【導(dǎo)讀】公司是一家擁有核心自主知識產(chǎn)權(quán)，致力于鋼鐵冶金資源與環(huán)。用霧化鐵粉系列產(chǎn)品，投放市場后，很快得到用戶認可；近幾年，公司把握住鈦白粉行業(yè)飛速發(fā)展，化工還原劑鐵粉需求大增的契機，得客戶信賴，2021年公司銷售收入，實現(xiàn)快速增長。系列產(chǎn)品產(chǎn)銷規(guī)模已居國內(nèi)行業(yè)前列。公司現(xiàn)有專業(yè)化的、經(jīng)驗豐富的研發(fā)技術(shù)人才共37人，占。公司總?cè)藬?shù)的50%。全，中心各項經(jīng)費由公司研發(fā)費專項列支。北工業(yè)大學(xué)、四川龍蟒礦冶公司等院校和企業(yè)達成產(chǎn)學(xué)研合作共識，合格率為99%；出廠批量檢驗合格率為100%；不合格產(chǎn)品不得入庫。良、數(shù)量巨大，為人類進步做出了巨大貢獻。將面臨枯竭，傳統(tǒng)的焦煤冶金工藝將無法進行正常生產(chǎn)。用非焦煤煉鐵工藝已迫在眉睫。非焦煤煉鐵工藝是指不使用焦炭進行煉鐵生產(chǎn)的各種工藝方法。于研發(fā)階段，已商業(yè)化的只有COREX。率高等優(yōu)點而成為非焦煤冶金工藝的主流技術(shù)。原鐵占世界總產(chǎn)量的80%以上。所以高效節(jié)能策略不僅影響著公司當(dāng)前的生存問題，更對公司未

　　

【正文】 管式直接還原豎爐，包括內(nèi)設(shè)有還原室和燃燒室的爐體，爐體內(nèi)設(shè)置有至少一根 兩端開口的還原反應(yīng)管，還原反應(yīng)管的管內(nèi)為還原室，周邊為燃燒室；燃燒室為連貫式加熱，還原室反應(yīng)器為管狀設(shè)計，熱輻射無阻擋、無死角、浪費少，而且外燃管式直接還原豎爐中還原反應(yīng)管的周邊均為燃燒室，因此具有對還原室內(nèi)更好的加熱效果，并且對物料的加熱也更加均勻。 防粘布料裝置創(chuàng)新 本公司還自主研發(fā)了一種可防止物料與反應(yīng)容器內(nèi)壁粘接的防粘布料裝置，包括設(shè)置在反應(yīng)容器的上端口內(nèi)作為物料通道的布料管，布料管的外壁與反應(yīng)容器的內(nèi)壁之間構(gòu)成防粘料的進入通道，使物料在反應(yīng)過程中減少粘結(jié)而有序運動，既保證防粘料與進行還原 反應(yīng)的物料不會相互干涉，并且又能夠通過進入通道使防粘料形成一個類似于管狀的保護簾，徹底解決了傳統(tǒng)豎爐還原時物料粘結(jié)易堵、設(shè) 44 備故障多發(fā)的問題。 本公司已將其中的兩項關(guān)鍵技術(shù)向國家知識產(chǎn)權(quán)局同時提出了發(fā)明和實用新型專利申請并被受理。 項目內(nèi)其他部分 還原氣的供應(yīng) 還原氣流程見圖 。通常還原氣在豎爐直接還原工藝中主要用作還原流程、冷卻流程和氣體加熱器的燃料。 還原流程 還原流程由豎爐還原帶、爐頂煤氣換熱器、爐頂煤氣激冷 /洗滌系統(tǒng)、工藝氣循環(huán)壓縮機、壓縮機二次冷卻器、 CO2 吸收器、工藝氣加濕器和工藝氣加熱器等組成。還原流程的還原氣由補充的合成氣與脫除了 CO2的溫度為 50℃ 、壓力為 。為獲得滲碳過程的最優(yōu)控制，還原氣通過一個增濕罐，加入少量的水蒸汽，然后通過工藝氣加熱器（ PGH）加熱到 930℃ 。熱的還原氣被送入豎爐還原帶，壓力大約為 （約 ， 441283Pa，或 ），向上逆向流經(jīng)鐵礦石移動床，確保氣體分布均勻，氣固之間接觸良好。在豎爐的還原帶，鐵礦石首先通過熱的還原氣的熱量傳遞預(yù)熱到還原過程所需的溫度水平。預(yù)熱階段過后，還原氣 H2和 CO 與氧化鐵還原反應(yīng)，礦石中的氧被去除。還原反應(yīng)的機理包括還原劑氣體在反應(yīng)界面的吸附催化、固相層內(nèi)離子和電子的擴散、新 45 相核的形成及長大等。 還原過程的機理可描述為： FeF eOOFeOFe ??? 4332 其中氫還原反應(yīng)過程為： OHFeHF e OOHF e OHOFeOHOFeHOFe222243243232323????????? CO 還原反應(yīng)過程為： 224324332323COFeCOF e OCOF e OCOOFeCOOFeCOOFe????????? 豎爐排出的溫度約 490℃ 的還原氣，經(jīng)過爐頂煤氣換熱器回收熱量，生產(chǎn)用于 CO2脫除裝置的蒸汽，然后通過煤氣激冷 /洗滌系統(tǒng)。在此環(huán)節(jié)，還原過程中產(chǎn)生的水得到濃縮并且從氣流中脫除，氣體中攜帶的大部分的灰塵也被分離出去。洗滌過的氣體通過工藝氣體壓縮機提高壓力后循環(huán)使用。 冷卻氣體流程 豎路下部的錐形段是豎爐直接還原的冷卻帶。 為便于冷態(tài)直接還原鐵的卸料操作，溫度約 40℃ 、壓力 kg/cm2的合成氣和冷煤氣的混合氣體從反應(yīng)器下部的錐形區(qū)域噴入，向上逆向流過直接還原鐵移動床。在冷卻帶產(chǎn)品被冷卻，同時產(chǎn)生部分直接還原鐵的滲碳反應(yīng)： 46 2423223234232323HCCHOHCFeHCOFeCOCFeCOFeHCFeCHFe???????????? 還原區(qū)域也進行部分滲碳反應(yīng)。大部分 C 以碳化鐵（ Fe3C）的形式進入到產(chǎn)品中。滲碳反應(yīng)總體的高吸熱行為強化了直接還原鐵的冷卻過程。熱的冷卻氣離開冷卻區(qū)域，經(jīng)過冷卻、壓縮，再循環(huán)使用。直接還原鐵在大約 55℃ 的條件下通過旋轉(zhuǎn)閥排出豎爐的冷卻帶。 主要設(shè)備 鐵礦石儲備和處理系統(tǒng) 表 鐵礦石儲備和處理系統(tǒng)主要設(shè)備表 序號 設(shè)備名稱 數(shù)量 (臺 ) 備注 1 鐵礦石受料倉 2 2 帶式稱重給料機 2 3 鐵礦石帶式輸送機 1 4 配料斗 1 5 球團震動篩 2 6 受料倉 2 47 序號 設(shè)備名稱 數(shù)量 (臺 ) 備注 7 氧化物粉皮帶輸送機 1 8 氧化物粉儲藏倉 1 9 鐵礦石供料輸送機 1 10 皮帶電子秤 1 11 帶裝料槽的鐵礦石供料倉 1 12 皮帶電子秤給料機 1 13 鐵礦石給料運輸機 1 14 涂料儲備倉 1 還原系統(tǒng) 表 還原鐵系統(tǒng)主要設(shè)備表 序號 設(shè)備名稱 數(shù) 量 (臺 ) 備注 1 鐵礦石供料料倉 1 2 鐵礦石加壓供料料倉 4 3 反應(yīng)器 1 4 工藝壓縮氣冷卻器 1 48 項目 建設(shè)規(guī)模 根據(jù)市場需求及企業(yè)的基礎(chǔ)條件，今后五年的計劃產(chǎn)量、銷售收入、毛利潤、凈利潤等主要數(shù)據(jù)如下表 : 5 工藝氣壓縮機 1 6 工藝氣緩沖罐 1 7 工藝氣激冷塔 1 8 加濕器水泵 2 9 汽包 1 10 爐頂換熱器 1 11 冷卻氣激冷器 1 12 冷卻器文氏管 1 13 分散劑添加系統(tǒng) 1 14 冷卻氣壓縮機進口緩沖罐 1 15 冷卻氣壓縮機 1 16 冷卻氣壓縮后冷卻器 1 17 冷卻氣激冷塔 1 18 冷卻氣分離器 1 19 減壓室 2 20 工藝氣文氏管 1 21 工藝氣激冷器 1 22 工藝氣分離器 1 23 工藝氣加熱器 1 24 引風(fēng)機 1 25 鼓風(fēng)機 1 26 硫磺添加系統(tǒng) 1 27 工藝氣加濕器 1 49 表 項目 目標、進度和需要增加的設(shè)備 項目目標 預(yù)計項目完成時達到 以下 的關(guān)鍵技術(shù) 和參數(shù)指標： 形成外燃管式豎爐直接還原中試生產(chǎn)線相關(guān)技術(shù) 形成成熟的節(jié)能環(huán)保型煤基豎爐直接還原法生產(chǎn)工藝技術(shù) 預(yù)計項目完成時達到的技術(shù) 參數(shù) 指標 ： 還原鐵金屬化率：≥95%； 還原鐵粉鐵含量： ≥ %； Mn≤ %； Si≤ %； C≤ %；S≤ %； P≤ %。 本項目計劃進度 表 項目階段工作進度表 階段時間 工作內(nèi)容 項目 單位 2021 年 2021 年 2021 年 2021 年 2021 年 產(chǎn)銷量 萬噸 銷售收入 萬元 毛利潤 萬元 凈利潤 萬元 50 可研報告編制 人員招聘培訓(xùn) 項目基礎(chǔ)施工 生產(chǎn)線裝備安裝 項目設(shè)備訂貨 設(shè)備安裝調(diào)試 試運行 現(xiàn)有生產(chǎn)和加工條件 必要的生產(chǎn)場地、原輔材料堆場、固廢轉(zhuǎn)運場及電力等配套設(shè)施； 作為主體生產(chǎn)設(shè)備的本公司自建的 外燃管式直接還原豎爐； 必要的供氣、供熱設(shè)備，包括環(huán)保型 煤氣發(fā)生爐、燃煤等； 生產(chǎn)設(shè)備，如： 圓盤造球機、球磨機、磁選機、球磨機、磁選機 等。 配套節(jié)能、環(huán)保設(shè)備及設(shè)施，如：尾氣回收利用系統(tǒng)、煙氣回收利用系統(tǒng)、調(diào)節(jié)水池、回用水池、沉淀池等。 必要的技術(shù)和生產(chǎn)人員。 項目需要增加的設(shè)備設(shè)施條件 本項目產(chǎn)業(yè)化還需添加的設(shè)備、儀器主要有： 旋風(fēng)除塵器、尾氣回 51 收利用系統(tǒng)、煙氣回收利用系統(tǒng)等。 另外，項目需要繼續(xù)投入一定的研發(fā)費用和生產(chǎn)流動資金。 第五章 市場分析和 競爭優(yōu)勢 產(chǎn)品市場預(yù)測 產(chǎn)品市場供需分析 直接還原鐵的市場供需情況取決于它的應(yīng)用領(lǐng)域。直接還原鐵作為有害雜質(zhì)少的鋼鐵原料主要用于氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼、電爐煉鋼和高爐煉鐵。 1．電爐煉鋼中的應(yīng)用 電爐煉鋼技術(shù)的迅速發(fā)展為優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)提供了有效手段，然而日益增加的合金鋼生產(chǎn)和應(yīng)用，使得多次重復(fù)回收的廢鋼中雜質(zhì)元素得以富集，嚴重影響了廢鋼的質(zhì)量。例如，美國在 25 年內(nèi)，碳素鋼廢鋼的 Cu 含量增加了 20％， Ni 含量增加了 倍， Sn 含量增加了 2倍。用潔凈的直接還原鐵代替被污染的廢鋼，可稀釋鋼中有害元素、改善冶金鋼水的化學(xué)成分，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和純凈鋼。因此，直接還原鐵是改善鋼材質(zhì)量、增加鋼材品種、發(fā)展鋼鐵冶金緊湊流程不可缺少的原料。 根據(jù)天津鋼管公司 150 t 電爐 6 年的實踐， 使用直接還原鐵的冶煉效果可總結(jié)如下： （ 1）對鋼水收得率的影響 52 根據(jù) 150 t 電爐物料平衡實測和計算，采用全廢鋼冶煉時鋼水收得率為 88%～ 90%。使用 0 至 50%的用秘魯球團礦生產(chǎn)的 DRI 時，鋼水收得率基本未受影響。 （ 2）對冶煉時間的影響 當(dāng) 150 t 電爐采用 100%廢鋼冶煉時，一般需 4 次加料，總的加料時間約 14 min。配加 DRI 后可以減少加料次數(shù)、縮短加料時間。連續(xù)加入 DRI 使熔池變得更加活躍，脫 P 效果好，縮短了冶煉時間。統(tǒng)計表明，配加 12%～ 30%的 DRI，一般可使一爐鋼的冶煉時間縮短 3～5 min。 （ 3）對冶煉電耗的影響 實踐表明，當(dāng) DRI 金屬化率高、脈石含量低時，電爐配加一定比例的 DRI 不會增加冶煉電耗。表 22 是配加不同重量 DRI 的 274 爐鋼冶煉電耗的統(tǒng)計結(jié)果。使用的 DRI 中： TFe %， MFe %，金屬化率 %，脈石含量 %，脈石堿度 。 表 DRI 加入量對電爐電耗的影響 統(tǒng)計爐數(shù) 每爐 DRI加入量/t 裝料次數(shù) 冶煉電耗/ 23 20 3 502 179 30 3 495 13 40 2 480 59 50 2 495 表 的結(jié)果表明，每爐 DRI 用量從 20 t 增加到 50 t 時，冶煉 53 電耗不但沒有增加，反而有所下降。當(dāng) DRI 使用量超過 30%時，冶煉電耗增加，增加的幅度與 DRI 金屬化率和脈石含量有關(guān)。 （ 4）對電極消耗的影響 DRI 用量在 0%～ 50%之間時，電極消耗基本相同； DRI 使用比例增加，通電時間會延長，但是， DRI 連續(xù)加入期間電能輸入均衡穩(wěn)定，減少了因塌料等原因造成的電極折斷事故。 （ 5）對鋼中殘余有害元素的稀釋作用 DRI 中幾乎不含 Ni、 Cr、 Mo、 Cu、 Sn 等有害元素， P、 S、 N 等元素的含量也比廢鋼低得多。隨著 DRI 加入量的增加，對這些有害元素有明顯的稀釋作用（圖 ）。 圖 DRI 配加比例對鋼中殘余元素的影響 （ 6）對鑄坯及鋼管質(zhì)量的影響 有些鋼種連鑄時易產(chǎn)生縱裂紋，經(jīng)分析，其中原因之一是鋼中有害元素含量較高。在提高了 DRI 的使用比例后，這種裂紋明顯減少。鋼管的某些性能指標（如 AK）隨著 DRI 用量的增加明顯提高。 2．轉(zhuǎn)爐煉鋼 中的應(yīng)用 氧氣轉(zhuǎn)爐雖以高爐鐵水為主要金屬料，但仍約需 10％的廢鋼作 54 為冷卻劑。美國鋼鐵公司通過大量試驗發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)爐煉鋼適當(dāng)使用直接還原鐵帶來如下好處： （ 1）由于 DRI 中的磷、硫、氮、銅含量較低，使得鋼水中磷、硫、氮、銅含量較低。在林茨第三煉鋼廠 130t 轉(zhuǎn)爐上用 3000t Midrex DRI 進行了 148 爐試驗。試驗中用 DRI 替代廢鋼的比例從 10％增加到100％。結(jié)果發(fā)現(xiàn)： ①用 DRI 冷卻時，鋼中硫含量為 ％；用廢鋼冷卻時，鋼中硫含量為 ％；②鐵水中銅含量為 ％，用DRI 冷卻時鋼中銅含量保持不變，但用廢鋼冷卻時，鋼中銅含量為％；③用 DRI 冷卻時，鋼中氮含量為 ％，用廢鋼冷卻，鋼中氮含量為 ％；④用 DRI 冷卻時的鋼中磷含量比只用廢鋼冷卻時低 ％；⑤由于鐵礦石含有少量的鉻、鎳、錫、砷，因此由鐵礦石生產(chǎn)的 DRI 在成分上占有優(yōu)勢，在德國的 HYL 廠 100t 工業(yè)轉(zhuǎn)爐上的 3 爐次試驗 中，鉻含量為 ％、鎳含量為 ％、錫含量為 %。 （ 2）鑄坯及成品的機械性能、表面質(zhì)量和內(nèi)部性能等均滿足要求，且 DRI 中有一部分氧參與冶煉反應(yīng)，使得氧氣單耗下降。鞍鋼第二煉鋼廠轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)在未使用 DRI 時，噸鐵耗氧量為 ，使用 DRI后噸鐵耗氧量為 ，比使用前下降了 ； （ 3）當(dāng) DRI 為粒狀時，可以連續(xù)加料，從而使轉(zhuǎn)爐熔池溫度和成分連續(xù)變化，有利于連續(xù)測溫和自動化煉鋼。 3．在高爐煉鐵中的應(yīng)用 日本的八幡制鐵所、富士制鐵所、川崎鋼鐵公司和墨西哥高爐公 55 司對高爐使用直接還原鐵后的效果進行了詳細調(diào)查。結(jié)果表明，鐵水的金屬化率提高 10％，增加鐵水 8％左右，降