转底炉煤基炼铁工艺及其发展前景范文

本站小编为你精心准备了转底炉煤基炼铁工艺及其发展前景参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

摘要：详细介绍了被称之为“第三代炼铁技术”的ITmk3工艺，也是目前唯一工业化的转底炉煤基炼铁工艺，对其发展过程、流程、工艺特点及其发展前景进行了详细分析。

关键词：转底炉；ITmk3；粒铁转底炉

炼铁工艺是非高炉炼铁的一个分支，国内外均做过一些相关研究[1-5]。因其原料适应范围广，投资少，能耗低，对环境危害小等优点受到钢铁业普遍关注，尤其是在日本和美国得到了工业化应用。针对唯一一个商业化的转底炉煤基炼铁工艺—ITmk3，本文介绍了其发展、流程、工艺特点，进而分析了其发展前景。

1ITmk3工艺发展历程

20世纪50年代，美国MidlandRoss公司（后改名Midrex，再后被日本神户制钢收购）发明了含碳球团的转底炉直接还原法，命名为Fastmet工艺。1974年，美国的Inmetco公司把转底炉用于消纳不锈钢生产中的氧化物粉尘，命名为Inmetco工艺。但此两工艺（同属煤基直接还原）的产品（DRI）硫含量过高问题一直未能解决。20世纪90年代，日本神户制钢对其子公司美国Midrex公司的Fastmet工艺的评价试验中意外发现：温度还未到铁的熔点时，含碳球团发生熔化，且形成的粒状铁能与渣利索分离，粒铁纯度还很高（约95%）[6]。在此基础上深入研究，取得突破性进展，命名为“IronmakingTechnologymark3”（ITmk3）。该工艺温度（1350~1450℃）突破了直接还原的范畴，介于直接还原和熔融还原之间，使金属化球团还原时呈半熔融态进一步熔化分离，得到高纯度粒铁[7]，同时也彻底改变了直接还原对原料品位的苛刻要求。日本的加古川钢厂所建的内径为3.2m、生产率为0.35t/h的ITmk3用转底炉（产能达3000t/a），于2000年12月完成中试。随后神户与美国合作成立了MNC公司专门研究开发ITmk3，用于工业试验的的ITmk3转底炉（设计产能为2.5万t/a）于2003年5月出铁，很快便24h运行。2010年在美国的明尼苏达建成的产能为50万t/a的商业工厂顺利出铁，2011年上半年生产率达80%、设备利用率达85%，主要因煤传输系统出现问题导致。目前，在北美、印度、哈萨克斯坦、乌克兰等地正进行推广。

2ITmk3工艺流程

1）原料处理。将铁精粉和煤粉配料混匀，用造球或压块机得到球团或团块，干燥后备用。铁精粉可以是磁铁矿粉，也可是赤铁矿粉，对品位无严格要求（但低品位造成能耗增加）。燃料用非焦煤粉，可使用普通煤，也可使用石油焦，或其他含碳原料。2）还原熔分。将制好干燥的球团或压块放入转底炉，料层不能过厚（1~3层为宜），随炉床匀速转动一周（生球依次经过装料区、排烟区、预热区、中温还原区、高温还原区和出料区），在生球与炉床静止状态下（故对球团强度要求不高）被加热到1350~1450℃，发生还原、渗碳及熔融反应，渣铁熔化，各自聚集，整个过程约需10min（煤粉与铁氧化物紧密接触，还原速度很快）。转底炉炉床结构见图1[3]。3）粒铁产出。经快速冷却的凝聚态渣铁，使用排料装置排出。粒铁（称为IronNugget）直径5~25mm，且渣铁分离干净。4）废气处理。废烟气经热交换器后除尘排出。

3ITmk3工艺特点

其独特之处在于还原温度精确的控制在1350~1450℃，使得体系处于Fe-C相图中一个固液共存的新区域。不同炼铁工艺的操作空间见如图3[9]。在此相对较低的温度范围内，含碳球团发生还原、熔化，同时脉石也熔化，液态渣铁分离。整个过程仅10min。还原熔分后的渣中残留的FeO很少（质量分数小于2%），基本不存在对炉衬的侵蚀破坏。 与传统高炉炼铁对比：1）不需块矿和焦炭，且矿粉和非焦煤粉品种选择灵活，只需一般矿粉和煤粉即可（低品位矿粉也可，但影响能耗），原料适用性强。2）还原和渣铁分离同时进行，在相对较低的温度下反应快（从原料入炉，到熔分完成，只需10min），生产节奏快、易于调整。3）渣铁分离彻底，产品粒铁纯度高、品质好，适宜冶炼优质钢，有金块之称。4）无需焦化、烧结等铁前工序，投资低，污染少，能耗更低。所产粒铁，经电弧炉炼钢试验证明：纯度高（w(Fe)为96%~97%）、不含渣、碳含量合适（w(C)为2.5%~3.5%），不存在再次氧化和粉化，熔解性能良好，比废钢、DRI品质更好[7]。ITmk3最大优点是反应快；ITmk3的难点在于渣铁分离及控制粒铁尺寸和纯度。配入适量的添加剂（B2O3、Na2CO3、CaF2、Na2O等）可促进渣铁分离；用冷凝水快速冷却反应后的渣铁混合物，有助于渣铁分离更彻底；通过配加适量熔剂调整碱度（介于1.3~2.3，取决于原料含硫量），可降低粒铁中硫含量（普遍低于0.08%）。但转底炉自身缺陷为生产能力有限（目前最大的转底炉生产能力约50万t/a）。与年产百万吨规模的高炉不能相提并论，所以完全替代高炉不太可能。

4ITmk3工艺发展前景

ITmk3在转底炉内实现结块、还原和熔分功能，是一步法炼铁，球团最后被熔化，渣铁分离良好，其产品是粒铁。ITmk3使用铁矿粉和非焦煤，可避免使用氧化球团、烧结矿和焦炭，从而减轻焦炉和烧结机对环境的压力。还可以处理冶金厂产生的粉尘，及其他含铁、铬、锌等废弃物。对原料适应性强，以节能环保、复合循环经济的特征，吸引了广大冶金工作者的关注。Itmk3产品可以直接代替废钢（最高比例达40%~50%）用于电弧炉炼钢，也可作品质优良的冷却剂用于转炉炼钢，还可以用于高炉以降低焦比。电炉炼钢中，可起到稀释有害元素的作用，热装时还能加速熔炼，工艺操作良好，有助于生产高品质钢种。ITmk3煤基直接还原工艺具有原料选择灵活，设备和基建投资较低，设备运行稳定、操作灵活，能提高炼钢的生产效率和产品质量，减低电炉炼钢能耗，且能减少温室气体CO2及其他有害气体和粉尘的排放，是新型友好的炼铁工艺。

5结语

ITmk3具有很强的适应性和巨大的发展潜力。尤其我国铁矿资源以低品位为主，随节能、环保压力越来越大，短流程、能耗少的炼铁工艺必然成为未来发展趋势。但目前全世界仅1座商业化的ITmk3炉，工业相关的核心操作技术还严格保密。同期北京科技大学开发的CHARP工艺，与ITmk3几乎相同，但尚处于实验室研究阶段[10-11]。更需深入进行系统研究、掌握其基本原理，尽快发展适宜我国资源的转底炉煤基生产粒铁技术。

参考文献

[3]刘然，张欣媛，吕庆.转底炉炼铁工艺的发展和应用[J].材料导报A，2014，28（10）：36.

[4]王广，薛庆国，孔令坛.转底炉珠铁工艺及其在中国的应用前景[J].中国冶金，2013，23（12）：5.

[5]段世钰，陈永军.转底炉处理钢铁厂尘泥[J].工业炉，2016，38（9）：20.

[6]张伟，王再义，张宁.ITmk3工艺的技术特点及应用前景[J].鞍钢技术，2010（5）：10.

[7]多久也，根上.ITmk3—新千年的先进炼铁工艺[J].国外金属矿山，2002（1）：57.

[8]张颖异，师学峰，齐渊洪.ITmk3的工艺特点和商业应用现状[J].中国有色冶金，2014（5）：17.

[10]徐萌.转底炉煤基热风熔融炼铁工艺的基础性研究[D].北京:北京科技大学，2006.

[11]郭明威，徐萌，张建良.CHARP工艺过程中的硫行为及硫控制[J].钢铁研究学报，2007，19（2）：10.

作者：张志霞 宋说讲 单位：六盘水师范学院 化学与材料工程学院