非焦煤煉鐵工藝及裝備的未來(2)——?dú)饣苯舆€原煉鐵工藝及裝備的前景研究(上)

郭漢杰 孫貫永

(1:北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院 北京100083;2:北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高端金屬材料特種熔煉與制備中心 北京100083)

1 直接還原煉鐵的發(fā)展與展望

1)直接還原煉鐵法是以氣體燃料、液體燃料或非焦煤為能源，在鐵礦石、氧化球團(tuán)或含碳球團(tuán)呈固態(tài)即軟化溫度以下進(jìn)行還原而獲得金屬鐵的方法。這種方法得到的金屬產(chǎn)品，由于還原過程溫度較低，脈石難以除去，含碳量低，稱為直接還原鐵(DRI)，又因?yàn)槠湮⒂^機(jī)構(gòu)呈多孔低密度海綿狀結(jié)構(gòu)，有稱海綿鐵(sponge iron)［1，2，3］。

2)從嚴(yán)格的理論意義上，“直接還原”這個(gè)名詞是不確切的，因?yàn)椴还芴烊粴饬呀膺€是煤制氣后得到的(CO+H2)對(duì)鐵礦石的還原，在煉鐵過程是“間接還原”，但人們已經(jīng)習(xí)慣了這種叫法，就暫且認(rèn)為它只是一個(gè)名稱而已。

3)原始煉鐵工藝塊煉鐵就屬于所謂的直接還原煉鐵工藝的一種，現(xiàn)代第一個(gè)直接還原法是1870年英國人提出的Chenot法［4］。隨后又有眾多直接還原煉鐵方案相繼問世，但由于絕大多數(shù)的方案沒有真正的工業(yè)價(jià)值，所以也沒能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化［5，6］。瑞典安德森在1912年發(fā)明了造球與焙燒法專利;印度在1926年實(shí)現(xiàn)小規(guī)模球團(tuán)生產(chǎn)，以此為基礎(chǔ)開始了正式商業(yè)性的球團(tuán)法的開發(fā)［7］。德國在 1930年提出了回轉(zhuǎn)窯粒鐵法(Krupp-Renn法);瑞典在1932年開發(fā)了WIBERG法，這也是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的豎爐直接還原流程，主要是通過焦炭氣化的方法，來制取還原氣體，然后氣基還原制取固態(tài)鐵;墨西哥Hylsa公司于1957年在蒙特利爾投產(chǎn)了第一座年產(chǎn)9.50萬噸非連續(xù)罐式操作的HYL法氣基直接還原裝置，標(biāo)志著現(xiàn)代直接還原法工業(yè)化的開端。MIDREX法的成功開發(fā)，表明氣基直接還原鐵技術(shù)取得重大進(jìn)步。MIDREX采用了更加合理的連續(xù)式豎爐作業(yè)方式，取代了之前HYL－Ⅰ法非連續(xù)罐式操作的方式。到1973年，MIDREX產(chǎn)量已超過HYL法，成為世界上最大的直接還原流程。近幾年，在印度、中東的伊朗、沙特阿拉伯及拉美的委內(nèi)瑞拉、特立尼達(dá)和多巴哥、俄羅斯都大力發(fā)展直接還原鐵技術(shù)，各自都取得了一定的成就，成為世界直接還原鐵的主要生產(chǎn)國。

4)雖然直接還原鐵有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，也被人們普遍看做是在未來焦煤枯竭時(shí)，最有希望取代高爐煉鐵的技術(shù)之一［8，9］。但就目前的情況看，直接還原煉鐵技術(shù)的發(fā)展受到多方面的限制，之所以直到20世紀(jì)60年代直接還原法才有較大成果，其原因如下:

(1)隨著冶金焦炭價(jià)格的提高，石油和天然氣被大量開發(fā)利用，全世界的能源結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化。特別是高效率天然氣轉(zhuǎn)化法的采用和本來就在化工行業(yè)早已成熟的裂解工藝，提供了適用的冶金還原氣，使直接還原法有了來源豐富、價(jià)格便宜的新能源。

(2)電爐煉鋼迅速發(fā)展，加上超高功率電弧爐(UHP EAF)新技術(shù)的應(yīng)用，大大擴(kuò)展了海綿鐵的需求［10］。

(3)選礦技術(shù)的提高提供了大量高品位鐵精礦，礦石中脈石量可以降低到還原冶金過程中不需要再加以脫除的程度，從而簡化了直接還原技術(shù)。

(4)直接還原法流程短，沒有焦?fàn)t，污染很少，迎合了世界環(huán)境友好鋼鐵工業(yè)的期待。

5)在條件適合的地方的迅速發(fā)展和媒體的宣傳，給直接還原鐵背負(fù)了完美與萬能的外表，使企業(yè)蜂擁而上，多數(shù)企業(yè)為此付出了慘重的代價(jià)。當(dāng)人們清醒過來才發(fā)現(xiàn)，這個(gè)短暫的發(fā)展勢(shì)頭的背后，折射出它的發(fā)展實(shí)際上強(qiáng)烈地依賴直接還原鐵原料條件的適應(yīng)性的限制。

6)從數(shù)據(jù)上看，直接還原煉鐵的產(chǎn)量近十年來逐漸增加，表觀上依然認(rèn)為其發(fā)展是勢(shì)不可擋的，是高爐的必然替代者。因此有些投資者不顧條件不成熟的制約，盲目上馬，實(shí)在惋惜。

在當(dāng)下條件下，必須要認(rèn)識(shí)到，在當(dāng)今的環(huán)境下，發(fā)展地的各種條件是否滿足直接還原法的發(fā)展，要注意以下幾個(gè)方面:

(1)目前最成熟的直接還原法(豎爐法)都是使用天然氣作為一次能源的，裂解后獲得直接還原的關(guān)鍵原料——還原氣，而采用煤氣化方法獲取還原氣的各種方法仍有若干技術(shù)有待完善［11－15］。最主要的問題是，獲取還原氣的價(jià)格問題。

因?yàn)橛妹旱娜紵@取的還原氣是(CO+H2)，就理論上說，C素作為還原劑，首先是C還原鐵的真正的“直接還原”后變成CO，而CO再間接還原氧化鐵后得到CO2，使碳素的還原功能得到足夠的利用。而煤制氣后的產(chǎn)物CO，浪費(fèi)了C素真正的“直接還原”功能，相當(dāng)于犧牲了其還原功能的一半，與高爐相比，其原理上已經(jīng)處于劣勢(shì)。

當(dāng)然，對(duì)企業(yè)家來說，煉鐵產(chǎn)業(yè)不管是選擇那種技術(shù)，最終是經(jīng)濟(jì)效益的問題。在山西、內(nèi)蒙等非焦煤非常便宜的地區(qū)，采用“煤制氣—?dú)膺€原煉鐵”，似乎不要考慮能源浪費(fèi)問題。但問題是，同樣的能源優(yōu)勢(shì)，采用高爐流程獲得鐵，不是成本更低嗎?所以，說到底“煤制氣—?dú)膺€原煉鐵”的流程，還是要從根本上解決能源的極限利用問題。把高爐內(nèi)部的情況研究透徹，使能源的利用率像高爐一樣的高效，開發(fā)出不用焦炭的直接還原鐵技術(shù)，才是真正意義上的“煤制氣—?dú)膺€原煉鐵”的流程。但這還有一段路要走，需要國家、科研院所及企業(yè)攜手努力，不遠(yuǎn)的將來一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。

目前在技術(shù)沒有得到完全突破的情況下，切勿盲目大規(guī)模的發(fā)展。否則，必然要付出慘痛的代價(jià)。

(2)如果不能得到廉價(jià)的直接還原鐵，后續(xù)應(yīng)用“直接還原－電爐”短流程生產(chǎn)1t成品鋼共需要600kW·h左右的電耗，而電能是價(jià)格較高的二次能源，并且不是在任何地方都可以方便提供的。現(xiàn)階段應(yīng)用直接還原—電爐短流程依然存在問題。而電爐吃直接還原鐵原料只有在以下條件下可行:

①冶煉高附加值的鋼種，對(duì)原料的價(jià)格不敏感;

②在未來，“煤制氣－氣還原”的流程發(fā)展成熟之后，其能耗可以與高爐流程不差上下時(shí)，電爐熱裝直接還原鐵，熱裝溫度可以達(dá)到600℃左右，電爐冶煉的電耗可以降低為300kW·h左右。這才能使“煤制氣—?dú)膺€原—電爐”的煉鋼流程具備與“高爐—轉(zhuǎn)爐”流程的競爭力。

(3)如果當(dāng)?shù)貨]有合適的直接還原用的鐵礦石，也是發(fā)展直接還原的最大瓶頸。不像高爐流程，直接還原法實(shí)際上對(duì)原料的要求較高，如礦石必須品位高，脈石少，最好(SiO2+Al2O3)/TFe＜5% ～9%，熔點(diǎn)高，有害元素低，高溫下不會(huì)爆裂，還原性好，不易粉化。這樣的礦石條件不是普遍容易獲得的。對(duì)于某些嵌布細(xì)微的難選鐵礦，直接還原法難以處理。

7)以上的描述，必須強(qiáng)調(diào)，在天然氣廉價(jià)、富裕的地區(qū)，氣基直接還原鐵技術(shù)是成熟的;而在我國和世界上缺少天然氣的國家和地區(qū)，發(fā)展煤基直接還原法煉鐵仍需亟待解決一些技術(shù)難題后才能大規(guī)模發(fā)展。但目前在某些特殊地區(qū)，作為典型鋼鐵生產(chǎn)方式的一種補(bǔ)充形勢(shì)存在仍需進(jìn)行充足的論證。不僅要考慮資源條件，即是否有可供使用的廉價(jià)能源及高品位鐵礦，還要考慮產(chǎn)品海綿鐵的出路，海綿鐵適宜用于大量供應(yīng)電爐煉鋼應(yīng)用，少量可用于氧氣轉(zhuǎn)爐及鑄造化鐵爐。

為了更好地理解直接還原鐵的發(fā)展，在以下的內(nèi)容，需要對(duì)國內(nèi)外成熟的直接還原鐵的工藝進(jìn)行足夠的論述，以幫助企業(yè)在未來的直接還原鐵發(fā)展中少走彎路。

8)從能源角度，可以分為氣基直接還原和煤基直接還原。

氣基直接還原是以H2和CO為主要還原劑在豎爐或罐式爐內(nèi)將鐵礦中的鐵氧化物在不熔化溫度下還原得到海綿鐵，目前成熟并廣為運(yùn)行的工藝方法有MIDREX法和HYL法兩種。氣基直接還原效率高、產(chǎn)量大，單體設(shè)備能力已經(jīng)達(dá)到100萬t/年以上的規(guī)模，在直接還原中占據(jù)主導(dǎo)地位;

9)煤基直接還原是用煤作還原劑，在回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐或循環(huán)流化床內(nèi)將鐵礦石中的鐵氧化物在固態(tài)溫度下還原成海綿鐵［16－18］，其中回轉(zhuǎn)窯技術(shù)雖然是已經(jīng)成熟的方法，但在工藝的穩(wěn)定性上，依然有很多工作要做;轉(zhuǎn)底爐技術(shù)，雖然近期在國內(nèi)非常熱，但真正從能耗、工藝的穩(wěn)定性方面與高爐流程的對(duì)比尚有很多問題需要解決;而循環(huán)流化床技術(shù)主要困難在于其還原過程的粘接致使其流化不能繼續(xù)。所以也許不能成為一個(gè)獨(dú)立的流程，從目前情況看，只能作為其它的流程的補(bǔ)充或前段部分，以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。雖然也有人針對(duì)流化床技術(shù)的不足，提出了碳化鐵技術(shù)［19］，也是直接還原的一種新方法，尚在工業(yè)試驗(yàn)階段。其基本過程是將H2、CH4(天然氣改質(zhì)后)氣體通入鐵礦粉中與氧化鐵反應(yīng)生成Fe3C和H2O。反應(yīng)在流化床內(nèi)550～600℃低溫條件下進(jìn)行，所用礦粉和還原氣都需要經(jīng)過預(yù)熱，對(duì)礦粉粒度有嚴(yán)格要求。和其他直接還原工藝比較，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低，不易黏結(jié)，產(chǎn)品不易氧化，可以直接用礦粉;缺點(diǎn)是生產(chǎn)條件苛刻，預(yù)計(jì)難以大規(guī)模生產(chǎn)。但這種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)物，未來很難形成一個(gè)完整的鐵—鋼流程，所以也不是直接還原的主流。

10)綜上所述，未來在中國和天然氣匱乏的地區(qū)，煤制氣的能耗問題解決后，氣基直接還原技術(shù)是最有可能成為煉鐵的主流流程。下面的內(nèi)容從原理、工藝、裝備方面進(jìn)行全面描述。

2 豎爐生產(chǎn)海綿鐵工藝原理

1)豎爐法還原得到海綿鐵是除高爐煉鐵之后世界上發(fā)展最快的一種工藝［20－23］。主要有以下特點(diǎn):

(1)以高品位鐵精礦制成的氧化球團(tuán)和高品位天然塊礦為原料;

(2)還原劑以天然氣或燃料油轉(zhuǎn)化而得的還原煤氣，還原煤氣同時(shí)可以作為載熱體，供豎爐過程所需的全部熱量;

(3)產(chǎn)品質(zhì)量好，含碳、硫、磷等雜質(zhì)少，可代替廢鋼而優(yōu)于廢鋼，具有成分穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)裝料和簡化電爐裝料作業(yè)，并獲得優(yōu)質(zhì)鋼。

2)從工藝原理上說，豎爐生產(chǎn)海綿鐵的過程與高爐軟熔帶以上的過程非常類似。鐵礦石自爐頂裝入，高溫還原氣(750～900℃)從還原帶的下部吹入，鐵礦石在下行的過程中經(jīng)過預(yù)熱、還原、冷卻，最后從爐底排出。

3)爐內(nèi)有關(guān)氣體還原、熱交換、爐料與煤氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基本原理也與高爐相同。但由于爐料比高爐更為單一均勻，堆密度較大，因而煤氣分布更均勻，順行條件較好，熱交換進(jìn)行的更充分，生產(chǎn)的關(guān)鍵在于，還原過程控制爐料不發(fā)生熔結(jié)和粉碎。這就要求煤氣溫度不能過高，一般限制在1100℃以下。供熱是否充足到位和還原的速度快慢主要由煤氣流量大小決定。另外，產(chǎn)量和還原度也與煤氣的利用率有關(guān)。盡管增加煤氣流量可以提高產(chǎn)量，但過分增加將導(dǎo)致煤氣噸耗的升高和煤氣利用率降低。因此，實(shí)際生產(chǎn)必須考慮具體條件確定適當(dāng)?shù)拿簹饬髁?，把生產(chǎn)效率和煤氣噸耗的矛盾綜合考慮。為此，應(yīng)做好以下方面的工作:

(1)加強(qiáng)原料的準(zhǔn)備工作，改善原料質(zhì)量，保證化學(xué)成分穩(wěn)定，顆粒粒度均勻，物理性能對(duì)生產(chǎn)順行影響較小。

(2)使煤氣在爐內(nèi)球團(tuán)間合理分布，提高煤氣熱能和化學(xué)能的利用，必須將出口煤氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化后循環(huán)使用，提高能源利用率，減少CO2排放。

(3)適當(dāng)調(diào)整煤氣成分，當(dāng)供熱和還原所需煤氣量不等時(shí)，應(yīng)采取措施縮小其差距。因?yàn)檫€原氣是CO+H2，而這兩種氣體在還原過程的作用和功能是有很大區(qū)別的，再次看看著名的“叉子曲線”，如圖1所示。

圖1 CO、H2還原氧化鐵的平衡圖

首先，曲線向上傾斜，說明該條曲線代表的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而曲線向下傾斜則是吸熱反應(yīng)。從實(shí)線所代表的CO還原可以看出，溫度大于570℃時(shí)，表示還原的終極階段，由FeO還原為Fe的反應(yīng)是放熱反應(yīng);而其另一個(gè)顯著的特點(diǎn)是，這一步隨著溫度的升高，需要的還原氣CO的濃度越來越高，從熱力學(xué)角度增加了還原的難度。而從虛線所表示的H2對(duì)氧化鐵的還原特點(diǎn)是，每一條線都是向下傾斜的，說明每一步的還原始終是吸熱反應(yīng);另外，一個(gè)絕佳的熱力學(xué)條件是，隨著溫度的升高，所需還原氣的濃度逐漸降低。

由此，當(dāng)合理搭配使用CO和H2，可以最大限度地發(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)供熱需要的煤氣量大于還原需要的煤氣量，總的煤氣消耗量取決于供熱，這時(shí)就可用部分CO代替H2以減少能耗，另外補(bǔ)充一定的N2來增大煤氣的熱焓，又可節(jié)省能量消耗;而當(dāng)還原需求的煤氣量大于供熱需求時(shí)，增加H2供應(yīng)比例，減少CO比例，以使還原速率增大。

4)根據(jù)以上原理，豎爐生產(chǎn)海綿鐵時(shí)，根據(jù)爐子的結(jié)構(gòu)，爐頂氣體循環(huán)的方法和還原氣的制造方法的不同，可以分為不同的方法。MIDREX法是豎爐氣體還原法中最成功的一種，其工藝流程如圖2所示。

圖2 Miidrex法流程示意圖

MIDREX方法是采用天然氣和部分爐頂氣，通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化爐轉(zhuǎn)化為800℃的滿足還原必須的熱力學(xué)條件的熱還原氣體(H2+CO)，然后送進(jìn)還原豎爐里與經(jīng)鐵精礦造球、焙燒而成的氧化球團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，得到金屬化率大于90%、硫含量小于0.05%的金屬化球團(tuán)。

5)其主要過程為:

(1)制造合適的球團(tuán)，以滿足還原所需的動(dòng)力學(xué)條件。鐵精礦造球后先經(jīng)過焙燒而成氧化球團(tuán)，篩除粉末(返料)后運(yùn)至料倉。為防止布料的粒度偏析，保證豎爐煤氣流分布，氧化球團(tuán)由許多根裝料管裝入還原豎爐，裝料管經(jīng)常裝滿料，也起到密封的作用。

(2)豎爐結(jié)構(gòu)見圖2，其上部成圓筒狀，下部按階梯狀逐步縮小，沿高度方向依次分為還原段、中間段和冷卻段三部分。

(3)豎爐內(nèi)設(shè)置兩個(gè)氣體循環(huán)區(qū):

①一是位于還原煤氣進(jìn)口與爐頂出氣口之間。由于爐料通過整個(gè)豎爐的時(shí)間為5～6個(gè)小時(shí)，依次礦石有足夠時(shí)間被加熱到要求的溫度并進(jìn)行還原。因此，在第一個(gè)循環(huán)區(qū)，鐵礦石的運(yùn)動(dòng)占了差不多一半的時(shí)間，基本上被完全還原;

②另一個(gè)是在還原區(qū)以下，留有足夠的運(yùn)行距離和時(shí)間，在這里海綿鐵被冷卻氣體(含氮?dú)鉃?0%的惰性氣體)冷卻到大約為35℃，以免具有極高活性和比表面積的海綿鐵在熱態(tài)下于大氣中燃燒。冷卻氣體從冷卻段下部鼓入，再由冷卻段上部抽出，除塵后可循環(huán)使用。

(4)在還原段與冷卻段之間的中間段，設(shè)置一專門裝備(液壓轉(zhuǎn)動(dòng)圓輥)，防止還原氣和冷卻氣混合，影響上部的還原，并且可強(qiáng)制帶動(dòng)爐料向下部冷卻段運(yùn)動(dòng)，防止黏結(jié)卡料。

(5)還原煤氣的制備一般用天然氣和約2/3的爐頂煤氣一起轉(zhuǎn)化而成，轉(zhuǎn)化溫度為900～950℃，一般要求(CO+H2)＞90%。轉(zhuǎn)化時(shí)采用特殊的鎳催化劑和高級(jí)耐熱鋼管換熱器連續(xù)進(jìn)行。轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需要的熱量由剩余的爐頂煤氣燃燒熱提供。這種轉(zhuǎn)化系統(tǒng)由于氧化劑能有效地準(zhǔn)確控制，且轉(zhuǎn)化反應(yīng)和燃燒供熱是分開的，因而操作穩(wěn)定，產(chǎn)品成分能準(zhǔn)確控制，熱效率和轉(zhuǎn)化率高，轉(zhuǎn)化得到的煤氣不需要再進(jìn)行處理就可直接進(jìn)入還原爐。

(6)球團(tuán)有豎爐上部進(jìn)入，經(jīng)CO+H2還原后，冷卻到環(huán)境溫度，由豎爐下部排出海綿鐵。入爐料鐵料只有鐵氧化物球團(tuán)，不添加其他物質(zhì)，最終產(chǎn)物主要雜質(zhì)來自礦物脈石，粘結(jié)劑殘留，氣體微量殘留等，確保海綿鐵產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，成分均勻，雜質(zhì)較少。

3 MIDREX主體工藝和設(shè)備

3.1 MIDREX工藝發(fā)展

1)MIDREX最早是由美國Midrex公司于1968年提出，該公司原為美國俄勒岡州波特蘭市MidlandRoss公司下屬的一個(gè)子公司，后被Korff集團(tuán)接管，目前已被日本神戶鋼鐵公司收購［24］。

1974年以前，MIDREX基本使用全球團(tuán)礦冶煉，之后為了降低入爐礦成本，開始混加其他礦種的天然塊礦，混合比例以綜合金屬化率不低于92%且不產(chǎn)生大量粉末為原則。1972年在德國漢堡鋼廠投產(chǎn)的MIDREX裝置采用第一代轉(zhuǎn)化爐。它的還原氣體消耗量約為每1kg海綿鐵12500kJ(0.427KgCe)。1977年加拿大投產(chǎn)的600型(年產(chǎn)海綿鐵67.5萬t)裝置采用第二代轉(zhuǎn)化爐，氣耗降至11000kJ/kg(0.376KgCe/kg)。

2)希德貝克—多斯科(Sidbec-Dosco)公司孔特爾(Contrecour)的大型MIDREX豎爐直徑5.5 m，設(shè)計(jì)產(chǎn)能60萬t/年，1978年4月投產(chǎn)，10月產(chǎn)量達(dá)到6.8萬t，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)產(chǎn)能，年作業(yè)率達(dá)90%以上。熱量消耗為10.5GJ/t(359KgCe/t)，金屬化率為92.4%，熱耗指標(biāo)據(jù)說是MIDREX工廠中最好的。

3)阿倍達(dá)爾(Abinder)公司設(shè)計(jì)了生產(chǎn)能力為42萬t/年的MIDREX豎爐，1979年產(chǎn)量達(dá)55.83萬t，月平均熱能消耗11GJ/t，電耗122kW·h/t。目前該法最大單機(jī)產(chǎn)量為2485t/d，爐容利用系數(shù)達(dá)到12t/(m3·d)，于此同時(shí)，該工藝還取得如下重大技術(shù)進(jìn)展:

(1)擴(kuò)大了原料使用范圍，由以前使用單一的瑞典球團(tuán)，擴(kuò)展到美國、加拿大、巴西等十個(gè)國家的25種球團(tuán)和塊礦;

(2)為防止催化劑中毒，冷卻氣改用爐頂氣，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)還原氣脫硫的目的;

(3)可使用焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、石油液化氣、矮高爐煤氣等作為天然氣代用能源;

(4)產(chǎn)品金屬化率可控制在86% ～96%，含碳量在1% ～3%，單位產(chǎn)品能耗已降至10.7GJ/t(360kgCe/t)。

4)總的來說，MIDREX技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)是豎爐大型化、減少轉(zhuǎn)化爐數(shù)目和提高尾氣余熱利用率［25－29］。

3.2 MIDREX工藝流程

MIDREX基本流程原理如圖3所示［1］。

圖3 MIDREX基本流程原理圖

經(jīng)過多年的改進(jìn)，MIDREX已經(jīng)發(fā)展為較為成熟的流程，其標(biāo)準(zhǔn)的流程主要包括如下方面:

首先是制氣。還原氣使用天然氣經(jīng)催化裂化制取，裂化劑采用爐頂?shù)幕拿簹?300～400℃)，含CO與H2約70%。經(jīng)洗滌凈化后，約60% ～70%用氣體壓縮機(jī)加壓送人混合室與當(dāng)量天然氣混合均勻?；旌蠚馐紫韧ㄟ^一個(gè)換熱器進(jìn)行預(yù)熱。換熱器熱源也是重整轉(zhuǎn)化爐的尾氣。預(yù)熱后的混合氣送入重整轉(zhuǎn)化爐中的鎳催化劑反應(yīng)管組(900～950℃)，進(jìn)行催化裂化反應(yīng)，重整轉(zhuǎn)化時(shí)不額外添加氧氣、空氣和水蒸氣，制得的還原氣含(CO+H2)達(dá)到95%左右，溫度為850～900℃，恰符合豎爐還原工藝的要求，可直接送入豎爐。重整反應(yīng)主要反應(yīng)式是式(1)［30］，即:

在轉(zhuǎn)化爐和豎爐間還設(shè)有冷卻器，可將少量還原氣冷卻用于調(diào)節(jié)入爐還原氣溫度。剩余的爐頂煤氣作為燃料與適量的天然氣在混合室混合后送入轉(zhuǎn)化爐反應(yīng)管外的燃燒空間。值得注意的是，助燃用的空氣也要設(shè)置換熱器預(yù)熱、以提高燃燒溫度。

轉(zhuǎn)化爐燃燒尾氣含O2小于1%。將高溫尾氣首先排入一個(gè)換熱器，以獲取其中的剩余的熱能，然后用其依次對(duì)助燃空氣和混合原料氣進(jìn)行預(yù)熱。已經(jīng)失去熱能的煙氣排出換熱器后，一部分經(jīng)洗滌加壓作為密封氣送入爐頂和爐底的氣封裝置。其余部分通過一個(gè)排煙機(jī)送入煙囪。

還原過程在豎爐中完成。

MIDREX豎爐屬于對(duì)流移動(dòng)床反應(yīng)器，分為預(yù)熱段、還原段和冷卻段三個(gè)部分。預(yù)熱段和還原段之間沒有明確的界限，一般統(tǒng)稱還原段。

礦石裝入豎爐后在下降運(yùn)動(dòng)中進(jìn)入還原段。還原段溫度主要由還原氣溫度決定。大部區(qū)域在800℃以上，接近爐頂?shù)男《螀^(qū)域(預(yù)熱段)內(nèi)，床層溫度才迅速降低。在還原段內(nèi)，礦石與上升的還原氣作用，迅速升溫，完成預(yù)熱過程。隨著溫度的升高，礦石的還原反應(yīng)逐漸加速，形成海綿鐵后進(jìn)入冷卻段。

冷卻段內(nèi)，由一個(gè)煤氣洗滌器(完成冷卻煤氣的清洗和冷卻過程)和一個(gè)煤氣加壓機(jī)(提供循環(huán)動(dòng)力)造成一股自下而上的冷卻氣流。海綿鐵進(jìn)入冷卻段后在冷卻氣流中冷卻至接近環(huán)境溫度排出爐外。

表1為MIDREX法的經(jīng)典操作指標(biāo)。

表1 MIDREX法經(jīng)典操作指標(biāo)

3.3 MIDREX流程分支

MIDREX有3個(gè)流程分支:電熱還原法(EDR)、爐頂煤氣冷卻和熱壓塊(HBI)。其中具有較大影響的是1984年Korff工程公司推出的海綿鐵熱壓塊技術(shù)。MIDREX基本流程和主體設(shè)備在目前已經(jīng)投產(chǎn)的工業(yè)裝置中沒有明顯變化，下面介紹3個(gè)流程的工藝原理。

3.3.1 爐頂煤氣冷卻流程

爐頂煤氣冷卻流程是針對(duì)含硫較高的鐵礦而開發(fā)的，因?yàn)槊簹饽芎芎玫匚砧F礦石中的硫而具有較高的H2S含量，這對(duì)轉(zhuǎn)化爐中的鎳催化劑有極大危害。

該流程的特點(diǎn)是采用除塵后凈爐頂煤氣作豎爐下部冷卻段的冷卻劑。完成冷卻過程后的爐頂煤氣再作為裂化劑與天然氣混合，然后通入轉(zhuǎn)化爐制取還原氣。MIDREX的標(biāo)準(zhǔn)流程對(duì)礦石含硫要求極嚴(yán)格，而爐頂煤氣冷卻流程則可放寬對(duì)礦石含硫的要求。由于兩個(gè)流程的區(qū)別不大，在生產(chǎn)過程中可作為兩種不同的操作方式以適應(yīng)不同硫含量的礦石供應(yīng)。

圖4 爐頂煤氣冷卻流程與標(biāo)準(zhǔn)流程的氣路對(duì)比

圖5 用爐頂煤氣作為冷卻氣的MIDREX法流程示意圖

圖4與圖5給出了該流程氣路與標(biāo)準(zhǔn)流程的對(duì)比?？梢姡覀?cè)爐頂煤氣冷卻流程的氣路大致形成一個(gè)單環(huán)，而左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)流程的氣路則是雙環(huán)。因此，也有人將爐頂煤氣冷卻流程稱為單循環(huán)操作方式，標(biāo)準(zhǔn) MIDREX流程稱為雙循環(huán)操作方式。

在冷卻海綿鐵的過程中，爐頂煤氣通過硫在海綿鐵上的沉積和反應(yīng)式(1)使含硫量明顯降低，如式(2)。

流程的脫硫效果已通過幾種重要礦石得到證實(shí)。爐頂煤氣的硫中，約30% ～70%可在冷卻過程中被海綿鐵脫除。在海綿鐵含硫不超標(biāo)的前提下，煤氣中含硫氣體約可降至10×10－6以下，從而避免了進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐重整時(shí)，裂化造氣過程鎳催化劑的中毒失效。采用爐頂煤氣冷卻方式的MIDREX豎爐可將礦石含硫上限從0.01%放寬至0.02%。必須要說明，MIDREX法的煤氣重整設(shè)備是十分昂貴的，且易損壞，因而對(duì)礦石和煤氣含硫量提出了嚴(yán)格要求。

3.3.2 熱壓塊流程

熱壓塊流程與標(biāo)準(zhǔn)流程的差別在于產(chǎn)品處理。完成還原過程后的海綿鐵在標(biāo)準(zhǔn)流程中通過強(qiáng)迫對(duì)流冷卻至接近環(huán)境溫度。而熱壓塊流程則沒有這一強(qiáng)迫冷卻過程，而是將海綿鐵在熱態(tài)下送入壓塊機(jī)，壓制成90mm×60mm×30mm的海綿鐵塊，流程如圖6所示。

圖6 MIDREX熱壓塊流程

約700℃的海綿鐵由豎爐排入一個(gè)中間料倉。然后通過螺旋給料機(jī)送入熱壓機(jī)，從熱壓機(jī)出來的海綿鐵塊呈連成一體的串狀。通過破串機(jī)破碎成單一的壓塊后，再送入冷卻槽進(jìn)行水浴冷卻口冷卻后即為海綿鐵壓塊產(chǎn)品。

海綿鐵壓塊的優(yōu)良品質(zhì)得到了煉鋼工業(yè)的歡迎。因此，新建的MIDREX直接還原廠多采用熱壓工藝。

圖7 豎爐海綿鐵熱壓塊設(shè)備

馬來西亞SGI(沙巴天然氣工業(yè)公司)所屬的直接還原廠就是一個(gè)年產(chǎn)65萬 t的600型MIDREX。熱壓塊海綿鐵生產(chǎn)廠。該廠建于1981年，耗資10億美元。主要裝置包括一臺(tái)φ5.5m的還原豎爐，一座12室427支反應(yīng)管的還原氣轉(zhuǎn)化爐，三臺(tái)能力各為50t/h的熱壓機(jī)及配套破串機(jī)和冷卻槽。豎爐爐頂?shù)臓t料分配器由6個(gè)分配管組成，還原氣噴嘴為72個(gè)。該廠原料為50%的瑞典球團(tuán)礦，50%的澳大利亞塊礦。爐料在爐內(nèi)停留時(shí)間10～11h。豎爐圓錐形爐型保證了赤熱金屬鐵(約700℃)的連續(xù)排料，不會(huì)產(chǎn)生形變或被壓實(shí)的現(xiàn)象，如圖7所示。這種工藝的生產(chǎn)指標(biāo)見表2。

表2 MIDREX熱壓塊流程典型生產(chǎn)指標(biāo)

3.3.3 MIDREX －EDR 法

1)近年來發(fā)展的煤電直接還原法，MIDREX－EDR法，即米德蘭電熱直接還原法，是MIDREX豎爐法的改進(jìn)型，是一種以煤作還原劑、以電熱做熱源的直接還原法，為缺乏天然氣資源的地區(qū)而開發(fā)。

2)據(jù)有關(guān)資料介紹，這個(gè)方法是迄今各種直接還原法中單位能耗最低、能源利用率最好的一種，噸鐵能耗(包括電耗)8372MJ(0.286KgCe)。此方法的工業(yè)試驗(yàn)(6t/日)已經(jīng)過關(guān)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)20萬t的工廠將在美國喬治城德克薩斯鋼鐵公司建成。

圖8 EDR流程

3)EDR豎爐截面呈矩形，在爐襯內(nèi)表面裝有數(shù)組對(duì)稱的耐熱鋼電極。礦石、還原煤和石灰石組成的混合爐料由爐頂裝入，產(chǎn)物海綿鐵由底部排出，混合料自上向下的運(yùn)動(dòng)，在電流和氣流的作用下溫度逐漸升高，依次形成預(yù)熱段和還原段。還原完畢的海綿鐵繼續(xù)下降，進(jìn)人冷卻段，在冷卻段中冷卻至接近常溫出爐。

4)如圖8所示，EDR流程分兩種。圖8(a)所示為一般流程。由煤的氣化反應(yīng)和礦石還原反應(yīng)形成的爐頂煤氣排出豎爐后，首先經(jīng)過洗滌，脫除煤焦油。煤焦油通過一個(gè)油泵返回豎爐利用。凈煤氣的一部分加壓后自豎爐下部吹入，作為冷卻氣。完成冷卻作用的冷卻氣已具有一定的溫度水平，在上升過程中與豎爐煤氣會(huì)合，形成豎爐煤氣流。其余爐頂煤氣作為燃料氣出廠，脫離循環(huán)。

圖8(b)所示流程與圖(a)流程有兩點(diǎn)區(qū)別。第一點(diǎn)是循環(huán)爐頂煤氣經(jīng)過預(yù)熱由還原段下部返回豎爐;第二點(diǎn)區(qū)別是冷卻氣采用MIDREX標(biāo)準(zhǔn)流程那樣的循環(huán)方式。由于預(yù)熱循環(huán)氣帶入一部分熱量，電耗約可下降10%。

5)該流程的試驗(yàn)裝置規(guī)模為日產(chǎn)6t海綿鐵。作業(yè)率90%，產(chǎn)品金屬化率92%，含碳1%。副產(chǎn)品燃料煤氣發(fā)熱值約為9400kJ/m3(0.32KgCe)。回收這一部分能量后，還原煤單耗約為9.42GJ，電耗為700kW·h。MIDREX－EDR與回轉(zhuǎn)窯法的比較如表3所示。

表3 MIDREX－EDR與回轉(zhuǎn)窯法的比較

6)該工藝仍屬于豎爐移動(dòng)床，但已與傳統(tǒng)氣基直接還原豎爐具有但大的差別，主要區(qū)別有以下幾個(gè)方面:

(1)堅(jiān)爐熱源由電力提供而不是由還原氣;

(2)爐料由礦石和煤混合組成;

(3)還原劑由煤在豎爐本體內(nèi)的氣化反應(yīng)提供，而不是由外部輸入還原氣;

(4)由于不依靠還原氣提供熱量和還原劑，豎爐料柱內(nèi)氣流量遠(yuǎn)低于氣基直接還原豎爐。這一特點(diǎn)有利于使用低透氣性礦煤混合爐料。

3.4 MIDREX主體設(shè)備

3.4.1 MIDREX 豎爐

1)MIDREX豎爐的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 3－7MIDREX豎爐結(jié)構(gòu)

(1)加料裝置。位于豎爐頂部的裝料單元主要由三個(gè)部分組成。最上方是一個(gè)料斗，用來承接爐料，并將爐料導(dǎo)入氣封管。氣封管是一根位于料斗下方的較細(xì)的管道，作用是支持爐頂氣封，并將爐料導(dǎo)入分配器口，爐料分配器通過幾根蛛腳狀的分配管將爐料均勻地分布在爐內(nèi)。

(2)還原段。礦石自分配管排出后即進(jìn)入豎爐還原段。還原段上端設(shè)有爐頂煤氣排放管，下端設(shè)有還原氣管道、圍管和按圓周設(shè)置的噴嘴組。還原氣自噴嘴組進(jìn)入豎爐，自爐頂煤氣排放管排出豎爐，在還原段內(nèi)形成自下而上的氣流。礦石即在這股還原氣流中完成預(yù)熱和還原過程。

(3)冷卻段。還原段下面是冷卻段。冷卻氣進(jìn)入豎爐后，通過分配器均勻地吹入冷卻段內(nèi)的海綿鐵料柱。料柱內(nèi)的冷卻氣在向上流動(dòng)的同時(shí)吸收海綿鐵的熱量，最后通過三根裝設(shè)在冷卻段上部的搜集罩進(jìn)入冷卻氣排出管排出爐外。

2)在豎爐內(nèi)還設(shè)有海綿鐵輸送裝置，由三組燒結(jié)物破碎機(jī)組成，作用是保證均勻于冷卻氣出口上方，稱為上輸送機(jī)，中間一組位于冷卻氣分配器下方，稱為中間輸送機(jī)。下面一組位于豎爐排料裝置和中問輸送機(jī)之間，稱為下輸送機(jī)。

3)豎爐排料裝置由一個(gè)擺式卸料機(jī)和一個(gè)氣封(下氣封)組成。海綿鐵自擺式卸料機(jī)排出后經(jīng)常規(guī)處理即為外輸產(chǎn)品。

3.4.2 氣封系統(tǒng)

MIDREX豎爐采用氣封技術(shù)防止?fàn)t頂煤氣和冷卻氣的逸出。密封氣由轉(zhuǎn)化爐燃燒尾氣經(jīng)凈化和加壓得到。氣封的重點(diǎn)部位是爐頂和爐底。如圖3－8所示，密封氣的壓力通過壓差調(diào)節(jié)器(PdC)控制到較密封點(diǎn)爐內(nèi)壓力約高500Pa。由于密封氣的壓力高于爐內(nèi)壓力，所以密封氣人爐后分為兩股。一股氣流流向爐內(nèi)，與爐頂煤氣(上氣封)或冷卻氣(下氣封)混合。另一股氣流則經(jīng)過料斗(上氣封)或擺式卸料機(jī)(下氣封)排出爐外，進(jìn)入大氣。一旦出現(xiàn)故障，密封氣壓力降低，氣封中的閥門馬上自動(dòng)關(guān)閉，使豎爐內(nèi)部與大氣隔絕，以防護(hù)爐內(nèi)氣體大量逸散。

除了進(jìn)出料的密封外，MIDREX豎爐爐壁上其他可能漏氣的透孔也采用氣封。主要有與閥門、一次測(cè)量儀表和燒結(jié)物破碎機(jī)的傳動(dòng)軸等。

圖11是爐頂氣封(上氣封)簡圖。以密封氣入口為界，上方和下方都應(yīng)有一段氣體的狹窄通道區(qū)，以提高氣體壓降，改善氣封效果。否則，氣流過于通暢，密封氣需要量過大，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用提高，可靠性降低。爐頂?shù)纳蠚夥鈪^(qū)與料斗之間是連通的。密封氣與大氣間壓差較大。因此，采用一根細(xì)管下料，以減輕氣封負(fù)荷。爐底氣封(下氣封)原理與此相同。

圖10 MIDREX主要?dú)夥庀到y(tǒng)

圖11 MIDREX爐頂氣封(上氣封)

3.4.3 還原段

豎爐還原段外部是鋼殼，內(nèi)襯保溫層和耐熱層。設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn)40萬 t海綿鐵的標(biāo)準(zhǔn)MIDREX豎爐還原段直徑(定義為豎爐直徑)為5m，高為9m。

如圖12所示，還原段下端有一圈還原氣噴嘴均勻地分布在爐墻上。這些噴嘴與一個(gè)還原氣圍管相連，圍管上設(shè)有還原氣入口并通過管道接通氣源。還原氣由噴嘴進(jìn)入還原段后向上流經(jīng)礦石料層，最后形成爐頂煤氣排出豎爐。爐頂煤氣溫度約為450℃。

圖12 MIDREX還原氣噴嘴分布

還原段的大部分區(qū)域溫度約為820℃。鐵氧化物在與還原氣的對(duì)流運(yùn)動(dòng)中一般要還原至Rm＞90%。在一個(gè)還原段容積為 170m3，產(chǎn)量為60t/h的豎爐內(nèi)，礦石在還原段中的停留時(shí)間約為6h。

爐內(nèi)溫度使用9支熱電偶監(jiān)測(cè)。這些熱電偶每3支為一束，自爐頂向下置入爐內(nèi)。各熱電偶的測(cè)溫點(diǎn)如圖13所示。從熱電偶檢測(cè)的溫度值可以知道爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，如果各組熱電偶所測(cè)溫度值差別過大，則證明爐內(nèi)氣流分布不均勻。有可能出現(xiàn)了結(jié)瘤、管道等問題。

圖13 MIDREX豎爐測(cè)溫?zé)犭娕及惭b及溫度分布

3.4.4 冷卻段

從還原段出來的海綿鐵溫度達(dá)800℃以上。這樣的海綿鐵如果不加處理直接出爐，馬上會(huì)引起強(qiáng)烈的再氧化反應(yīng)而燃燒。筆者曾看見馬來西亞某企業(yè)熱還原鐵燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物，非常危險(xiǎn)。冷卻段的沒置就是為了解決這一問題。

圖14 MIDREX冷卻氣系統(tǒng)

冷卻段是爐內(nèi)構(gòu)造最復(fù)雜的區(qū)域，主要裝置是一套冷卻氣系統(tǒng)。冷卻氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖14所示，它由一個(gè)冷卻氣洗滌器、一個(gè)加壓機(jī)、一個(gè)脫水器、一個(gè)冷卻氣分配器和一套復(fù)雜的管路組成。下部冷卻段沒有爐襯，使用單獨(dú)的冷卻氣循環(huán)，海綿鐵被底部氣體分配器送入的含N240%的冷卻氣冷卻到100℃，然后用底部排料機(jī)排出爐外，冷卻段帶有3～5個(gè)弧形斷路器、閥節(jié)弧形斷路器和盤式排料裝置，可以改變海綿鐵的排出速度。冷卻氣有冷卻段上部的集氣管排出爐外，經(jīng)冷卻器冷卻凈化后再用風(fēng)機(jī)送入爐內(nèi)。為了防止空氣吸入和再氧化發(fā)生，爐頂裝料口、下部卸料門都采用氣體密封，密封氣采用轉(zhuǎn)化爐排出的含O2＜1%廢氣。

如圖15所示，約40℃的冷卻氣分兩路通過總管進(jìn)人冷卻段內(nèi)的分配器，為了減輕對(duì)爐料下降的阻力，總管剖面為菱形。

分配器由一組互相嵌套的同心管組成，管上

圖15 MIDREX冷卻氣入口剖面

圖16 MIDREXA冷卻段總剖面

布滿通氣孔。分配器的作用是使冷卻氣均勻分布于冷卻段橫截面。如圖17所示，冷卻氣流出分布器后與爐料對(duì)流向上運(yùn)動(dòng)，并在對(duì)流運(yùn)動(dòng)中吸收海綿鐵中的熱量。完成冷卻任務(wù)的冷卻氣在冷卻段的上端進(jìn)人3個(gè)冷卻氣搜集罩口，此時(shí)冷卻氣溫度約為400℃。3個(gè)冷卻氣搜集罩安裝于豎爐同一側(cè)的爐殼上，匯集于一個(gè)冷卻氣出口管道。管道將高溫冷卻尾氣導(dǎo)入一個(gè)煤氣洗滌器。冷卻氣在洗滌器中用水清洗并重新將溫度降低至40℃。清洗降溫后的冷卻氣加壓脫水后再返回分配器。

圖17 MIDREX燒結(jié)物破碎器基本結(jié)構(gòu)與安裝

分配器上方裝有一個(gè)圓錐體。在圓錐體的作用下，下降的海綿鐵被迫離開中心區(qū)。這樣一方面可減小分配器對(duì)海綿鐵下降運(yùn)動(dòng)的阻力，另一方面可加強(qiáng)冷卻效果。圓錐體和分配器通過菱形進(jìn)氣總管安裝在爐殼上。

固態(tài)物料流在冷卻區(qū)內(nèi)通過海綿鐵輸送機(jī)進(jìn)行控制。海綿鐵輸送機(jī)其實(shí)是一組葉式燒結(jié)物破碎器。在冷卻段內(nèi)共裝有3個(gè)，根據(jù)安裝位置分上輸送機(jī)、中間輸送機(jī)和下輸送機(jī)。上輸送機(jī)和中間輸送機(jī)各有3個(gè)燒結(jié)物破碎器，下輸送機(jī)則僅有一個(gè)。輸送機(jī)除了輸送海綿鐵外，還可將在還原過程中形成的燒結(jié)物破碎，以免給下料過程帶來麻煩。

上輸送機(jī)的3個(gè)破碎器分別安裝在3個(gè)冷卻氣搜集罩的上方。它的主要任務(wù)是將爐料送入3個(gè)冷卻氣搜集罩之間的空隙。一方面為了下料順利，另一方面為了保護(hù)搜集罩。由于這一部位的海綿鐵還未經(jīng)過冷卻，溫度較高，因此破碎器采用水冷軸。到中間位置時(shí)，由于溫度已經(jīng)降低，因此中間和下輸送機(jī)則不采用水冷措施。

圖17以上輸送機(jī)為例說明燒結(jié)物破碎器的基本結(jié)構(gòu)和安裝方法。每一個(gè)破碎器都由一根鋼管及鋼管上安裝的葉片組成，鋼管水平穿過爐體，安裝在爐外的軸承座上。鋼管與爐殼間采用填料密封。破碎器采用液壓驅(qū)動(dòng)，以每小時(shí)4～6個(gè)沖程的速度，向兩邊往復(fù)擺動(dòng)。

破碎機(jī)的使用有一個(gè)負(fù)作用。使得未發(fā)生粘結(jié)的球團(tuán)礦也有可能會(huì)遭到破壞，產(chǎn)生粉末。但當(dāng)葉片的線速度等于球團(tuán)礦的下降速度時(shí)，這種破壞作用明顯降低到最小限度。因此，控制破碎機(jī)的轉(zhuǎn)速方面采用無級(jí)可調(diào)的方式，就是為了避免破碎機(jī)對(duì)沒有結(jié)塊的還原鐵進(jìn)行破碎。

4 結(jié)論

通過對(duì)直接還原的原理分析，重點(diǎn)分析和綜合評(píng)價(jià)了氣基直接還原鐵工藝，特別分析了MIDREX工藝、原理和裝備，其設(shè)備簡單，一個(gè)豎爐可連續(xù)生產(chǎn)，熱耗較低，工藝較成熟，從目前所有投產(chǎn)的工廠運(yùn)行情況看，都已達(dá)到或接近設(shè)計(jì)能力。雖然其設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但與高爐流程對(duì)比后可以綜合評(píng)價(jià)如下:

1)MIDREX法由于工藝比較成熟、生產(chǎn)率高、操作簡單等優(yōu)勢(shì)，在世界直接還原工藝方法中一直居領(lǐng)先地位。根據(jù)有關(guān)報(bào)道稱，此方法生產(chǎn)的直接還原鐵已經(jīng)連續(xù)6年超過世界直接還原鐵總量產(chǎn)量的50%。這已經(jīng)說明了它在直接還原鐵流程中的領(lǐng)先地位。

2)MIDREX法從裝備上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了裝置的系列化和大型化，目前一套MIDREX法裝置的產(chǎn)量已由日產(chǎn)1.5t提高到日產(chǎn)2485t，還原豎爐的利用系數(shù)已達(dá)12t/d·m3，超過爐缸直徑為6.8m、利用系數(shù)為2.5t/d·m3的現(xiàn)代化高爐。

3)原料的選擇范圍寬，目前可使用35種球團(tuán)礦和塊礦，并可使用含硫量小于0.02%的原料(一般為0.01%以下)，還可使用焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、油汽化氣等作為天然氣的代用能源;

4)現(xiàn)已采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備，運(yùn)行參數(shù)已經(jīng)達(dá)到每噸海綿鐵的能耗10674MJ(365KgCe);產(chǎn)品的金屬化率能控制在86% ～96%范圍內(nèi)，含碳量也能控制在1%～3%范圍內(nèi)。

［1］方覺.非高爐煉鐵工藝與理論(第2版)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2010.

［2］楊雙平，王苗，折媛，等.直接還原與熔融還原冶金技術(shù)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2013.

［3］Basak Anameric，S.Komar Kawatra.Properties and features of direct reduced iron［J］.Mineral Processing ＆Extractive Metallurgy Review，2007，Vol.28(1):59－116.

［4］王篠留.鋼鐵冶金學(xué)(煉鐵部分)(第4版)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2013.

［5］史占彪.非高爐煉鐵學(xué)［M］.沈陽:東北工學(xué)院出版社，1991.

［6］秦民生.非高爐煉鐵［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1988.

［7］下村泰人著，楊進(jìn)江譯.煉鐵原料狀況的變化與原料準(zhǔn)備技術(shù)［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1995，Vol.20(3):42 － 46，+32.

［8］周渝生，錢暉，張友平，等.現(xiàn)有主要煉鐵工藝的優(yōu)缺點(diǎn)和研發(fā)方向［J］.鋼鐵，2009，Vol.44(02):1 －10.

［9］趙慶杰，魏國，姜鑫，等.直接還原技術(shù)現(xiàn)狀及其在中國的發(fā)展展望［A］//2014年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集(上)［C］.2014年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì).河南鄭州，2014，49－55.

［10］李伯初.超高功率電弧爐煉鋼連續(xù)加入直接還原鐵的速度極限值的探討［J］.鞍鋼技術(shù)，1989，Vol.166(4):15－20，+26.

［11］楊守禮，秦民生.煤氣化直接還原新工藝的研究［J］.唐山工程技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995(2):9－15.

［12］楊寧禮，秦民生，吳勝利，等.富氧煤氣化直接還原豎爐新工藝研究［J］.鋼鐵，1995，Vol.30(5):9 －11，+26.

［13］陳宏，李永全，周渝生，等.BL法豎爐直接還原工藝［J］.寶鋼技術(shù)，1999(4):24 －27，+46.

［14］王兆才，陳雙印，儲(chǔ)滿生，等.煤制氣—豎爐生產(chǎn)直接還原鐵淺析［J］.中國冶金，2013，Vol.23(1):20 －25，+35.

［15］齊淵洪，錢暉，周渝生，等.中國直接還原鐵技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及方向［J］.中國冶金，2013(1):9－14.

［16］陶江善.2013年中聞直接還原鐵企業(yè)調(diào)査情況概述［J］.中國廢鋼鐵，2014(2):40 －43，+20.

［17］史占彪.直接還原技術(shù)的新發(fā)展［J］.中國冶金，2002(3):15－18.

［18］何桂珍，都興紅，曲赫威，等.非高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.礦產(chǎn)綜合利用，2014(3):1－7.

［19］B.Ozturk，V.L.Fearing，J.A.Ruth，G.Simkovich.Self-Diffusion Coefficients of Carbon in Fe3C at 723K via the Kinetics of Formation of This Compound［J］.Metallurgical TransactionsA，1982， (10):1871－1873.

［20］HU Jun-ge.Development of Gas-Based Shaft Furnace Direct Reduction Technology［A］，Proceedings of the 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking［C］，2006:1292－1296.

［21］張福明，曹朝真，徐輝.氣基豎爐直接還原技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.鋼鐵，2014，Vol.19(3):1 －10.

［22］陳宏.HYL－III海綿鐵生產(chǎn)技術(shù)［J］.鋼鐵，1999，Vol.34(11):64 －67.

［23］曹朝真，張福明，毛慶武，等.豎爐直接還原技術(shù)若干問題的探討［A］//2014年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集(下)［C］.2014年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì).河南鄭州，2014:1191－1199.

［24］Midrex Technologies Inc.The World of Direct Reduction［OL］，www.Midrex.com.

［25］Inada，Yutaka.Improvements in the MIDRE Direct Reduction Process［J］.Research and Development Kobe Steel Engineering Reports 2000，2000，Vol.50(3):86－89.

［26］T.E.Dancy，張志明譯.直接還原的進(jìn)展［J］.燒結(jié)球團(tuán)，1993(1):33 －39.

［27］Dominic，M.Faeeone等，鄒宗躍譯.Mdirex直接還原工藝——直接生產(chǎn)潔凈鋼的方法(I)［J］.山東冶金，1994，Vol.16(5):51 －54.

［28］徐輝，鄒宗樹，余艾冰.Midrex還原豎爐反應(yīng)的數(shù)值模擬［J］.鋼鐵，2008，Vol.43(5):12 －17，+60.

［29］徐輝，錢暉，周渝生，等.南非撒旦那鋼廠COREX與DR聯(lián)合流程中的MIDREX生產(chǎn)工藝［J］.世界鋼鐵，2010(2):6－12.

［30］Khalid Alhumaizi，AbdelHamid Ajbar，Mustafa Soliman.Modelling the complex interactions between reformer and reduction furnace in a midrex－based iron plant［J］.The Canadian Journal of Chemical Engineering，2012，Vol.90(5):1120 －1141.