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非高爐煉鐵

作者:1180 發布時間:2015-11-16 文字大小:【大】【中】【小】

 前     言

  近年來,非高爐煉鐵枝術有了很大進展,這主要是因為:

  (1)資源限制。國際范圍內焦煤資源日益匱缺,以非焦煤為主要能源,改善鋼鐵工業能源結構的呼聲日益高漲;與此同時,許多含鐵原料難以滿足大型高爐冶煉的要求,如多金屬共生礦(釩欽磁鐵礦、紅土礦、硼鐵礦等)、菱鐵礦、褐鐵礦、特種赤鐵礦,日益惡化的資源條件推動非高爐煉鐵技術向前發展。

  (2)環境要求。非高爐煉鐵流程不用或少用造成大量污染的煉焦和造塊工藝,同時大幅度減少傳統高爐CO2 ,硫化物、氮氧化物、污水的排放;與此同時,短流程(一般指廢鋼一電爐流程)是今后清潔化鋼鐵生產的重要方向,大多數工業化國家電爐鋼產量已超過50%,但廢鋼質量惡化是制約電爐鋼,尤其是純凈鋼、優質鋼發展的重要因素,直接還原鐵(DRI/HBI)是其優質替代品,也是廢鋼殘留有害元素的稀釋劑。因此,非高爐煉鐵技術的發展是實現環境友好、提升鋼鐵產品質量的需要。
 
 

  目錄

  1 緒論……………………………………………………………………………………1

  1.1 非高爐煉鐵方法的意義…………………………………………………………… 1

  1.1.1 直接還原法………………………………………………………………………2

  1.1.2 熔融還原法………………………………………………………………………2

  1.2 非高爐煉鐵方法的發展及現狀………………………………………………………4

  1.2.1 直接還原技術概況………………………………………………………………4

  1.2.2 熔融還原技術的產生與發展…………………………………………………… 10

  1.3 我國非高爐煉鐵技術概況……………………………………………………………10

  1.3.1 我國直接還原技術發展概況…………………………………………………… 10

  1.3.2 我國熔融還原技術發展概況……………………………………………………12

  參考文獻………………………………………………………………………………… 12

  2 非高爐煉鐵基礎………………………………………………………………………14

  2.1 非高爐煉鐵方法的技術經濟指標……………………………………………………14

  2.2 非高爐煉鐵方法使用的原燃料………………………………………………………16

  2.2.1 含鐵原料………………………………………………………………………… 16

  2.2.2 燃料與還原劑…………………………………………………………………… 18

  2.3 含碳球團及其還原機理………………………………………………………………20

  2.3.1 固-固還原機理……………………………………………………………………20

  2.3.2 二步還原機理…………………………………………………………………… 21

  2.4 產品性質及其應用……………………………………………………………………25

  2.4.1 非高爐煉鐵方法產品種類和性質……………………………………………… 25

  2.4.2 直接還原鐵的處理及儲運……………………………………………………… 27

  2.4.3 直接還原鐵的應用……………………………………………………………… 29

  參考文獻……………………………………………………………………………………33

  3 氣體還原的直接還原方法…………………………………………………………… 35

  3.1 鐵氧化物氣體還原機理……………………………………………………………… 35

  3.1.1 熱力學分析…………………………………………………………………………35

  3.1.2 動力學分析…………………………………………………………………………37

  3.2 冶金還原煤氣……………………………………………………………………………40

  3.2.1 還原煤氣消耗量……………………………………………………………………40

  3.2.2 煤氣脫硫及海綿鐵滲碳……………………………………………………………41

  3.2.3 冶金還原煤氣的制造………………………………………………………………43

  3.3 豎爐法基本原理…………………………………………………………………………47

  3.3.1 豎爐法概述………………………………………………………………………… 47

  3.3.2 豎爐內還原基礎……………………………………………………………………48

  3.4 豎爐法直接還原典型工藝………………………………………………………………54

  3.4.1 Midrex 工藝…………………………………………………………………………54

  3.4.2 HYL-Ⅲ工藝………………………………………………………………………… 58

  3.4.3 Energiron 工藝………………………………………………………………………59

  3.4.4 其他工藝…………………………………………………………………………… 62

  3.5 其他氣體直接還原方法…………………………………………………………………70

  3.5.1 固定床方法………………………………………………………………………70

  3.5.2 流態化方法………………………………………………………………………73

  參考文獻………………………………………………………………………………… 77

  4 應用固體還原劑的直接還原方法……………………………………………………79

  4.1 固體碳還原鐵礦的放應………………………………………………………………79

  4.1.1 熱力學分析……………………………………………………………………… 79

  4.1.2 動力學分析……………………………………………………………………… 80

  4.2 回轉窯法……………………………………………………………………………… 83

  4.2.1 回轉窯法工藝原理……………………………………………………………… 83

  4.2.2 回轉窯法典型工藝介紹………………………………………………………… 90

  4.3 轉底爐法……………………………………………………………………………… 92

  4.3.1 概述……………………………………………………………………………… 92

  4.3.2 轉底爐法工藝原理…………………………………………………………………93

  4.3.3 轉底爐法典型工藝介紹……………………………………………………………96

  4.4 ITmk3與CHARP 法………………………………………………………………………102

  4.4.1 ITmk3與工藝……………………………………………………………………102

  4.4.2 煤基熱風轉底爐熔融煉鐵法……………………………………………………104

  4.5 其他應用固體還原劑的直接還原方法……………………………………………… 104

  4.5.1 Kinglor-Metor法…………………………………………………………………… 104

  4.5.2 EDR法……………………………………………………………………………… 106

  4.5.3 固定反應罐法…………………………………………………………………………107

  4.5.4 川崎KIP法……………………………………………………………………………107

  參考文獻………………………………………………………………………………………108

  5 熔融還原基礎………………………………………………………………………………110

  5.1 預還原基礎研究……………………………………………………………………………110

  5.1.1 預還原反應熱力學………………………………………………………………… 110

  5.1.2 預還原過程能耗分析………………………………………………………………… 111

  5.1.3 預還原過程能耗圖解………………………………………………………………… 113

  5.1.4 預還原反應動力學…………………………………………………………………… 117

  5.2 終還原基礎研究……………………………………………………………………… 121

  5.2.1 終還原反應熱力學……………………………………………………………… 121

  5.2.2 終還原過程能耗分析……………………………………………………………… 122

  5.2.3 終還原過程能耗圖解……………………………………………………………… 125

  5.2.4 終還原反應動力學……………………………………………………………………132

  5.3 煤氣改質技術研究…………………………………………………………………………139

  5.3.1 煤氣改質技術的物料平衡及熱平衡………………………………………………… 139

  5.3.2 煤氣改質的作用……………………………………………………………………… 140

  5.4 熔融還原全過程操作線圖分析… ………………………………………………… 142

  5.4.1 預還原度平衡點…………………………………………………………………… 142

  5.4.2 煤氣改質對熔融還原過程的影響………………………………………………… 143

  5.5 泡沫渣的形成與抑制…………………………………………………………………… 144

  5.5.1 泡沫渣的形成機理及影響因素…………………………………………………… 144

  5.5.2 泡沫渣指數…………………………………………………………………………145

  參考文獻………………………………………………………………………………………146

  6 含碳球團研究…………………………………………………………………………… 148

  6.1 含碳球團還原的特點…………………………………………………………………… 149

  6.1.1 含碳球團的還原過程……………………………………………………………… 149

  6.1.2 含碳球團還原過程特點及其在熔融還原中的應用……………………………… 155

  6.1.3 含碳球團的直接還原度(Rd)………………………………………………………156

  6.1.4 含碳球團直接還原度的變化…………………………………………………………157

  6.2 含碳球團還原過程數值模擬………………………………………………………………159

  6.2.1 界面反應模型………………………………………………………………………… 160

  6.2.2 綜合模型……………………………………………………………………………… 162

  6.3 含碳球團冷固結技術………………………………………………………………………166

  6.3.1 波蘭特水固結法……………………………………………………………………… 167

  6.3.2 高壓蒸養法………………………………………………………………………… 168

  6.3.3 水玻璃固結法…………………………………………………………………………169

  6.3.4 其他冷固結法…………………………………………………………………………170

  6.4 含碳球團預還原過程物料平衡計算和熱平衡計算………………………………………170

  6.4.1 含碳球團中碳的直接還原度與煤氣條件的關系…………………………………… 170

  6.4.2 含碳球團豎爐還原過程分析………………………………………………………… 171

  參考文獻…………………………………………………………………………………………179

  7 典型熔融還原流程…………………………………………………………………………182

  7.1 Corex工藝…………………………………………………………………………………182

  7.1.1 概述……………………………………………………………………………………182

  7.1.2 工藝流程………………………………………………………………………………183

  7.1.3 原燃料要求……………………………………………………………………………185

  7.1.4 Corex流程的工藝特點……………………………………………………………… 186

  7.1.5 寶鋼羅涇Corex C-3000裝置…………………………………………………………186

  7.1.6 寶鋼羅涇Corex C-3000裝置的技術進步……………………………………………194

  7.1.7 Corex流程的展望…………………………………………………………………… 195

  7.2 Finex 工藝…………………………………………………………………………………196

  7.2.1 工藝流程………………………………………………………………………………197

  7.2.2 Finex工藝流程的技術及經濟指標……………………………………………………199

  7.2.3 Finex工藝應用前景……………………………………………………………………203

  7.3 HIsmelt 工藝……………………………………………………………………………… 204

  7.3.1 工藝流程……………………………………………………………………………… 205

  7.3.2 SSPP及HRDF 試驗結果……………………………………………………………… 208

  7.3.3 HIsmelt流程的技術及經濟評價………………………………………………………213

  7.3.4 HIsmelt流程應用前景…………………………………………………………………215

  7.4 CCF 工藝……………………………………………………………………………………216

  7.4.1 工藝流程……………………………………………………………………………… 216

  7.4.2 旋風熔融預還原爐(旋風爐)………………………………………………………217

  7.4.3 旋風熔融爐的試驗結果…………………………………………………………… 218

  7.4.4 CCF過程的物料平衡和熱平衡…………………………………………………… 218

  7.4.5 CCF工程技術及經濟評價………………………………………………………… 229

  7.5 HIsarna工藝………………………………………………………………………………220

  5.5.1工藝流程……………………………………………………………………………220

  7.5.2 HIsarna流程的技術特點………………………………………………………… 222

  7.5.3 HIsarna流程半工業試驗…………………………………………………………224

  7.5.4 HIsarna流程的主要特點……………………………………………………………224

  7.6 DIOS工藝………………………………………………………………………………… 225

  7.6.1 DIOS主要研究結果…………………………………………………………………… 226

  7.6.2 DIOS半工業試驗………………………………………………………………………231

  7.6.3 DIOS流程的技術及經濟特征…………………………………………………………235

  7.7 AISI工藝………………………………………………………………………………… 236

  7.7.1 工藝流程……………………………………………………………………………… 237

  7.7.2 AISI流程的主要影響因素…………………………………………………………… 238

  7.7.3 AISI流程技術及經濟指標………………………………………………………………238

  7.8 Romelt(PJV)工藝…………………………………………………………………………240

  7.8.1 工藝流程…………………………………………………………………………………240

  7.8.2 Romelt流程的技術特點………………………………………………………………241

  7.8.3 Romelt流程半工業試驗………………………………………………………………243

  7.8.4 Romelt流程的技術經濟指標…………………………………………………………243

  7.8.5 Romelt流程的主要特點………………………………………………………………246

  7.9 Oxycup工藝………………………………………………………………………………247

  7.9.1 工藝流程…………………………………………………………………………………247

  7.9.2 德國蒂森-克虜伯鋼鐵公司Oxycup工藝的技術經濟指標……………………………249

  7.9.3 Oxycup工藝特點…………………………………………………………………… 251

  7.10 Tecnored工藝…………………………………………………………………………252

  7.10.1 Tecnored工藝流程……………………………………………………………………252

  7.10.2 Tecnored工藝特點……………………………………………………………………252

  7.10.3 Tecnored工業試驗……………………………………………………………………253

  7.11 其他熔融還原工藝………………………………………………………………………253

  7.11.1 Redsmelt法……………………………………………………………………………253

  7.11.2 川崎法……………………………………………………………………………… 255

  7.11.3 XR法……………………………………………………………………………………258

  7.11.4 Combismelt 法…………………………………………………………………………259

  7.11.5 CIG法…………………………………………………………………………………260

  7.11.6 CGS法…………………………………………………………………………………269

  7.11.7 COIN 法……………………………………………………………………………… 277

  7.11.8 Elred法…………………………………………………………………………………283

  7.11.9 SC法……………………………………………………………………………………288

  7.11.10 COSRI法………………………………………………………………………………295

  7.11.11 Plasmasmelt 法………………………………………………………………………296

  7.11.12 LB法…………………………………………………………………………………296

  參考文獻……………………………………………………………………………………… 297

  8 利用生物質的煉鐵方法……………………………………………………………………301

  8.1 關于生物質的基礎理論……………………………………………………………………301

  8.1.1 生物質的極念及資源狀況…………………………………………………………… 301

  8.1.2 生物質的基礎特性及利用…………………………………………………………… 301

  8.1.3 生物質能的碳中性…………………………………………………………………… 303

  8.2 生物質應用于煉鐵工藝概況………… ………………………………………………… 304

  8.2.1 生物質應用于高爐噴吹……………………………………………………………… 304

  8.2.2 高爐使用含生物質焦的鐵礦壓塊…………………………………………………… 308

  8.2.3 生物質作為輔助原料在煉鐵及相關工藝中的應用………………………………… 310

  8.2.4 生物質能輔助煉鐵系統……………………………………………………………… 311

  8.2.5 生物質能輔助煉鐵及CO2減排潛力………………………………………………… 313

  8.3 生物質焦的基礎研究…………………………………………………………………… 317

  8.3.1 生物質焦………………………………………………………………………………317

  8.3.2 生物質焦的氣化反應性及其影響因素………………………………………………317

  8.4 生物質焦和鐵礦粉復合壓塊的基礎研究…………………………………………………322

  8.4.1 配加生物質焦粉的鐵礦粉混合物的還原規律………………………………………322

  8.4.2 生物質焦粉的鐵礦壓塊的自還原規律………………………………………………322

  8.4.3 含生物質焦粉的鐵礦粉壓塊的自還原動力學………………………………………328

  8.5 應用生物質能的非高爐煉鐵流程…………………………………………………………339

  8.5.1 生物質焦應用于直接還原…………………………………………………………… 349

  8.5.2 生物質制氫—直接還原鐵技術……………………………………………………… 349

  參考文獻……………………………………………………………………………………… 351

  9 煉鐵工業相關的單元技術…………………………………………………………… 351

  9.1 變壓吸附制氧技術(PSA技術)…………………………………………………………354

  9.1.1 歷史沿革………………………………………………………………………………354

  9.1.2 工藝流程………………………………………………………………………………354

  9.1.3 技術特點………………………………………………………………………………355

  9.1.4 半工業或工業試驗結果………………………………………………………………355

  9.1.5 小型醫用變壓吸附制氧技術…………………………………………………………356

  9.1.6 評價及展望……………………………………………………………………………356

  9.2 CO2分離捕集與封存技術(CCS技術)………………………………………………… 357

  9.2.1 CO2分離捕集和封存技術發展……………………………………………………… 357

  9.2.2 CO2分離捕集和封存技術工藝流程……………………………………………… 358

  9.2.3 CO2分離捕集技術特點………………………………………………………………358

  9.2.4 CO2的運輸及經濟技術評價………………………………………………………… 358

  9.2.5 CO2地質封存的技術特點…………………………………………………………… 361

  9.2.6 評價與展望……………………………………………………………………………361

  9.3 流態化技術…………………………………………………………………………………361

  9.4 焦爐煤氣(COG)利用技術…………………………………………………………… 362

  9.4.1 焦爐煤氣生產甲醇工藝……………………………………………………………… 362

  9.4.2 焦爐煤氣低溫分離生產液化天然氣(LNG)聯產氫氣技術…………………………364

  9.4.3 焦爐煤氣用于直接還原煉鐵工藝………………………………………………… 364

  9.4.4 甲烷爐內改質直接還原工藝…………………………………………………………365

  9.5 粉體造粒技術………………………………………………………………………………366

  9.5.1 粉體造粒技術簡介……………………………………………………………………366

  9.5.2 基本造粒方法…………………………………………………………………………368

  9.5.3 粉體粒子間的結合力………………………………………………………………… 368

  9.6 環境保護及煙氣脫硫脫硝技術……………………………………………………………369

  9.6.1 環境保護技術………………………………………………………………………… 370

  9.6.2 煙氣脫硫技術………………………………………………………………………… 371

  參考文獻……………………………………………………………………………………… 375

  10 我國發展非高爐煉鐵的展望…………………………………………………………… 376

  索引………………………………………………………………………………………………378


 

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