综述1

2019-03-11 19:03:00
近年来,中国炼铁处于高速发展阶段, 2007 年全国生铁产量达到 4. 6944 亿,t 比上年度增 长 15. 19%[1],其增幅低于钢产量的同期增幅,占世界总产量的 49. 74%。2007 年全国重点钢铁 企业(指 71 家)产铁 3. 69 亿 t 比上年增长 13. 74%,其他企业产铁 1. 20 亿 t 增长 19. 60%。地 方企业铁产量增速高于大中型钢铁企业。2008 年上半年全国产铁 2. 4642 亿 t 比上年度增长 7. 89%,降低了发展势头。预计, 2008 年我国钢产量将达到 5. 2 亿,t 生铁产量将达到 4. 9 亿 t。 今年,我国炼铁生产能力将超过 6 亿 t 但尚有约 6000 万 t/年的生产能力属于淘汰之列(主要是 300m3 以下容积小高炉)[2]。 钢铁产品是人类社会最主要的结构材料,也是产量最大、覆盖面最广的功能材料。在可 预见的未来,钢铁产品仍将是一种非常重要且不可替代的材料。近年来,随着我国经济的快速 稳定增长,钢铁工业得到了前所未有的发展,2005 年我国粗钢产量突破 3 亿吨,其中绝大部分 来自高炉—转炉流程。高炉炼铁在高炉长寿技术、高炉炉型设计理论、高炉以煤代焦等方面 都有较大发展[3]。即使如此,高炉工艺也存在一些问题:工艺流程复杂、能耗高、环境污染严 重与投资庞大等。另外高炉工艺对冶金焦有很强的依赖性,然而从已探明的世界煤炭储量来 看,焦煤仅占总储煤量的 5%,而且分布很不均匀,因此高炉炼铁的发展面临着焦煤缺乏的困 难。为解决这一困难,众多的非高炉炼铁技术就应运而生了,而且得到了较快的发展[3]。 非高炉炼铁技术根据其工艺特征、 产品类型及用途不同可以分为熔融还原和直接还原两 大类。熔融还原法是以非焦煤为能源,在高温熔态下进行铁氧化物还原,渣铁能完全分离,得到 类似高炉的含碳铁水。直接还原法则是以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源,在铁矿石(或 含铁团块)软化温度以下进行还原得到金属铁的方法。其产品呈多孔低密度海绵状结构,被称 为直接还原铁(DRI)或海绵铁[4]。 高炉发源于中国,高炉何时在我国发明,各路专家尚无统一意见.有人推断是公元前 8 世纪[5,6],现在己有出土的铸铁实物,证实了这一推断 [7],是世界上最早掌握冶铁技术少数 文明古国之一欧洲出现高炉约在 170 年以后。20 世纪是中国炼铁大发展时期,并成为世界 炼铁大国。20 世纪是中国钢铁工业发展的世纪。这 100 年的中国钢铁工业发展史表明,钢 铁工业是一个国家经济实力的基础。21 世纪的钢铁作为一个重要的结构材料、功能材料的 位置不会发生重大变化。 从高炉炼铁生产规模和效率成本看, 世界上还没有任何一种非高炉 流程能达到和接近大型高炉目前已达到的生产和效益水平可以,21 世纪相当长的时间内, 国 际、国内高炉炼铁流程都将占绝对优势。多年来,我国炼铁界认真贯彻了高炉炼铁以精料为 基础的方针,认识到精料对炼铁技术进步的影响率在 70 %以上。一批企业在不断改善焦炭、 烧结、球团质量,炼铁炉料结构日趋科学、合理、经济。在改善炼铁原燃料质量的过程中,出 现了各企业发展不平衡。 总体上讲,大企业进展慢,一批中小企业在加快向国际先进水平靠拢。 传统的高炉炼铁工艺仍保持着旺盛的发展势头。国外高炉炼铁的产量约占整个铁产量 90%,如扣除直接还原铁,则约占 99%。受炼钢需求量的驱动,西方采取提高现有高炉生产率或 改扩建大高炉的方式来扩大高炉流程的产能。钢铁工业快速发展的印度等国家,也基本都是 以高炉流程为基础。 例如,已建了 2 座 COREX 装置的印度 JINDAL 厂,目前正在建设 4000 m3 的高炉来完成新的产能扩张。而韩国现代集团的 2 座 5250 m3 高炉的建设,同中国以首钢曹 妃甸大高炉为代表的众多大高炉一起,更进一步增强了未来高炉流程的主导地位[8]。 高炉炼铁精料技术包括:高(品位、强度高)、熟(熟料率)、净(筛除粉末)、均(粒度均匀)、 小(粒度要小)、稳(成分稳定)、少(有害杂质少)、好(物化性能好)等。精料技术的核心是要提 高入炉矿品位。高炉炼铁,品位每提高 1 %,焦比下降 2 %,产量提高 3 %,渣量减少 30 kg/t(铁), 还可增加喷煤量,创出一定的经济效益[9]。 我国矿品位的提高主要是使用高品位进口矿比例增 加的结果。 一般进口矿的品位在 64 %以上。 我国进口矿的数量在逐年增加,从 1995 年的 4115 [10] 万 t,增加到 2002 年的 11149 万 t ,占我国炼铁使用矿石总量的 32 %以上。使用进口矿不仅 提高了高炉入炉矿品位,而且也改善了烧结矿的冶金性能。 近年我国烧结技术进步取得了可喜的成果,应用小球烧结技术、厚料层铺料、细精矿烧 结技术、制止烧结矿自然风化技术、含 CaF2 和 TiO2 的特殊矿烧结等技术,使烧结质量不断 提高。2000 年、2001 年、2002 年我国重点企业的烧结转鼓指数在逐年提高,其值为 65.84 %、 71.62 %、74.45 %;烧结碱度也在提高,其值为 1.70、1.76、1.83[11]。 炼铁系统在钢铁生产体系中是最耗能的,且产生了最大的环境负荷(主要是 CO:排放)。 2002 年炼铁系统的能量消耗占钢铁产业的 69.4%,二氧化碳排放量占整个体系的 73.4%。单 就高炉生产这一环节而言,其能量消耗和二氧化碳排放量分别占整个钢铁产业的 49.0%和 53.0%[12],高炉炼铁生产面临的主要问题[13]是:①精料、富氧鼓风、高风温、煤粉喷吹以及 低硅操作等常规技术的广泛应用, 已使高炉各项指标处于较高水准, 单凭常规技术很难进一 步改善高炉性能。②高炉的原燃料条件日趋恶化,铁矿石品位逐渐下降,各大钢铁企业进口 矿用量逐年递增,高炉用高三氧化二铝和高结晶水含量铁矿石量增加;另外,煤炭储量逐年 下降,优质煤资源量减少,高炉的燃料及还原剂条件呈劣化趋势。③焦煤资源全球性匾乏以 及焦炉的寿命等问题, 将使得全球范围内焦炭供应难以满足高炉炼铁的需要。 ④炼铁生产主 要使用的含碳能源(煤及其衍生物)产生大量的二氧化碳。常规技术对二氧化碳减排无能为 力,如喷煤虽可有效降低焦炭消耗,但不能明显缓解整个系统的环境负荷。在此背景下,一 些炼铁新技术已被提出或实际应用[14],其中包括 2 个方向:一是用革新技术在高炉常规操作 高效率的基础上, 实现高炉的超高效率操作, 通过高炉环节的高产低耗低污染来实现整个系 统的高效和低环境负荷;二是将高炉炼铁与大规模发电相结合,优化整个钢铁流程的能量利 用,实现系统节能。 国外高炉炼铁的技术进步体现在高炉的高效化、低燃料比、高炉长寿、环保等方面。高 炉高效化生产首先体现在高炉的大型化。在这方面日本的效果最为突出。在过去的 20 年里, 日本高炉的平均容积从 2570 m3 增加到 4200 m3 [15],而且现拥有 1 座 5000 m3 以上的高炉,包括 最大的 5775 m3 高炉。欧洲高炉的数量已从 1990 年近 90 座减少到 2005 年的 54 座左右。平 均的炉缸直径为 10.3 m,平均工作容积为 2100 m3。最大的炉缸直径是 14.9m[16]。北美(加拿 大,墨西哥,美国)有 38 座高炉,统计的 37 座高炉平均工作容积为 1783 m3/座[17]。为满足产量 的要求,美国 AK Steel Middletown3 号高炉(工作容积 1462 m3)则使用吨铁超过 200kg 的直接 还原热压块铁和废钢作为入炉原料,从而使高炉利用系数达到 4.2 t/(m3·d)[17]。不断降低燃 料比是高炉炼铁长久目标。欧洲最好的高炉总燃料比为 440~460 kg/t(铁水)(都折算成焦炭), 而且是长期运行的指标。最新的焦比指标是低于 300 kg/t。大块焦焦比的最低值是 240kg/t。 使用小焦已成为普遍的实践。数座高炉的煤比超过 200 kg/t。最高的是 CORUS 6 号和 7 号 高炉,在高利用系数条件下,连续 2 年以上在 225~230 kg/t 的范围内[17]。传统的高炉炼铁工艺 仍保持着旺盛的发展势头。国外高炉炼铁的产量约占整个铁产量 90%,如扣除直接还原铁,则 约占 99%。受炼钢需求量的驱动,西方采取提高现有高炉生产率或改扩建大高炉的方式来扩 大高炉流程的产能。 钢铁企业的炼铁高炉在生产过程中产生一些副产品高炉煤气,这些煤气作为一种含有 热值的能源,如果直接放散,将对环境造成污染。多年来,由于我国没有先进的技术将回收 后的这些煤气进行充分利用,大量的富余煤气只能将其燃烧后排放,俗称“点天灯”,白白 浪费了资源。高炉煤气净化除尘系统是一种对高炉荒煤气进行净化处理的循环利用的系统, 通过长时间的使用和研究, 现在高炉煤气净化除尘系统一般采用干法布袋除尘和湿法除尘两 种技术手段, 是典型的节能环保技术, 特别对我国大型高炉煤气布袋除尘的推广与发展具有 重要意义。高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品,主要成分为:CO、CO2、N2、H2、CH4 等, 其中可燃成分 CO 含量约占 25%左右, 2、 4 的含量很少, 2、 N2 的含量分别占 15%、 H CH CO 3 55 %,热值仅为 3500KJ/m 左右。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的 品种及冶炼工艺有关,现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量 的生产工艺, 采用这些先进的生产工艺提高了劳动生产率并降低能耗, 但所产的高炉煤气热 值更低,增加了利用难度。高炉煤气中的 CO2, N2 既不参与燃烧产生热量,也不能助燃,相 反,还吸收大量的燃烧过程中产生的热量,导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的 着火点并不高,似乎不存在着火的障碍,但在实际燃烧过程中,受各种因素的影响,混合气 体的温度必须远大于着火点,才能确保燃烧的稳定性。高炉煤气的理论燃烧温度低,参与燃 烧的高炉煤气的量很大,导致混合气体的升温速度很慢,温度不高,燃烧稳定性不好。 高炉煤气净化后作为能源加以利用,既是炼铁生产工艺本身的要求(因炼铁工艺需要 向高炉中鼓热风,而热风炉则用高炉煤气作能源),也是保护环境的要求。就目前而言,我 国高炉煤气绝大多数企业均巳回收利用, 但在回收率或放散串上差距很大, 先进企业放散率 [12] 仅 4%,而较差酌企业是百分之十几,全国平均为 8% 。多年来,环保工作者为降低高炉 煤气的放散串,提高回收率作了很大的努力,取得了一定的成绩。 高炉煤气除尘后变为净煤气,要求净煤气含尘量不大于 5mg/m3,温度低于 35℃,机械 含水量不大于 7g/m3,压力大于 8000Pa。特殊用户如燃气轮机的要求更高。 近年来,随着对大气污染治理的加强,人们对固体颗粒、粉末和厌恶的物理和化学特 性的认识比以前有了更深入的了解。在空气污染治理、化工、机械行业的除尘器已涌现出了 许多新技术。但是总体来讲,气体除尘技术与其他工程科学相比,基础比较薄弱,往往还不 能预测所选用的除尘装置的最终性能, 主要是由于很难掌握粉尘例子的物理性质, 以及他们 在湍流气流中的基本行为。 对粉尘粒子与除尘装置之间的关系, 更多的还要依赖经验来判断。 目前,高炉煤气除尘工艺主要分湿法和干法两大类。湿法除尘工艺主要有:塔文工艺、 双文工艺和高炉煤气还缝洗涤工艺(俗称比肖夫煤气清洗工艺)等。塔文工艺流程是高炉煤 气从高炉炉顶排出后进入干式重力除尘器,再进入洗涤塔,然后进入文氏管,最后通过脱水 器进行脱水后, 再进入高炉煤气总管。 而双文工艺流程所不同的是用溢流文氏管取代了洗涤 塔。 高炉煤气环缝洗涤技术是一种具有控制高炉炉顶压力功能的煤气清洗工艺, 在西欧的高 炉煤气除尘系统。煤气通过重力除尘器后,进入环缝洗涤塔内,然后进入高炉煤气总管。现 在国内外大型高炉煤气清洗主要采用串联双文系统和比肖夫洗涤塔系统。 干法除尘的方法很多,如布袋除尘器、移动床颗粒层除尘、沸腾床反吹法颗粒层除尘 和干法电除尘等, 但是除布袋除尘器净化工艺已用于工业生产外, 其余均处于工业试验和实 3 3 验室阶段。武钢 3200m 高炉、邯钢 1260m 均采用了干法电除尘净化工艺,但均未能长期、 续、稳定运行,主要是由于使用的温度范围对电除尘器不合适时,运转就不稳定。 高炉煤气带出的粉尘常在 0-500mm,觉大多数在 200-500mm。不同除尘设备只能除去 某些粒子范围的灰尘。为了将煤气中的含尘量降到 10mg/m3 以下,宜采用多个或多种除尘 设备组合的循序渐进的除尘形式。 高炉煤气除尘一般分为两级完成, 粗除尘采用惯性除尘器、 3 重力除尘器、旋风除尘器,粗除尘后的煤气含尘量一般为 1-10g/m ,从高炉出来的荒煤气首 先经过除除尘设备,除去粒径较大的炉尘。精除尘采用布袋、静电除尘器,也有采用双文氏 管或环缝洗涤器的湿式除尘器。精除尘后煤气含尘量小于 10mg/m3。由于干式除尘具有环保 节能的优势,推荐采用干式除尘。 参考文献: [1] 杨天钧.节能减排环境友好实现我国炼铁生产可持续发展. 2008 年全国炼铁生产技 术会议文集[C], 2008: [2] 王维兴 中国炼铁技术评述 河南冶金第四期第十六卷,2008 年 [3] 2003,38 (11) : 70. (ZHOU Yu-sheng, CAO Chuan-gen, GAN Fei-fang. Recent Development of BF Long-Campaign Technology[J]. Iron and Steel, 2003,38(11):70.) [4] Feinman J. Direct reduction and Smelting Processes[J]. Iron and Steel Engineer, 1999(7):75-77. [5] 张殿伟等 现代炼铁技术进展 钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验 室,北京 10008,2006 [6] 刘云彩,中国古代高炉的起浑和演变,文物,1978,N0.2,18 一 27. [7] 刘云彩,中国古代冶金史话,天津:天津教育出版社,1991 年第 53 页;台北:台湾商 务印书馆,第 1 卯 4 年 63 页. [8] 白云翔,先秦两汉铁器的考古研究,北京:科学出版社,2005 年第 22--29 页. [9] 周春林等 国外炼铁状况及中国炼铁发展方向 东北大学材料与冶金学院,2008 [10] 王维兴.2001 年我国炼铁生产述评.炼铁,2001,20(2):31~36. [11] 国家冶金局.中国钢铁统计.1995~2002. [12] 王维兴 近年中国炼铁技术进步与展望 北京,中国金属学会 中国钢铁年会论 文集,2003 [13] ministry of internationgnal Trade and Indursry Japan , Yearbook of Iron and SteelStatisties2004[M〕.Tokyo,Japan:MITI,2005 [14] steiler J M ,Hanrot F. Present state and Innovation Issues foe Ironmaking[A]. Science anf technology of Innovation Ironmaking for Aiming at energy Half Consumption[C].Tokyo, Japan: MEXT ,2003 ,229—236. [15] Chu M. Study on Super high Effieieney Operations of Blast Furnaee Based on Multi 一 fluidModel[D]. Sendai,Japan:TO-HOKUUniversity,2004. [16] Takashi MIWA . Development of Recent Ironmking Technology in Japan[A]. The Fourth International Congress on the Science and Technology of Ironmaking[C].Osaka: Iron and Steel Institute of Japan,2006.26. [17] Jean-Marc Steiler, Eric Hess. Present Status and Future Issues of Ironmaking in Europe[A]. The Fourth International Congress on the Science and Technology of Ironmaking[C]. Osaka: Iron and Steel Institute of Japan,2006.9 [18] Joseph J, Poveromo, Frederick C. Rorick Technical Develop-ment in North American Ironmaking[A]. The Fourth Inter-national Congress on the Science and Technology of Ironmak-ing[C]. Osaka: Iron and Steel Institute of Japan,2006.3. [19] 齐振华等 高炉煤气净化与洗气水处理技术,1991 年第一页
电话咨询
邮件咨询
在线地图
QQ客服