熔融还原炼铁法开发现状(三）
2002-11-29 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
4、各国的熔融还原炉开发动向
从七十年代起世界各国开始正式进行熔融还原法的研究，在八十年代后期一些国家采取由几个企业合作或作为国家项目而采用大型中试设备相继进行开发研究。例如，美国的AISI工艺、澳大利亚的HIsmelt和AusIron、还有欧洲的ROMELT和CCF等。
AISI工艺采用竖炉式预还原炉，除了使用的是块状原料，其它都与别的熔融还原法相同，可直接使用普通煤和粉矿石。在这些熔融还原法中已通过整个工艺开发并能将预还原炉和熔融还原炉连接在一起进行正常操作的只有DIOS，其它熔融还原法仍处于将熔融还原炉或预还原炉单独进行基础试验的阶段。
4.1 Hismeh
Hismeh是根据德国Kloeckner公司开发的炼钢转炉加热技术(K―OBM工艺)提出的，于八十年代初期由澳大利亚奥廷托联合锌公司和Kloeckner公司共同进行开发。2000年在西澳大利亚州建成了年产50Yit规模的商用设备，它把商用价值低的高磷矿石冶炼成铁水，以提高产品附加值为目标而积极推进开发。当初，采用将水平圆筒式熔融还原炉和与其连接的流化床式预还原炉作为整个试验设备进行开发，但从1997年开始改为采用内径为2．7m的单体竖炉进行熔融还原炉的开发。它利用热风炉产生的1200℃左右的加热富氧空气(富氧化率不到30％)在炉上部进行二次燃烧，二次燃烧率的目标值为60％～80％。先将粉状矿石和煤预先混合，用浸渍在渣浴中的水冷喷嘴将混合料投射到铁浴中，使铁矿石在铁浴内还原和渗碳。由水冷喷嘴投射的材料在炉上部空间会产生大量的溅渣，以溅渣作为传热介质能将燃烧热从炉上部的二次燃烧带向熔池中传热。生产的铁水经与炉底相接的前炉，采用虹吸方式进行出铁，渣则由另外设置的出渣孔间歇式排出。炉子可在200kPa的压力下操作。
2000年，美国纽柯公司根据年产60万t规模的验证设备的建设，对熔融还原炉的经济性进行评价，结果决定于2004年年中在西澳大利亚州的Kwinana厂建设年产80万t规模的设备，目前正在进行环境影响的评价等准备。
4.2 AusIron
AusIron原有的冶炼方式为Ausmelt，该工艺通过在喷枪的外管吹入空气来冷却喷枪，并利用渣粘结层来保护喷枪，因此能将喷枪浸没在渣中，根据不同用途可从内管装入固体燃料或气体燃料或粉状原料。该工艺已在中国、印度、德国、秘鲁、日本和韩国等国家应用于铜、镍、锌和铅等有色金属的冶炼。
AusIron的开发是从九十年代的中试设备试验开始，它作为南澳大利亚钢铁和能源(SASE)项目的核心工艺，由SASE公司负责开发。该工艺以南澳大利亚出产的普通煤和矿石为原料，年产铁水250万t，同时还能进行发电。由于获得了南澳大利亚州政府和联邦政府的援助金，从2000年底开始在南澳大利亚的Whyalla厂建了2t/h规模的验证试验炉。
试验设备使用2只水冷双重管喷枪替代空冷喷枪，从外管将富氧化空气作为二次燃烧用空气吹到炉上部空间，使炉内发生的煤气完全燃烧。从内管将用作燃料的粉煤与富氧化空气一起投入到渣内，在燃烧的同时使炉上部二次燃烧带产生大量的溅渣，并以溅渣作为传热介质，将燃烧热传递到熔池中。煤要预先进行筛分，筛下的煤用作燃料，筛上的煤用作还原用煤与铁矿石一起从炉顶重力装入。熔融还原反应是在炉周围部渣浴表面悬浮的含碳材料表面进行的。熔融还原炉基本上是一种单独的工艺，它用抽风机(IDF)排出炉内煤气，使炉内在微负压下操作。商用设备采用余热锅炉回收发生的显热。
预计到2003年底商用设备将在南澳大利亚投产。商用设备与试验设备一样，使用2只喷枪，炉缸为耐火材料砌筑，炉中部至炉上部为水冷构造。
4.3 ROMELT
ROMELT是根据Cu和Ni硫化物冶炼用的Vanyukov工艺，在1979年由莫斯克合金钢研究所 (MISA) 的V．A．Romenets博士提出的工艺，并于1985年在新西伯利亚冶金公司的转炉车间建了炉缸面积为20m2、最大生产能力为18t/h可连续操作的半商用设备，至1997年已试验了47个炉役。该工艺为单级熔融还原炉，在水平箱式熔融还原炉上贮存了大量的炉渣，从上下两段的数个风口将富氧空气吹人渣浴内，把氧吹入炉空间部可达到完全二次燃烧。与从下段喷吹的气体只是氧气时相比，由于混合空气后能强化渣浴的搅拌，因此能减少煤单耗，最佳氧浓度为50―60％。发生的煤气用IDF排出，熔融还原炉可在微负压下操作。炉料全部从炉上部采用重力投入法投人。炉内的铁水和炉渣分别用虹吸方式连续排出。发生的煤气显热用余热锅炉回收用于发电。
1997年德国国营矿山开发公司为冶炼Bailadila矿山的尾矿(赤泥)，在取得开采许可证的同时进行ROMELT的开发。ROMELT-SAIL公司于2001年开始在Dantewara地区的Goodem厂建设年产30万t规模的设备，据说预计于2003年初建成，但由于建设场地的更改，有消息说计划延迟1年。
4.4 AISI工艺
美国钢铁协会(AISl)在获得美国能源部(DOE)的援助金后于1988年开始进行名为“AISI―DOE直接炼钢项目”的工艺开发。其构想是用竖炉式预还原炉将铁矿石颗粒还原至维氏体(FeO)后，装入铁浴式熔融还原炉冶炼成铁水，然后用连续炼钢炉将铁水脱硫和脱碳炼成钢水。采用预还原炉获得维氏体颗粒的研究是在墨西哥的HYLSA厂用日产30t规模的竖炉式直接还原铁试验设备进行研究的。从1990年开始以试验中生产的维氏体颗粒为原料，采用容量为15t的转炉式熔融还原炉中试设备进行了4．2t／h左右的铁水生产试验，1993年用日产10t的熔融还原炉原型设备进行了试验。另一方面，在1991年还采用在熔融还原炉中间设置挡墙的卧式精炼炉进行对流精炼方式的脱硫、脱碳试验。但在1994年，由于开发集中在熔融还原，熔融还原炉变成用于处理制铁所排出的氧化铁废弃物，因此1995年没有获得DOE的援助金，故中断了开发。
4.5 CCF和CleanSMelt
CCF(旋风转炉法)和CleanSMelt(清洁熔炼法)是通过与熔融还原炉的炉口直接连接的被称作“熔炼旋流器(Melting Cyclone)”的特殊圆筒式炉子把粉矿石装入熔融还原炉的。沿切线方向由侧枪把氧吹人熔炼旋流器，在燃烧熔融还原炉发生煤气的同时，会产生旋转气流，在预还原的同时(预还原率20％-25％左右)，同样可熔化喷吹的粉矿石(<2mm)。因此，铁矿石可在熔融状态下装人熔融还原炉本体。该工艺原来是由Hoogovens提出的，从开发初期阶段的1989年到1992年，英国钢铁公司Hoogovens厂和Centro Sviluppo Materiali(CSM)获得了欧洲钢铁委员会(ECSC)的援助金共同进行开发，但其后Hoogovens/BSC和CSM分别以CCF和CleanSMelt的名称，各自获得ECSC的援助金进行开发。
Hoogovens厂和BSC开发了熔炼旋流器(内径2m、20t/h规模)，并在小muiden厂进行了实验。关于熔融还原炉本体，由AISI提供技术，进行了年产50-70万t试验设备商用化的实验，由于没有取得实际结果，因此终止了开发。
另一方面，CSM于1995年在Ilva公司的Taranto厂建了5t/h的中试设备，以CleanSMelt的名称进行开发。与CCF不同，CleanSMelt是将矿石和氧分别装入熔炼旋流器，另外在熔融还原炉本体的上下2段设置了侧吹喷枪，下段喷枪吹入煤和氧，上段喷枪只吹氧。熔融还原炉中的目标二次燃烧率为30-40％，但CleanSMelt最终确定的二次燃烧率为80％。熔融还原炉本体能在400kPa下操作。(待续)
从七十年代起世界各国开始正式进行熔融还原法的研究，在八十年代后期一些国家采取由几个企业合作或作为国家项目而采用大型中试设备相继进行开发研究。例如，美国的AISI工艺、澳大利亚的HIsmelt和AusIron、还有欧洲的ROMELT和CCF等。
AISI工艺采用竖炉式预还原炉，除了使用的是块状原料，其它都与别的熔融还原法相同，可直接使用普通煤和粉矿石。在这些熔融还原法中已通过整个工艺开发并能将预还原炉和熔融还原炉连接在一起进行正常操作的只有DIOS，其它熔融还原法仍处于将熔融还原炉或预还原炉单独进行基础试验的阶段。
4.1 Hismeh
Hismeh是根据德国Kloeckner公司开发的炼钢转炉加热技术(K―OBM工艺)提出的，于八十年代初期由澳大利亚奥廷托联合锌公司和Kloeckner公司共同进行开发。2000年在西澳大利亚州建成了年产50Yit规模的商用设备，它把商用价值低的高磷矿石冶炼成铁水，以提高产品附加值为目标而积极推进开发。当初，采用将水平圆筒式熔融还原炉和与其连接的流化床式预还原炉作为整个试验设备进行开发，但从1997年开始改为采用内径为2．7m的单体竖炉进行熔融还原炉的开发。它利用热风炉产生的1200℃左右的加热富氧空气(富氧化率不到30％)在炉上部进行二次燃烧，二次燃烧率的目标值为60％～80％。先将粉状矿石和煤预先混合，用浸渍在渣浴中的水冷喷嘴将混合料投射到铁浴中，使铁矿石在铁浴内还原和渗碳。由水冷喷嘴投射的材料在炉上部空间会产生大量的溅渣，以溅渣作为传热介质能将燃烧热从炉上部的二次燃烧带向熔池中传热。生产的铁水经与炉底相接的前炉，采用虹吸方式进行出铁，渣则由另外设置的出渣孔间歇式排出。炉子可在200kPa的压力下操作。
2000年，美国纽柯公司根据年产60万t规模的验证设备的建设，对熔融还原炉的经济性进行评价，结果决定于2004年年中在西澳大利亚州的Kwinana厂建设年产80万t规模的设备，目前正在进行环境影响的评价等准备。
4.2 AusIron
AusIron原有的冶炼方式为Ausmelt，该工艺通过在喷枪的外管吹入空气来冷却喷枪，并利用渣粘结层来保护喷枪，因此能将喷枪浸没在渣中，根据不同用途可从内管装入固体燃料或气体燃料或粉状原料。该工艺已在中国、印度、德国、秘鲁、日本和韩国等国家应用于铜、镍、锌和铅等有色金属的冶炼。
AusIron的开发是从九十年代的中试设备试验开始，它作为南澳大利亚钢铁和能源(SASE)项目的核心工艺，由SASE公司负责开发。该工艺以南澳大利亚出产的普通煤和矿石为原料，年产铁水250万t，同时还能进行发电。由于获得了南澳大利亚州政府和联邦政府的援助金，从2000年底开始在南澳大利亚的Whyalla厂建了2t/h规模的验证试验炉。
试验设备使用2只水冷双重管喷枪替代空冷喷枪，从外管将富氧化空气作为二次燃烧用空气吹到炉上部空间，使炉内发生的煤气完全燃烧。从内管将用作燃料的粉煤与富氧化空气一起投入到渣内，在燃烧的同时使炉上部二次燃烧带产生大量的溅渣，并以溅渣作为传热介质，将燃烧热传递到熔池中。煤要预先进行筛分，筛下的煤用作燃料，筛上的煤用作还原用煤与铁矿石一起从炉顶重力装入。熔融还原反应是在炉周围部渣浴表面悬浮的含碳材料表面进行的。熔融还原炉基本上是一种单独的工艺，它用抽风机(IDF)排出炉内煤气，使炉内在微负压下操作。商用设备采用余热锅炉回收发生的显热。
预计到2003年底商用设备将在南澳大利亚投产。商用设备与试验设备一样，使用2只喷枪，炉缸为耐火材料砌筑，炉中部至炉上部为水冷构造。
4.3 ROMELT
ROMELT是根据Cu和Ni硫化物冶炼用的Vanyukov工艺，在1979年由莫斯克合金钢研究所 (MISA) 的V．A．Romenets博士提出的工艺，并于1985年在新西伯利亚冶金公司的转炉车间建了炉缸面积为20m2、最大生产能力为18t/h可连续操作的半商用设备，至1997年已试验了47个炉役。该工艺为单级熔融还原炉，在水平箱式熔融还原炉上贮存了大量的炉渣，从上下两段的数个风口将富氧空气吹人渣浴内，把氧吹入炉空间部可达到完全二次燃烧。与从下段喷吹的气体只是氧气时相比，由于混合空气后能强化渣浴的搅拌，因此能减少煤单耗，最佳氧浓度为50―60％。发生的煤气用IDF排出，熔融还原炉可在微负压下操作。炉料全部从炉上部采用重力投入法投人。炉内的铁水和炉渣分别用虹吸方式连续排出。发生的煤气显热用余热锅炉回收用于发电。
1997年德国国营矿山开发公司为冶炼Bailadila矿山的尾矿(赤泥)，在取得开采许可证的同时进行ROMELT的开发。ROMELT-SAIL公司于2001年开始在Dantewara地区的Goodem厂建设年产30万t规模的设备，据说预计于2003年初建成，但由于建设场地的更改，有消息说计划延迟1年。
4.4 AISI工艺
美国钢铁协会(AISl)在获得美国能源部(DOE)的援助金后于1988年开始进行名为“AISI―DOE直接炼钢项目”的工艺开发。其构想是用竖炉式预还原炉将铁矿石颗粒还原至维氏体(FeO)后，装入铁浴式熔融还原炉冶炼成铁水，然后用连续炼钢炉将铁水脱硫和脱碳炼成钢水。采用预还原炉获得维氏体颗粒的研究是在墨西哥的HYLSA厂用日产30t规模的竖炉式直接还原铁试验设备进行研究的。从1990年开始以试验中生产的维氏体颗粒为原料，采用容量为15t的转炉式熔融还原炉中试设备进行了4．2t／h左右的铁水生产试验，1993年用日产10t的熔融还原炉原型设备进行了试验。另一方面，在1991年还采用在熔融还原炉中间设置挡墙的卧式精炼炉进行对流精炼方式的脱硫、脱碳试验。但在1994年，由于开发集中在熔融还原，熔融还原炉变成用于处理制铁所排出的氧化铁废弃物，因此1995年没有获得DOE的援助金，故中断了开发。
4.5 CCF和CleanSMelt
CCF(旋风转炉法)和CleanSMelt(清洁熔炼法)是通过与熔融还原炉的炉口直接连接的被称作“熔炼旋流器(Melting Cyclone)”的特殊圆筒式炉子把粉矿石装入熔融还原炉的。沿切线方向由侧枪把氧吹人熔炼旋流器，在燃烧熔融还原炉发生煤气的同时，会产生旋转气流，在预还原的同时(预还原率20％-25％左右)，同样可熔化喷吹的粉矿石(<2mm)。因此，铁矿石可在熔融状态下装人熔融还原炉本体。该工艺原来是由Hoogovens提出的，从开发初期阶段的1989年到1992年，英国钢铁公司Hoogovens厂和Centro Sviluppo Materiali(CSM)获得了欧洲钢铁委员会(ECSC)的援助金共同进行开发，但其后Hoogovens/BSC和CSM分别以CCF和CleanSMelt的名称，各自获得ECSC的援助金进行开发。
Hoogovens厂和BSC开发了熔炼旋流器(内径2m、20t/h规模)，并在小muiden厂进行了实验。关于熔融还原炉本体，由AISI提供技术，进行了年产50-70万t试验设备商用化的实验，由于没有取得实际结果，因此终止了开发。
另一方面，CSM于1995年在Ilva公司的Taranto厂建了5t/h的中试设备，以CleanSMelt的名称进行开发。与CCF不同，CleanSMelt是将矿石和氧分别装入熔炼旋流器，另外在熔融还原炉本体的上下2段设置了侧吹喷枪，下段喷枪吹入煤和氧，上段喷枪只吹氧。熔融还原炉中的目标二次燃烧率为30-40％，但CleanSMelt最终确定的二次燃烧率为80％。熔融还原炉本体能在400kPa下操作。(待续)
