轉底爐煤基煉鐵工藝及其發展前景范文

本站小編為你精心準備了轉底爐煤基煉鐵工藝及其發展前景參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：詳細介紹了被稱之為“第三代煉鐵技術”的ITmk3工藝，也是目前唯一工業化的轉底爐煤基煉鐵工藝，對其發展過程、流程、工藝特點及其發展前景進行了詳細分析。

關鍵詞：轉底爐；ITmk3；粒鐵轉底爐

煉鐵工藝是非高爐煉鐵的一個分支，國內外均做過一些相關研究[1-5]。因其原料適應范圍廣，投資少，能耗低，對環境危害小等優點受到鋼鐵業普遍關注，尤其是在日本和美國得到了工業化應用。針對唯一一個商業化的轉底爐煤基煉鐵工藝—ITmk3，本文介紹了其發展、流程、工藝特點，進而分析了其發展前景。

1ITmk3工藝發展歷程

20世紀50年代，美國MidlandRoss公司（后改名Midrex，再后被日本神戶制鋼收購）發明了含碳球團的轉底爐直接還原法，命名為Fastmet工藝。1974年，美國的Inmetco公司把轉底爐用于消納不銹鋼生產中的氧化物粉塵，命名為Inmetco工藝。但此兩工藝（同屬煤基直接還原）的產品（DRI）硫含量過高問題一直未能解決。20世紀90年代，日本神戶制鋼對其子公司美國Midrex公司的Fastmet工藝的評價試驗中意外發現：溫度還未到鐵的熔點時，含碳球團發生熔化，且形成的粒狀鐵能與渣利索分離，粒鐵純度還很高（約95%）[6]。在此基礎上深入研究，取得突破性進展，命名為“IronmakingTechnologymark3”（ITmk3）。該工藝溫度（1350~1450℃）突破了直接還原的范疇，介于直接還原和熔融還原之間，使金屬化球團還原時呈半熔融態進一步熔化分離，得到高純度粒鐵[7]，同時也徹底改變了直接還原對原料品位的苛刻要求。日本的加古川鋼廠所建的內徑為3.2m、生產率為0.35t/h的ITmk3用轉底爐（產能達3000t/a），于2000年12月完成中試。隨后神戶與美國合作成立了MNC公司專門研究開發ITmk3，用于工業試驗的的ITmk3轉底爐（設計產能為2.5萬t/a）于2003年5月出鐵，很快便24h運行。2010年在美國的明尼蘇達建成的產能為50萬t/a的商業工廠順利出鐵，2011年上半年生產率達80%、設備利用率達85%，主要因煤傳輸系統出現問題導致。目前，在北美、印度、哈薩克斯坦、烏克蘭等地正進行推廣。

2ITmk3工藝流程

1）原料處理。將鐵精粉和煤粉配料混勻，用造球或壓塊機得到球團或團塊，干燥后備用。鐵精粉可以是磁鐵礦粉，也可是赤鐵礦粉，對品位無嚴格要求（但低品位造成能耗增加）。燃料用非焦煤粉，可使用普通煤，也可使用石油焦，或其他含碳原料。2）還原熔分。將制好干燥的球團或壓塊放入轉底爐，料層不能過厚（1~3層為宜），隨爐床勻速轉動一周（生球依次經過裝料區、排煙區、預熱區、中溫還原區、高溫還原區和出料區），在生球與爐床靜止狀態下（故對球團強度要求不高）被加熱到1350~1450℃，發生還原、滲碳及熔融反應，渣鐵熔化，各自聚集，整個過程約需10min（煤粉與鐵氧化物緊密接觸，還原速度很快）。轉底爐爐床結構見圖1[3]。3）粒鐵產出。經快速冷卻的凝聚態渣鐵，使用排料裝置排出。粒鐵（稱為IronNugget）直徑5~25mm，且渣鐵分離干凈。4）廢氣處理。廢煙氣經熱交換器后除塵排出。

3ITmk3工藝特點

其獨特之處在于還原溫度精確的控制在1350~1450℃，使得體系處于Fe-C相圖中一個固液共存的新區域。不同煉鐵工藝的操作空間見如圖3[9]。在此相對較低的溫度范圍內，含碳球團發生還原、熔化，同時脈石也熔化，液態渣鐵分離。整個過程僅10min。還原熔分后的渣中殘留的FeO很少（質量分數小于2%），基本不存在對爐襯的侵蝕破壞。 與傳統高爐煉鐵對比：1）不需塊礦和焦炭，且礦粉和非焦煤粉品種選擇靈活，只需一般礦粉和煤粉即可（低品位礦粉也可，但影響能耗），原料適用性強。2）還原和渣鐵分離同時進行，在相對較低的溫度下反應快（從原料入爐，到熔分完成，只需10min），生產節奏快、易于調整。3）渣鐵分離徹底，產品粒鐵純度高、品質好，適宜冶煉優質鋼，有金塊之稱。4）無需焦化、燒結等鐵前工序，投資低，污染少，能耗更低。所產粒鐵，經電弧爐煉鋼試驗證明：純度高（w(Fe)為96%~97%）、不含渣、碳含量合適（w(C)為2.5%~3.5%），不存在再次氧化和粉化，熔解性能良好，比廢鋼、DRI品質更好[7]。ITmk3最大優點是反應快；ITmk3的難點在于渣鐵分離及控制粒鐵尺寸和純度。配入適量的添加劑（B2O3、Na2CO3、CaF2、Na2O等）可促進渣鐵分離；用冷凝水快速冷卻反應后的渣鐵混合物，有助于渣鐵分離更徹底；通過配加適量熔劑調整堿度（介于1.3~2.3，取決于原料含硫量），可降低粒鐵中硫含量（普遍低于0.08%）。但轉底爐自身缺陷為生產能力有限（目前最大的轉底爐生產能力約50萬t/a）。與年產百萬噸規模的高爐不能相提并論，所以完全替代高爐不太可能。

4ITmk3工藝發展前景

ITmk3在轉底爐內實現結塊、還原和熔分功能，是一步法煉鐵，球團最后被熔化，渣鐵分離良好，其產品是粒鐵。ITmk3使用鐵礦粉和非焦煤，可避免使用氧化球團、燒結礦和焦炭，從而減輕焦爐和燒結機對環境的壓力。還可以處理冶金廠產生的粉塵，及其他含鐵、鉻、鋅等廢棄物。對原料適應性強，以節能環保、復合循環經濟的特征，吸引了廣大冶金工作者的關注。Itmk3產品可以直接代替廢鋼（最高比例達40%~50%）用于電弧爐煉鋼，也可作品質優良的冷卻劑用于轉爐煉鋼，還可以用于高爐以降低焦比。電爐煉鋼中，可起到稀釋有害元素的作用，熱裝時還能加速熔煉，工藝操作良好，有助于生產高品質鋼種。ITmk3煤基直接還原工藝具有原料選擇靈活，設備和基建投資較低，設備運行穩定、操作靈活，能提高煉鋼的生產效率和產品質量，減低電爐煉鋼能耗，且能減少溫室氣體CO2及其他有害氣體和粉塵的排放，是新型友好的煉鐵工藝。

5結語

ITmk3具有很強的適應性和巨大的發展潛力。尤其我國鐵礦資源以低品位為主，隨節能、環保壓力越來越大，短流程、能耗少的煉鐵工藝必然成為未來發展趨勢。但目前全世界僅1座商業化的ITmk3爐，工業相關的核心操作技術還嚴格保密。同期北京科技大學開發的CHARP工藝，與ITmk3幾乎相同，但尚處于實驗室研究階段[10-11]。更需深入進行系統研究、掌握其基本原理，盡快發展適宜我國資源的轉底爐煤基生產粒鐵技術。

參考文獻

[3]劉然，張欣媛，呂慶.轉底爐煉鐵工藝的發展和應用[J].材料導報A，2014，28（10）：36.

[4]王廣，薛慶國，孔令壇.轉底爐珠鐵工藝及其在中國的應用前景[J].中國冶金，2013，23（12）：5.

[5]段世鈺，陳永軍.轉底爐處理鋼鐵廠塵泥[J].工業爐，2016，38（9）：20.

[6]張偉，王再義，張寧.ITmk3工藝的技術特點及應用前景[J].鞍鋼技術，2010（5）：10.

[7]多久也，根上.ITmk3—新千年的先進煉鐵工藝[J].國外金屬礦山，2002（1）：57.

[8]張穎異，師學峰，齊淵洪.ITmk3的工藝特點和商業應用現狀[J].中國有色冶金，2014（5）：17.

[10]徐萌.轉底爐煤基熱風熔融煉鐵工藝的基礎性研究[D].北京:北京科技大學，2006.

[11]郭明威，徐萌，張建良.CHARP工藝過程中的硫行為及硫控制[J].鋼鐵研究學報，2007，19（2）：10.

作者：張志霞 宋說講 單位：六盤水師范學院 化學與材料工程學院