Hlsmelt熔融还原炼铁工艺

非高炉炼铁工艺—Hlsmelt熔融还原炼铁工艺

由澳大利亚的力拓矿业集团开发的HIsmelt熔融还原炼铁工艺，采用了铁矿粉及钢厂废料和非炼焦煤直接熔融的还原技术生产高质量的铁产品，可直接用于炼钢或铸成生铁。还可以循环使用热能，以达到降低成本和减少污染的目的。从不断优化高炉炼铁和开发新型非高炉炼铁工艺考虑，可对炼铁生产实现节能减排和保护环境起到积极的作用。HIsmelt熔融还原炼铁工艺作为适应钢铁工业发展的需要而开发的熔融还原炼铁的生产工艺，可为炼铁生产提供了一种新的选择。 钢铁生产工艺包括传统的高炉—氧气顶吹转炉的长流程和基于电弧炉的短流程。近年来，受环保等方面因素的影响，短流程工艺受到越来越多的关注。1996年以来，世界范围内有大量短流程优质扁平材生产厂投产。这些短流程钢厂仅承担较低的折旧费用，还能利用废钢来削减生产成本。因此，短流程钢厂的热轧生产成本要比钢铁联合企业的低。推动这种趋势发展的主要原因有以下几个方面：高炉生产对原料的规格要求较严格，原料预加工（焦化、球团和烧结厂）使高炉生产成为环境污染的主要排放源，新建或改造高炉的投资额巨大，世界范围内的焦炉普遍呈老化状态，也需要大量投资。

正常情况下，为了获得规模经济效益，钢铁联合企业的建造规模都很大，因此，温室气体排放和环境污染的问题比较严重。电炉炼钢厂的情况则有所不同，与钢铁联合企业相比，其竞争力相对较强。对于电炉炼钢厂来说，优质、稳定的铁供应可明显提高电炉炼钢的生产率，

降低生产成本。因此，在炉料中搭配铁水就具有较高的利用价值。在此条件下，开发具有能源利用率高、原料及炉料适应性强、投资成本低、操作灵活等特点的炼铁工艺，已成为钢铁联合企业关注的课题之一。

1 Hlsmelt工艺流程简介

图1为HIsmelt熔融还原炼铁的工艺流程图。

图1 HIsmelt熔融还原炼铁的工艺流程图

首先，HIsmelt工艺将金属熔池作为基本的反应媒介，炉料直接注入到金属中，熔炼过程主要通过熔解碳进行。而其他熔融还原炼铁的生产工艺一般都采用顶装矿石和煤炭工艺，通过渣层中的碳化物（及少量金属）进行熔炼。与渣中的碳相比，金属中的熔解碳作为还原剂的反应效率更高，其原因主要是由于渣中的碳需要转换为气相还原介质一氧化碳。也就是说，HIsmelt工艺是通过使用更具活性的碳（溶解碳）获得了更快的熔炼速率。

其次，HIsmelt工艺中熔体的混合度与其他工艺不同。在HIsmelt工艺中，将炉料直接注人到金属中，产生大量的“深层”气体，这会

形成一个强劲的上浮气流，导致熔液快速翻转。计算表明，翻转的流量达到每秒数吨的级别。在这种条件下，在液相中形成实质性温度梯度（大于20～30℃）的可能性很小，系统实质上以等温熔体的形式运转。此外，熔体的快速翻转促进了从炉顶空间到熔池的热传递，同时杜绝了单一液滴明显过热的现象。这对于渣区的炉膛耐火材料的保护意义重大，因为熔体的良好混合可使耐火砖仅暴露于低FeO含量及温度较低的介质中。 2 Hlsmelt工艺特点简介

图2 HIsmelt熔融还原炉模型

图2为HIsmelt熔融还原炉的模型，作为目前全球熔融还原炼铁技术之一的Hismelt技术具有以下特点。

在熔炼中，通过使用大范围的煤种、矿石和典型的钢厂废料（回炉料），HIsmelt工艺的适用性得到了充分证明。试用煤种的范围广泛，使其对工艺性能的影响能够被量化。由于汽化和挥发分裂解作用导致的热能损失，高挥发分（最高达38%)煤对HIsmelt炼铁工艺具有负面影响。煤中氧、水分和灰分的含量对生产也有潜在影响。试验表明，该工艺中间试验用的所有煤种均可用于实际生产，在煤种的选择上，

仅需从经济方面的考虑。

对采用各种矿石炉料还原水平的产能进行评估，包括赤铁矿、赤铁矿／针铁矿、针铁矿和直接还原铁。对矿粉／直接还原铁混合料进行了预还原的中间试验。此外，利用热风氧富集（最高含氧量达30%）成功地提高了熔炉的工作效率。

回收料包括高炉和氧气转炉的粉尘、泥渣、铁鳞等。由于回收料中的碳得到充分的利用，可使总体煤耗量大幅降低。此外，由于炉料中铁的预还原水平较高，生产效率得到提高。与铁矿石冶炼相比，回收料无须额外进行处理和加工。表1示出了对高炉和HIsmelt炼铁系统的投资进行对比的研究结果。从表1 可看出，HIsmelt工艺的吨钢生产成本为180～310美元，而钢铁联合企业的典型吨钢生产成本为320～450美元。

此外，HIsmelt工艺还具有以下特点：原料要求的预处理量很小，熔炼前无须选矿；具有较高灵活性，能够根据钢厂的生产进行大幅度的调整；可生产质量优异且稳定的铁水；炉料的反应时间以毫秒计算，温度控制优于高炉；具有高度集成的在线工艺控制系统，设备运行和操作简单，总体设备维护量小；具有明显的环保优势。

与高炉炼铁工艺相比，一座配备了矿石加热系统的HIsmelt炼铁厂有望将每吨铁水的二氧化碳排放量减少约20%，并能够有效地控制二口恶 英的生成。由于在HIsmelt工艺中可以取消焦化和烧结工序，因此较为环保。此外，大量利用钢厂废料的潜力可进一步巩固HIsmelt工艺的环保优势。

表1 典型的Hismelt和高炉工艺的投资和生产成本 项目 产量，万吨 生产成本，美元／投资，百万美元 吨 高炉1 高炉2 高炉3 高炉4 Hlsmelt 1（冷矿） Hlsmelt 2（冷矿及废料） Hlsmelt 3（预加热） Hlsmelt 4（预还原） Hlsmelt 5（预加热） 63 150 110 286 191 181 180 286 200 109 236 109 243 50 58 326 373 356 448 310 259 355 880 388 1088 155 150 表2 不同工艺生产铁水的化学成分比较表 项目 C, % Si, % P, % S, % 温度，℃ 高炉 4.5 0.5±0.3 0.09±0.02 0.04±0.02 1430～1500 HIsmelt 4.3±0.2 0 0.0±0.0 0.1±0.1 1480±15 Corex 4.5～4.7 0.6±0.2 ＜0.10 0.01±0.02 1490～1520 3 Hlsmelt工艺的铁水质量