非高炉炼铁

高炉炼铁之外的炼铁方法

非高炉炼铁是指高炉炼铁之外的炼铁方法。包括直接还原炼铁，熔融还原炼铁，粒铁法，生铁水泥法和电炉炼铁等方法。非高炉炼铁按工艺特征、产品类型及用途可分为直接还原和熔融还原两种。直接还原炼铁工艺可分为煤基直接还原和气基直接还原两类；此外还有流态化直接还原炼铁。

简介

非高炉炼铁是指高炉炼铁之外的炼铁方法。包括直接还原炼铁，熔融还原炼铁，粒铁法，生铁水泥法和电炉炼铁等方法。

简史

早在18世纪就有人提出以直接还原法炼铁，1873年建成第1座非高炉炼铁装置但不久便宣告失败。以后的几十年发展缓慢。20世纪20年代由于电力工业的开发，实现了工业化电炉炼铁。1930年德国克虏伯公司开发了回转窑粒铁法(Krupp-Renn)。1932年瑞典人马丁·维伯尔发明了维伯尔(wibirg)法在瑞典建成第1座生产直接还原铁装置。在50年代非高炉炼铁生产总量尚不足铁的总产量的1%，主要是电炉炼铁和粒铁法，海绵铁产量仅占非高炉炼铁法产量的5%。1954年瑞典建立第一座隧道窑直接还原法生产装置。60年代石油和天然气的大量开发推动了气基直接还原炼铁的发展。1957年墨西哥建立了一座称为希尔法(HYL法)的生产装置。1969年德国建立第一座米德莱克斯(Midrex)法生产装置。70年代德国克虏伯公司在克虏伯—瑞恩(Krupp-Renn)法基础上创立了Krupp-CODIR法于1973年在南非建厂投产。1970年德国鲁奇公司创立的SL-RN法在新西兰建立第1座生产装置。1983年戴维麦基公司在南非建立第1座DRC法生产装置。这一时期直接还原生产能力增长了十余倍。到1997年世界直接还原铁产量达到3613万t比1996年增长9%气基直接还原炼铁量占世界直接还原铁产量的91.6%，其中米德莱克斯法生产的占63.4%，希尔法生产的占19.4%，其他气基法所产占1.8%，煤基直接还原炼铁的产量占8.4%，其中SL-RN法的占3.6%，其他煤基法占4.8%。

熔融还原炼铁是20年代提出的。1924年Hoech钢铁厂提出在转鼓形回转炉内用碳还原铁矿石得到铁水的方案。以后开发的stara法、sturzeberg法均未成功。50年代研究开发的熔融还原法大多数设想在一个反应器内完成全部熔炼过程，故称一步法如Dored法、Retored法、CIP法等。但由于还原反应产生的CO的燃烧热不能迅速传递到吸热的还原反应区，迫使熔炼中止而告失败。70年代采用两步法原则，即将整个熔炼过程分成固态预还原和熔融态终还原两步，分别在两个反应器内进行。预还原装置有回转窑、流化床和竖炉等形式，其中以流化床和竖炉为多。终还原装置为转炉型或电炉型COREX(KR)法已达到工业生产规模；DIOS法、HI熔融还原法、Plasmelt法、INRED法及ELRED法均进行了较大规模的半工业试验；川崎熔融还原法、住友熔融还原法、COIN法、MIP法和CIG法进行了单环节或联动半工业试验；此外有AISI法、PJV法等还在试验中。COREX法已于1989年在南非ISCOR公司建成一座30万t/a工业生产装置投入生产。又在韩国浦项投产了一座60万t/a装置。

工艺方法

非高炉炼铁按工艺特征、产品类型及用途可分为直接还原和熔融还原两种。

直接还原炼铁工艺可分为煤基直接还原和气基直接还原两类；此外还有流态化直接还原炼铁。

煤基直接还原

主要是回转窑直接还原法。回转窑是一个稍呈倾斜放置在几对撑轮(托轮)上的筒形高温反应器。作业时窑体按一定转速旋转，含铁原料与还原煤(部分或全部)从窑尾加料端连续加入，并加入脱硫剂控制产品含硫。随窑体转动固体物料不断地翻滚，在窑头排料端设置还原煤喷入装置，提供工艺过程所需的部分热量和还原剂。沿窑身长度方向装有若干支供风管，向窑中供风燃烧煤释放的挥发分、还原反应产生的CO和煤中的碳，用以补充工艺所需大部分热量和调节窑内温度分布。物料移动过程中，被逆向高温气流加热进行物料干燥、预热、碳酸盐分解、铁氧化物还原以及熔碳、渗碳反应，铁矿石在保持外形不变的软化温度以下转变成直接还原铁。回转窑直接还原方法繁多，各有特色，原料产品也各有差异，但基本工艺过程和原理相同。

气基直接还原

主要是竖炉直接还原法。竖炉主要由4部分组成：

(1)重整器。器内装有若干支重整管，管内装有催化剂，把天然气转化成CO+H2高温还原气。

(2)还原竖炉。自上而下分为5个带，即预热带、上还原带、下还原带、过渡带、冷却带。铁矿石加入炉内经干燥、预热、还原成直接还原铁经冷却达到较低的温度。

(3)炉顶气和冷却气净化装置。炉顶气和冷却气通过洗涤器和压缩机，其中1/3供重整气做燃烧气，2/3在进入重整器前加入CH4进入重整器进行重整。

(4)直接还原铁处理装置。出炉的直接还原铁经热压机和打碎机压成热压块。竖炉直接还原方法虽多，但工艺过程和原理基本相同。

熔融还原炼铁工艺熔融还原方法很多，但投入工业生产的仅有COREX法。该法的设备由预还原竖炉、熔融气化炉和煤气除尘调温系统组成。预还原竖炉与米德莱克斯法直接还原竖炉类似；熔融气化炉与高炉的炉缸和炉腹类似。熔融气化炉所用的煤和熔剂由封闭料斗送入加压料仓再用螺旋给料机加入熔融气化炉。铁矿石(或氧化球团)由还原竖炉顶部的双钟式装料器加入炉内，受到煤气加热及还原。从还原竖炉排出的预还原矿石金属化率平均为95%。它由螺旋给料机加入熔融气化炉内在下降过程中被熔化还原为铁水。矿石中脉石和熔剂形成炉渣。炉内生成的渣铁存放在炉缸内定期从炉缸渣、铁口放出。

展望

非高炉炼铁在技术成熟程度、可靠性和生产能力等诸方面还不能与高炉炼铁相比，更谈不上取代它，短期内只能成为高炉炼铁的补充。但直接还原在钢铁工业中的地位日益巩固。熔融还原具有以非焦煤为能源，可以使用粉矿或块矿为原料，对原燃料适应性强；工艺过程可控性好；所产液态铁水适用于氧气转炉精炼；可使用高密度能量；传热传质好，适于强化生产；生产过程简单，能耗低和适用于小型化生产等一系列优点，已引起世界范围的重视。

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