非高爐閃速煉鐵工程研究

龔樹山，戴 曦，張文海

（1.北京閃鐵科技有限公司，北京市100083；2.中南大學(xué)，湖南長沙410083；3.中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

非高爐閃速煉鐵工程研究

龔樹山1，戴 曦2，張文海3

（1.北京閃鐵科技有限公司，北京市100083；2.中南大學(xué)，湖南長沙410083；3.中國瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330031）

利用有色金屬行業(yè)成熟、先進(jìn)的閃速冶金技術(shù)，將其拓展用于煉鐵的關(guān)鍵工程科學(xué)與工程技術(shù)上，通過跨領(lǐng)域、跨部門的合作，完成了基礎(chǔ)研究、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)工作，為開展后續(xù)的工業(yè)試驗(yàn)提供了必要的技術(shù)支持，并已完成工業(yè)試驗(yàn)關(guān)鍵裝置的原型設(shè)計(jì)及工藝軟件包編制。

非高爐煉鐵；熔融還原；閃速爐；煤基流程；造氣流程

煉鐵高爐已有200余年歷史，為人類社會的進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)，但它流程長、能耗高,對貧雜資源適應(yīng)性差,尤其是環(huán)境污染問題日益突出。為了從源頭上解決問題，美國、德國等鋼鐵強(qiáng)國早在20世紀(jì)初即未雨綢繆，以國家行為組織開展了“非高爐煉鐵”的研究［1］,但迄今均未能成功替代高爐。這也表明“非高爐煉鐵”研究的創(chuàng)新難度很大,其突破需要新的思維。

閃速冶金是有色金屬行業(yè)成熟的先進(jìn)技術(shù)，它與高爐的根本區(qū)別在于閃速爐是微細(xì)顆粒的 “飄浮反應(yīng)”，因此具有不可比擬的化學(xué)動力學(xué)優(yōu)越條件，所以具有流程短、節(jié)能和清潔生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)［2］。為了解決將閃速冶金拓展用于煉鐵的關(guān)鍵工程科學(xué)與工程技術(shù)問題，本項(xiàng)研究立足“鋼鐵-有色”學(xué)科交叉思維，通過跨領(lǐng)域、跨部門的合作，完成了基礎(chǔ)研究、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)試驗(yàn)的前期工作。

1 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

本研究所完成的“CO飄浮還原”探索性實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 中國閃速煉鐵試驗(yàn)裝置

還原塔及爐膛加熱元件為硅碳棒,塔內(nèi)筒材料為剛玉,內(nèi)徑120 mm,高2.5 m。塔上、中、下及爐膛溫度可控。加料為螺旋給料機(jī),由變頻器調(diào)控。

試驗(yàn)原料為中國新疆鐵礦砂,化學(xué)成分及形貌見表1及圖2。

表1 中國新疆鐵礦砂XRF分析化學(xué)成分

圖2 中國新疆鐵礦砂形貌

帶能譜分析的掃描電鏡(SEM/EDS)對還原產(chǎn)物檢測結(jié)果表明，在1 100℃，自由飄浮高度不足2.5 m的條件下,至半熔融狀態(tài)金屬鐵的還原率達(dá)到91%～98%，見表2及圖3。

表2 掃描電鏡(SEM/EDS)對還原產(chǎn)物檢測結(jié)果

圖3 還原產(chǎn)物形貌

3 工業(yè)試驗(yàn)進(jìn)展

中國所進(jìn)行的基礎(chǔ)研究和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)工作己為開展后續(xù)的工業(yè)試驗(yàn)提供了必要的技術(shù)支持，并已完成工業(yè)試驗(yàn)關(guān)鍵裝置的原型設(shè)計(jì)及工藝軟件包編制。工業(yè)試驗(yàn)遵循高爐煉鐵的基本原理與爐襯材料的選型原則［3］，以有色金屬閃速熔煉爐的基本結(jié)構(gòu)為工程設(shè)計(jì)模板，實(shí)施熔融還原試驗(yàn)，包括以粉煤為主要還原劑的工藝方案及以粉煤造氣為主要還原劑的工藝方案。主要設(shè)計(jì)參數(shù)示于表3及表4。

表3 煤基流程閃速煉鐵設(shè)計(jì)參數(shù)

表4 造氣流程閃速煉鐵設(shè)計(jì)參數(shù)

[1] 方覺.非高爐煉鐵工藝與理論［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

[2] 張文海.還銅陵人民以藍(lán)天—中國清潔的閃速煉銅技術(shù)//中國科學(xué)技術(shù)前沿(第6卷).北京：高等教育出版社，2003.

[3] 胡洵璞.高爐煉鐵設(shè)計(jì)原理［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

Research on Non-blast Furnace Flash Iron-making Engineering

GONG Shushan1,DAI Xi2,ZHANG Wenhai3
(1 Beijing Shantie Technology Co.,Ltd.,Beijing 100083,China;2 Central South University,Changsha,Hunan 410083;3 China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

The proven and advanced flash smelting technology of nonferrous industry can be used in key engineering science and engineering technology of iron-making,basic research and laboratory test work has been completed by interdisciplinary and crossdepartment collaboration,by which the necessary technical support has been provided for the subsequent commercial test,and preparation of prototype design of key devices of commercial test and process software package have been completed.

non-blast furnace iron-making;smelting reduction;flash furnace;coal-based flow;gas making flow

TF806.2 TF513

A

1004-4345(2015)03-0034-02

2015-03-06

龔樹山（1962—），男，鋼鐵冶金工程師；

張文海（1939—），男，中國工程院院士，主要從事有色冶金設(shè)計(jì)與研究工作。