COREX熔融还原炼铁工艺

COREX熔融还原炼铁工艺姓名岳渊班级冶金08—2学号2008100353一概论COREX技术是世界上唯一已实现工业生产的熔融还原炼铁技术,关于COREX技术的研究始于20世纪70年代末,由奥钢联公司和德国杜塞道尔科富工程公司联合开发。1985年,南非伊斯科公司为其比勒陀利亚工厂订购了世界上第一套规格为C-1000COREX生产设备,于1989年11月投产,并在1年内达到了设计产能。COREX熔融还原炼铁工艺同基于用焦煤做还原剂的传统高炉炼铁工艺不同,它可以直接使用非焦煤、球团块和天然块矿作为原燃料,生产出的铁水质量可与高炉相媲美,并同样适用于之后的各种炼钢用途。由于不使用焦炉炼焦系统,而直接采用煤作为还原剂,此工艺解决了当今焦炭资源短缺对冶炼工业产生制约的问题。由于取消了传统高炉炼铁前所需的烧结、球团,焦化等工序,从而大大缩短了整个炼铁工艺的流程,同时减少了原高炉炼铁中各环节对环境的污染,成为目前炼铁领域中的前沿技术。二工艺介绍COREX熔融还原工艺的基本流程是,全部冶炼过程在还原炉和熔融气化炉这两个独立的过程反应器中完成。燃料煤直接装入熔融气化炉拱顶,在1000～1050℃的温度下转变成炭,焦油、苯酚和烃等副产品则同时被分离开。氧气由底部吹入熔融气化炉,与煤发生反应后生成由95％CO和H1组成的优质还原气。从熔融气化炉排出的气体被冷却至还原所需的温度800～850℃后,进入热旋风除尘器除尘,再进入还原竖炉,使由块矿和球团矿组成的含铁料还原成直接还原铁(DRI)。直接还原铁由螺旋输送机送入熔融气化炉,并在那里熔化成铁水。球团矿、块矿从还原竖炉顶部加入,并在竖炉内不断下降的过程中被来自熔融气化炉的还原气体还原成金属化率达92％～94％的海绵铁,热海绵铁连续加入熔融气化炉中,落到由煤脱除挥发份后形成的半焦固定床上,进一步还原、熔化、渗碳并进入炉缸形成炉渣和铁水。与高炉类似,COREX熔融气化炉中也有死铁层、死料柱和风口带。出铁过程及随后对铁水的处理工艺与高炉几乎完全一样。力为30～40万吨每年,可为电炉炼钢提供所需的铁水,并生产优质钢材。(2)COREXC-2000型,该型生产铁水能力为60～100万吨每年,可配套建设转炉与连铸车间。(3)COREXC-3000型,该型生产铁水能力可达到150万吨每年,适合于新建联合钢铁企业,或替代现有高炉设施及扩大现有钢铁厂生产能力。(4)COREXC-4000型,该型设计生产能力为200万吨每年,目前还正在研究中。三宝钢corexC3000世界上第一座C3000于2008年在上海宝钢投产。该装置年产能力为150万t,高33m,炉缸内径为9m,设有28个氧气风口,2个铁口,采用新因巴炉渣粒化装置。还原竖炉高29m,下部水平沿圆周方向布置8台DRI螺旋排料机。在熔融气化炉输出煤气管路系统中设有4个热旋风除尘器,该除尘器收集的粉末经4套粉尘喷吹系统由熔融气化炉上部拱顶的4个燃烧口返送回熔融气化炉。宝钢C-3000的工艺原理宝钢的C-3000炼铁与所有的COREX一样，都是在还原竖炉和熔融气化炉两个独立的反应器中完成的，利用煤和氧气在熔融气化炉下部风口循环区燃烧的热量，粒煤落入熔融气化炉上部半焦固定床上完成焦化、气化过程，产生热还原气体，煤气离开熔融气化炉后与冷煤气混合调节到800~850℃，再经热旋风除尘器粗除尘后进入上部的还原竖炉。从料仓出来的球团矿、焦炭和熔剂按照一定比例混合后，由皮带输送、万向布料器布料，进入还原竖炉，炉料在不断下降的过程中被来自熔融气化炉的还原炉料在不断下降的过程中被来自熔融气化炉的还原气体还原成海绵铁，热海绵铁通过螺旋排料机连续加入熔融气化炉中，落到由煤脱除挥发分后形成的半焦固定床上，进一步还原熔化、渗碳并进入炉缸形成炉渣和铁水，出铁后，通过撇渣器，进入鱼雷罐中。C-3000生产的概况C-3000设计指标C-3000生产主要指标的平均（累计）值由上图对比可得实际生产熔炼率、作业率、焦比、燃料比仍与设计指标存在一定差距。运行中的问题（1）海绵铁金属化率不稳定下图为2008年1月初使用块矿时，海绵铁金属化率与铁水温度的推移图。海绵铁金属化率反映了竖炉的工作状态，同时影响气化炉的操作及铁水质量。经生产实践表明，海绵铁金属化率稳定在60%～70%是气化炉正常生产的前提条件。从操作角度来看，影响海绵铁金属化率的因素有熔炼率、顶煤气单耗、还原煤气CO2含量以及还原煤气利用率。还原煤气φ（CO2）通过调整保持在6%～8%，熔炼率和顶煤气单耗根据竖炉接受能力进行调整，还原煤气利用率反映了竖炉工作状况。当竖炉内气流分布比较均匀时，气固接触比较充分，界面反应程度较深，相同速度的气流通过炉料后带走的氧较多，煤气利用率相对较高；反之，则较低。因此，影响金属化率根本原因在于竖炉的气流分布。DRI金属化率与铁水温度推移图（2）竖炉内壁围管下方易形成黏结还原煤气由围管进入竖炉后，以向下的角度经过一段路径后上升。还原煤气中含有20g/m3的粉尘，围管附近的炉料对煤气起到过滤作用，因此，围管附近炉料中粉尘含量相对较多。当入炉原料本身含粉量较高时，炉料空隙度降低，围管处炉料对粉尘的过滤效应增大，加剧了围管处粉尘的累积。如果靠近炉墙边缘的炉料下行不畅，粉尘极易黏附在围管下的炉壁上；另外，还原煤气在围管处产生析碳反应：2CO=CO2+C，反应释放热量，温度的提高有利于粉尘的结块。在边缘炉料下降慢或形成死料区的条件下，炉壁上黏附的粉尘越积越多，加上炉料负荷积压，形成致密的黏结物。海绵铁落料管煤气反窜问题COREX生产中一直存在着海绵铁落料管煤气反窜现象，轻微的反窜不会给竖炉带来较大的影响，反窜严重则引起竖炉内ADW上黏结和架桥，并导致海绵铁螺旋上方悬料，螺旋不能正常排料，从而使对应上方的炉料形成死料区，加剧围管下部炉壁的黏结。（3）ADW上形成架桥以及螺旋卡料海绵铁落料管煤气反窜问题一直存在，尤其是落料管上下压差很大时，反窜严重。高温高粉尘煤气从落料管反窜，经过海绵铁螺旋进入竖炉，螺旋及其上方的炉料最先接触反窜煤气，因此，此处的炉料起到了粉尘过滤作用。正常情况下，由于螺旋的不断排料，螺旋及其上方炉料中的粉尘不断被带出竖炉。但是，由于落在ADW上的炉料移动慢，ADW上的炉料中累积了大量粉尘，加上反窜煤气的高温作用以及炉料积压，从而在ADW上形成了黏结，随着时间的推移形成架桥。最终导致螺旋排料受到影响，螺旋空转或被黏结物卡住。四COREX熔融还原发展方向分析（1）COREX本身能耗降低幅度有限。COREX本身与传统高炉冶炼机理、过程都是一样的，但其传热过程及还原是在两个反应器中进行，传热、还原的条件很难达到高炉的工况条件，对设备的要求也比高炉高，传热及煤气利用率的提高受限决定了其能耗降低幅度有限。宝钢C-3000能耗一直比高炉要高，一方面与工艺掌握程度、原燃料设备保障有关；另一方面从原理上讲在热能、煤气利用率均达不到高炉条件的情况下，能耗本身也不可能比高炉低。（2）COREX的发展应结合其工艺本身的特点。COREX法要降低生产成本，应结合国内的煤资源，深入研究C-3000对燃料的质量需求，通过改变使用煤种及使用比例来达到降低成本的效果。同时应展开对COREX煤气高效使用的综合技术及对粉煤、粉矿综合利用技术展开研究，进一步提高综合效益，降低产品成本。（3）COREX的发展应以稳定顺行为基础。像高炉炼铁一样，所有增产、节能的措施都应建立在稳定顺行的基础上。COREX应该借鉴高炉几十年来的发展经验，如通过建设原料场等措施，稳定入炉原燃料成分及质量，生产上建立基于稳定顺行的参数控制及调整等标准，在此基础上再研究进一步降低燃料比。（4）进一步提高设备可靠性，减少设备故障对生产的影响。（5）随着环保压力越来越大,焦煤资源日益短缺,若COREX设备能力与下游工序匹配,把它作为传统高炉的补充还是有一定的应用价值的。COREX等熔融还原工艺在进一步提高的基础上会有更大的发展空间。