首 页|网站简介 |使用帮助|意见与建议|设为主页|加入收藏
印度煤基直接还原铁厂生产实践
作者:     信息来源:     发表时间:2014-04-03     文章时间:     卷:     期:     页码:
   1 Bhushan公司概况   因为传统高炉炼铁对冶金焦的强烈依赖和印度供煤的严重短缺,制约了印度钢铁工业发展。因此,研究和生产炼钢生铁的替代品即直接还原铁(DRI)便成了印度的首选。时至今日,印度已成为全球最大的DRI生产国。   使用非焦煤作还原剂的煤基还原炉生产直接还原铁工艺,在一个接近水平的圆柱形反应器中完成。炉子倾斜约1.5°,有助于原料在炉内流动。炉壳用钢板制成,内部砌耐火砖。炉子工作转速为0.5rpm。煤在回转窑有两种作用,一是发热,一是产生CO作为还原剂。煤以粗颗粒和细颗粒的方式沿炉子长度方向的不同位置喷入炉内。在倾斜的炉内,煤和矿石与上升煤气逆流向下运动。工艺包括炉料加热、煤挥发、碳气化和铁矿石还原。煤的快速而及时气化产生CO作为氧化铁的还原剂,将其还原成金属铁DRI。控制空气总量以燃烧煤的挥发成分和整个炉子长度上部空间过剩的CO,从而满足还原过程所需要的热量。将炉内还原反应后的产品从炉子出口放出后,进入旋转冷却器进行冷却、筛分和磁性分离,去除非磁性杂质和产品中的剩余煤。   印度Bhushan公司有7座煤基DRI工厂于2006年起先后投产,目前,第8座正在试运行。8座煤基DRI工厂的总产能达到120万t/a。每座炉子的设计产能为500t/d。每座炉子长80m,直径4.8m。 2 煤基DRI炉生产用原材料   煤基直接还原工艺使用的原材料是铁矿石、非炼焦煤和白云石。赤铁矿含铁量高、杂质少,是一种符合工艺要求的铁矿石。通常要求含铁量达到或超过65%,杂质低于5%。Bhushan采购的铁矿石来自奥里萨邦5个不同的矿石生产商。矿石为中等质量,含铁量在60%-65%范围。工艺要求铁矿石粒度在5-18mm范围内。   将煤破碎并筛分至-18mm,从三个不同位置加入煤、喷入粗颗粒煤和喷入细粉煤。三种煤的粒度尺寸和化学特性各不相同,本土煤和进口煤的详细化学成分,煤的典型粒度。如果煤的碳/灰分含量是固定的,通常生产1t DRI需要1.4t煤。Bhushan钢厂使用低质煤与洗选厂洗涤后中级煤组成的混和煤,故生产1t DRI耗煤1.9t。   煤在炉内燃烧时S以SO2的形式释放将会被DRI吸收。为此,必须在炉料中加入白云石作为脱S剂以彻底去除或绝大部分去除DRI含S。最初使用的白云石粒度为1-4mm,后来发现4-8mm更好,可降低白云石消耗50%。这时因1-4mm粒度太细,白云石很容易被炉内废气带走。 3 产品性能   实践证明,任何生产设备的使用性能都与原材料有着十分密切的关系。设备性能和设计也不完全一致。煤基DRI质量是:金属化率为88%-90%,含C量为0.2%-0.3%,FeO含量为9%-10%,杂质含量为6%-8%。Bhushan钢厂生产的DRI质量指标是金属化率86.2%,FeO含量16.2%,总铁量90.6%,金属铁78.1%,杂质5.7%。   Bhushan钢厂生产的DRI热送给本公司的传统电弧炉、Conarc电弧炉和感应炉炼钢。DRI用于电弧炉炼钢有以下好处:可保证原材料化学成分均匀,S、P和微量元素很低;电弧炉使用DRI后可以加入部分低劣废钢冶炼而不会降低成品钢质量;DRI粒度尺寸非常均匀可提高炉子生产率,特别是连续加料时;氧化铁与熔池中C的反应可造成熔池强烈沸腾,促进热传输和加速炉渣与钢液间相互作用,有利于钢液化学成分均匀和降低钢液中的H、N含量。 4 EAF对DRI的质量要求 4.1 DRI粒度   DRI颗粒尺寸是一个十分重要的技术参数,特别是在连续加料时。太细的DRI(1-2mm)入炉后如果降落在液渣中会迅速氧化,如果落入废气中会被废气带走造成浪费。所以在电弧炉通过炉顶连续加料时,DRI的尺寸应控制在大于2mm和小于20mm之间的范围内。 4.2 金属化率   DRI的金属化率高可降低电炉动力消耗,但会抑制熔池沸腾、降低冶金反应。金属化低,会因为平衡DRI中的过多氧(如FeO)增加C消耗。实践证明,DRI中每减少1%的氧或FeO含量,要增加C消耗2.3kg和电耗12kWh/t钢液。炼钢用DRI理想的金属化率为94%。 4.3 含碳量   在连续加入DRI期间,熔池活跃的C-O沸腾对于防止电弧损坏耐火炉衬非常重要。为此,DRI的最低含C量不得低于0.6%。DRI的理想含氧量(如FeO)则与炉子额定容量所输入的电力有关,以保证炉子连续进料期间熔池合理沸腾。 4.4 杂质含量   DRI中的SiO2、Al2O3、CaO和MgO等杂质含量直接影响电炉生产质量。酸性成分SiO2等必须中和。中和1%的SiO2需要消耗约20kg石灰,同时每吨钢液需增加电耗11kWh才能使炉渣碱度达到2.2,以利于有效脱S和保护电弧炉的碱性耐火材料不受破坏。实践证明,DRI杂质含量以不超过6%-7%为宜。杂质含量太高不仅增加石灰用量和电耗,从而增加产品成本,而且还会因为需要对炉渣进行复杂处理而增大炉渣体积。此外,例如Al2O3和SiO2酸性杂质太高还会增加FeO损失,降低金属收得率。 4.5 破碎强度   DRI应有较高破碎强度,才能防止其出炉后在使用前的运输过程中被压碎,从而产生大量粉末造成浪费(因为粉末不能用于EAF炼钢)。 4.6 密度   DRI应具有足够的密度才能穿透渣层,并保留在液态渣与金属界面,进行有效的传热、传质和化学反应。实践证明,DRI的密度与回转窑使用的铁矿石含铁量有关。只有含铁量很高的矿石或精选矿石才能生产出高密度的海绵铁。要求DRI密度在4-6g/cm3之内。 4.7 单位体积重量   DRI块穿过渣层时间取决于动量。DRI块停留在渣层时间太长,炉渣将产生沸腾。尽管炉渣流动性非常重要,然而,仍然不要求用DRI块对炉渣流动性进行精确控制。 4.8 抗氧化性   DRI贮存期间与潮湿的大气接触时容易氧化。长时期贮存会因表面的多孔性发生再氧化而降低其金属化率。经验证明,贮存在开放式空间的DRI,6个月后金属化率将降低1%,严重影响冶炼效益。DRI的贮存性能与密度、单位表面积和是否使用钝化剂有关。 5 DRI加料操作 5.1 分批加料   分批加入DRI(含加入其他材料)与开启炉顶分批加入废钢的操作方法相同。采用单斗加料,DRI加入量不得超总炉料的15%。如果超过15%,部分DRI将与石灰、脉石一起熔化并沿坡生成导热不良的难熔烧结块,造成炉子排料受阻而堆积在炉子中心,从而减弱电极穿透力使炉顶和炉壁受到严重的电弧辐射,缩短其使用寿命。此外,因为上述原因,单斗加入DRI太多还会造成炉渣体积增大从而增加能耗。小批量多次加入DRI虽然可使加入总量达到总炉料的30%,但因多次开启顶加料导致热损失增大。 5.2 连续加料   实践证明,如果熔化期间连续加入DRI则可避免分批加料因开启料顶和停止供电造成的热损失。目前,连续加料已广泛用于EAF冶炼。为节约能源,都把DRI炉建在电弧炉附近,以便经过传输系统将DRI热装入EAF。连续加料要求首先在炉膛形成一金属熔池,然后进行连续加料,直到将料仓中的贮料沿炉顶加完。连续加料能良好布料,改善熔池传热,并促进炉渣与液态金属的良好混和。连续加料的较低热损失有利于形成稳定的电弧,与分批加料比较可提高炉子生产率。可以肯定,采用适当的加料速度完全可以使DRI在炉渣与液态金属界面间熔化。加料速度取决于DRI化学成分和熔池温度。如果以输入炉内的电力决定加料速度,通常,加料速度为27-35kg/min.MW。通过这种加料方法可将炉料中80%的DRI成功加入炉内。   Bhushan钢厂的EAF和Conarc EAF均采用连续加料法。DRI的分级粒度为5mm。大于5mm加入EAF和Conarc EAF,小于5mm的则加入感应电炉(IF)。Bhushan钢厂的IF除了直接炼钢外,还将它熔化的液态金属加入EAF。理论计算和实际生产均证明,将IF熔化后的金属液加入EAF冶炼可提高生产率、降低能耗和减少耐材用量。 6 炉龄   煤基DRI装置的炉龄指两次停产期间炉子的连续生产时间。停产包括为维修炉子进行的冷却,清除炉内全部炉料和停产扩大炉子容积。停产活动结束后,首先用油燃烧加热炉子内部。炉内温度达到要求后加煤和加入铁矿石。从停止加入铁矿到再次加入铁矿石的这段时间通常称为停产周期。以1号回转窑为例,初期,Bhushan钢厂因为对煤基工艺和原材料适应性特征认识不足,炉龄较短一般仅50天,经过一段时间生产实践后,炉龄增加到250多天。随着炉龄的提高,煤基DRI回转窑利用系数也在增加。从2006年钢厂1号回转窑投产之日起,便在生产过程中对炉子结构、生产工艺、原材料燃烧等各种参数进行了认真探索与改进。至今,Bhushan钢厂已完成了重点项目改造并取得成功。回转窑生产十分正常,生产率完全达到设计要求。
【关闭窗口】