 %矿 种13mm10.7mm0.70.15mm0.150.1mm0.10.074mm<0.074mm<0.15mm大红山0003.252.2594.51003)昆钢目前可用的无烟煤和瘦煤表3.5 昆钢用无烟煤成分 %煤 种Aad SVadFcadMad无烟煤11.610.586.8680.630.81瘦 煤10.210.6113.4276.070.41选用无烟煤作计算。3.2.2 产品 年产20万吨金属化率85的金属化球团根据昆钢提供的原料条件，拟按照原料的不同性质生产两种不同的金属化球团。金属化球团产品的预计成分见表3.6，3.7。表3.6 除尘灰生产金属化球团参考成分 TFeMFeFeOCSiO2Al2O3SPTiO253.4245.4010.302.4019.695.580.120.170.45CaOMgOPbZnK2ONa2OMnO14.351.000.010.0020.0150.060.43表3.7 铁精矿生产金属化球团参考成分 TFeMFeFeOCSiO2Al2O3SPTiO277.6566.0114.980.1710.652.500.050.040.72CaOMgOPbZnK2ONa2OMnO3.441.210.0050.0010.0350.0160.0493.2.3 原材料消耗量原材料消耗量见表3.8。选用无烟煤作为还原剂。3.2.2 产品年产20万吨金属化率85的金属化球团。根据昆钢提供的原料条件，拟按照原料的不同性质生产两种不同的金属化球团。金属化球团产品的预计成分见表3.6，3.7。表3.6 除尘灰生产金属化球团参考成分 TFeMFeFeOCSiO2Al2O3SPTiO253.1245.1510.242.3919.585.540.600.170.45CaOMgOPbZnK2ONa2OMnO14.261.000.010.000.030.130.43表3.7 铁精矿生产金属化球团参考成分 TFeMFeFeOCSiO2Al2O3SPTiO277.3965.7814.930.1710.622.490.190.040.71CaOMgOPbZnK2ONa2OMnO3.421.200.000.070.320.053.2.3 原材料消耗量原材料消耗量见下表3.8。表3.8 原材料消耗量表名称年原材料消耗量（万吨）小时原材料消耗量（吨）除尘灰7.59.47精矿1923.99还原煤4.285.41有机粘结剂0.1240.156消石灰0.4960.624合计31.439.65 3.3 生产工艺流程工艺流程概述为：炼铁工序粉尘、大红山精矿和原煤的堆存，配料混合，原料烘干，原料润磨，压块及筛分，料块烘干，干料块筛分，料块装入转底炉，转底炉内还原，还原产品从炉内输出。工艺流程图如下： 图1 金属化球团生产工艺流程图3.4 占地面积 3.74Ha，详见平面布置图。3.5 原料准备本工程处理铁精矿、部分高炉炉尘及还原用煤、有机粘结剂和少量的消石灰，合计5种物料。简述如下。小时DRI产量26吨，需铁精矿最大量35.71吨/h或高炉灰29.51吨/h，煤粉根据铁料不同配加量为0.841.93吨/h，白灰配加量0.4吨/h, 有机粘结剂0.1吨。3.5.1铁精矿和高炉炉尘设置原料料场一个，储量为10天左右。最大堆存量精矿9000吨，高炉炉尘7000吨，占地面积约3200m2。铁精矿和高炉除尘灰采用同一条生产线不同时生产的方式处理。铁精矿或高炉除尘灰由铲车装入料斗。高炉尘必须烘干，才能满足工艺要求，为此，设置烘干机1台，逆流式工艺。经过烘干，使含水量控制在46%。根据计算，选用2.2×18烘干机一台，装机容量30kw，设备总重34.15t。高炉除尘灰烘干小时耗热量（350烟气） 4.15×106kcal/h,相当于350烟气3.3万Nm3/h。高炉灰由皮带运输机经进料溜槽送入转筒干燥机，同时高温烟气或燃烧炉产生的高温热气流由尾部进入，物料在转筒干燥机内不断由上而下地翻落与热废气进行热交换，脱去一定量的水份。混合料由尾部排到皮带运输机运至造球室；带水蒸汽的烟气由头部烟囱直排空中高炉除尘灰（包括后面的生球）烘干所需的高温气体拟以转底炉排出的烟气为主，通过配气站统一调配后供各用气点使用。粗略计算表明，转底炉烟气流量及所含热量能够满足要求。3.5.2 消石灰消石灰采用专用密封罐车运输，送到配料室边，气力输送到矿槽内。3.5.3有机粘结剂粘结剂采用有机粘结剂，需设置有机粘结剂专用罐一座。3.5.4煤场还原用煤配备1个料场，储量可满足10天生产需要，用铲车装入料斗，通过大倾角皮带机送去细磨。储存量500吨，占地面积约300m2。煤粉破碎设置中速磨一台，制粉过程中采用热风烘干，将煤粉磨细至-200目以下占80%左右。煤粉直接送入配料仓中备用。中速磨规格为HGM80，工作直径800mm，生产能力 4t/h，主机及风机装机容量合计100kw，主机及风机设备重量合计7吨。3.5.5 配料、混料和压球加工好的铁精矿、高炉炉尘、煤粉和消石灰均储存在相应的配料仓内，每种物料各设置料仓一个（储存量满足8个小时以上生产所需），料仓的有效容积分别为200m3，100m3，储存时间分别为8小时、8小时、40小时、200小时。各种原料下料口均采用变频调速设备控制排料量，按照所需的比例定量排出，实现自动配料。其中铁精矿、高炉炉尘、煤粉采用电子皮带秤，消石灰采用螺旋秤，将物料按要求的比例配加到皮带上，然后进入搅拌机，和有机粘结剂一起进行充分均匀的混合，混合后的混合料进入润磨机润磨。润磨机规格3.2×5.4，生产能力50t/h，主装机容量630kw，设备总重132吨。润磨后的混合料由压球皮带机送至高压压球机压制成球团。球团为核桃型，三维尺寸为：40×24×18mm3。压球设备采用对辊式高压压球机。压球机规格GY1000-500，350kw，单台设备重量65t，共两台,压球机自带预压设备。压球机上方设置混合料矿槽，通过振动给料机向压球机均匀连续喂料。出压球机的料块中含有一定的粉末和碎球，通过辊筛进行筛分。粉末和碎块经破碎后返回压球机上方设置的混合料矿槽再进行压球。滚筛规格：102×29×1200陶瓷圆辊筛。3.5.6生球的干燥生球含有一定的水分，且强度较差，不能满足转底炉的要求，需进行烘干处理。烘干设备为链箅式烘干机（两条）。烘干后，生球含水量及强度均能满足转底炉内还原过程的要求。链箅机的烘干温度需低于配煤的热解温度，一般不超过350。链篦机规格2.4×20，由于粒度大，利用系数选用20/（2·）。链篦机供风制度采用两室三段式，即一段鼓风干燥、一段抽风干燥，一段预热。鼓风干燥段和抽风干燥段采用低温热废气，风温<150），抽风干燥的风来自预热段的回收热废气；前6个风箱共12m为干燥段，后4个风箱共8m为预热段，预热段热源采用高温热废气（<350）；风流系统合理、可靠，对原料适应性强，热利用率高。风速选用1.5m/s，料层厚度为100mm，正常运行机速为0.8m/min，每段干燥时间为7.5分钟、预热10分钟，物料在链篦机上的停留时间为25分钟。烘干后的球团再进行二次筛分，滚筛规格：102×29×1200陶瓷圆辊筛，筛下的粉末和碎块储入中转料仓，定时用汽车运到润磨机前的混合料矿槽，与从搅拌后的混合料混合后经润磨机润磨使用。烘干后的合格球团送转底炉。3.4 占地面积 3.74Ha，详见平面布置图。3.5 原料准备本工程处理铁精矿、部分高炉炉尘及还原用煤、有机粘结剂和少量的消石灰，合计5种物料。简述如下。小时DRI产量26吨，需铁精矿最大量35.71吨/h或高炉灰29.51吨/h，煤粉根据铁料不同配加量为0.841.93吨/h，白灰配加量0.4吨/h, 有机粘结剂0.1吨。3.5.1铁精矿和高炉炉尘设置原料料场一个，储量为10天左右。最大堆存量精矿9000吨，高炉炉尘7000吨，占地面积约3200m2。铁精矿和高炉除尘灰采用同一条生产线不同时生产的方式处理。铁精矿或高炉除尘灰由铲车装入料斗。高炉尘必须烘干，才能满足工艺要求，为此，设置烘干机1台，逆流式工艺。经过烘干，使含水量控制在46%。根据计算，选用2.2×18烘干机一台，装机容量30kw，设备总重34.15t。高炉除尘灰烘干小时耗热量（350烟气） 4.15×106kcal/h,相当于350烟气3.3万Nm3/h。高炉灰由皮带运输机经进料溜槽送入转筒干燥机，同时高温烟气或燃烧炉产生的高温热气流由尾部进入，物料在转筒干燥机内不断由上而下地翻落与热废气进行热交换，脱去一定量的水份。混合料由尾部排到皮带运输机运至造球室；带水蒸汽的烟气由头部烟囱直排空中高炉除尘灰（包括后面的生球）烘干所需的高温气体拟以转底炉排出的烟气为主，通过配气站统一调配后供各用气点使用。粗略计算表明，转底炉烟气流量及所含热量能够满足要求。3.5.2 消石灰消石灰采用专用密封罐车运输，送到配料室边，气力输送到矿槽内。3.5.3有机粘结剂粘结剂采用中南大学开发的复合有机粘结剂，需设置有机粘结剂专用罐一座。3.5.4煤场还原用煤配备1个料场，储量可满足10天生产需要，用铲车装入料斗，通过大倾角皮带机送去细磨。储存量500吨，占地面积约300m2。煤粉破碎设置中速磨一台，制粉过程中采用热风烘干，将煤粉磨细至-200目以下占80%左右。煤粉直接送入配料仓中备用。中速磨规格为HGM80，工作直径800mm，生产能力 4t/h，主机及风机装机容量合计100kw，主机及风机设备重量合计7吨。3.5.5 配料、混料和压球加工好的铁精矿、高炉炉尘、煤粉和消石灰均储存在相应的配料仓内，每种物料各设置料仓一个（储存量满足8个小时以上生产所需），料仓的有效容积分别为200m3，100m3，储存时间分别为8小时、8小时、40小时、200小时。各种原料下料口均采用变频调速设备控制排料量，