我国煤基隧道窑直接还原铁生产现状及发展

我国煤基隧道窑直接还原铁生产现状及发展

梁文阁

Present Status and Development of Coal Based Tunnel Kiln Direct Reduced Iron Production in

China

Liang Wenge

(Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081) 1997年世界直接还原铁产量达到3 620万t；预计2 000年达5 000万t，2010年可达7 000万t。

世界上直接还原法按使用还原剂种类可分为气基直接还原法(生产能力占92%)和煤基直接还原法(生产能力占8%)。

煤基直接还原法按还原装置类型分为回转窑、固定床(隧道窑)、旋转床、竖炉。

国外隧道窑生产直接还原铁情况见表1。

表1 国外隧道窑直接还原铁的生产

Table 1 Production of overseas tunnel kiln direct reduced iron

国别和地名 米尔顿 (加拿大) 蒙德雷 (墨西哥) 建立 直接还原铁 隧道窑规模和生产能力 年代 用途 粉末冶金及 1950 1座隧道窑年产9 000 t 代替废钢 1952 1座隧道窑年产1万t 冶炼普通 沸腾钢 卡姆配斯脱拉 1952 2座隧道窑年总产5万t 生产特殊钢 (巴西) 俄亥俄州 (美国) 1954 1座隧道窑年产8 000 t 粉末冶金 川崎钢公司 1966 2座隧道窑年总产2万t 粉末冶金 (日本) 同和铁粉公司 1965 2座隧道窑年总产2万t 粉末冶金 (日本) 日本铁粉公司 1965 1座隧道窑年产1万t 粉末冶金 (日本) 苏林粉末冶金厂 1965 1座隧道窑年产1万t 粉末冶金 (原苏联)

我国在50年代末和60年代初粉末冶金工业普遍采用倒焰窑和反射炉等小批量地生产直接还原铁，用于生产还原铁粉。1965年上海粉末冶金厂建立我国第1座38.5 m隧道窑开始成批量地生产直接还原铁。70年代最长的隧道窑为68 m。80年代武钢粉末冶金公司建成1座105 m隧道窑，90年代武钢粉末冶金公司又建成1座154 m隧道窑。1997年马钢铁合金厂建成1座166 m隧道窑，到目前为止国内建有约40座小型隧道窑。1994年全国生产直接还原铁约5万t用于生产还原铁粉。

我国煤基回转窑直接还原法于1989年在福州特钢厂40 m回转窑工业试验成功后，先后在辽宁喀左、天津钢管公司、山东鲁中矿公司、吉林桦甸、北京密云铁矿建设6座回转窑，总生产能力为46.2万t。回转窑法工艺成熟、机械化自动化水平高，产品质量好，能耗低，但是由于投资大，在经济不发达地区其发展受到一定限制。

由于国内市场对钢铁产品的品种和质量要求不断提高，导致电炉炼钢对业已紧俏的优质废钢的迫切需要。直接还原铁是优质废钢的理想代用品，为此促进了煤基回转窑的建设，同时也带动了隧道窑的发展。 1993年山东莱芜粉末冶金厂首先在2座54 m隧道窑试生产炼钢用直接还原铁供莱钢特钢电炉炼钢用，该厂于1995年又建1座66 m隧道窑用于生产炼钢用直接还原铁。

1 我国隧道窑法直接还原铁生产现状

1.1 我国隧道窑建设概况和特点

我国隧道窑法直接还原铁厂从1993年至1997年全国建成12家(厂或公司)，共建有隧道窑17座，设计年生产能力为17.4万t。其中有8家共10座隧道窑进行正常生产，有2家2座隧道窑经试生产后因销路等问题已停产，尚有5座隧道窑建成后未投产(见表2)。

表2 我国隧道窑直接还原铁厂

Table 2 Manufacturers of tunnel kiln direct reduced iron in China

实际生隧道窑设计工艺参数 建产能 窑 长度宽度高度座力/万/m /m /m 数 .-1ta 0.3 0.6 0.5 1.0 54 66 55 75 1.6 1.6 1.2 1.2 2 1 生 产 (试生投产日产) 期 座 数 2 1 1 1 1993 1995.4 1993 1995 序号 厂 名 备注 1 2 山东莱芜粉末冶金厂 湖北罗田海绵铁厂 已停 1.65 1.506 1 1.65 1.506 1 3 抚顺钢厂建安公司海绵铁厂 4 5 6 7 8 9 10 安徽霍邱海绵铁厂 新牟钢铁公司临城海绵铁厂 邢台益新海绵铁制造公司 邯郸马头海绵铁厂 哈市东方海绵铁有限公司 阜新海绵铁厂 沙河市巨火企业集团 河南桐柏还原铁有限公司 1.0 1.2 1.2 1.2 2.5 1.0 1.0 1.0 1.0 80 1.65 1.506 1 1 1 1 1 1 1 1 1995.10 已停 99.98 2.088 1.30 2 99.98 2.088 1.30 2 104 2.088 1.612 2 40 4.00 1 1995.11 1995.12 1996.12 1997.1 1997.2 1997 101.2 2.00 1.31 1 100 2.00 1.31 1 11 通化还原铁厂 12

100 2.00 1.31 1 75 1.65 1.506 1 在表2中，除哈尔滨东方海绵铁有限公司40 m隧道窑(斜坡炉)用粉煤喷嘴加热外其他隧道窑均用烟煤块加热。 1.2 高品位铁精粉的来源及选矿方法

目前国内尚未有专门供生产直接还原铁用的高品位铁精粉生产厂家。为解决生产高品位铁精粉各厂家采用以下办法。 1.2.1 直接还原铁厂自设选矿系统

安徽霍邱、湖北罗田、河南桐柏还原铁厂均使用大别山铁砂(TFe61%～62%)经湿式(一段)再磨再选生产高品位铁精粉。 1.2.2 直接还原铁厂自设干式磁选机 邢台益新、邯郸马头厂均使用邯郸地区小型磁选厂铁精粉(TFe64%～65%)经自设干式磁选机选出高品位铁精粉。 1.2.3 直接还原铁厂自设干式磁选再磨系统

莱芜粉末冶金厂由莱钢供应铁鳞，阜新海绵铁厂外购铁鳞，经水洗、干燥、磁选，除去铁鳞夹带的杂质后再球磨，将粒度＜3 mm料磨至20～100目之间以满足生产需要。

1.2.4 直接还原铁厂直接外购高品位铁精粉

新牟临城、抚钢建安、东方、通化因厂内未设选矿系统只能外购高品位铁精粉(TFe67%～68%)，各厂高品位铁精粉化学成分见表3。 表3 各厂高品位铁精粉化学成分/%

Table 3 Chemical compositions of high quality iron powder at

various plants/%

厂 名 原矿选矿工来源 艺 TFe FeO SiO2 Al2O3 CaO MgO S P 大别湿式再安徽霍邱海山 磨 68.84 绵铁厂 (一段)铁砂 磁选 1.39 0.54 0.19 0.11 0.002 0.02 湿式再大别湖北罗田海磨 山 ～70 绵铁厂 (一段)铁砂 磁选 邢台益新海邯郸 干式磁绵铁制造公铁精≥68 选机 司 粉 邯郸 邯郸马头海干式磁铁精≥68 绵铁厂 选机 粉 山东莱芜粉莱钢 干式磁≥72 ≤28 末冶金厂 铁鳞 选再磨 阜新海绵铁干式磁铁鳞 72 厂 选再磨 新牟钢铁公邯郸 司临城海绵铁精铁厂 粉 本溪 抚钢建安公铁精司海绵铁厂 粉 哈市东方海辽宁 绵铁有限公铁精司 粉 二户通化海绵铁来 厂 铁精粉

1.3 还原剂的种类及质量

大多数厂使用本地无烟煤做还原剂，少数厂使用本地钢铁厂焦粉做还原剂，仅有东方海绵铁有限公司使用褐煤做还原剂。各种还原剂工业分析见表4。

表4 各厂还原剂工业分析

≤0.005 ≤0.05 ＜0.05 ＜0.05 69.33 29.25 2.08 0.10 0.67 0.69 67～68 67～68 2.52 0.006 0.027 67.72 28.32 5.87 0.15 0.08 0.13 0.006 0.015 Table 4 Commercial analysis of reducing agent at various plants

厂 名 山东莱芜粉末冶金厂 阜新海绵铁厂 通化海绵铁厂 抚钢建安公司海绵铁厂 邯郸马头海绵铁厂 新牟钢铁公司临城海绵铁厂 哈市东方海绵铁有限公司

由表可知，虽然还原剂工业分析基本上可达到要求，但比国外使用的还原剂(焦粉)质量上有差距，一般固定碳含量低，灰分含量高。 1.4 隧道窑加热燃料种类及发热值

除哈市东方海绵铁有限公司使用粉煤喷嘴加热隧道窑外，其他厂均使用燃烧室烧烟煤(块)加热隧道窑。燃烧煤工业分析见表5。由表可知，多数厂使用本地小煤窑较低发热值烟煤。

表5 各厂燃烧煤工业分析

Table 5 Commercial analysis of coal for burning at various plants

厂 名 山东莱芜粉末冶金厂 邯郸马头海绵铁厂 新牟钢铁公司临城海绵铁厂 邢台益新海绵铁制造公司 安徽霍邱海绵铁厂 哈市东方海绵铁有限公司

根据阜新海绵铁厂经验：使用发热值不高的烟煤，采用二次鼓风技

燃烧煤种类 烟煤 烟煤 烟煤 烟煤 烟煤 褐煤 工业分析/% 固定碳 45 挥发灰 分 硫 份 ≤30 ≤25 51.17 31.47 17.36 0.31 59.40 27.00 13.00 51.22 42.90 5.88 0.25 发热值/kJ.kg-1 23 000 27 182 23 000 ＞20 910 29 273 21 520 还原剂种类 焦 粉 焦 粉 焦 粉 工业分析/% 固定碳 78 挥发灰 分 硫 份 ≤3 ≤18 ≤1.0 76.60 0.98 22.42 0.51 24 468 29 917 25 376 发热值/kJ.kg-1 25 936 无烟煤 61.00 25.60 11.51 0.20 无烟煤 74.42 4.62 20.66 0.36 无烟煤 67.00 褐 煤 51.22 42.90 5.88 0.25 21 520

术的效果也不是很好的。

1.5 各厂隧道窑生产直接还原铁的质量 各厂生产直接还原铁的质量见表6。

表6 各厂直接还原铁化学成分/%

Table 6 Chemical compositions of direct reduced iron produced

at various plants/% 厂 TFe 名 山东莱芜粉末 冶金厂 阜新海绵铁厂 MFe η FeO SiO2 Al2O3 S P 产品形状 97 95 97.90 ＜3.0 ＜0.05 ＜0.05 环状 97 95 97.90 ＜0.05 ＜0.05 环状 邢台益新海绵89～92 铁 制造公司 新牟钢铁公司 临 ＞90 0.004 0.0 022 环状 91.08 83.00 91.11 3.99 0.034 0.025 环状、棒状 城海绵铁厂 邯郸马头90.90～88～92 80～85 海92 绵铁厂 哈市东方海93～绵90～91 84～87 95.60 铁 有限公司 抚钢建安公89.42～88.09～90.50～司 92.6 91.3 98.6 海绵铁厂

一般均可生产出合格产品，但是，大多数厂因隧道窑断面上下部温差大(约100 ℃)，造成同一台车上下部产品质量不一致，成分不均匀。 1.6 隧道窑主要经济技术指标

由于多数厂尚未发表有关数据，故无法全面统计比较。现仅将莱芜、阜新、邯郸马头、哈市东方4厂隧道窑主要经济技术指标列于表7［1～2］。

表7 国内外隧道窑直接还原工艺主要经济技术指标比较

3～5 环状、0.010～0.015～ 棒状、0.03 0.03 球团 4.60 0.89 ＜0.02 ＜0.02 球团 4.96～ 5.64 0.0045～0.014～环 状 0.005 0.02 Table 7 Comparison of main economic and technic index of tunnel

kiln direct reduced iron at home and abroad

含铁原料 还原剂 能 耗 生产能力/万t.a-1 厂 燃料 名 种TFe 种固定种类 标煤 设计实际碳 GJ/t 类 类 /kg.t-1 能力 能力 /% /% 瑞典赫格 纳斯公司 高纯焦铁 71.50 粉 精 粉 备 注 重油 16.74 571.20 3.50 3.50 日本川崎铁焦74.14 81.00 重油 25.03 854.00 1.10 1.10 制铁 鳞 粉 公司 武钢105m、154m 2粉末铁74～焦75～混合1 座1993年 33.51 1.00 1.00 冶金鳞 75 粉 78 煤气 143.30 4月能耗平公司 均值 山东54 m×2、66 莱芜烟m 3座能耗 铁焦1 粉末≥72 78 (块)34.83 1.20 1.20 平均值，能鳞 粉 188.00 冶 煤 力为3窑总金厂 和 阜新铁焦海绵72 鳞 粉 铁厂 邯郸马头海 绵铁厂 哈市东方海绵铁 有限公司

烟 (块)27.61 922.00 1.00 0.790 煤 高品无烟位 ≥68 烟74.42 (块)26.31 890.00 1.20 1.20 铁煤 煤 精粉 高品褐位 67～褐51.22 (粉)30.16 1029.20 2.50 2.00 铁68 煤 煤 精粉 由表可知，莱芜采用在含铁料中加入3%添加剂，使直接还原铁的产量达到设计生产能力。阜新海绵铁厂采用二次鼓风及预热段设气幕风机提高了预热效率，使窑断面上下部温差由100 ℃降至40 ℃，使能耗处于国内较先进水平。邯郸马头海绵铁厂采用高品位铁精粉造球，鼓二次预热风用新型反应罐代替粘土反应罐技术，从而提高了产量，降低了能耗。哈市东方海绵铁有限公司采用烧粉煤、鼓二次预热风、高品位铁精粉加粘结剂造球等技术降低能耗提高产量。 2 国内外隧道窑直接还原工艺技术水平差距

(1) 国外烧油或气加热隧道窑直接还原的生产规模比较大，窑长从165～275 m分别为11 000 t和60 000 t。而国内烧块煤加热隧道窑直接还原生产规模较小，窑长从54～104 m，分别为3 000 t和12 000 t，迄今只有武钢粉末冶金公司拥有154 m和马钢铁合金厂拥有166 m喷混合煤气加热隧道窑各1座，产量均为5 000 t。由于我国烧块煤加热隧道窑生产规模小，故能耗比瑞典赫格纳斯公司高，有的高出2倍以上。 (2) 国外隧道窑装备机械化程度高，采用装料机、卸锭机、内芯还原剂吸出机、外还原剂吸出机和设有气幕风机、排烟风机、余热锅炉等。而国内烧块煤隧道窑装备比较简陋，武钢和马钢烧混合煤气隧道窑装备机械化程度也不高，余热回收设施不完善。

(3) 国外隧道窑自动化程度高，设有温度自动调节系统；炉顶温度多点记录；炉两侧温度切换指示；炉膛压力指示等可以控制反应罐内上下部温差＜50 ℃。而国内武钢和马钢烧混合煤气隧道窑也缺乏自动化控制。烧块煤隧道窑仍为手工操作，控制手段少，致使窑断面上下部温差在100 ℃左右，导致产品质量不稳定、成分不均匀，每批产品质量不一致。

(4) 国外采用导热性好的SiC反应罐，可持续使用100次以上，而国内武钢所用SiC反应罐质量差、寿命低仅用40多次，大多数隧道窑仍使用导热性差、寿命仅为3～4次的粘土反应罐。

(5) 国外隧道窑劳动生产率高至220～300 t/人.年，国内隧道窑劳动生产率仅达7～10 t/人.年［3］。

(6) 国外隧道窑环保设施完善劳动条件好，而国内隧道窑环保设施差，尤其是卸罐时，劳动条件更差。

3 技术方针及措施

3.1 技术指导方针

对烧块煤加热隧道窑的窑体及设备要进行技术改造和完善。采用成熟的新技术以提高生产率，提高产品质量档次，降低能耗及产品生产成本，增加市场竞争力。 3.2 措施

3.2.1 提高生产率

国内烧块煤加热隧道窑多数未达到设计生产能力，对使用粗粒度(-200目＜85%)高品位铁精粉生产环状或棒状产品的厂可采用铁精粉中加添加剂技术，我国莱芜粉末冶金厂经验可提高生产率约50%［4］。 对使用细粒度(-200目≥85%)的厂可采用在高品位铁精粉中加粘结剂造球，然后将球团与还原剂和脱硫剂混装入反应罐内，按邯郸马头海绵铁厂经验可提高生产率约50%。

采用导热性好的新型反应罐代替粘土反应罐也可提高生产率。 3.2.2 降低能耗

隧道窑采用二次鼓风(预热)技术可充分利用还原剂反应提供的化学能，CO经燃烧产生大量热量起供热作用以降低能耗。瑞典隧道窑充分利用CO燃烧可提供80%所需的热量消耗。阜新、邯郸马头海绵铁厂采用二次(预热)鼓风后，每吨DRI能耗分别降为922和898 kg标煤。

用烧粉煤或烧煤气(发生炉)代替烧块煤，因烧块煤一般炉篦子漏煤在15%以上，而烧粉煤可提高煤的利用率。哈市东方海绵铁有限公司采用烧粉煤使窑内温度易控制又改善劳动条件和作业环境，使每吨DRI煤耗降为1 029.20 kg标煤。

邯郸马头海绵铁厂计划采用烧(发生炉)煤气代替烧块煤预计能耗还可降低。

3.2.3 提高产品质量等级 原料的化学成分、冶金性能，还原性等对产品质量有决定性的影响，还原剂的反应性、灰分及熔点等也影响产品质量。因此，原料及还原剂的选择必须达到生产优质产品必备的标准。 控制隧道窑断面上下部温差＜50 ℃。目前大多数隧道窑未采用气幕风机，由于窑断面上下温差大(达100 ℃)，造成台车上下部反应罐内产品质量不稳定(TFe88%～92%)仅能按4级品出售。阜新海绵铁厂在隧道窑预热段设气幕风机，没有气幕风机时窑内断面上下温差达100 ℃，使用气幕风机后窑内断面上下温差＜40 ℃，最差也不超过70 ℃。建议采用气幕风机从而提高产品质量档次。

4 结语

煤基隧道窑直接还原工艺具有工艺成熟、操作简单的特点，对目前经济不发达地区因地制宜利用当地小型分散的铁矿及煤矿资源优势，发展直接还原铁生产，为电炉炼钢提供优质原料，对缓解国内优质废钢的不足是有益的。

目前，国内烧块煤加热隧道窑还存在工艺设备简陋、产量低、能耗高、产品质量不稳定、成品不均匀等问题，必须引起足够的重视。对隧道窑窑体要进行技术改造，工艺设备要逐步完善。要强化质量管理意识，重视入厂原料和还原剂的选择，重视采用新技术，严格控制窑断面上下部温差＜50 ℃，保证产品质量稳定及成分均匀化，提高产量、降低能耗、降低成本、提高市场竞争力，以提高企业经济效益。

作者简介：梁文阁，男，68岁，教授级高级工程师。1956年毕业于东北

工学院钢铁冶金系炼铁专业。从事炼铁和直接还原技术研究。曾获国家级发明奖。

作者单位：钢铁研究总院，北京 100081 参考文献 1 2 3 4

冶金部情报研究所.日本粉末冶金技术考察报告.1988 邬士英等.炼铁，1998，17(1)：46 俞燮廷.粉末冶金，1996，6(3)：8

王祥淼.全国直接还原技术交流会会议文集.1996

工学院钢铁冶金系炼铁专业。从事炼铁和直接还原技术研究。曾获国家级发明奖。

作者单位：钢铁研究总院，北京 100081 参考文献 1 2 3 4

冶金部情报研究所.日本粉末冶金技术考察报告.1988 邬士英等.炼铁，1998，17(1)：46 俞燮廷.粉末冶金，1996，6(3)：8

王祥淼.全国直接还原技术交流会会议文集.1996

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