氢基直接还原铁工艺技术及应用

氢基直接还原铁工艺是一种环保、高效的钢铁生产技术,具有广阔的应用前景。在全面介绍氢基直接还原铁工艺的基础上,重点分析了氢基还原气体的成分重整工艺在冶金工业中的应用情况、优缺点和适用性,主要包括水蒸气重整、部分氧化重整、自热重整和二氧化碳重整4种重整方法。系统地探讨了中国氢基直接还原铁工艺的探索实践以及面临的机遇挑战,指出焦炉煤气自热重整制取还原气技术将在今后中国氢基直接还原铁中扮演重要角色。     

H-C-O体系质量及化学平衡衡算图的开发

制备满足直接还原铁工艺要求的富氢还原气体是确保直接还原铁工艺能否取得成功的关键环节之一,因此解决还原气体制备参数的选择问题至关重要。基于物质衡算及化学热力学平衡原理,创新性地构建了“H-C-O体系质量及化学平衡衡算图”(H-C-O衡算图),开发了由H-C-O衡算图确定制备富氢还原气体工艺参数的图解法。介绍了包括n_H2O/n_CH4标尺和n_CO2/n_CH4标尺制作过程等在内的H-C-O衡算图制作原理、使用方法和包括确定各种气体在H-C-O衡算图中的位置、制备给定n_H2/n_CO还原气体组成时1 mol CH₄气体应配加的H₂O和CO₂物质的量、制备任意给定组成气体的气源配比情况下配加气体的物质的量以及制备富氢还原气体工艺时的析碳区域等功能。以采用天然气(NG)与焦炉煤气(COG)的混合气体...     

气基直接还原工艺研究进展和发展思考

钢铁工业低碳发展对我国如期实现“碳达峰”和“碳中和”的目标至关重要。本文在介绍目前钢铁工业碳排放现状及直接还原工艺发展现状的基础上分析了气基直接还原工艺发展趋势,指出气基竖炉工艺是其大力发展的方向,并提出了实现该工艺设备大型化及促进原料来源多样化的建议,以期为行业碳减排提供解决方案。     

气基竖炉生产直接还原铁工艺的技术经济分析

介绍了焦炉煤气竖炉直接还原铁工艺,在分析气基竖炉生产直接还原铁技术的市场前景基础上,从成本、盈亏平衡、敏感性等方面对焦炉煤气竖炉直接还原铁工艺进行了技术经济分析,提出了降低生产成本的建议,即:廉价的原料气、能源介质,搞好综合利用,回收有用资源,选择合适的规模等。     

直接还原铁生产概况及发展

介绍了近年国内外直接还原铁生产概况,分析了不同直接还原工艺的状况,认为Midrex是最主要的直接还原铁生产工艺,资源条件决定了煤基回转窑法仍将是我国直接还原铁生产的主要方法,但应重视气基竖炉还原工艺的开发研究工作.我国直接还原铁仍将有较大的市场需求.生产规模过小、工艺设备落后是限制我国直接还原生产发展主要原因.此外,应建立稳定畅通的原料供应渠道.     

气基竖炉直接还原球团技术的发展

论述了球团矿质量对气基竖炉直接还原生产和DRI质量的影响以及DRI质量对炼钢生产的影响.介绍了提高气基竖炉直接还原工艺用球团矿质量的技术,包括降低Si02含量、降低粘结趋势、提高还原性和提高大粒度(12.5～16.0 mm)球团比率等措施及其发展.指出若把低TFe、高脉石含量的高炉用球团矿直接用于气基直接还原竖炉,至少应该采用球团涂层技术;如果球团矿脉石含量较高,需要借助工业试验进行综合分析以确定其经济性.     

气基竖炉直接还原炼铁流程重构优化

直接还原铁比较纯净、成分稳定,是电炉炼钢的优质原料。中国焦化行业产生大量焦炉煤气,适宜发展以焦炉煤气为还原气的竖炉直接还原炼铁流程,现有工艺主要有Midrex工艺和HYL-ZR工艺。为了解决Midrex工艺和HYL-ZR工艺所存在的问题,通过流程功能分析,提出气基竖炉直接还原重构优化流程,主要工序包括焦炉煤气压缩、TSA预处理、PSA脱碳、PSA提纯CH₄、富氢气加热、竖炉直接还原炼铁等。该流程不仅净化焦炉煤气,而且可分离CH₄,使还原气中H₂与CO的比例达到8,并省去CH₄重整环节,提高炉内直接还原效率。该流程前端与焦化工序连接,后端与电弧炉连接,不仅有利于钢铁联合企业资源优化配置,而且可以生产天然气,提高能源利用效率。     

煤气化直接还原的固体燃料造气工艺研究

制取合格的还原煤气是富氧煤气化直接还原竖炉新工艺的技术关键。由小型生产模拟试验，对固体燃料造气中的燃料选择，造气工艺制度液态排渣，发生炉温度和煤气成分控制，粉尘控制等进行研究，得到较为合理的造气工艺参数，为富氧煤气化直接还原竖炉工业试验提供依据。     

气基竖炉直接还原数值模拟分析

针对气基竖炉直接还原过程无法直接观察还原反应运行程度的难点,基于三界面未反应核模型,在忽略模型球团内部温度及假设球团还原反应的热效应完全发生在固相的条件下,建立了气基竖炉直接还原模型,对铁氧化物价态转变进行了数值模拟和验证。结果表明,由于所建立的气固模型包含3个界面,随着铁氧化物的逐级还原,每个界面的反应半径最终趋于0,而还原反应速率随着竖炉深度的增加呈现出先升高后降低的趋势。球团在竖炉内下降到3 m深度时,出现半径为15 mm的FeO反应界面,此时球团还原率约为28%。随着球团继续在竖炉内下行约2 m到达5 m的深度时,Fe₃O₄的界面半径减小为0,此时铁氧化物完全转变成了浮氏体形态,球团还原率约为34%。通过改变不同的工艺参数进行模拟可以发现,还原球团金属化率和还原率随着气体温度的升高而增大。当气体温度以50℃、还原气体流量以5 040 m³/h梯度增大时,其对应的球团金属化率分别增大8%和4%左右。相比之下,球团金属化率受下料速度的影响远超过气体温度和还原气体流量,具体表现为,当下料速度增大0.02 t/h时,金属...     

焦炉煤气改质的动力学研究

用圆形的刚玉管作反应器，用1Cr18Ni9Ti不锈钢屑作催化剂进行焦炉煤气改质的气体转化实验，测相应温度和压力下的动力学数据，并与不用催化剂加以分析和比较，分别回归出CH4的转化方程，研究各自转化效果，提出了合理的动力学模型。     

直接还原铁生产过程自动化

天津钢管公司直接还原铁厂采用ＩＮＦＩ９０ＤＣＳ等系统，实现了回转窑压力和温度控制，料仓斜位检测及控制以及后燃烧室温度和助燃空气流量控制等，该直接还原铁厂已于１９９７年投入运行。     

还原剂对高磷鲕状赤铁矿直接还原过程铁还原的影响

采用添加脱磷剂直接还原焙烧-磁选的工艺制备直接还原铁,研究了不同还原剂对高磷鲕状赤铁矿直接还原过程铁还原的影响.实验结果和扫描电镜分析表明,还原剂中固定碳和挥发分含量对于焙烧产物中金属铁晶粒的聚集、增多和长大以及所得还原铁指标影响较大.焦炭和无烟煤所得焙烧产物中金属铁晶粒与脉石矿物结合较紧密,难以在磨矿过程中实现单体解离.褐煤所得焙烧产物中金属铁晶粒出现明显的连接和长大,且与脉石矿物界限分明,嵌布粒度较粗,有利于铁颗粒与脉石矿物的解离,从而其铁回收率较其他还原剂高.     

熔融铜渣天然气还原过程的研究

采用天然气对熔融态铜渣进行还原,通过单因素实验考察了反应温度、碱度、通气量、渣金分离时间对铜渣中铜和铁总收得率的影响.在惰性气氛下,反应温度为1 425℃,熔渣碱度为1.0,天然气过量系数为1.3倍,渣金分离时间为30 min时,渣中铁质量含量降到2.58%,铜含量由0.88%降低到0.03%,铜渣中铜和铁总收率达到94.09%.     

高铅渣直接还原炉的研发设计

概述了现有的粗铅冶炼工艺和高铅渣直接还原方法,介绍了电热焦炭直接还原炉、侧吹熔融还原炉、底吹电热熔融还原炉3种高铅渣直接还原炉的研发设计.     

钒钛磁铁矿深度直接还原熔分提铁

以热力学分析为基础,采用直接还原熔分工艺对国外某钒钛磁铁矿进行了研究.利用 Factsage 软件计算了不同添加剂配比下的渣相四元相图,并进行直接还原试验,研究了 SiO2和 CaO 加入量对还原反应的影响以及CaF2的加入量对铁品位和回收率的影响.结果表明：在还原温度1380℃,还原时间30 min,SiO2的质量分数为7.0％,CaO的质量分数为3.5％,CaF2的质量分数为1.4％,煤粉加入质量分数为17.4％的实验条件下,还原后金属相中铁品位在95.0％以上,铁回收率97.0％以上.     

焦炉煤气脱硫工艺分析与优化

通过对改良ADA湿法脱硫工艺进行分析,找出提高脱硫能力的关键因素并采取措施,从而提高脱硫效率,降低焦炉煤气的硫化氢含量。     

高硅铁废渣直接还原铁晶粒形成与长大

 冶金工业每年会产生大量的高硅铁废渣,铜渣作为一种典型的高硅铁废渣,目前主要以露天堆积方式处理,为了提取铜渣中有价元素,并进行资源化利用,以某厂铜渣为例进行煤基直接还原试验,采用XRD衍射、扫描电镜等分析手段,探究铜渣在直接还原过程中不同阶段以及加入形核剂条件下铁晶粒的形成、长大及分布规律。结果表明,还原时间为30 min时,金属化率最高为78.40%,铁晶粒生长情况最为良好,铁元素分布最集中;还原过程中加入磁铁矿能明显提高金属化率,有利于铁晶粒的生长,当磁铁矿配比为20%时,金属化率最高,为87.59%;磁铁矿作为形核剂加入可降低形核位垒,促进铁晶粒的长大与铁元素的集中分布。     

直接还原铁生产技术的现状及展望

 分析了世界及中国直接还原铁的技术现状。直接还原工艺可以摆脱焦煤资源短缺的束缚,降低CO2排放,促进资源综合利用,且高品质的直接还原铁是生产洁净钢不可缺少的原材料,是钢铁工业发展不可缺少的组成部分。随着铁矿精选技术、煤制气技术的成熟,从及气基竖炉生产规模的不断增大,煤制气→竖炉将成为中国主要的直接还原生产工艺。高温高料层PSH工艺应当具有良好的应用前景。回转窑、隧道窑等工艺在特定地区可适当发展,但不会成为直接还原铁生产的主流。     

转底炉直接还原铜渣回收铁、锌技术

采用转底炉直接还原工艺,将铜渣含碳球团在高温条件下直接还原得到金属化球团和高品位氧化锌粉尘,再通过熔分或磨矿磁选方式将铁回收,得到的铁产品可作为冶炼含铜钢的原料.转底炉中试结果表明:采用"转底炉直接还原—燃气熔分"流程处理铜渣,可获得TFe品位94%以上、铁回收率93%以上的熔分铁水;采用"转底炉直接还原—磨矿磁选"流程处理铜渣,可获得TFe品位90%以上、铁回收率85%以上的金属铁粉;采用两种流程处理铜渣,均可获得锌品位60.02%的ZnO粉尘.结果表明,经过转底炉直接还原,铜渣中的铁橄榄石Fe_2SiO_4和磁铁矿Fe_3O_4相转变为含有金属铁Fe、二氧化硅SiO_2和少量辉石相Ca(Fe,Mg)Si_2O_6的金属化球团,具备通过磨选或熔分进行进一步富集的条件.