熔融还原炼铁法开发现状（四）

4.6 COREX COREX是目前唯千已投入实际应用的(南非伊斯科钢铁公司：日产1000t；韩国浦项钢铁公司和印度京德勒钢铁公司等：日产2000t)高炉以外的炼铁法，它使用的是普通煤。其工艺流程是先把普通煤装入熔融气化炉，然后吹入氧使煤燃烧、分解，将发生的煤气作为还原煤气导入原竖炉，接着在还原竖炉内将块矿石和矿石颗粒还原到金属化率为95％左右。浦项公司在将日产从1000t提高到2000t的规模扩大阶段中，为稳定熔融气化炉的操作，除了不使用粉煤外，还使用了大约10％的焦炭，另外为确保还原煤气量，发现煤的挥发份存在着最佳值等，它受煤晶位的制约。目前由于对煤种的选择和还原竖炉中金属化率的稳定化等采取了措施，焦炭的使用量可以减少到大约3-5％：由于矿石几乎是在竖炉内完成还原，因此还原所需的煤气量大，熔融气化炉的煤单耗也高。结果，排出系统外的发生能量也必然增大。印度京德勒钢铁公司Vijayanagar厂利用日产2000t的2座COREX设备发生的煤气来带动2台130MW的发电设备。另外，在南非的Saldanha钢铁公司还同时设置了直接还原铁生产法(MIDREX)，能日产大约2500t的直接还原铁(DRl)。 为解决铁矿石粒度制约的问题，浦项公司开发了使用3段气泡流化床的FINEX来取代还原竖炉，现在日产2000t的COREX所发生的煤气以分流的形式用于日产150t规模试验流化床炉的试验。计划在2003年之前与COREX本体连接，达到年产60万t规模，其后到2010年浦项公司的1#和2#高炉就要开始大修，届时除了将这两座高炉更换成FINEX外，还准备向海外推广这一技术。 5、各种熔融还原法的比较 对在各种熔融还原法中起关键作用的熔融还原炉的技术优势，以二次燃烧和吸热技术、原燃料装入技术和所需的原燃料特性等为主进行了比较。 5.1二次燃烧和吸热技术 如2.3.4节所介绍，采用DIOS时，是把纯氧导入起泡的渣层内，使渣层内产生二次燃烧，一旦二次燃烧热传到渣中，利用炉底吹入的气体和吹氧的搅拌作用，能促进向还原反应场所的传热，即向下部镇静渣内的传热。CleanSMelt也和DIOS一样从上段喷嘴把氧吹入起泡的渣层内形成二次燃烧，在从下段喷嘴把氧吹入高镇静渣内的同时装人粉煤进行煤的气化，其操作状况与AusIron类似。还原反应区域可分为镇静渣层和起泡渣层等两个区域。 另一方面，ROMELT、Hlsmelt和AusIron是把氧或空气吹入炉上部空间进行二次燃烧。在这些工艺中，作为二次燃烧热向渣浴传热的特征是在二次燃烧空间部由下向上形成一层溅渣层，以此作为传热介质。为吹人大量的空气，从改善炉子热平衡的观点来看，所有方法都采用了富氧。采用Hismelt时，还用热风炉把空气预热到1200℃左右，因此Hismelt热风中的氧量以300k为上限。这些工艺的二次燃烧率很高，在70％以上，除Hismelt外，都是采用余热锅炉对发生煤气的显热进行回收。 根据公布的100％使用矿石时的操作数据，推测了每单位熔池面积的生产率(在采用DIOS和Hismelt的情况下由于铁浴和渣浴的断面积不同，因此把它们的平均值作为熔池面积)。根据计算，采用DIOS时为2.3t/m2h；采用ROMELT时为0.9t/m2h；采用Hismelt时为0.7t/m2h。采用DIOS时，矿石的预热和预还原的效果大约为29％，如果没有进行预热和预还原处理，根据冷矿石标准计算，其生产率只有1.6t/m2h：与生产规模基本相同的ROMELT相比，DIOS的生产率是它的1．8倍左右。DIOS能取得如此高的生产率却是以使用热效率差的高挥份煤为前提，其二次燃烧率只有45％，如果考虑到ROMELT的二次燃烧率在70％以上，就可以理解DIOS的二次燃烧和吸热技术在熔融还原炉中的优越性。即，如ROMELT、Hismelt和AusIron等工艺采用在炉上部空间进行二次燃烧的方法时，向水拎结构炉体的散热大，与在渣内限定区域进行二次燃烧的DIOS相比，可以认为它们的热效率差。 5.2原燃料装入技术和原燃料性状的适应性 ROMELT和AusIron的炉子操作压力比常压更低，由于可在炉顶设置开口部，因此原燃料装入装置简单，原燃料受粒度和水分含量的制约少：但是，由于炉内压力低，而且发生的煤气量大，因此炉内煤气流速会相对增大，从装入料会向炉外飞散的观点来看，装入料受粒度下限值的制约。而且，包括Hismelt在内，作为二次燃烧的传热介质，当炉上部空间发生溅渣时，担心一部分渣飞散后会粘附在煤气管道等。 采用Hismelt和CleanSMelt时，原燃料全部从炉腰吹入，虽然有粒度制约，但米用Hismeh时，可以吹入?6mm和小颗粒原燃料。采用DIOS时，如果煤的块度不到50mm、矿石的粒度不到8mm，都可以直接入炉使用：煤的粒度在30mm以下的经干燥后可以采用重力装入法装入炉子；矿石在预还原阶段主要为大约0．3mm的粉状矿石，因此可以与用旋风除尘器收集的粉尘一起从炉顶投射入炉：采用加压操作时，炉内煤气流速会因装入的矿石和煤而减小，从而确立了铁水收得率高的装料技术。 5.3商用设备的规模扩大化 DIOS、Hismelt的CleanSMelt的熔融还原炉都采用1支顶吹喷枪，其规模的扩大化是扩大炉膛直径，即对炉膛直径进行二维扩大：采用侧枪操作的ROMELT和采用数只顶吹喷枪的AusIron熔融还原炉是沿炉纵向进行规模扩大化，即进行一维扩大。有的研究指出，“二维规模扩大方式与一维规模扩大方式相比，从由1支喷枪供给的气流所到达的距离来看，前者的气流到达距离有限。”虽然前者的气流到达距离有限，但它是一种加压式熔融还原炉，而后者由于是能在微负压下进行操作的熔融还原炉，因此在考虑作用于炉墙的内压时，可以说这是一种妥当的规模扩大化发展方向。但是，由耐火材料构成的炉下部会因耐火材料的热膨胀和收缩而变得不稳定，因此从炉下部结构的稳定性来看，规模的一维扩大未必可以说是好的-正象高炉是经过数十年的发展才步入大型化一样，上述的规模扩大化都是在商用化后应开发的课题。 6．结束语 (1)DIOS作为不需要焦炉和烧结机的炼铁法，从1988年起经过8年的共同研究，已首次在世界上成功地开发出将熔融还原炉和预热炉、预还原炉组合的全套熔融还原工艺，除此之外还解决了实际应用中的各项课题。 (2)根据研究结果做出的评价是，DIOS作为高炉替代法，在经济上它比高炉法节省投资，而且还是一种有利于环保的炼铁法。 (3)DIOS的核心是熔融还原炉，将熔融还原炉和其它还原工艺组合，如将转底炉作为预还原设备与熔融还原炉组合后可显著提高生产率，降低铁水的生产成本，而且能扩大应用范围。 (4)在日本国内预计到2010年一部分铁水将采用DIOS生产，但目前已经折旧的设备仍具有生产余力；因此，DIOS推进委员会的工作重点是向海外推广DIOS的实际应用，适应各国对DIOS技术和设备踊跃购买的需求。 (5)Hismelt和ROMELT分别在西澳大利亚州和印度进行研究开发，为在这几年内达到实用化，目前已进入建设准备阶段，如对环境的影响进行评价等。 (6)同样在南澳大利亚州，为在这几年内使AusIron达到实用化，目前正在试验的基础上进行应用的开发。虽然该设备属小型设备；但它可以用于发电。 (7)COREX在韩国、南非和印度目前有4座年产60万t规模的商用设备在生产。 (8)在韩国浦项钢铁公司矿石的还原采用流化床炉，因此目前正在将COREX商用设备开发成可以使用粉矿石的FINEX，预计到2003年年产60万t规模的FINEX将达到实用化，并计划在2010年浦项公司高炉大修时用于替代高炉。(完）