熔融还原炼铁（建立于20世纪20年代的工艺）

简介

熔融还原炼铁

原因

熔融还原成为当代钢铁工业前沿技术的原因是：

(1)熔融还原工艺不使用焦炭，不需建焦炉和化工设施，使用块矿和部分球团矿时可不建烧结设施，减少了较大污染源。为实现钢铁厂清洁生产、减少环境污染创造了条件。

(2)焦煤资源少，且分布不均匀，炼铁不用焦煤有利于钢铁工业可持续性发展

(3)熔融还原炼铁流程短，投资少，具有降低生产成本的潜力。

工艺流程

是先把普通煤装入熔融气化炉，然后吹入氧使煤燃烧、分解，将发生的煤气作为还原煤气导入还原竖炉，接着在还原竖炉内将块矿石和矿石颗粒还原到金融化率为95%左右。浦项公司在将日产从1000t提高到2000t的规模扩大阶段中，为稳定熔融气化炉的操作，除了使用粉煤外，还使用了大约10%的焦炭，另外为确保还原煤气量，发现煤的挥发份存在着最佳值等，它受煤品位的制约。目前由于对煤种的选择和还原竖炉中金属化率的稳定化等采取了措施，焦炭的使用量可以减少到大约3%～5%。由于矿石几乎是在竖炉内完成还原，因此还原所需的煤气量大，熔融气化炉的煤单耗也高。结果用于系统外的能量也必然增大。印度京德勒钢铁公司Vijayanagar厂利用日产2000t的2座COREX设备发生的煤气来带动2台13MW的发电设备。另外，在南非的Saldanha钢铁公司还同时设置了直接还原铁生产法(MIDREX)，能日产大约2500t的直接还原铁(DRI)。

第1代工艺 从20世纪20年代开始，主要是在60年代坚持试验。该工艺是在一个反应器中使用精矿和煤的一步法。如1924年德国霍施(Hoesch)钢铁公司提出的在转炉中使用碳和氧还原铁矿石，至今仍有现实意义。30年代后期丹麦F．L.Smit公司提出的Basset法，德国又开发的Sturzelbug法。50年代后，欧美各国研究开发的熔融还原法有瑞典的Dored法和EV(Eketorp-Vallak)法、意大利的Retored法、英国的CIP法等。这些方法都是一步法，因在试验中出现了一些当时难以解决的问题而宣告失败。其主要问题各不相同，有的是还原时由铁熔体排出的煤气在熔池上方二次燃烧供给热量，由于过程控制困难，二次燃烧时的高温和强腐蚀性FeO熔体对炉衬的严重侵蚀，使炉衬耐火材料消耗大；有的是强烈转动反应器，铁水直接装入耐火装置内，并在造渣前进行保护(旋转法和CIP法)试验，由于铁层和渣层之间只有少量的原料与热交换而被取消；还有的是精矿由对着反应器墙的转盘进行给料，在二次燃烧时，辐射前截断“精矿屏幕”以保护炉衬(E-V法)，此法虽未成功但精矿同时传递熔池中由于二次燃烧产生的部分热量，在今天也是有意义的。

第2代工艺 有代表性的是瑞典在20世纪70年代开发的用电作热源的熔融还原法，如ELRED法、INRED法、PLASMAMELT法。克服了由二次燃烧空间到还原空间传递热量的困难，用终还原产生的废气进行矿石预还原，即“二步法”。但是由于FeO炉渣的侵蚀和热的需求，使终还原阶段消失，于是采用在电炉中靠电供热进行终还原。ELRED法、INRED法早已完成半工业试验，但未到达实际建厂阶段。虽然，电在瑞典是富裕的，但使用电能还原铁矿石，多数情况下是不经济的，因而未能推广。等离子熔融还原法。用于比炼铁价值高的不锈钢烟尘回收的工业生产，现在瑞典有一个用等离子枪工艺加工生产，年产7万t不锈钢(含Ni和Cr)的粉末冶炼厂。

第3代工艺 特点是放弃电能，立足于煤和氧气的“无焦炭工艺”而在大多数情况下仍然保留第2代工艺原有的预还原和熔态终还原的二步法。

COREX介绍

COREX熔融还原炼铁工艺，采用了成熟的气基竖炉法海绵铁生产技术和高炉炼铁技术。COREX工艺的预还原竖炉部分相当于高炉炉身中、上部，熔融气化炉部分相当于高炉的炉缸与炉腹部分并向上延伸。截去了高炉的炉身下部和炉腰部分，避免了高炉内影响料柱透液性、透气性和气流分布的软熔带的产生，为COREX工艺直接使用非炼焦煤炼铁创造了条件。

炉缸形成

COREX熔融气化炉中部以下有煤、半焦和海绵铁组成的料柱，下部有半焦和焦炭组成的死料柱。死料柱的存在，使熔化后的渣铁在高温区与焦炭的接触时间增加，铁水温度升高，铁、硅还原，渗碳、脱硫等反应有条件充分进行。分析料柱结构表明，炉缸的焦炭量随着固定床深度的增加而增加。和高炉死料柱的作用一样，死料柱在炉缸起到碳源作用，提供铁水碳饱和及降低渣中残余FeO所需要的碳。

炉尘回收，返入熔融气化炉

煤在熔融气化炉加热脱除挥发分的气化过程中，产生含碳粉尘，并被煤气带离气化炉。煤气经除尘，控制还原气含尘量在一定范围内。回收的炉尘在炉体适当位置返吹入熔融气化炉。这样，可以防止炉尘堆积，而且可通过调节吹氧量使炉尘燃烧产生的热量将炉顶温度控制在1100 ℃左右，使气相中的焦油、苯等高分子碳氢化合物分解为H2、CO。所以，炉尘回收系统也是COREX工艺的无污染操作。

粒度分布与煤气流控制

以炉料与煤气相向运动为基础的竖炉还原，保持料柱的一定空隙率，煤气流的低压降，可防止悬料，增加煤气流通量，矿石得到充分还原。为此，除严格控制矿石粒度和还原气的含尘量外，还要尽量减少矿石在加热还原过程中的碎裂现象。

环境污染小

由于COREX工艺用煤直接炼铁，基本不需要焦炭，避免了冶金工厂的主要污染部分(焦炉)，工艺过程紧凑。尤其是没有了炼焦过程的焦煤装炉、出焦、炉门密封不严造成的煤气泄漏，使COREX熔融还原炼铁成为环境保护十分可取的炼铁工艺。

流程短、投资省、生产成本低

COREX熔融还原炼铁工艺，已有COREX C—1000、C—2000两套装置的9年和2年生产实践经验。与焦炉—烧结—高炉工艺流程相比，其工序少、流程短。COREX工艺从矿石到炼出铁水仅需10 h，而高炉工艺需要25 h。由于设备重量减少一半，投资费用少20 %，生产成本低10 %～25 %^[1]。