非高炉炼铁工艺—Hlsmelt熔融还原炼铁工艺
2019-03-07 11:06:31
由澳大利亚的力拓矿业集团开发的HIsmelt熔融复原炼铁工艺，选用了铁矿粉及钢厂废料和非炼焦煤直接熔融的复原技能出产高质量的铁产品，可直接用于炼钢或铸成生铁。还能够循环运用热能，以到达下降本钱和削减污染的意图。从不断优化高炉炼铁和开发新式非高炉炼铁工艺考虑，可对炼铁出产完结节能减排和保护环境起到活跃的效果。HIsmelt熔融复原炼铁工艺作为习惯钢铁工业开展的需求而开发的熔融复原炼铁的出产工艺，可为炼铁出产供给了一种新的挑选。钢铁出产工艺包含传统的高炉—氧气顶吹转炉的长流程和依据电弧炉的短流程。近年来，受环保等方面要素的影响，短流程工艺遭到越来越多的重视。1996年以来，国际规划内有很多短流程优质扁平材出产厂投产。这些短流程钢厂仅承当较低的折旧费用，还能运用废钢来削减出产本钱。因而，短流程钢厂的热轧出产本钱要比钢铁联合厂商的低。推进这种趋势开展的首要原因有以下几个方面：高炉出产对质料的规格要求较严厉，质料预加工(焦化、球团和烧结厂)使高炉出产成为环境污染的首要排放源，新建或改造高炉的出资额巨大，国际规划内的焦炉遍及呈老化状况，也需求很多出资。正常状况下，为了取得规划经济效益，钢铁联合厂商的缔造规划都很大，因而，温室气体排放和环境污染的问题比较严重。电炉炼钢厂的状况则有所不同，与钢铁联合厂商比较，其竞争力相对较强。关于电炉炼钢厂来说，优质、安稳的铁直销可显着进步电炉炼钢的出产率，下降出产本钱。因而，在炉猜中调配铁水就具有较高的运用价值。在此条件下，开发具有动力运用率高、质料及炉料习惯性强、出资本钱低、操作灵敏等特色的炼铁工艺，已成为钢铁联合厂商重视的课题之一。
首要，HIsmelt工艺将金属熔池作为根本的反响前言，炉料直接注入到金属中，熔炼进程首要经过熔解碳进行。而其他熔融复原炼铁的出产工艺一般都选用顶装矿石和煤炭工艺，经过渣层中的碳化物(及少数金属)进行熔炼。与渣中的碳比较，金属中的熔解碳作为复原剂的反响功率更高，其原因首要是因为渣中的碳需求转换为气相复原介质。也就是说，HIsmelt工艺是经过运用更具活性的碳(溶解碳)取得了更快的熔炼速率。其次，HIsmelt工艺中熔体的混合度与其他工艺不同。在HIsmelt工艺中，将炉料直接注人到金属中，发生很多的“深层”气体，这会构成一个微弱的上浮气流，导致熔液快速翻转。核算标明，翻转的流量到达每秒数吨的等级。在这种条件下，在液相中构成实质性温度梯度(大于20～30℃)的可能性很小，体系实质上以等温熔体的方式作业。此外，熔体的快速翻转促进了从炉顶空间到熔池的热传递，一起杜绝了单一液滴显着过热的现象。这关于渣区的炉膛耐火材料的保护含义严重，因为熔体的杰出混合可使耐火砖仅露出于低FeO含量及温度较低的介质中。
在熔炼中，经过运用大规划的煤种、矿石和典型的钢厂废料(回炉料)，HIsmelt工艺的适用性得到了充沛证明。试用煤种的规划广泛，使其对工艺性能的影响能够被量化。因为汽化和蒸发割裂解效果导致的热能丢失，高蒸发分(最高达38%)煤对HIsmelt炼铁工艺具有负面影响。煤中氧、水分和灰分的含量对出产也有潜在影响。实验标明，该工艺中间实验用的一切煤种均可用于实践出产，在煤种的挑选上，仅需从经济方面的考虑。对选用各种矿石炉料复原水平的产能进行评价，包含赤铁矿、赤铁矿/针铁矿、针铁矿和直接复原铁。对矿粉/直接复原铁混合料进行了预复原的中间实验。此外，运用热风氧富集(最高含氧量达30%)成功地进步了熔炉的作业功率。收回料包含高炉和氧气转炉的粉尘、泥渣、铁鳞等。因为收回猜中的碳得到充沛的运用，可使全体煤耗量大幅下降。此外，因为炉猜中铁的预复原水平较高，出产功率得到进步。与铁矿石冶炼比较，收回料无须额定进行处理和加工。表1示出了对高炉和HIsmelt炼铁体系的出资进行比照的研究结果。从表1可看出，HIsmelt工艺的吨钢出产本钱为180～310美元，而钢铁联合厂商的典型吨钢出产本钱为320～450美元。此外，HIsmelt工艺还具有以下特色：质料要求的预处理量很小，熔炼前无须选矿;具有较高灵敏性，能够依据钢厂的出产进行大幅度的调整;可出产质量优异且安稳的铁水;炉料的反响时刻以毫秒核算，温度操控优于高炉;具有高度集成的在线工艺操控体系，设备运转和操作简略，全体设备保护量小;具有显着的环保优势。与高炉炼铁工艺比较，一座装备了矿石加热体系的HIsmelt炼铁厂有望将每吨铁水的二氧化碳排放量削减约20%，并能够有用地操控二口恶英的生成。因为在HIsmelt工艺中能够撤销焦化和烧结工序，因而较为环保。此外，很多运用钢厂废料的潜力可进一步稳固HIsmelt工艺的环保优势。 表1典型的Hismelt和高炉工艺的出资和出产本钱项目产值，万吨出产本钱，美元／吨出资，百万美元高炉1109326355高炉2236373880高炉3109356388高炉42434481088Hlsmelt 1（冷矿）50310155Hlsmelt 2（冷矿及废料）58259150Hlsmelt 3（预加热）63286180Hlsmelt 4（预复原）150191286Hlsmelt 5（预加热）110181200表2 不同工艺出产铁水的化学成分比较表项目高炉HIsmeltCorexC, %4.54.3±0.24.5～4.7Si, %0.5±0.300.6±0.2P, %0.09±0.020.0±0.0＜0.10S, %0.04±0.020.1±0.10.01±0.02温度，℃1430～15001480±151490～15203 Hlsmelt工艺的铁水质量除出产本钱外，对不同工艺出产铁水的化学成分进行了比较。表2列出了高炉、HIsmelt以及Corex工艺出产铁水的化学成分。各种铁水的化学成分首要存在3方面差异。(1)硅(Si)含量。炼钢厂能够运用HIsmelt出产的铁水不含硅这一特色进行低硅铁水操作，可削减造渣量，并下降造渣剂的消耗量。事实上，为了进步氧气转炉的出产率，下些钢厂一般需求对高炉出产的铁水进行脱硅处理。(2)磷(P)含量。在HIsmelt工艺中，能够运用高磷铁矿粉(磷含量0.12%)进行出产。铁矿中的磷大部分被氧化转变成炉渣，使铁水中的磷含量低于0.04%。与此构成鲜明比照的是，高炉和Corex工艺中，铁矿石中的磷含量均彻底进入到铁水中，给后续的炼钢出产带来不必要的费事。因而，高磷矿一般不适用于高炉和Corex工艺。(3)硫(S)含量。HIsmelt工艺出产铁水的硫含量高于高炉和Corex工艺。但现有的铁水脱硫技能能有用地处理HIsmelt工艺出产的铁水，且不会发生剩余的费用。4 Hlsmelt工艺的含义 1)关于短流程钢厂的含义。电炉炼钢厂运用的炉猜中可增加30%～50%的铁水。HIsmelt工艺出产的铁水能够作为生铁、直接复原铁和高档次废钢的优质替代品，在炉猜中供给很高的运用价值。其长处首要包含：进步出产率，缩短炼钢周期，削减吨钢能耗;下降制品钢中的剩余搀杂含量，产品质量愈加安稳;有用削减造渣剂的消耗量和吨钢耐火材料的消耗量。此外，HIsmelt工艺的开炉、停炉、停产等操作均十分简略易行，这关于电炉炼钢厂来说是至关重要的。HIsmelt工艺能够使炼铁和炼钢工序有用地结合起来，无须为保存和处理剩余铁水而额定建造贵重、且运用率较低的配套设备。(2)关于钢铁联合厂商的含义。关于钢铁联合厂商来说，HIsmelt工艺的首要价值在于不需求焦化厂和烧结厂所带来的流程缩短。HIsmelt工艺能运用低档次铁矿粉，无须预处理，大大增加了钢厂质料直销的灵敏性，使钢铁产品的本钱更具竞争力。别的，与运用优质炼焦煤比较，运用气煤也能大幅下降出产本钱。Hismelt炼铁厂的设备大多与高炉相同，因而，HIsmelt工艺的设备也极易融人到钢铁联合厂商的全体布局中。HIsmelt工艺可随时调整操作参数(如热风速率及氧富集水相等)和质料挑选，能够高效地习惯后续炼钢工艺改变带来的灵敏性要求。此外，HIsmelt工艺可轻易地开炉、停炉或停产，为钢铁联合厂商的出产操作供给了极大的挑选空间。即便产能较低的HIsmelt设备也可发生经济效益，因而钢角联合厂商可选用多座HIsmelt炉。这样做能够大幅下降停产检修或出产调整所带来的负面影响。此外，HIsmelt工艺出产的铁水可直接与高炉铁水混合运用，为氧气转炉供给精确硅含量的铁水。在日本，“无渣炼钢”工艺被广泛选用。高炉铁水在进入氧气转炉之前必须先进行脱硅、脱磷和脱硫处理，而运用Hismelt工艺出产的铁水能够革除脱硅处理，有用下降了处理本钱。Hismelt工艺还具有以下特色：削减复吹，削减造渣剂的消耗量，削减耐火材料的消耗量;削减铁合金的消耗量，进步铁水收率;吹炼时刻削减，出产率进步，可出产优质的高档(低磷)钢号，也可出产超洁净钢。
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★1982～1984年期间： (1)HIsmelt工艺最早能够追溯到开端由德国KlocknerWerke公司在其Maxhütte工厂开发的底吹氧气转炉工艺(OBM)和随后不断开展的顶底复合吹炼工艺。 (2)1981年，CRA公司(现为力拓集团，RioTinto)认识到，Klöckner的转炉技能能够用于冶炼铁矿石，而不仅仅是废钢。因而，CRA公司与KlöcknerWerke公司组建了合资公司，一起开发炼钢和熔融复原技能。运用60吨的OBM转炉进行的测验证明了熔融复原工艺根本原理的合理性和可行性。
★1984～1990年期间： (1)熔融复原工艺概念测验成功后，在KlöcknerWerke公司的Maxhütte钢厂建造了一座小型实验工厂(SSPP)。该厂规划能力年产1.2万吨，选用卧式可旋转的复原炉方式(SRV)。煤、溶剂和铁矿石均经过炉底喷喷入炉内。(2)SSPP工厂的实验出产从1984年持续到1990年，期间证明了该技能的工艺可行性。但出产规划问题依然没有得到解决。(3)在此期间，协作出资方发生了改变。1987年，Klöckner公司撤出了该项目，两年后CRA公司与Midrex公司按照50:50的份额组成了合资公司，持续一起开发该技能。(4)实验工厂取得成功后，协作两边认为有必要在更大的出产规划上对该工艺进行测验。(5)两边经洽谈后决议，在西澳大利亚奎那那区域建造HIsmelt工艺研制的工厂设备(HRDF)。
★1991年期间： (1)年产能10万吨的HIsmelt研制工厂设备在奎那那建成。(2)建造HRDF研制工厂设备的意图是进一步证明规划扩展后该工艺的可行性，一起为终究的商业化出产供给操作数据。(3)奎那那工厂最早规划的复原炉方式是直接把SSPP小型实验厂的炉型扩展，即按照可按90度角旋转的卧式炉炉型进行建造。
★1993～1996年期间： (1)奎那那工厂卧式炉的出产从1993年10月持续到1996年8月。(2)尽管工艺规划的扩展得到了成功验证，可是卧式炉规划杂乱, 对进一步商业化造成了困难。为战胜卧式炉的缺乏，合资公司开发出了水冷管结构的立式炉。(3)立式熔融复原炉(SRV)的工程规划于1996年完结。首要的改善包含固定的立式炉体，设置在上部的炉料喷，简略的热风喷，用于接连出铁的外置出铁炉，以及用以战胜耐材腐蚀的水冷管结构。(4)1994年，Midrex公司撤出合资项目，CRA公司进入单独开发阶段。
★1997～1999年期间：(1)1997年上半年对HRDF立式炉进行了调试，随后的出产一向持续到1999年5月份。与卧式炉比较，立式炉在耐材损耗、可靠性、作业率、产值和规划简化等方面都有很大的改善。(2)HRDF立式炉的出产指标成功证明了熔融复原炼铁技能的可行性、工程概念的合理性以及工厂技能的简化。(3)立式炉出产状况证明，该工艺能够进一步扩展规划，建成商业化工厂。
★2002年期间：(1)2002年，由力拓集团(出资份额60%)、纽柯公司(出资份额25%)、三菱公司(出资份额10%)和首钢集团(出资份额5%)一起出资，成立了不合法人性质的合营公司——HIsmelt公司。其意图是建造并实验年产能80万吨的HIsmelt工厂。该工厂坐落西澳大利亚的奎那那工业区，出发生铁的设备是一座炉缸内径为6米的熔融复原炉。
★2003～2004年期间： (1)HIsmelt工厂于2003年1月开端建造，并于2004年下半年开端调试。
★2005～2006年期间： (1)HIsmelt奎那那工厂的铁水热调试作业于2005年第二季度开端。(2)榜首船由HIsmelt奎那那合资工厂出产的生铁产品(约4万吨)于2006年6月外运。(3)HIsmelt公司仍在持续优化该技能，以期为商场供给产能更大、灵敏性更强且出产功率更高的HIsmelt工艺技能。
金属镁还原炉———传统还原炉
2019-01-07 07:51:16
金属镁还原炉是镁生产的核心设备,国内外普遍采用的是外加热卧式还原罐还原炉。目前,国内应用的金属镁还原炉的炉型较多,根据所用燃料的不同,大体上可分为两类:用煤气或重油加热的还原炉与以煤为燃料的还原炉。
用煤气或者重油为燃料的还原炉用煤气或者重油作为燃料的还原炉,通常是16个横罐的还原炉,其规格为10.54×3.59×2.94(m)。这种还原炉为矩形炉膛,还原罐间中心距约为600mm,罐呈单面单排排列,炉子背面一般分布有多支低压烧嘴。火焰从燃烧室进入炉膛空间,绕过还原罐周边,靠烟囱抽力将燃烧后的烟气抽入炉底部支烟道,经烟道与烟道闸门后进入烟囱。二次风由二次风管再通过炉底第二层二次风道送入炉内。
还原炉底部两个还原罐中间设有燃烧室或烟室。还原炉既是一个倒焰炉又是一个贮热炉。炉膛内一般装有16支镍铬合金钢制的还原罐。16个还原罐分成四组,即4个还原罐组成一组,与一个真空机组相连接(真空机组由滑阀泵和罗茨泵组成),每台还原炉还设有一个备用真空机组,因此一台还原炉一般有5个真空机组,每台还原炉设有一个水环泵作为预抽泵。
以煤为燃料的还原炉在我国,金属镁还原炉以燃煤为主,随着镁冶炼工艺的不断发展与进步,出现过多种燃煤还原炉,典型的有下面几种。
1.单火室单面单排罐还原炉该炉型与燃煤气、重油还原炉炉型相似,单面单排布置还原罐。燃烧室设置在后面,炉内装有14~16支还原罐,在两支还原罐中间设置一过火孔。该炉型由于只有单排罐,又是单面布置,故操作十分方便,车间布置便于机械化,但其产量和热效率都低。该炉型属于矩形倒焰窑,火焰从燃烧室通过挡火板反射至炉顶,受烟囱抽力火焰向下,使还原罐受热,再经过火孔,支烟道至主烟道排出。
2.双火室双面双排还原罐该炉型也是矩形倒焰窑,装有10支还原罐,在长度方向分两端各装5支上、下排列。炉型设置了四个对称分布在两侧面的燃烧室(每面两个),燃烧室内有倾斜15°的梁式炉栅,火焰从窑两侧燃烧室翻过挡火墙,流向炉膛中心窑顶,然后火焰倒流向炉底吸火孔、支烟道再由一端的主烟道排入烟囱。该炉的优点是炉子结构简单,罐子排列较紧凑,炉膛空间利用率较高,其缺点在于炉子四面均为操作面,加煤烧火与还原出镁、扒渣、装料互有干扰,操作条件差,车间布置困难。该炉型也有炉膛空间扩大而布置14~22支罐的。
3.单火室双面双排罐还原炉该炉型是两端面双排布罐,单火室烧火的还原炉。在两个端面各分上、下排装6支罐,共布罐12支,在一个侧面设多个燃烧室,这样燃煤操作比较方便,空间利用率也较高,但还原罐数量有限,产量小。
4.国内应用最为广泛的单火室单面双排罐还原炉该炉型也属于外加热火焰反射炉(俗称倒焰炉)。炉内还原罐上下错开上牌布置,空间利用率较高;炉长方向没有限制,故可以布置较多的还原罐,一般有30~40支;还原罐单面开口,与真空机组的连接较方便;燃烧室设置在炉膛后面,由挡火墙隔开,火焰从燃烧室通过挡火墙反射至炉顶,受烟囱抽力火焰向下,使还原罐受热,再经炉底过火孔、支烟道至主烟道排出。相对于上述其他炉型,该炉型产量大、空间利用率较高、能源消耗较低、经济性好,因此在国内得到了广泛的应用。
还原钛生产工艺
