钢铁冶金概论

1钢铁冶金概论-------非高炉炼铁主讲:冶金工程系陈韧2主要内容一、概述二、非高炉炼铁的特点三、非高炉炼铁分类四、直接还原法五、熔融还原法六、非高炉炼铁技术经济指标3一、概述1.概念非高炉炼铁法是高炉法之外，不用焦炭炼铁的各种工艺方法的统称。2.发展史1770年第一个直接还原法专利诞生→1857年提出完整的近代直接还原（Chenot）构思→1873建成第一座非高炉装置→上世纪20年代电炉（矿热炉）炼铁→70年代具备一定规模→近期又重新成为研究热点4二、非高炉炼铁的特点1.不使用焦炭，焦煤仅占煤总储量5%，且现行技术只能开采30-40%，高炉法面临缺乏焦煤的困境；2.反应温度与还原程度关系与高炉法明显不同；3.非高炉法钢铁厂投资少、周期短、灵活性强、适应性强；4.目前规模较小、方法多、未形成强势流程，处于完善研究及发展中。5非高炉与高炉工艺温度与还原度关系比较高炉流程：矿石A在高炉内升温、还原、熔化为铁水B→[C]已达到饱和→在炼钢过程脱C→再去除多余氧成为成品钢液；非高炉流程：矿石被升温、还原为海绵铁→在电炉中熔化还原未还原部分→得到成品钢液6钢铁生产过程产品中氧量、碳量的变化传统方法生产工艺中冶金反应重复，高炉炼铁过程将铁、氧分离的同时还会使C、Si、Mn等元素进入铁水，必须精炼，精炼后再次脱氧，因此，工艺复杂，造成能源与原材料的消耗；非高炉方法具备了一步法的特征，减少了因高温冶炼对设备和耐火材料等方面的一系列困难。7三、非高炉炼铁分类1.按还原装置分类：固定床法回转窑法竖炉法流化床法2.按还原剂分类：固体还原剂气体还原剂3.按生产方式分类：预还原法直接炼钢法熔融还原法原子能炼铁法8四、直接还原法1.概念：以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源，在铁矿石（或铁团块）呈固态的软化温度以下进行还原获得金属铁的方法。由于还原温度低，产品呈多孔低密度海绵状结构，含碳低、未排除脉石杂质的金属铁产品，称直接还原铁（DRI），或称海绵铁。92.使用固体还原剂举例(SL-RN法)工艺过程:次烟煤+粗选铁砂→多层炉内不完全燃烧800℃→煤干馏铁砂预还原→从回转窑尾加入→加热950-1000℃→铁砂被还原至金属化率90%→料人水冷筒冷却至120℃→磁选机分选→海绵铁送炼钢车间103.使用气体还原剂举例(Midrex法)工艺过程:天然气+净化炉顶气(300-400℃)→混合室→重整炉(Ni催化剂)→900-950℃反应:CH4+H2O=CO+3H2CH4+CO2=2CO+2H2还原气→竖炉(炉料炉顶加入)→停留6h→冷却带N2冷却至100℃→炉料排出11五、熔融还原法1.概念：以非焦煤为能源，在高温熔融状态下进行铁氧化物还原，渣铁能完全分离，得到类似高炉的含碳铁水，其目的在于不使用焦炭。122.一步法-Dored法工艺介绍一步法：是在一个反应器中完成矿石还原熔炼的全过程；优缺点：工艺流程短，设备简单，实际应用中存在能耗高及高FeO渣严重侵蚀炉衬的难题，至今尚未得到解决。133.二步法-KR法(COREX法)工艺介绍二步法：将熔融还原过程分为固相预还原及熔态终还原并分别在两个反应器中完成；优点：改善了能量利用，降低了渣中FeO浓度。14六、非高炉炼铁技术经济指标1.单位容积利用系数：每立方米反应器有效容积每天的产品量，即η=Q/Vu，t/（m3.d）2.单位容积出铁率：每立方米反应器每天生产产品中金属铁量，即ηFe=η.ηm，tFe/（m3.d）ηm-金属化率，%153.煤气利用率：参与还原反应的气体与还原反应生成气体之比，即ηg=（CO2+H2O）/（CO+H2+CO2+H2O），%4.产品金属化率：所得产品中金属铁量与含全铁量之比，表示产品被还原到金属铁的程度，即ηM=Fe0/TFe，%5.产品还原度：表示在还原过程中总失氧率，即R=（失去氧量）/（矿石中铁氧化物总氧量）