冶金新技术作业 - 图文

姓名：__________毛 东 伟__________ 班级：__________冶 081 班__________ 学号：__________089014123__________ 老师：________常立忠 乐可襄________

冶金新技术炼铁部分

毛东伟 冶081 089014123

1 影响高炉寿命的因素及提高高炉寿命的途径。 答：一、高炉能否长寿主要取决于以下因素的综合效果：

1、高炉大修设计或新建时采用的长寿技术，如合理的炉型、优良的设备制造质量、高效的冷却系统、优质的耐火材料。2、良好的施工水平。3、是稳定的高炉操作工艺管理和优质的原燃料条件。4、是有效的炉体维护技术。这四者缺一不可，但第一项是高炉能否实现长寿的基础和根本，是炉长寿的“先天因素”。如果这种“先天因素”不好，要想通过改善高炉操作和炉体维护技术等措施来获得长寿，将变得十分困难，而且还要以投入巨大的维护资金和损失产量为代价。 二、提高高炉寿命的途径

提高高炉的设计和建设水平，是实现高炉长寿的根本所在。影响现代高炉一代炉役寿命的薄弱环节主要集中在两个区域：一是炉腹、炉腰至炉身中下部；二是炉缸区域（铁口、渣口又是炉缸的薄弱之处）。一代高炉长寿装备发展趋势： 1、 采用全炉体冷却技术装备

（1）炉底、炉缸区域的长寿技术是强化冷却理论或热解决论，即采用全碳质材料炉底炉缸结构；二是碳质一陶瓷材料复合炉底炉缸构。（2）炉腹、炉腰至炉身下部区域长寿技术，能否快速形成稳定渣皮是此区域选择冷却设备的关键条件。采用两种冷却设备，即铜冷却壁和铜冷却板。（3）炉身中上部的冷却系统与炉衬耐材采用第四代镶砖冷却壁结构，使砖壁合一，取消凸台，可以保证光滑的炉型。冷却壁主要选用球墨铸铁材质，镶嵌的耐火材料主要为碳化硅砖或氮化硅结合碳化硅砖，炉身上部采用磷酸浸渍粘土砖。（4）炉喉部位采用水冷钢砖，有效地解决了炉喉部位破损的难题。2、普遍采用无料钟炉顶设备。3、采用软水密闭循环冷却系统。4、完善的监控设施。5、切实可行的炉体维护技术如加TiO2 护炉。

2 高炉渣的处理方法，含钛高炉渣如何利用。 1 国内外高炉渣处理方法

目前国内外在生产上应用的高炉渣处理方法基本上是水淬法和干渣法。由于干渣处理环境污染较为严重，且资源利用率低，现在已很少使用，一般只在事故处理时，设置干渣坑或渣罐出渣。目前，高炉渣处理主要采用水淬法。水淬渣按其形成过程，可分为两大类：一是高炉

渣直接水淬工艺，其主要工艺过程是高炉渣流被高压水水淬，然后进行渣水输送和渣水分离；二是高炉渣先机械破碎、后水淬工艺，其主要工艺是高炉熔渣流首先被机械破碎，在抛射到空中时进行水淬粒化，然后进行渣水分离和输送。主要处理工艺有：底滤（ OCP ）法、拉萨（ RASA ）法、因巴（ INBA ）、图拉（ TYNA ）法、明特克（ MTC ）法等。高炉渣处理的新趋势-干法粒化，干法处理工艺是在不消耗新水情况下，利用高炉渣与传热介质直接或间接接触进行高炉渣粒化和显热回收的工艺，几乎没有有害气体排出，是一种环境友好的新式处理工艺。干法处理工艺主要包括风淬法、滚筒转鼓法、离心粒化法 2含钛高炉渣利用

含钛高炉渣，是冶炼钒钛磁铁矿产生的高炉渣。含钛高炉渣一般由CaO、MgO、SiO2、Al2O3和TiO2等组成，根据渣中TiO2含量由低到高可以分为：低钛含钛高炉渣（Ti02<10％）、中钛含钛高炉渣（Ti0210％~15％）和高钛含钛高炉渣（渣中TiO2达24％左右）。目前对于高钛型高炉渣的开发利用存在两种不同的思想认识：一种认为高钛型高炉渣中所含有的 钛是极为宝贵的资源，应该对高钛型高炉渣进行提钛开发利用；另一种则认为高钛型高炉渣提钛利用成本太高，经济价值低，只能走非提钛利用的途径。故目前对高钛型高炉渣的开发利用及进展情况主要就是从这两个方向着手和研究的。

①非提钛利用的进展具体内容有：1）制备混凝土骨料2）釉面砖、陶瓷砖和地砖3）新型墙体材料4）用作水泥混合材料 ②提钛利用的进展的内容有:

1） 制取钛硅合2）碳(氮)化提钛 3）硫酸法提钛 4）二步调渣法提钛 5）富集钙钛矿提钛

3直接还原有哪几种主要类型，不同直接还原工艺的基本原理，直接还原面临的问题。 答：直接还原主要类型：据统计, 当前世界上的直接还原冶炼工艺应用于工业生产达到20 种之多。在众多的冶炼工艺中, 按照主体能源的不同分为气基直接还原、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,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，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。

①气基直接还原代表工艺有Midrex 竖炉法( 米德兰竖炉法) 、HYL 反应灌法、流态化法等。下面介绍米德兰竖炉法：Midrex 竖炉法( 米德兰竖炉法)，Midrex属于气基直接还原流程，还原气使用天然气经催化裂化制取，裂化剂采用炉顶煤气。炉顶煤气含CO与H2约70％。经洗涤后，约

60％~70％加压送入混合室与当量天然气混合均匀。混合气首先进入一个换热器进行预热。换热器热源是转化炉尾气。预热后的混合气送入转化炉中的镍质催化反应管组，进行催化裂化反应，转化成还原气。还原气含CO2及H2共95％左右，温度为850一900℃。剩余的炉顶煤气作为燃料与适量的天然气在混合室混合后送入转化炉反应管外的燃烧空间。助燃用的空气也要在换热器中预热，以提高燃烧温度。转化炉燃烧尾气含O2小于1％。高温尾气首先排入一个换热器，依次对助燃空气和混合原料气进行预热。烟气排出换热器后，一部分经洗涤加压作为密封气送入炉顶和炉底的气封装置。其余部分通过一个排烟机送入烟囱，排入大气。还原过程在一个竖炉内完成。Midrex竖炉属于对流移动床反应器，分为预热段、还原段和冷却段三个部分。预热段和还原段之间没有明确的界限，一般统称还原段。矿石装入坚炉后在下降运动中首先进入还原段。还原段温度主要由还原气温度决定，大部区域在800℃以上，接近炉顶的小段区域（预热段）内，床层温度才迅速降低。在还原段内，矿石与上升的还原气作用，迅速升温，完成预热过程。随着温度的升高，矿石的还原反应逐渐加速，形成海绵铁后进入冷却段。冷却段内，由一个煤气洗涤器（完成冷却煤气的清洗和冷却过程）和一个煤气加压机（提供循环动力）造成一股自下而上的冷却气流。海绵铁进入冷却段后在冷却气流中冷却至接近环境温度排出炉外。

②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。直接还原铁工艺有ITmK3工艺和FASTMET（FASTMELT）工艺。以FASTMET（FASTMELT）工艺为例，FASTMET 流程是将氧化铁球团矿炉料、粉矿和钢铁厂废料转变为有用的金属铁, 使用煤粉或其它的含碳材料作为还原剂。最终产物直接还原铁可以被热压成块, 作为热态DRI 被送入中转容器; 如果需要冷的DRI, 也可将它进行冷却, 或者直接送入电化铁炉( EIF) 以炼出FAST IRON 液态铁

直接还原面临的问题：（1）最成熟的直接还原法（竖炉及反应罐法）都是使用天然气作一次能源的，而应用煤炭为能源的各种方法仍有若干技术有待完善。因此直接还原法的能源供应并未完满解决。（2）应用直接还原-电炉流程生产一顿成品钢总需要600--1000kW/h的电耗，而电能是比较贵的能源，并且不是任何地区都方便提供的。（3）直接还原法需要高品位块矿或用精矿粉制成的球团，这也不是普遍容易获得的。对于某些嵌布细微的难选铁矿，直接还原法难于处理。

4 熔融还原有那几种主要类型，不同熔融还原工艺的基本原理并比较不同熔融还原工艺的

优缺点。

答：熔融还原定义：非高炉炼铁方法中冶炼液态热铁水的一种工艺过程。熔融还原的根本特

点：以煤代焦炼铁。目前, 真正实现工业化生产的只有COREX熔融还原工艺一种方法。除此之外, FINEX 工艺、HISMELT工艺, 也取得了很大进步。

一、COREX 工艺。COREX 熔融还原炼铁过程在两个反应器中完成。即上部的预还原竖炉, 将铁矿石还原成金属化率92 %～ 93 % 的海绵铁; 下部的熔融气化炉, 将海绵铁熔炼成铁水,同时发生还原煤气。COREX 工艺的铁矿石预还原竖炉是一个活塞式反应容器。铁矿石从上部装入, 设在竖炉底部的螺旋排料器控制其向下移动的速度。热还原煤气从竖炉下部输入, 矿石被煤气加热并发生还原反应。铁矿石经6～ 8 h 变成海绵铁, 经螺旋排料输送器输入下方的熔融气化炉。熔融气化炉是一个气-固-液多相复杂的炼铁移动床反应容器。煤由速度可控的螺旋给料器加入炉内, 与温度1100 ℃以上的还原气体接触, 在向下移动过程中被干燥和热解, 脱除挥发分, 逐步成为半焦直至焦炭。在熔融气化炉的底部形成一个类似高炉的死料柱。由均匀分布于炉缸圆周的多个风口氧枪吹入氧气, 在风口区燃烧产生2 000 ℃以上高温,使海绵铁进一步还原熔化、过热、渣铁分离, 从铁口排出。炉顶排出的1100 ℃左右的煤气中, 含有95 %（CO + H2）, 1 %CH4, 还有N 2等。混入20 % 净化冷煤气, 使煤气温度降到900 ℃左右, 经热旋风除尘器, 将含尘量从100～ 200/m3降至20/m3 左右,除尘后的850 ℃煤气输入竖炉作还原气。炉尘返吹入熔融气化炉。为使铁水成分满足炼钢要求, 需按造渣成分和碱度要求在预还原竖炉中加入石灰石、白云石和硅砂等熔剂, 以使碳酸盐的预热和部分分解在还原竖炉完成, 然后随海绵铁一起加入熔融气化炉。COREX 工艺的原燃料有：（1） 铁矿石COREX 工艺可以用块矿、球团矿或者两者的混合矿作为原料,COREX 工艺要求矿石的铁含量: 块矿> 55 % ,球团矿> 58% , 矿石中的TiO2 的含量应加以限制,以免炉渣粘度升高。（2） 煤COREX 工艺可以使用范围很广的非炼焦煤,评估煤质的主要指标包括挥发分、固定碳和灰分。

二、FINEX 炼铁工艺。FINEX的技术方式则是采用多级流化床反应器代替COREX的竖炉，在反应器中利用熔融气化炉提供的热还原气体，对配合添加剂的铁粉矿进行还原。由于采用适当的气流速度，而且控制适宜的煤气温度，使铁矿粉在流态化的状态下还原。因此不存在炉料的透气性问题，故可全部使用铁粉矿为原料。利用了原有COREX C2000的熔融气化炉，对还原获得的海绵铁热压块进行最后熔炼，同时也作为FINEX F2000设备的煤气发生器。流态化还原反应器是新设计安装的，也是FINEX与COREX的区分，原来的还原竖炉用作为FINEXF2000贮料仓和加料仓。流态化床由4级反应器组成，粉矿和粒度8mm以下的添加剂，由矿槽经提升进入流化床反应器R4反应器。炉料在R4干燥预热，并按重力依次进人R2和R3反应器中进行预还原，最后在底部的R1反应器中还原。经R1出来的细颗粒状的直接原

铁(DRI)，在热状态下被压制成热压块(HCI)，先储存在还原竖炉中，然后装人熔融气化炉。 三、Hismelt直接熔融还原工艺。基本原理是在1450℃高温条件下碳素可以溶解在铁液中，而溶解在铁液中的碳素又能同炽热铁氧化物中的氧结合，生成铁元素和CO。 不同熔融还原工艺的优缺点：

COREX工艺的特点：Corex工艺要求使用块矿或者球团矿或者两者混合使用，对原料要求较严格。由于其要求料柱有良好的透气性，为了有利于降低炉内压力降以有利于气流分布，所以入炉原料粒度要控制在一定范围（6～30 mm）。含铁原料的w(Fe)要求大于60％。对煤也有一定的要求，混合后煤的挥发分含量要求小于35％。另外环境污染小，COREX炼铁工艺与高炉炼铁相比，平均每吨铁水所需要的能量消耗几乎相当，但对应的CO2的排放量却能降低将近50％左右。COREX的废气污染物排放量只有级别高炉排放量的10％左右，而COREX的废水污染物排放量也只有相当规模高炉的5％～1 5％。

FINEX工艺的技术特点：（1）有利于资源利用，减少资源的制约。FINEX工艺可100％的使用非焦煤，且对煤适用范围很广。浦项在试验中采用过的煤种：固定碳52.49％-72.26％，挥发分18.37％-38.32％，灰分7.32％-16.67％。试验证明对煤种无严格的限制，因为它可以通过粉煤混合压块的方法来调节其成分。试验表明，FINEX工艺对铁矿石的成分和粒度组成及品种无严格的限制。（2）大幅度减少污染源，明显提高环保水平。FINEX工艺因不需要使用高炉所必需的炼焦、烧结、球团等环境污染严重的工艺．而COREX工艺却需要使用球团矿，因而可明显减少对大气和水域的污染。可以认为FINEX是一种环境友好型的清洁生产工艺。（3）FINEX与高炉工艺技术比较工序能耗的比较，FINEX工艺虽然可用普通煤代替炼焦煤，但吨铁用燃料比高炉要高出许多。先进的大型高炉燃料比约500 kg／t，而FINEX的煤比约为850 kg／t，但需消耗500Nm3/t氧气。。FINEX用煤及氧气虽然较多，但它回收的高热值煤气也很多，同时还要看到高炉工艺是非常成熟的工艺，先进大型高炉进一步降低能耗的余地已不大，而FINEX是新开发的技术，降低能耗的余地还很大。建设投资的比较，由于取消了焦化和对原料的处理过程，采用FINEX工艺的炼铁厂的建设费用，将比同规模高炉厂少8％。FINEX工艺投资高于COREX，因为FINEX工艺增加了直接还原铁及粉煤压块设备，并增加了煤气脱除CO2及再循环利用的设施。在此FINEX方案中氧气站的投资约为FINEX本身投资的二分之一。此外，FINEX方案中为了充分利用剩余煤气，需建设煤气发电的自备电厂，投资也比较大。吨铁成本的比较,浦项公司的资料指出，由于FINEX工艺使用较低价格的原燃料，使生铁的生产成本比高炉减少17％。有资料分析认为，与高炉相比，COREX法低0.6％，FINEX法低20％左右。

HIsmelt工艺技术特点：（1）原料灵活，Hlsmelt技术能够使用多种类的含铁炉料，包括无法通过烧结厂回收的废弃物，物料中的C、CaO和MgO也得到利用，减少了钢铁生产的资源消耗。还原剂及能源包括：从无烟煤到高挥发分煤(5％<挥发分<38％)；焦粉；其他含碳物质如橡胶碎粉或者废塑料粉末。（2）操作灵活。Hlsmelt工艺技术的反应速度灵活，可以使操作技术人员根据需求来选择生产强度，或者为降低成本变换原、燃料种类，尤其是在开、停炉和增、减量生产方面容易控制。（3）降低新建或者改造投资成本。Hlsmelt工艺不需要炼焦炉、烧结厂或球团厂，明显地降低了新钢铁厂总的投资成本，也降低了钢铁生产的运行成本。Hlsmelt工厂又使用了许多与高炉相同的设备：如鼓风机，热风炉，煤气清洗系统，水渣系统、原料系统和高炉的基础等，因此Hlsmelt工厂可以充分利用原有设备，建在现有的高炉炼铁厂里。（4）铁水低[P]、[Si]、高[S]。由于铁水熔池内炉渣和铁水间的脱S反应很难维持，所生产的铁水[S]比较高，必须有炉外脱硫工艺和设备。但是铁水中[P][Si]比较低，适用于炼钢低渣量操作。

5 国外炼铁新技术的发展趋势。

答：近年来，世界生铁产量在迅速增长，其主要的推动力是中国生铁产量的高速增长。2009年前10个月中国生铁产量已占全世界总产量的61.58%，比上年度同期增长13.79%，高于钢产量增幅3.32% 。世界生铁产量在迅速增长 全球高炉均向大型化发展。

在中国：（1）加快了高炉大型化进程 ，2009年新建大于500m3以上容积高炉有34座，其中有曹妃甸为5500m3高炉；沙钢5800m3高炉；鞍钢鲅鱼圈4038m3高炉,武钢3800m3高炉，6座3200m3高炉，5座2500-2800m3高炉，10座1000-1780m3高炉，在建设的530m3以上容积的高炉有17座，大于1000m3以上容积的高炉有13座，包括迁钢的4000m3的高炉。（2）我国加快了烧结机大型化的步伐。烧结机大型化会促进烧结质量的提高，降低工序能耗，减少污染物排放，降低单位面积投资和运行成本。（3）烧结余热回收，烧结烟气脱硫等 国际上： （1） 大力开展高炉节能减排,低碳经济, 低碳炼铁,努力降低高炉燃料比,实现清洁生产,走可持续发展的道路.（2） 烧结大量配加褐铁矿（在50%-60%）,技术措施—原料复合造粒技术；原料装入分布控制技术；改善烧结矿料层透气性等。改善烧结液相流动性—配加含FeO的磁铁矿石,轧钢氧化铁皮,钢渣等。预还原烧结。烧结余热回收利用，烧结废气选择性循环，烧结废气干法净化工艺.（３）废塑料和橡胶处理技术发展国外高炉喷废塑料

和橡胶，我国回收难,推广不开。高炉喷焦炉煤气是发展方向。

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