铁矿直接还原工艺及理论研究现状及进展
第4期2010年8月
矿产保护与利用
CONSERVAT I ON AND UT I L I ZATI ON OF M I NERAL RE SOURCES
l.4
Aug.2010
综合评述
铁矿直接还原工艺及理论的研究现状及进展*
徐承焱1,孙体昌1,杨慧芬1,莫晓兰1,李永利1,杨大伟1,祁超英1,2,李志祥2
(1.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京,100083;2.武汉钢铁集团矿业有限责任公司,武汉,430080)
摘要:论述了国内外铁矿直接还原的现状及进展,从铁矿直接还原工艺研究、理论研究及铁矿直接还原中使
用的不同还原剂的影响方面,阐述了在直接还原铁氧化物或铁矿石球团的研究中所取得的成果。还原过程
动力学是铁矿直接还原理论研究的主要方向,国内外学者普遍认为其直接还原过程是分步进行的。对于挥
发分物质在铁矿煤基直接还原中的作用,研究者们说法不一。
关键词:铁矿;直接还原;还原理论;还原过程;动力学;热力学;挥发分物质
中图分类号:T F55文献标识码:A文章编号:1001-0076(2010)04-0048-07
The R esearch Current Situation and Progress of Iron O re D irect R eduction P rocess and Theory
XU Cheng-yan,SUN T i-chang,Y ANG H ui-fen,et al.
(S t a te Key Laborator y ofH i g h-E ffi c i e ntM i n ing and Safet y of Metal M i n es,M i n i s try of Educati o n,Un-i versity of Sci e nce and Technol o gy Beiji n g,Beiji n g100083,C hi n a)
A bstract:This paper descri b ed t h e current situati o n and progress o f ir on ore direct reducti o n at
ho m e and abroad.Fro m the aspects o f t h e research i n iron ores direct reduction process,theo r y and
the effect o f d ifferen t reductan ts used i n d irect reducti o n of iron o re,the achieve m en ts of research
in direct reduction o f iron ox i d es and iron ore pellets w ere expounded.Reduction k i n etics was the
focus of the research i n iron ore d irect reducti o n theory.Scho lars at ho m e and abr oad genera ll y con-
sidered t h at the direct reduction process w as conducted step by step.A s fo r the ro le o f vo latile m a-t
ter i n coal-based direct reducti o n of iron ore,the researchers had different op i n i o ns.
K ey words:ir on ore;direct reduction;reducti o n theory;reducti o n process;k i n etics;t h er m ody-
na m ics;vo latile m atter
直接还原法是非高炉炼铁的主要方法之一,它在20世纪50年代曾与氧气转炉炼钢、连续铸钢,共称为冶金技术上的三项革命。直接还原法是指铁矿石在低于熔化温度下还原成海绵铁的生产过程,其产品叫直接还原铁(D irect Reducti o n Iron简称DR I)。其主要特征是含碳量比生铁低(<2%),空隙率、金属化率和全铁含量高,以及硫、磷含量低、环境污染少等,但其保留了铁矿石中全部脉石杂质。因其含碳低,所以直接还原铁具有很高的反应活性和优良的物化性能,使其成为废钢代用品的首选[1~2]。
*收稿日期:2009-11-10;修回日期:2010-03-09
基金项目:/十一五0科技支撑计划项目(编号:2007B A B15B01)
作者简介:徐承焱(1982-),男,河南信阳人,在读博士研究生,研究方向:复杂共生矿产资源综合利用,E m a i:l chengy-an12325@163.co m。
1国内外铁矿直接还原研究的现状及进展
1.1国内铁矿直接还原研究现状及进展
近年来,对铁矿直接还原的研究主要集中在球团直接还原和粉(块)矿直接还原上,还有少数科研单位提出的深度还原。其中,在球团直接还原中,中南大学提出的/一步法0煤基直接还原工艺显示出其优势。朱德庆等利用新疆产优质磁铁精矿和煤造球低温下预热,在1050e的温度下,采用/一步法0直接还原新工艺,可制备出总铁含量为90.33%、金属化率为94.15%的优质海绵铁[3];在链箅机)回转窑直接还原扩大试验中,所得直接还原球团铁品位达93.43%,金属化率达95.88%[4]。在随后的微细粒贫赤铁矿的研究中,对含铁品位为28.83%的超细赤铁矿,采用预热团块)煤基直接还原(焙烧温度950e))磨矿)磁选工艺,最终得到全铁品位为69.54%、金属化率高达97.87%的铁精矿[5]。彭志坚等[6]用碎焦粉做内配煤,烟煤为外配煤,对巴西赤铁富矿粉原矿进行压球直接还原试验研究,在焙烧温度1250e下可实现最高金属化率为91.6%,接近国家海绵铁Z H T-1技术等级标准。
在块矿直接还原研究中,广西大学沈慧庭等[7]针对某难选鲕状赤铁矿,采用环状装料方式下直接还原焙烧,用无烟煤作还原剂,C a CO3为固体碳的气化促进剂,在1050e下还原焙烧,焙烧产物经解离磁选后得到的海绵铁品位达到89%以上,金属化率90%以上。在同类的高磷鲕状赤褐铁矿处理中,李广涛等[8]对含铁品位38%原矿,采用还原焙烧)磁选的流程,在1000e的焙烧温度下能够得到铁品位60%以上、铁回收率70%以上的铁精矿。此外,通过研究[9]发现,用焙烧)磁选技术来处理低品位难选铁矿石,其流程简单,焙烧矿的可磨度和金属回收率大幅度提高,同时可降低磨矿电耗成本、提高产值,为选矿总体成本降低提供了依据。在直接还原实验室研究中,大多数都采用马弗炉,但也有采用其它装置的,其中,在竖式管炉中,张清岑[10]采用品位为50%左右的铁矿石和各种煤在还原焙烧温度为1050e下进行煤基直接还原)渣铁分离,可获得铁品位\91%、金属化率大于92%、铁回收率大于84%的优质直接还原铁。朱子宗等[11]采用固定床罐式法煤基还原贫菱铁矿,得到高金属化率的还原矿,经球磨磁选得到TFe>80%、S i O2<6%的海绵铁(铁粉)。陈述文等[12]在固定床(马弗炉)和回转窑中,对贵州赫章铁矿分别采用进行了直接还原)磁选研究,结果发现:固定床直接还原磁选的结果远高于回转窑试验结果,两种焙烧产品的铁物相分析结果对比可见,固定床直接还原焙烧,84%左右的铁以金属铁存在,而回转窑直接还原,除了金属铁,硅酸铁含量占到很大的比例。
东北大学在处理鲕状赤铁矿中,提出了深度还原)磁选工艺[13],对某地TFe为40.18%、P为0.86%的鲕状赤铁矿,在还原温度1350e下进行了深度还原研究,可以得到金属化率97%左右的还原物料,磁选后精矿铁品位达85%以上,金属化率97%以上,金属铁的回收率达92%以上。根据转底炉工艺高温快速还原的特点,段东平等[14]在实验室模拟生产条件下,进行了以普通品位铁矿为基础的直接还原试验,在1350e的温度下进行煤基直接还原焙烧,可获得金属化率为90%~95%的产品,采用先筛分后磁选分离的工艺,金属铁的回收率可达80%以上。
近年来,北京科技大学针对难选铁矿石开展了一系列的原矿直接还原研究,其中为开发利用鄂西/宁乡式0高磷鲕状赤铁矿,进行了添加脱磷剂还原焙烧)磁选的试验研究。试验中对还原剂用量、脱磷剂用量、温度、时间等条件进行了研究。结果表明,在1000e下加入脱磷剂进行还原焙烧磁选,可以达到提高铁品位、降低磷含量的效果,最终得到产品铁品位90.09%,铁回收率88.91%,磷含量
0.07%[15]。
1.2国外铁矿直接还原的现状及进展
当今,用高炉生产生铁是炼钢中的主要工艺,但高炉炼铁需要还原剂)))冶金焦,由于其不可再生、费用高以及污染环境等因素,迫使钢铁企业转变传统炼铁工艺,发展新的炼铁工艺,即用非焦煤直接还原铁矿石。特别是在一些发展中国家的炼钢中,对使用电炉的小型钢铁厂而言,直接还原铁和作为纯铁来源的熔融金属铁的重要性,将会继续增加[16]。有研究发现[17]:添加焦粉和高炉渣,用直接还原的方法可以从热连轧机油泥中回收铁。在加热方式上,用微波加热[18],煤作还原剂,磁铁矿球团的还原
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速率明显增加,可以得到高纯的铁,并且不产生烟尘。在球团煤基直接还原中,Narg i n等[19]对在旋转炉中用本地褐煤还原铁矿石球团,在焙烧温度为1000e下做了半工业试验,焙烧后的球团矿平均金属化率为93%。墨西哥的I m exa公司[20]用赤铁矿,混合石灰石、白云石、焦粉来造球,在二元碱为0.35%时,可得到金属化率为94.0%的DRI。在鲕状赤铁矿直接还原研究中,有学者[21]用埃及阿斯旺地区原矿品位为45.23%的高磷高铝鲕状赤铁矿经还原焙烧磁选后,可得到品位TFe为59.6%、回收率为90%的铁精矿。在鲕状赤铁矿中,鲕状同心层间距小和高孔隙率的颗粒,更容易被还原,其金属铁的长大也更容易[22]。V araj
a o等[23]用堆密度来评价高品位硬质赤铁矿在直接还原过程中的还原性,结果发现,孔隙度对其还原性影响很大。
2铁矿直接还原理论研究现状及进展2.1铁矿还原过程动力学研究现状及进展
目前,对于用固态还原剂还原铁氧化物,研究者通常认同以下结论[24,25]:各种铁氧化物被固体碳还原主要是通过中间气体产物CO、CO2进行,即布多尔反应参与了还原过程,在固体碳还原金属氧化物的过程中起着重要作用;还原过程中,碳的气化反应的速度小于铁氧化物的气)固反应的速度。
对于铁氧化物,研究者们[26]普遍认为其还原过程是分步进行的,不同的研究者提出了不同的还原历程。其中,在印度,有学者[27]认为回转窑中煤基还原铁矿石的过程经历了两个阶段:(1)铁矿石和一氧化碳的还原反应:Fe2O3+3C O=2Fe+3CO2;
(2)煤中碳和C O2的气化反应:C+C O2=2CO。对于人工合成的铁氧化物,用氢气来还原,W agner 等[28]认为其还原过程是一个多阶段的反应,最长的一步是还原后期维氏体向金属铁的转变;用碳[25]来还原,其还原过程分两个阶段完成,首先形成Fe O, Fe2O3还原成Fe O要比Fe O还原成Fe要快,这是由于前者CO2/C O平衡比要高,从而碳的氧化速率要快。在CO气氛下还原铁氧化物,M ondal等[29]研究其反应动力学控制模型中发现,反应是按铁氧化物还原、布多尔反应和形成碳化铁进行的。
对于球团矿的还原历程,研究者针对不同的球团提出了不同的观点。对于铁精矿)煤复合球团,W ang等[24]认为其还原反应经历了三个主要的阶段:煤热解和通过挥发分中的CO和H2进行的还原反应;通过挥发分中裂解的烃类所产生的H2和C 进行的还原和直接还原反应;通过气态中间物进行的直接还原反应。Yang等[30]认为用碳高温还原赤铁矿)石墨复合球团时,初始阶段以直接还原为主,在还原后期主要以间接还原和碳溶损反应为主。
在直接还原反应中,其过程的还原速率是动力学研究的主要焦点,国内外的研究者对此说法不一,其中,对于含煤焦的赤铁矿和磁铁矿球团,Seaton 等[31]在其非等温动力学研究中发现,在800~ 1200e的范围内,还原速率随着温度和氧化钙用量的增加而增大,碳气化反应和热传导的速率对整个还原过程的速率有很大的影响,布多尔反应速度控制着整个还原反应的速率。对于铁精矿)煤复合球团,真正的直接还原是通过挥发分中CO和H2发生的,还原速率低;在高于快速还原的特征温度时,由于挥发分中裂解的烃类所产生的H2和C,通过它们所发生的还原反应和通过气态中间物进行的直接还原反应使还原速率迅速增加[24]。Coetsee等[32]在研究磁铁矿)煤球团的还原反应的速率控制步骤中发现,还原和气化或两者都控制着反应的速率。在铁氧化物的还原中,Fr uehan[25]认为,CO2对C的氧化作用控制着总的反应速率;也有人[28]认为,固态扩散可能是动力学的限制步骤。用固态还原剂直接还原铁氧化物的动力学已有不少研究,由于涉及到固)固、气)固众多反应,其动力学规律非常复杂,许多因素对其还原速率都有影响,如在高温还原赤铁矿)石墨球团[30]中,石墨粒度的减小可以有效地提高还原速率。在赤铁矿球团表面增加石灰的用量或加入一定量的水,都会加快球团矿的还原速率[33~34]。
在直接还原过程中,铁氧化物或球团都会发生形态学的变化。B ahgat[35]认为在赤铁矿还原成磁铁矿的过程中,在磁铁矿相成核形成之前,赤铁矿表面没有发生形态学的变化;针状的磁铁矿核随机地分布在晶粒的表面,晶粒边界对磁铁矿成核的趋势没有影响,但在同一作者相似的研究[36]中,晶粒边界对维氏体还原过程中金属铁的成核影响很大,并且,金属铁的成核和铁核的增大都发生在晶粒边缘附近。Deo等[37]认为用氢气还原赤铁矿时,大范围铁离子的迁移(扩散)导致微孔的形成、裂隙,最终
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导致大范围的晶粒碎裂。Zhou等[38]在用纯氢气还原人工合成的铁氧化物时,应用Johnson-M eh l-A vra m动力学模型来分析产品铁的转变。他们认为:在直接还原过程中,金属铁在矿石表面瞬时成核,接着由外围向中心的一维方向上长大。周继程等人[39]提出了以下观点:高磷鲕状赤铁矿直接还原过程中,金属铁颗粒成核及晶核长大的过程是破坏原矿鲕状结构的过程;提高还原温度以及延长还原时间有利于铁颗粒的聚集长大,提高渣相碱度不利于铁颗粒的聚集长大。
2.2铁矿还原过程热力学研究现状及进展
对于煤基直接还原铁矿石热力学,Liu等[26]做了系统的研究,发现在加热铁矿石和煤的混合物的过程中,煤热解和铁氧化物的还原是同时发生的,促使铁矿石还原的气体CO和H2,主要由煤热解和煤焦气化所产生。对于铁矿石)煤焦复合球团,Dons-ko i等[40]在其还原过程中建立了非等温数学模型,该模型预测的结果和试验数据吻合得较好,随着球团的初始尺寸变大,还原速率限制步骤)))传热变得更重要,从而大尺寸的球团中的铁矿还原更慢。在其相似的研究[41]中发现,在还原过程中,球团矿的外层和内层的温度差别很大,其金属化率的相对差别程度更高。Shi等[42]在轴对称等温场中,建立了还原过程的传导和对流模型,结果发现:在球团矿周围,均匀的温度场能产生更好的平均还原效果。Sun等[43]认为,由于多孔介质低效的热传导性和碳气化反应中的高吸热性,在物料层和固体反应混合物中的热传导,是整个过程中反应速率的主要限制步骤。用氢气来还原人工合成的铁氧化物时[28]:在550~900e的范围内,温度的增加能加速反应的进行。
3铁矿直接还原中使用的不同还原剂的影响研究现状及进展
国内在直接还原的研究中,主要使用的固态还原剂有碎焦粉[6]、烟煤[6,12,14]、褐煤[10]、结焦煤[10]、无烟煤[12,14,44,46]、焦炭[44]、石油焦[45]、冶金焦[46]等。在实验室研究方面,龚国华等[44]采用不同的还原剂对赤铁矿石和磁铁矿石进行了固态下碳还原研究,结果表明:采用合适的还原剂可以大大降低还原温度,缩短还原反应时间,从而降低生产能耗和成本,以获得更好的经济效益。国内外回转窑实际使用和试验过的还原煤种有褐煤、次烟煤、烟煤、半无烟煤、无烟煤和焦粉等,从成分看,挥发分含量为40%~ 50%,固定碳最低为37%,灰分量最高为35%,水分最高到22%,这些煤都实现了回转窑的正常作业,然而应该指出,不是所有煤都能实现回转窑的最高效率和最低能耗。实践证明:随着煤质下降,工艺生产能耗增高,产量下降[47]。对于处理低品位的铁矿,张清岑等[48]在其煤基直接还原中采用无烟煤、3种褐煤、结焦煤作为还原剂,结果表明在直接还原工艺中,还原煤的固定碳含量应在60%左右,挥发分应在30%左右,而煤的灰分含量越低越好。对于煤基还原赤铁矿而言,反应活性好且挥发分含量适中的煤,所得的海绵铁质量最佳[49];在同样条件下,优质煤比焦炭的还原能力强得多,采用优质煤作还原剂可以提高还原反应的速度,具有一定性能的煤是决定煤基回转窑直接还原系统能否正常运转的更为重要的因素[50]。还原剂种类不同,其还原成分的不同,直接影响焙烧效果,无烟煤的还原效果优于褐煤和焦炭[51]。
国外在直接还原铁氧化物、铁矿石或(复合)球团矿的研究中,研究者们使用了不同种类的碳或煤作为还原剂,其中主要有煤[18,24,26,32,41~43]、焦炭[25]、椰子炭[25]、石墨[30]、不同类型的焦[32]、非结焦煤[52]等。H alder等[53]在旋转炉模拟器中研究复合球团矿的还原速率时发现:在原生的赤铁矿或铁燧岩复合球团矿中,木炭的还原速率比煤焦快,但在人工合成的铁氧化物中,速率却相反。V lad i m ir[54]用锯末作还原剂还原铁矿石时发现:在铁矿石B锯末(质量百分数)为70B30,还原反应在温度大于670e时开始进行,在1200e时反应完全,在锯末添加量为铁矿石的30%(质量)时,铁矿石被主要还原成金属铁。由于在巴西亚马逊东部存在储量巨大的铁矿石和Tuc uru i水电站,Luter o等[55]提议,在此区域用电解氢气取代木炭来作直接还原铁矿石的还原剂,从而减缓了生产木炭的来源)))森林资源的日益耗尽。在还原剂的种类研究中,煤比木炭有更高的反应速率,这是因为煤在热解过程中释放出还原性物质[43]。Plau l等[56]用氢氩等离子体来还原铁氧化物,在试验炉中的还原试验显示了使用氢氩等离子体还原赤铁矿石的可能性,其还原过程耗时短、利用率高、无直接的CO2排放。有学者[57]认为在580~
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920e的范围内,煤的种类对还原反应的影响不是主要的。
对于挥发分物质在还原过程中的作用,不同的研究者提出了相互矛盾的结论[32],Dey等[52]人认为还原剂中释放出的挥发分物质,优先通过复合球团矿的扩散孔隙还原铁氧化物;Dutta等人[58]发现用煤和煤焦在相同的试验条件下得到的还原度没有差别,这与Shivara m akrishna等[59]人得出的结果正好相反,他们发现,对于同一种煤,含煤球团的还原反应系数明显高于含煤焦球团,挥发分高的煤,其反应系数要高于挥发分低的煤;W ang等[24]首次提出:在磁铁矿)煤复合球团中发生了通过挥发分物质的还原反应,但在其后的研究[60]中,他们认为在快速还原中,通过挥发分物质进行的还原反应很少。对于铁矿石或磁铁矿)煤复合球团,研究者们[32,40]认为煤中的挥发分对其还原过程影响非常明显,对于固定碳含量相同的球团,在不包含固定碳气化反应时,挥发分高的还原度要高。
4结论
(1)国内外对于铁矿直接还原的研究,主要集中在其工艺和设备上,其中含碳(煤)球团直接还原的研究较多。
(2)还原过程动力学是铁矿直接还原理论研究的主要方向,国内外学者普遍认为还原过程是分步进行的,对于不同的铁矿球团或铁氧化物提出了不同的还原历程及过程反应速率受控步骤。此外,也有人对铁矿还原过程热力学和铁物相形态学变化进行了研究。
(3)国内外在铁矿直接还原的研究或应用中使用不同的还原剂,其中国内使用的固态还原剂主要有碎焦粉、烟煤、褐煤、结焦煤、无烟煤、石油焦、焦炭等,国外主要有煤、焦炭、椰子炭、石墨、不同类型的焦、非结焦煤等。对于挥发分物质在铁矿直接还原中的作用,研究者们的说法不一。
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#矿产保护与利用2010年
直接还原炼铁
直接还原炼铁 在低于矿石熔化温度下，通过固态还原，把铁矿石炼制成铁的工艺过程。这种铁保留了失氧时形成的大量微气孔，在显微镜下观察形似海绵，所以也称为海绵铁；用球团矿制成的海绵铁也称为金属化球团。直接还原铁的特点是碳、硅含量低，成分类似钢，实际上也代替废钢使用于炼钢。习惯上把铁矿石在高炉中先还原冶炼成含碳高的生铁。而后在炼钢炉内氧化，降低含碳量并精炼成钢，这项传统工艺，称作间接炼钢方法；而把炼制海绵铁的工艺称作直接还原法，或称直接炼铁（钢）法。 直接还原原理与早期的炼铁法（见块炼铁）基本相同。高炉法取代原始炼铁法后,生产效率大幅度提高,是钢铁冶金技术的重大进步。但随着钢铁工业大规模发展，适合高炉使用的冶金焦的供应日趋紧张。为了摆脱冶金焦的羁绊，18世纪末提出了直接还原法的设想。20世纪60年代，直接还原法得到发展，其原因是：①50～70年代，石油及天然气大量开发，为发展直接还原法提供了方便的能源。②电炉炼钢迅速发展，海绵铁能代替供应紧缺的优质废钢,用作电炉原料,开辟了海绵铁的广阔市场。③选矿技术提高,能提供高品位精矿,使脉石含量可以降得很低，简化了直接还原工艺。1980年全世界直接还原炼铁生产量为713万吨，占全世界生铁产量的1.4％。最大的直接还原工厂规模达到年产百万吨，在钢铁工业中已占有一定的位置。 海绵铁中能氧化发热的元素如硅、碳、锰的含量很少，不能用于转炉炼钢，但适用于电弧炉炼钢。这样就形成一个直接还原炉－电炉的钢铁生产新流程。经过电炉内的简单熔化过程，从海绵铁中分离出少量脉石，就炼成了钢，免除了氧化、精炼及脱氧操作，使新流程具有作业程序少和能耗低的优点。其缺点是：①成熟的直接还原法需用天然气作能源，而用煤炭作能源的直接还原法尚不完善，70年代后期，石油供应不足，天然气短缺，都限制了直接还原法的发展。②直接还原炉－电炉炼钢流程，生产一吨钢的电耗不少于600千瓦·时,不适于电力短缺地区使用。③海绵铁的活性大、易氧化，长途运输和长期保存困难。目前，只有一些中小型钢铁厂采用此法。 现在达到工业生产水平或仍在继续试验的直接还原方法约有二十余种，主要分为两类：使用气体还原剂的直接还原法按工艺设备来分，有三种类型，包括竖炉法、反应罐法和流态化法。作为还原剂的煤气先加热到一定温度（约900）,并同时作为热载体，供还原反应所需的热量。要求煤气中H、CO含量高,CO、H O含量低；CH在还原过程中分解离析的碳要影响操作,含量不得超过3％。用天然气转化制造这样的煤气最方便；也可用石油（原油或重油）制造，但价格较高。用煤炭气化制造还原气，是正在研究的课题。 竖炉法在竖炉中炉料与煤气逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热和还原，传热、传质效率较高。竖炉法以Midrex法为代表，是当前发展最快、应用最广的直接还原炼铁法，其改进的生产流程示意见图1[ Midrex法生产流程示意]
200万吨直接还原铁项目概述(对外)
你好！ 我们这项目的基本情况汇报给你。 一、项目内容 200万吨直接还原铁钢厂项目，建厂主要内容包括：码头、原料场、直接还原铁、炼钢、轧钢系统、发电、制氧等公辅设施及办公生活综合设施等。 二、主要产品 一条高速线材生产线年产60万吨，Φ5.5~16mm高速无扭热轧盘条。一条棒材生产线年产60万吨，生产高强度带肋钢筋和圆钢；另一条棒材生产线年产80万吨。生产高强度带肋钢筋和圆钢。 三、工艺及主要设备 序 号 工序项目规格座数 1 码头码头 2 料场原料场 3 直接还原多层炉Φ17.5m*1.5m*12 4 回转窑Φ6m*90m 4 熔分炉110mw 2 4 炼钢提钒设施 转炉100t，5机5流方坯 2 5 轧钢高线高线60万吨，棒材140万吨 3 棒材A 60万吨 棒材B 80万吨 6 公辅设施制氧10000m3/h 2 发电2*160MW 2 给排水 检化验 库房合金、耐材库；成品库 总图运输 检维修 7 综合设施生活、办公 四、直接还原铁工艺流程图
多层炉：干燥脱水、去除挥发分；炉料的排出温度500℃； 回转窑：还原，炉料的出口温度950-1000℃； 熔分炉：熔化、渣铁分离；渣1500-1550℃；铁水1450-1500℃； 五、原料燃料成分 海砂精矿粒度：0.05~0.25mm。 成分Tfe TiO2 V2O5 MnO SiO2 Al2O3 CaO MgO P S 典型值（%）56.8 7.7 0.45 0.66 3.9 3.7 1.5 3.4 0.18 0.04 煤的成分 名称M V A C S 数值21 34 4.5 40.5 0.22 粒度：≤50mm，100％；＜3mm，≯20％。 200万吨年耗量 序号名称耗量(万t/a) 日耗量(t/d) 小时耗量 1 海砂矿380 11500 479.17 2 熔剂24 750 31.25 3 煤280 8484.848 353.54 六、我们想了解： 直接还原铁部分4座多层炉（多膛炉）、4条回转窑、2座熔分炉现在造价（估算）？ 包含土建、设备、安装等
第三章钒钛磁铁矿直接还原基本原理
3.1 钒钛磁铁矿矿物特征及其还原特点 3.1.1 钒钛磁铁矿的矿物特征 钒钛磁铁矿还原过程表现的种种特点都是由它的矿物组成及结构特征和精矿处理过程（如钠化-氧化）所导致的变化而引起的。 钒钛磁铁矿的主要金属矿物为钛磁铁矿和钛铁矿，其次为磁铁矿、褐铁矿、针铁矿、次生黄铁矿；硫化物以磁黄铁矿为主，另有钴镍黄铁矿、硫钴矿、硫镍钻矿、紫硫铁镍矿、黄铜矿、黄铁矿和墨铜矿等。脉石矿物以钛普通辉石和斜长石为主，另有钛闪石、橄榄石、绿泥石、蛇纹石、伊丁石、透闪石、榍石、绢云母、绿帘石、葡萄石、黑云母、拓榴子石、方解石和磷灰石等。某单位对太和铁精矿的矿相组成鉴定结果为：钛磁铁矿占92%，钛铁矿占3%，硫化物占1.5%，脉石占3.5%。 化学光谱分析表明，攀西地区钒钛磁铁矿中含有各类化学元素30多种，有益元素10多种，若按矿物含量进行排序，依次为Fe、Ti、S、V、Mn、Cu、Co、Ni、Cr、Sc、Ga、Nb、Ta、Pt；若以矿物经济价值排列，则排序为Ti、Sc、Fe、V、Co、Ni。 钛磁铁矿是由磁铁矿（Fe3O4）、钛铁晶石（2FeO·TiO2）、铝镁尖晶石（MgO·Al2O3）、钛铁矿（FeO·TiO2）所组成的复合体。钛铁晶石是磁铁矿固溶体分解的连晶，交织成网格状，片宽仅0.0002～0.0006毫米。镁铝尖晶石呈粒状及片晶状与磁铁矿晶体密切共生，其粒度一般为0.002～0.030毫米，片晶宽度一般为0.002～0.008毫米。钛铁矿多为片状、板格状，粒晶多为0.01毫米，片晶一般宽0.030～0.0015毫米。 由于精矿磨矿粒度要求-200目（相当于0.074毫米）占80%，故上述与磁铁矿共生的各种矿物无法机械分离，在铁富集时，钛也富集了，这就是钒钛磁铁矿不能通过选矿将铁与钛分离的根本原因。 3.1.2 钒钛磁铁矿的还原特点 （1）含Ti的铁氧化较难还原 钛磁铁矿矿物中的铁处于还原难易程度不同的状态中，与磁铁矿相比，钛铁晶石、钛铁矿等含Ti的铁氧化物较难还原的。根据Ti与Fe的结合的形式不同，含Ti的铁氧化物还原的难易程度又有很大差异，这部分铁占全铁的比率对球团还原的金属化率影响较大。 攀枝花红格矿区钒钛铁精矿的化学成分组成如表3-1所示。 表3-1钒钛铁精矿化学分析结果（%） Fe 下：
直接还原铁生产工艺的分析
直接还原铁生产工艺的分析 世界上直接还原铁生产技术已经成熟, 技术发展极为迅速, 根据Midrex 公司预测, 2010年全世界 直接还原铁产量将超过7300万t。于高炉流程存在着生产成本过高和环境污染的两大难题, 炼铁工艺由 高炉流程逐步向直接还原铁短流程过渡已成为定局。当今的钢铁企业对这一革命性技术工艺越早开发越 能占据主动; 不敢承担风险, 迟疑不前, 必将处于被动和落后的局面。因此, 直接还原铁的开发不是“有 所为”和“有所不为”的问题, 而是生产工艺的选择问题。 1 世界直接还原铁生产技术现状 1.1 生产工艺发展态势 由于某些国家天然气资源丰富, 直接还原铁生产技术在南美洲、南非和东南亚诸国的发展极为迅速, 而印度则后来居上; 特别是委内瑞拉、墨西哥等国, 生产历史已超过20余年, 生产规模不断扩大, 直接 还原铁产量已占本国钢铁产量的绝对份额; 而奥钢联、韩国合作开发的直接还原与熔融还原技术与日俱进; 浦项钢铁公司的直接还原铁生产大有代替高炉炼铁之势。对这样的发展态势, 作为世界钢铁生产大国的中国, 我们绝不可掉以轻心。 1.2 世界直接还原铁主要生产工艺 ??? 世界直接还原铁生产工艺大致可分为两大类: 一种是气基竖炉生产工艺; 一种是煤基回转窑生产工 艺。前者生产量约占总产量的92%, 而后者约占总产量的8%。在这两种生产技术的基础上, 又发展了熔 融还原生产技术。近年来, 将直接还原与熔融还原技术加以组合, 形成了COREX-Midrex联合流程, 颇受 人们的关注。直接还原铁主要生产工艺见表1。 ??? 应该指出, 世界上Midrex法和HYL法应用的比较普遍, 各项技术经济指标亦趋稳定, 生产工艺成熟 可靠。特别是墨西哥的HYL法, 生产技术不断创新, 由于开发了“自重整”技术, 使建设费用减少了 26% , 电炉的耗电降低了5%～6%。印度由于缺乏天然气, 但精煤的资源丰富, 因此多采用煤基回转窑 的生产方法。多年的生产实践证明, 煤基回转窑无论是在生产成本、生产效率还是环境保护方面, 均不及 气基竖炉法。 1.3 熔融还原法 熔融还原法也是采用直接还原的原理, 将铁精矿直接还原成熔融铁, 通常以煤为还原剂, 将还原炉与 熔铁炉置于一身, 其最终产品不是海绵铁或热压铁块, 而是熔融铁。主要的生产厂家如下： (1) 南非的伊斯科公司： COREX—1000, 生产能力为30万t/a, 现已生产了300万t; (2) 韩国：COREX C—2000, 1995年11月投产, 1997 年市场上又出现了C—3000R, 其生产能力约为C—2000的13.5 倍。目前, 世界上采用熔融还原法生产的共有7家, 总生产能力超过500万t/a, 相当 于世界铁水总生产量的1%。 1.4 COREX-Midrex 联合生产工艺 ??? 该技术是奥钢联与浦项钢铁公司联合开发成功的。这项技术一出现, 即显示出其独特的优点, 它具有 气基竖炉和熔融还原的优点, 又不需外来气源, 因此对天然气缺乏的厂家来说是求之不得的。COREX-Midrex 联合流程示意图见图1。 对COREX-Midrex联合流程的三点看法： (1) COREX-Midrex联合流程(正准备建1台90万t/a 的装置, 并计划于2005年代替浦项1号高炉(1666m3) ) 虽有其先进性的一面, 但由于开发成功的时间较短, 因此工业生产的考验约在2010年才能有 结论; (2) 由于煤与熔融铁直接接触, 煤中绝大部分硫进入熔融铁中, 因此生产出的还原铁并非纯净铁, 其 铁中的含硫量(0.015%～0.020%) 相当于高炉铁; (3) 对高炉流程的系统设备和资源(包括技术资源) 未能加以利用。因此该工艺适合于新建的位于城 市周边的钢铁厂或轧钢厂。 2钢铁联合企业生产直接还原铁技术工艺的选择 据专家预测, 在未来30～40年, 全世界钢铁生产工艺仍将以高炉流程为主。就是说, 高炉仍将长时 间存在。有高炉, 就必然有焦炉。如何在现有的高炉流程的基础上, 加以合理地、科学地改造, 使高炉 流程向直接还原铁生产的短流程逐步过渡, 达到既能生产高炉铁, 又能生产直接还原铁, 进一步降低钢材 成本, 改善生产环境的目的, 这是广大钢铁工作者义不容辞的责任。 2.1 铁精矿的准备问题 直接还原铁开发的初级阶段对入还原炉的铁精矿的技术要求非常苛刻, 一般要求块矿入炉, 铁精矿含 铁量在70%以上, SiO2含量在2%以下, 特别对煤基回转窑入炉铁精矿中低熔点金属的含量有更严格的要 求。随着直接还原铁技术的发展, 入炉铁精矿的技术条件越来越放宽, 并以直接还原本身的技术进步加以 补偿。例如, FNEX技术的开发成功, 使块矿入炉变为粉矿或氧化球团矿均可入炉, 这大大有利于直接还 原铁技术的开发。 ??? 西欧炼铁界开发的精矿加工处理技术, 使还原炉入炉铁精矿达到其技术要求, 保证了还原炉生产的顺行, 其流程示意图见图2。 2.2 气基竖炉还原炉两段反应机理 一段: 3Fe2O3 + H2= Fe3O4+ H2O
直接还原铁的品质与用途
直接还原铁的品质与用途 直接还原铁即粉末冶金还原铁粉生产中的海绵铁。炼钢中的海绵铁的品质要求与粉末冶金用海绵铁的品质要求不同,其含铁量在90%以上,但要控制S,P,Pb,Zn,Bi,As等有害元素的含量。用于生产还原铁粉的直接还原铁其技术条件为:TFe=97.5%～98.0%、金属化率≥95%、C=0.3%～0.4%、S、P≤0.020%、Si≤0.10%。用于炼钢的直接还原铁其技术条件为:TFe≥91%、金属化率≥85%、S、P≤0.020%、Si≤0.20%。 直接还原铁除了作为电弧炉冶炼原料以外,直接还原铁还是氧气转炉的优质冷却剂和炉料,对转炉的冷却效果是废钢的112～2倍。应用直接还原铁后转炉冶炼可获得多种效果,如稀释铁水中的S、P、Bi、Pb、Zn、As等有害杂质元素含量,消除废钢对炉衬的机械损耗作用,改善自动加料和终点控制,提高计算机自控水平,提高生产率等。 所以将钢厂的含铁氧化物为原料建立直接还原铁生产线,投产后其产品在钢铁企业的用途是广泛的、有益的。 基本特点： 1、化学成分稳定，有效稀释钢中残余和夹杂金属元素含量，改善钢的质量； 2、P、S有害元素含量低，可缩短精炼时间； 3、减少装料次数、减少停电作业和热损失，熔化速度快、电耗低、可提高效率、降低成本； 4、熔化期中，供电作业稳定，允许大功率供电、口音低、烟尘少、工作环境好； 5、使用成本低廉，经济效益高。编辑本段生产工艺：在工业上应用较多的有铁磷还原法，铁精矿粉还原法等，即将轧钢氧化铁磷或精矿粉经还原铁压块机压制成块后，装入焙烧管进窑焙烧，生产出了优质还原铁。直接还原铁经粗破（将直接还原铁锭破成块状）中破（将块状直接还原铁破碎成0～15mm的颗粒状）后，再经过磁选，去除SiO2、、CaS和游离碳等杂质。用户可再次使用还原铁压块机压制直接还原铁颗粒，使直接还原铁颗粒成型并达到一定的堆比重g/cm3要求。直接还原铁破碎颗粒直接影响压块物理特性（压缩性、成型性、堆比重g/cm3）对特钢生产起到至关重要的作用。 1. 铁磷还原法：轧钢氧化铁磷是钢材在加热炉中加热后在轧制过程中，其表面氧化层自行脱落而产生的。还原海绵铁可采用热轧沸腾钢氧化铁磷作原料，因为沸腾钢氧化铁磷中的TFe、C、S、P化学成分含量，能满足还原海绵铁生产的技术要求，在还原海绵铁中最好不要以高碳钢或合金钢氧化铁磷为原料。2. 铁精矿粉还原法：磁铁矿的主要成分是Fe3O4经采用湿式球磨、湿式磁选、联合选矿工艺后产出的普通精矿粉，是生产还原海绵铁的优选原料。3. 隧道窑工艺即固态碳还原工艺。碳是通过与耐火罐中的氧在高温下形成一氧化碳以气相还原的，见下式：C+O2→CO2 CO2+C→2CO Fe3O4+CO→3FeO+CO2 FeO+CO→Fe+CO2 为了脱除固态还原剂中的硫配入石灰石粉通过炉中的化学反应吸收还原剂中挥发的H2S以免渗入海绵铁中，见下列反应式：CaCO3→CaO+CO2 CaO+H2S+C→CaS+H2+CO 氧化铁在隧道窑中加热被固体碳还原的过程是比较复杂的过程。炉料以预热到还原、冷却将产生一系列物理化学变化，隧道结构和性能是影响海绵铁产量、质量的重要因素。但控制和调节有关工艺参数使炉内整个系统达到平衡，从而达到还原目的。又是决定产品产量、质量的关键。编辑本段工艺流程：直接还原铁的生产工艺流程可分为如下五个工序：一.原料准备及其烘干破碎工序：将脱硫剂、还原剂两种物料装入定量料斗，定量料斗按两种物料的重量比，通过输送机将物料送到烘干室内对两物料进行烘干、混合。烘干后的物料含水量小于3%，烘干后的物料，通过输送机送到还原剂破碎机内进行粉碎，粉碎粒度为1.5mm以下。破碎后的
直接还原铁简介及伊朗ARFA直接还原铁厂实例
直接还原铁简介及 伊朗ARFA直接还原铁厂实例 张风杰 （中国22冶集团有限公司，唐山） 【摘要】国际钢铁协会统计2009年全球粗钢产量12.197亿吨，中国粗钢产量为5.678亿吨，至此中国已连续14年位居世界第一。显然我们早已步入了钢铁大国行列，但我们离钢铁强国还有很长距离，在某些冶金技术领域相当滞后，尤其直接还原铁方面还我们还处于起步阶段。学习和了解国际先进的直接还原铁技术，发现和弥补我们的不足迎头赶上，中国直接还原铁前景广阔。 【关键字】直接还原铁优势气基竖炉法施工发展空间 直接还原铁(DRI-Direct Reduced Iron)，精铁粉或氧化铁在炉内低于融化温度的条件下还原成为多孔状物质，还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵而又名海绵铁。其化学成分稳定，杂质含量少，可直接用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，它还是冶炼优质钢和特种钢的必备原材料。作为一种非高炉炼铁工艺，它越来越得到世界各国的重视。 美国米德雷克斯公司(Midrex)的统计数据显示，2008年世界直接还原铁产量达到6845万吨。自1990年全球还原铁产量从1768万吨增长到2008年的6845万吨，平均年增长幅度在6.0%，这已是直接还原铁产量连续30年增长，即使在2009年严峻的经济环境下，世界直接还原铁产量仍保持在6200万吨。除中国外，在1994～2010年间，全世界新增的炼铁生产能力有一半是基于直接还原流程。 具体到各个国家，2008年印度已经连续6年保持世界最大的直接还原铁生产国地位，当年产量为2120万吨，占世界总产量的31%；伊朗位居第二，产量为744万吨；委内瑞拉位居第三，产量为687万吨；这些国家具有充足的铁矿石和燃料资源，具备发展直接还原铁充分条件。 另外，近年来俄罗斯直接还原铁产量增长较快，2008年较上年增长33.7%。2004年，我国直接还原铁产量为43万吨，2005年为41万吨，2006年为40万吨，2007年为60万吨，2008年产量为60万吨。可见我国的直接还原铁产量相对于印度、伊朗等国是微乎其微的。 直接还原铁得以在世界范围内迅速发展，经分析得益于其产品本身和制作工艺的巨大优势以及市场需求的日益增大 产品优势：（1）还原铁化学成分稳定，炼钢过程中能有效稀释废钢中有害残余和夹杂金属含量，改善钢的质量；（2）还原铁本身P、S有害元素含量低，可缩短精炼时间；（3）可减少冶炼装料次数、减少停电作业和热损失，冶炼过程熔化速度快、电耗低、可提高效率、降低成本；（4）电炉冶炼熔化期，供电作业稳定，允许大功率供电、低噪音、烟尘少、工作环境好；（5）使用成本低廉，经济效益高。 工艺优势：（1）制作流程短，直接还原铁可直接提供于电炉炼钢；（2）不用焦炭，不受炼焦煤短缺的影响；（3）污染少，取消了焦炉、烧结等污染量大的工序；（4）还原铁中硫、磷等有害杂质与有色金属含量低，有利于电炉冶炼优质钢
我国钒钛磁铁矿直接还原分析
我国钒钛磁铁矿直接还原分析 摘要 本文概括地介绍了我国钒钛磁铁矿资源分布情况。钒钛磁铁矿是重要的资源，世界各国的研究及生产实践表明，使用高炉冶炼法钒钛磁铁矿是难以冶炼的铁矿石。因此钒钛磁铁矿冶炼大量使用非高炉冶炼法，即采用直接还原法。本文详细地阐述了直接还原法中隧道窑、回转窑、转底炉、竖炉这四种常见炉的结构、反应原理、国内工艺现状及反应特点，并指出了我国钒钛磁铁矿直接还原工艺的发展方向。 关键词钒钛磁铁矿直接还原隧道窑回转窑转底炉竖炉 前言 目前国外钒钛磁铁矿主要分布在南非、前苏联、新西兰、加拿大、印度等地。我国钒钛磁铁矿矿床分布广泛，储量吩咐，储量和开采量居全国铁矿的第3位。已探明储量98.3亿吨，远景储量达300亿吨以上，主要分布在四川攀枝花地区、河北承德地区、陕西洋县、甘肃什斯镇、广东兴宁几山西代县等地区。 钒钛磁铁矿冶炼的利用问题，远在上19世纪上半叶，瑞典、挪威、美国、英国都进行过试验，均未取得结果。20世纪30年代开始日本、前苏联开始在不同容积的高炉上研究冶炼钒钛磁铁矿的工艺，结论是：炉渣中TiO2 限制在16%以下，实际生产中采用配10%—15%的普通矿冶炼含钒生铁，渣中TiO2为9%—10%，TiO2含量越高冶炼难度越大。世界各国的研究及生产实践表明，钒钛磁铁矿是难以冶炼的铁矿石。 通过多年的努力，钒钛磁铁矿已解决高炉冶炼等多项技术难题，逐渐形成了以高炉-转炉流程为主的综合回收其中铁、钒和钛的技术路线，实现了铁、钒和钛元素的大规模化利用，形成了铁钒钛系列产品的大规模工业生产能力。然而高炉-转炉流程最大的缺点是：为了利用钒钛磁铁矿中的铁和钒浪费了大量的高钛型炉渣，造成钛资源的严重浪费，又造成很大的污染，从而形成了巨大的环境压力，所以开发适宜钒钛磁铁矿综合回收利用的工艺流程势在必行。本文对钒钛磁铁矿煤基直接还原工艺的炉体结构、原理、特点、现状、投资价格进行简单探讨，指出煤制气-竖炉直接还原工艺为还原钒钛磁铁矿的发展提供新的途径。 直接还原指在低于矿石熔化温度下，通过固态还原把铁矿石炼制成铁的工艺过程。直接还原铁的特点是碳、硅含量低，成分类似钢，实际上也代替废钢用于炼钢。作为传统工艺的补充，钒钛磁铁矿直接还原工艺以其环保、原料广泛的特点受到了市场的青睐。按还原剂的不同，直接还原工艺分为煤基直接还原和气基直接还原。气基直接还原方式生产直接还原铁在国外一直占有较大的市场份额。我国煤基直接还原钒钛磁铁矿已经得到了广泛的应用。 隧道窑、回转窑、转底炉和竖炉的结构与还原原理 隧道窑结构与还原原理
直接还原铁生产技术及现状
直接还原铁生产技术及现状 【我来说两句】2010-8-4 9:59:55 中国选矿技术网浏览80 次收藏 【摘要】：直接还原铁（DRI/HBI）是电炉冶炼纯净钢最佳的残留元素的稀释剂。直接还原是钢铁工业技术发展的重要方向，气基竖炉和煤基回转窑是成熟的直接还原工业化生产技术。中国直接还铁的生产仍处于起步时期，2008年产量约60万t，占世界总产量不足1.0%。直接还原铁在中国有广阔的发展前景，以国内铁矿资源为原料的氧化球团-煤制气-竖炉是中国发展直接还原铁的主要方向。 一、直接还原铁生产技术及现状 直接还原是铁氧化物在不熔化、不造渣，在固态下还原为金属铁的工艺。直接还原产品统称为直接还原铁（Direct Reduction Iron，缩写为DRI），由于DRI的结构呈海绵状，也称为“海绵铁”，为了提高产品的抗氧化能力和体积密度，DRI热态下挤压成型产品称为热压块（HBI），DRI冷态下挤压成型产品称为DRI压块。 直接还原是已实现大规模工业化生产技术，已实现工业化生产的直接还原法有数10种。2008年世界直接还原铁（DRI/HBI）的产量约6845万t，约为世界生铁产量9.30亿t的7.23%。直接还原铁由于产品纯净、质量稳定、冶金特性优良，成为生产优质钢、纯净钢不可缺少的原料，是世界钢铁市场最紧俏的商品之一，直接还原是世界钢铁生产的一个不可缺少的组成部分。 世界直接还原的现状可归纳为以下几个方面。 （一）产量持续增加，气基竖炉占主导地位 DRI的产量持续迅速增加，见表1。气基竖炉Midrex法及HYL法是生产规模最大的工艺方法，回转窑是煤基直接还原主要方法。气基工艺的产量约占世界总产量的75%。煤基直接还原约占25%。直接还原铁各工艺产量的分布见表2。俄罗斯、印度、中东等地近年来都有大型气基竖炉直接还原生产厂的建设计划。拉美、北非及亚洲天然气丰富地区是直接还原铁主要产地。印度是世界直接还原铁产能和产量最大的国家，2008年产量达到2120万t。 年2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 产量4032 4508 4945 5460 5699 5979 6722 6845 年2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Midrex法66.3 66.6 64.6 64.1 61.3 59.7 59.10 58.2 HYIJ－Ⅲ17 18.4 18.4 18.9 19.7 18.4 16.8 14.5 HYL－I 2.7 1.3 1.3 1.9 Finmet 4.5 3.6 5.2 2.9 2.3 2.2 2.1 1.6 其它气基 1.0 0.2 0.4 ＜0.1 O.04 0.0 0.0 0.0 煤基8.4 9.8 10.2 12.1 16.5 19.7 22.6 25.7 （二）煤制气-竖炉直接还原为DRI发展开辟了新途径 由Midrex公司提出，并在南非实现了工业化生产的COREX熔融还原尾气作为Midrex 还原气的工艺技术，以及墨西哥HYL 公司提出的HYL－ZR工艺直接使用焦炉煤气、合成
铁矿石基础知识汇总
铁矿石基础知识汇总 一、铁矿石品种 1、PB粉、块(Pb Fines/Pb Lumps)：产于澳大利亚，又称皮尔巴拉混合矿（必和必拓公司经营），粉的品位在61.5%左右，部分褐铁矿，烧结性能较好；块的品位在62.5%左右，属褐铁矿，还原性好，热强度一般。PB粉和块可由汤姆普赖斯矿、帕拉布杜矿、马兰杜矿、布鲁克曼矿、那牟迪矿和西安吉拉斯矿等矿山的粉矿混匀成。 2、杨迪粉(Yandi Fines)：产于澳大利亚（必和必拓公司经营），品位在58%左右，铝含量低，属褐铁矿，结晶水较高，混合制料所需水分要求较高，因其结构疏松，烧结同化性和反应性较好，因此可部分替代纽曼山粉矿或巴西粉矿。含相对低的Al2O3，而且这两种矿粉都比哈默斯利矿粉粗，它们都有合理的冶炼性能，但烧结性能不佳。 3、麦克粉（Mac Fines）：MAC粉的正常品位在61.5%左右，目前供给中国市场多为58%左右的品位，部分属褐铁矿，烧结性能较好，含有5%左右的结晶水，炼铁时烧损较高，随其配比加大，烧结矿的烧成率逐步下降。经钢厂研究，MAC粉配比在15％-20％时烧结矿小于5mm级水平较低，配比为20％的烧结成品率最高。 4、纽曼粉、块矿(Newman Fines/Newman Lumps)：产于澳大利亚的东皮尔巴拉的纽曼镇的纽曼山矿，属赤铁矿，烧结性能较好，粉的品位在62.5%左右，块的品位在65%左右，由澳大利亚西澳州必和必拓公司生产。 5、罗布河粉、块(Robe River Fines/Robe River Lumps)：产于澳大利亚的罗布河铁矿联合公司；品位在57.5%左右，含3%-5%的复合水，这会导致高燃料率及低生产率；属于褐铁矿，烧结性能不好，但其烧结矿的冶炼性能很好。 6、火箭粉：又称FMG（福蒂斯丘金属集团（Fortescue metal Group (FMG)））粉，由澳大利亚第三大铁矿石生产商FMG公司生产；据说用作火箭发动机燃料的一种成分，故称火箭粉，其品位在58.5%左右，硅4左右，铝1.5左右，属于褐铁矿，烧结性能较好，储量大且单烧品位高，结晶水在8%左右。FMG粉矿化学成分优于扬迪粉，但烧结性能和造球性能不如扬迪粉。 7、火箭特粉：由FMG公司生产的品位57.5%左右的火箭粉，硅5个左右，铝2个左右，其它冶炼性能同火箭粉。超特粉的品位低于火箭特粉1个品位，在56.5%左右，硅6左右，铝3个左右，结晶水在8.5%左右，其它冶炼性能类似。 8、阿特拉斯粉块：由澳大利亚第四大铁矿石生产商Atlas Iron公司生产的位于澳大利亚皮尔巴拉矿山的铁矿石，品位在57.5%，属褐铁矿，结晶水在9%左右，硅含量高，在8%左右，物理化学性能和冶炼性能跟火箭粉的超特粉相近。 9、KMG粉：由澳大利亚私人矿业公司KMG生产，该矿位于澳大利亚珀斯，是距离中国最近的西澳矿山，紧邻西澳最北的港口。矿山预计两年内产矿6700万吨，为58-59%的低品位粗粉赤铁矿为主，硅8%，铝3%，磷0.08%，硫0.03%。性能类似于火箭特粉，但比火箭特粉的硅高很多。 10、CSN粉、块：巴西CSN公司（全称为巴西国有黑色金属公司）生产的铁矿石，铁含量在65%以上，硅含量在1%-2%。 11、SSFT粉，巴西淡水河谷公司专门为中国市场配制的烧结粉，SSFT的铁含量在65%左右，硅含量在4.4%左右。 12、卡粉：卡拉加斯粉的简称，英文简称SFCJ粉，全称SINTER FEED Carajas，铁含量在65%以上（65-67%），硅含量在1%-2%。铝1%左右，磷0.033-0.045%，烧损1.6%左右，水分8-9%，产于巴西卡拉加斯矿的铁矿石，因为该地方的粉矿的质量优异，不会像南部矿源那样参差，所以在国际市场上十分受欢迎，价格也高于南部矿源。 13、巴西南部粉：该矿位于巴西有南部矿源“铁四角”，又称巴西南部粉，南部矿区主要矿山有Itabira、Mariana、Mihas Centrals、Paraopebal、Vargem Grande、Itabiritos，均处于巴西铁四角地区，南部矿区主要开采方式为露天开采。这一带以铁英岩为主，赤铁矿含量较高，含铁量在66％左右。主要包括SSFG粉（巴西南部标准烧结粉，铁品位65%，硅3.2-3.8%，铝1.2-1.8%，磷0.049-0.065%，锰0.25-0.40%，水6.5-8.5%，烧损1.7%左右），SFOT粉等。 14、巴粗：指巴西粗颗粒粉矿，是巴西粗粉的统称，包括卡粉、SSFT粉、CSN粉、南部粉等。品位从65%-58%不等，其中东南部铁四角生产的矿粉冶炼性能最好。 15、印粉：指印度细颗粒粉矿，但不符合印粗的颗粒度标准。品位从40%-63.5%不等，属赤铁矿，高品位冶炼性能优良，低品位硅铝成分较高，具有较高的冶炼价值。 二、铁矿石粒度分类
铁矿石基础知识
铁矿石基础知识 第一节铁矿石及其分类 一、矿物、矿石和岩石 地壳中的化学元素经过各种地质作用，形成的天然元素和天然化合物称为矿物。它具有较均一的化学成分和内部结晶构造，具有一定的物理性质和化学性质。 矿石和岩石均由矿物所组成，是矿物的集合体。但是，矿石是在目前的技术条件下能经济合理地从中提取金属、金属化合物或有用矿物的物质。因此矿石和岩石的概念是相对的。 矿石又由有用矿物和脉石矿物所组成。矿石中能够被利用的矿物为有用矿物，目前尚不能利用的矿物为脉石矿物。 二、铁矿石的分类及主要特性 在自然界中，金属状态的铁是极少见的，一般都和其他元素结合成化合物。现在已知道的含铁矿物有300多种，但在目前的工艺条件及技术水平下能够用作炼铁原料的只有20多种。根据含铁矿物的主要性质，按其矿物组成，通常将铁矿石分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿四种类型。 1．磁铁矿 磁铁矿化学式为Fe3O4，结构致密，晶粒细小，黑色条痕。具有强磁性，含S、P 较高，还原性差。 2．赤铁矿 赤铁矿化学式为Fe2O3，条痕为樱红色，具有弱磁性。含S、P较低，易破碎、易还原。 3．褐铁矿 褐铁矿是含结晶水的氧化铁，呈褐色条痕，还原性好，化学式为 nFe2O3·mH2O(n=1～3，m=1～4)。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O3·3H2O 的形式存在的。
4．菱铁矿 菱铁矿化学式为FeC03，颜色为灰色带黄褐色。菱铁矿经过焙烧，分解出C02气体，含铁量即提高，矿石也变得疏松多孔，易破碎，还原性好。其含S低，含P 较高。 各种铁矿石的分类及其主要特性列于表2-1。 第二节、高炉冶炼对铁矿石的要求 铁矿石是高炉冶炼的主要原料，其质量的好坏，与冶炼进程及技术经济指标有极为密切的关系。决定铁矿石质量的主要因素是化学成分、物理性质及其冶金性能。高炉冶炼对铁矿石的要求是：含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度均匀，良好的还原性及一定的机械强度等性能。 一、铁矿石品位 铁矿石的品位即指铁矿石的含铁量，以TFe％表示。品位是评价铁矿石质量的主要指标。矿石有无开采价值，开采后能否直接入炉冶炼及其冶炼价值如何，均取决于矿石的含铁量。 铁矿石含铁量高有利于降低焦比和提高产量。根据生产经验，矿石品位提高1％，焦比降低2％，产量提高3％。因为随着矿石品位的提高，脉石数量减少，熔剂用量和渣量也相应减少，既节省热量消耗，又有利于炉况顺行。从矿山开采出来的矿石，含铁量一般在30％～60％之间。品位较高，经破碎筛分后可直接入炉冶炼的称为富矿。一般当实际含铁量大于理论含铁量的70％～90％时方可直接入炉。而品位较低，不能直接入炉的叫贫矿。贫矿必须经过选矿和造块后才能入炉冶炼。 二、脉石成分
PF法直接还原铁新工艺工业性试验成功
PF法直接还原铁新工艺工业性试验成功 [我的钢铁] 2007-04-27 00:00:00 近日，由北京冶金设备研究设计总院研究设计的单孔罐式还原炉在河北唐山工业性试验成功。 中冶集团北京冶金设备研究设计总院教授级高工陈守明等技术人员长期坚持竖炉直接还原铁工艺研究，结合国内情况创新，发明了PF法竖炉直接还原工艺，并拥有自主知识产权。1998年在北京科技大学做了固定罐的实验室试验，1999年在山西朔州三元碳素厂煅烧石油焦的罐式炉上进行了半工业性试验，验证了这种工艺的可靠性、主要工艺及设备参数。2006年与唐山企业合作，不断优化设计，建设一座单孔罐式还原炉进行工业性试验。2007年3月5日点火生产，一周内打通流程。受试验设备和检测条件所限，操作技术未达最佳状态，生产稳定时DRI金属化率90%左右，少量达到98.2%。如能进一步优化设计和施工、操作技术，各项技术经济指标可以达到或超过KM法指标。 PF法直接还原铁工艺流程如下： PF法直接还原铁工艺主要特点： 容积利用系数高、设备作业率高，能耗低，大幅度降低工程投资和生产成本。 1、反应室与燃烧室分隔，气氛、温度像反应罐（隧道窑）法一样适宜生产DRI，产品金属化率高。但罐体高得多，预热段、还原段、冷却段分别采用不同材料和结构，能连续生产，比反应罐法生产率高，能耗低；而且罐体不像隧道窑中那样反复加热、冷却，寿命长。 2、能像回转窑和转底炉一样连续生产，但炉体不动而炉料自动下落，炉气逆流上升，设备简单可靠，有利于加热和直接还原反应进行，并可方便地控制炉料还原温度和时间，利用系数高、作业率高，能源和原料消耗低； 3、直接还原与反应罐法和回转窑法一样采用外配碳，还原剂和脱硫剂可适当过量，确保还原和脱硫效果，又不增加产品灰分，使得原燃料选用范围广、工艺设备简单、产品质量好，而投资少、成本低； 4、反应室、燃烧室间隔排列，机构紧凑，每组反应罐都是一座独立的还原设备，若干组并列、组成各种生产能力的还原炉。可根据市场和原燃料情况灵活设计和使用，生产规模可大可小，配套设备可洋可土，遇到停电或其他事故可随时停止和重新启动，适合中国和发展中国家国情； 5、适合作为煤基直接还原铁工艺主体设备，也易改造为气基法竖炉和其他工业炉窑。 试验证明，PF法是一种安全可靠的竖炉直接还原工艺，而且综合了当前几种直接还原铁工艺长处，在节能、环保和工程投资、生产成本等方面有明显改进。这种工艺的研究开发和转化，是我国在探索先进、适用的直接还原铁工艺方面的重大进展。 相关链接： 直接还原铁（DRI），也称海绵铁，是冶炼优质钢必不可少的原料，也可作为高炉炼铁、转炉炼钢、铸造、铁合金、粉末冶金的优质炉料，有色冶金的置换剂、水处理的脱氧剂,供不应求。更重要的是，DRI可以用天然气、煤气和非炼焦煤等作能源，实现无焦炼铁，并且比高炉炼铁碳耗低、CO2排放少，有利于节省能源资源、保护环境，被誉为绿色冶金。 随着生产发展、社会进步，资源短缺、环境污染问题日益突出，发达国家钢铁企业都在改造传统生产工艺，逐步关闭能耗高、污染大的高炉、焦炉，发展优质高效的短流程电炉钢厂，世界DRI产量近二十年翻了三番。中国钢铁产量连续十几年高速增长，2006年已达4.2亿吨，生产能力达到6亿吨左右，但DRI生产能力只有几十万吨。目前国家制定政策、采取措施，限制传统钢铁生产工艺低水平重复建设，鼓励发展直接还原、熔融还原非焦炼铁工艺。
直接还原炼铁技术的最新发展doc
直接还原炼铁技术的最新发展 作者: 胡俊鸽,吴美庆,毛艳丽, 钢铁研究 摘要撰写人TsingHua 出版日期：2006年4月30日 直接还原铁可以作为电炉、高炉和转炉的炉料。DRI代替优质废钢更适合于生产对氮和有害元素有严格要求的钢种,如用于石油套管、钢丝绳、电缆线等的钢种。近年,由于钢铁市场升温,废钢资源呈现世界性紧缺。2003年,我国钢铁企业生产回收的废钢铁和非生产回收废钢铁合计为1502万t;而全年炼钢消耗废钢与辅助炼钢消耗废钢之和为4 750万t。显然,国内的废钢缺口很大。未来几年,随着国际市场废钢资源的短缺,世界对废钢的需求量将不断增长。当今,在废钢资源全球性紧缺、国际市场价格频频上扬的情况下,对于我国来说,寻找废钢替代品已迫在眉捷。直接还原铁和热压块铁是最好的废钢替代品。1直接还原炼铁技术发展状况2003年世界直接还原铁总量为4900万t。比2002年增加了10%,不同工艺所生产直接还原铁所占份额如下:Midrex 为64.6%,HyLⅢ为18.4%,HyLⅠ为1.3%,Finmet为5.2%,其他气基为0.4%,煤基为10.2%。直接还原工艺根据还原剂不同可分为气基和煤基。气基直接还原工艺中,竖炉Midrex、Arex(Midrex改进型)和HyLⅢ工艺、反应罐法Hy LⅠ、流化床法Fior和Finmet工艺,都已获得了工业应用,流化床法Fior、Cir cored和碳化铁法在工业上应用不久就停产了。煤基直接还原法中,获得工业应用的有回转窑法和转底炉法(Inmet-co、Fastmet、Sidcomet、DRylron),新开发的多层转底炉Primus工艺已于2003年2月投产。 1.1气基直接还原工艺气基还原工艺可分为使用球团矿或者块矿的工艺和使用铁矿粉的工艺。各种气基直接还原铁工艺发展状况如表1所示。表1各种气基直接还原铁工艺发展状况工艺装备工艺特点所用原料目前状况研究发展F ior(委内瑞拉)4个流化床反应器生产能耗高于竖炉Midrex和HyLⅢ铁矿粉Side tur厂于1976年投产,1985年开始,年产量达到35万t~41万t。由于市场原因于2000年停产。由委内瑞拉和奥钢联进一步发展成FinmetFinmet(奥钢联和委内瑞拉)4个流化床反应器铁矿靠重力从较高反应器流向较低反应器直接使用矿粉,是Fior 的进一步改进,比Fior能耗低、人员需求少。与Fior相比,其还原气体中H2含量少,CO没被氧化去。在Finmet工艺中,矿粉在流化床第一段被还原过程产生的热气体预热,其较高的CO含量可以提高热平衡,并使HBI的w(C)达3%。铁矿
铁矿石入门知识大全版
铁矿石基础知识 一、矿石基础 1、粒度：粒度太小时影响高炉内料柱的透气性，煤气上升阻力增大。粒度过大又将影响炉料的加热和矿石的还原。由于粒度大，减少了煤气和矿石的接触面积，使矿石中心部分不易还原，从而使还原速度降低，焦比升高。 粗粉：基本在0-10毫米，但10毫米以上一般不超过10%，0.15毫米以下最大不超过35%。精粉：基本是国内产，在200目以下。国内一般用外矿都是粗粉，精粉要求0.074mm 以下的不少于70%。 块矿：有两种，一种是标准块，粒度6-40毫米。另外一种是混合块，混合块一般需要筛选破碎后才可以使用。原矿：未经选矿或加工的矿石。少数原矿可直接应用，大多数原矿需经选矿或其他技术加工后才能利用。 2、铁精粉酸碱度： （CaO+MgO）/(SiO2+Al2O3)>1.2；碱性矿石； （CaO+MgO）/(SiO2+Al2O3)=0.8~1.2；自溶性矿石； （CaO+MgO）/(SiO2+Al2O3)=0.5~0.8；半自溶矿石； （CaO+MgO）/(SiO2+Al2O3)<0.5；酸性矿石； 也可以简化成CaO/SiO2比进行评价。国内的铁矿大多是酸性矿石。 3、酸性烧结矿：碱度(CaO/SiO2)小于0.5的烧结矿，由铁精矿或富矿粉不加或少加熔剂烧结而成。机械强度较高，但还原性差；单独使用此种矿入炉冶炼，需加入大量石灰石；而且还原性差，导致高炉产量低、焦比高。如果高炉为了更好地脱硫则希望使用碱性矿。 4、铁精矿要求：(1)含铁量要高。磁铁精矿含铁量要在65％以上，赤铁精矿在60％以上，褐铁精矿应在50％以上。含铁量的波动小于±0.5％。(2)水分要低。水分对贮存运输、矿石混匀、造球等都有很大影响。一般磁铁精矿的水分应低于10％。(3)粒度合适。
直接还原铁技术
直接还原铁技术 直接还原铁是铁矿在固态条件下直接还原为铁，可以用来作为冶炼优质钢、特殊钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。这种工艺是不用焦碳炼铁，原料也是使用冷压球团不用烧结矿，所以是一种优质、低耗、低污染的炼铁新工艺，也是全世界钢铁冶金的前沿技术之一。 直接还原炼铁工艺有气基法和煤基法两种，按主体设备可分为竖炉法、回转窑法、转底炉法、反应罐法、罐式炉法和流化床法等。目前，世界上90%以上的直接还原铁产量是用气基法生产出来的。但是天然气资源有限、价高，使生产量增长不快。用煤作还原剂在技术上也已过关，可以用块矿，球团矿或粉矿作铁原料（如竖炉、流化床、转底炉和回转窑等）。但是，因为要求原燃料条件高（矿石品位要大于66%，含SiO2+Al2O3杂质要小于3%，煤中灰分要低等），规模小，设备寿命低，生产成本高和某些技术问题等原因，致使直接还原铁生产在全世界没有得到迅速发展。因此，高炉炼铁生产工艺将在较长时间内仍将占有主导地位。1．直接还原铁的质量要求 直接还原铁是电炉冶炼优质钢种的好原料，所以要求的质量要高（包括化学成份和物理性能），且希望其产品质量要均匀、稳定。 1．1 化学成份 直接还原铁的含铁量应大于90%，金属化率要＞90%。含SiO2每升高1%，要多加2%的石灰，渣量增加30Kg/t，电炉多耗电18.5kwh。所以，要求直接还原铁所用原料含铁品位要高：赤铁矿应＞66.5%，磁铁矿＞67.5%，脉石（SiO2+Al2O3）量＜3%～5%。直接还原铁的金属化率每提高1%，可以节约能耗8～10度电/t。直接还原铁含C＜0.3%，P＜0. 03%，S＜0.03%，Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素是微量。 1．2 物理性能 回转窑、竖炉、旋转床等工艺生产的直接还原铁是以球团矿为原料，要求粒度在5～30mm。隧道窑工艺生产的还原铁大多数是瓦片状或棒状，长度为250～380mm，堆密度在1.7～2. 0t/m3。 生产过程中产生的3～5mm磁性粉料，必须进行压块，才能用于炼钢。强度：取决于生产工艺方法、原料性能和还原温度。改进原料性能和提高温度有利于提高产品强度。产品强度一般＞500N/cm2。 2．直接还原铁产生工艺技术介绍 2．1 竖炉法 气基竖炉法MIDREX、HYL法直接还原铁产生中占有绝对优势，该工艺技术成熟、设备可靠，单位投资少，生产率高（容积利用系数可达8～12t/m3·d），单炉产量大（最高达180万t/年）等优点。经过不断改进，其生产技术不断完善，实现规模化生产。 （1）MIDREX技术 Midrex法标准流程由还原气制备和还原竖炉两部分组成。 还原气制备：将净化后含CO与H2约70%的炉顶气加压送入混合室，与当量天然气混合送入换热器预热，后进入1100℃左右有镍基催化剂的反应管进行催化裂化反应，转化成CO2 4%～36%、H260%～70%、CH43%～6%和870℃的还原气。后从风口区吹入竖炉。 竖炉断面呈圆形，分为预热段、还原段和冷却段。选用块矿和球团矿原料，从炉顶加料管装入，被上升的热还原气干燥、预热、还原。随着温度升高，还原反映加速，炉料在800℃以上的还原段停留4～6小时。新海绵铁进入冷却段完成终还原和渗碳反应，同时被自下而上通入的冷却气冷却至＜100℃。还原铁的排出速度用出铁器调节。产品典型成分如下： 产品化学成分（%）