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1、5.1概述5.2直接還原法5.3熔融還原法§2.9非高爐煉鐵方法簡介一概述(1)非高爐煉鐵法定義指除高爐煉鐵以外的其它還原鐵礦石的方法。當(dāng)前非高爐煉鐵法可歸納為兩大類：直接還原法和熔融還原法。A.直接還原法：指在低于鐵礦石熔化溫度條件下把鐵礦石還原成海綿鐵的煉鐵生產(chǎn)過程。直接還原所得的產(chǎn)品及其特點(diǎn)：產(chǎn)品為海綿鐵。這種海綿鐵未經(jīng)熔化仍保持礦石外形；多孔，在顯微鏡下觀察形似海綿；成分上含碳低、不含硅錳等元素，還保持了礦石中的脈石。海綿鐵不能大規(guī)模用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，只適于代替廢鋼作為電爐煉鋼原料。B.熔融還原法：指一切不用高爐冶煉由鐵礦石冶煉成液態(tài)生鐵的方法。熔融還原
2、產(chǎn)品特點(diǎn)：是一種與高爐鐵水相似的高碳鐵水，適于作氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料。(2)非高爐煉鐵法的發(fā)展近年來非高爐煉鐵法發(fā)展比較快，其原因是：A、不用焦炭煉鐵。高爐冶煉需要冶金焦，焦煤日漸短缺，價(jià)格高。非高爐煉鐵可以使用非焦煤和其它能源作燃料與還原劑。B、隨著鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，廢鋼消耗量迅速增加，廢鋼供用量日漸緊張，非高爐生產(chǎn)的海綿鐵、粒鐵等是廢鋼的極好代用品。C、省去了煉焦設(shè)備，總的基建費(fèi)用比高爐煉鐵法少。鋼鐵生產(chǎn)的傳統(tǒng)流程：由高爐煉鐵－轉(zhuǎn)爐煉鋼或廢鋼－電爐煉鋼。新流程：熔融還原煉鐵－轉(zhuǎn)爐煉鋼或直接還原－電爐煉鋼。目前，在我國發(fā)展直接還原存在重大障礙。新流程存在的問題
3、：直接還原受到很多因素的限制，例如最成熟的直接還原法（豎爐及反應(yīng)罐）都使用天然氣作一次能源，自然界中天然氣普遍短缺，而用煤碳作能源生產(chǎn)的海綿鐵成本較高，產(chǎn)量低，生產(chǎn)效率也較低，還有很多技術(shù)問題等待解決。應(yīng)用直接還原－電爐流程生產(chǎn)一噸成品鋼總計(jì)消耗電600～1000kW·h。此外，直接還原需要高品位的精礦。（3）非高爐煉鐵產(chǎn)品用途：A.作煉鋼原料。主要代替電爐廢鋼，也可用于轉(zhuǎn)爐；B.高爐原料；C.制成鐵粉。鐵粉可用于粉末冶金或用作電焊條的原料等。（4）非高爐煉鐵的方法及分類Ａ、按所得產(chǎn)品進(jìn)行分類：直接還原法和熔融還原法兩大類。Ｂ、按還原裝置進(jìn)行分類：固定床法、
4、回轉(zhuǎn)爐法、豎爐法和流化床法等。Ｃ、按還原劑進(jìn)行分類：固體還原劑法、氣體還原劑法等。Ｄ、按生產(chǎn)方式分類：預(yù)還原法、直接煉鋼法、熔融還原法、原子能煉鐵法等。直接還原煉鐵法已有百余年的歷史，先后提出各種不同的工藝方法400余種，但是真正成為工業(yè)生產(chǎn)方法的只有少數(shù)幾種，而且是到20世紀(jì)60年代才有重大突破，這是因?yàn)椋海?）冶金焦的價(jià)格大幅度上漲，而石油、天然氣大量開發(fā)使用，特別是高效率天然氣轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用，提供了直接還原煉鐵法需要的還原煤氣，解決能源的來源和價(jià)格問題。（2）電爐煉鋼迅速發(fā)展，超高功率新技術(shù)的應(yīng)用使電爐煉鋼得到高速發(fā)展，合格的廢鋼供應(yīng)不足，大大擴(kuò)展了直接
5、還原鐵的需求。5.2直接還原法（3）廢鋼（多數(shù)是從社會收集的廢鋼）中往往含有某些對鋼性能不利的有色金屬，如銅、錫、砷、鉛等，無論用氧化熔煉或還原熔煉都無法去除它們。而隨著廢鋼的循環(huán)利用，它們在鋼中的含量會越積越多。因而需要加入直接還原鐵來稀釋它們。（4）選礦技術(shù)的提高，擴(kuò)大了直接還原煉鐵法的礦石資源。原來只能使用雜質(zhì)少且品位高的天然富礦，現(xiàn)在高品位鐵精礦粉制造的球團(tuán)礦，其脈石含量可以降低到不需要在還原生產(chǎn)中脫除，使直接還原技術(shù)簡化，而且產(chǎn)量提高。直接還原技術(shù)根據(jù)還原劑不同可分為氣基直接還原和煤基直接還原。直接還原鐵生產(chǎn)大多采用天然氣為能源，其產(chǎn)量占總產(chǎn)量的9
6、0%以上。氣基直接還原設(shè)備對環(huán)境污染小、耗水量少、噪音小、產(chǎn)生的CO2也比用煤作還原劑少得多，所以具有很強(qiáng)的競爭力和發(fā)展?jié)摿?。煤基直接還原法生產(chǎn)的直接還原鐵占總產(chǎn)量的比例小，產(chǎn)量逐年增長，但增長緩慢。一氣基直接還原技術(shù)①M(fèi)idrex法Midrex法是氣基直接還原鐵生產(chǎn)技術(shù)的主導(dǎo)工藝，該工藝由MidlandRoss公司開發(fā)，目前已發(fā)展成為占直接還原鐵市場60％以上的主要方法，其工藝流程如圖1所示。還原氣使用天然氣經(jīng)催化裂化制取，裂化劑采用爐頂煤氣。球團(tuán)或塊礦在豎爐內(nèi)被天然氣還原，生成DRI。由于該工藝要求有充裕的天然氣，且生產(chǎn)指標(biāo)較高，因此在天然氣富裕的地區(qū)可
7、適當(dāng)發(fā)展。圖1Midrex法工藝流程在豎爐中爐料與煤氣逆向運(yùn)動，下降的爐料逐步被煤氣加熱還原，傳熱、傳質(zhì)效率高。由于工藝較成熟，是當(dāng)前發(fā)展最快的一種直接還原生產(chǎn)海綿鐵的方法。它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。還原反應(yīng)器系逆流移動床—豎爐。它分成上下兩部分，上部進(jìn)行還原，下部進(jìn)行冷卻。氧化球團(tuán)礦自爐頂加入豎爐后，依次經(jīng)過預(yù)熱、還原及冷卻，還原得到海綿鐵，冷卻至50℃左右排出爐外。還原煤氣用天然氣及豎爐爐頂煤氣在換熱器經(jīng)催化劑裂化而得。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率很高，能耗較低（約為7.88×105kJ/t；其產(chǎn)量約占直接還原法產(chǎn)量的55％以上。天然氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化
8、爐內(nèi)，在鎳基觸媒的催化下，通過天然氣裂化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化
