【正文】 氧氣轉(zhuǎn)爐雖以高爐鐵水為主要金屬料，但仍約需 10％的廢鋼作為冷卻劑。在林茨第三煉鋼廠 130t 轉(zhuǎn)爐上用 3000t Midrex DRI 進(jìn)行了148 爐試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)： ①用廢鋼冷卻時，鋼中硫含量為 ％；用 DRI 冷卻時，鋼中硫含量為 ％，降低了 27％； 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 ％，增加了 3 倍； ③用廢鋼冷卻，鋼中氮含量為 ％；用 DRI 冷卻時，鋼中氮含量為 ％，降低了 17％； ④用 DRI 冷卻時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 %。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。結(jié)果表明，鐵水的金屬化率提高 10％，增加鐵水 8％左右，降低焦比 7％左右。 直接還原鐵在鑄造中的應(yīng)用 鑄造用鋼鐵分為鑄鋼和鑄鐵兩大類。不僅鑄鋼熔煉需大量廢鋼，高級灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵的熔煉也需 30％～ 50％的廢鋼。商品廢鋼中經(jīng)常含有 Ti、 Sn、 Pb、As、 Cu 等元素，對球墨鑄鐵的石磨球化具有不利影響。通過加入直接還原鐵，鐵液或鋼液中有害元素的含量可被降低到能接受的水平，從而使質(zhì)地較差的商品廢鋼也能得到應(yīng)用。 鑒于直接還原鐵的特點及其對鋼鐵工業(yè)發(fā)展的作用和意義，直接還原工藝現(xiàn)已成為世界有資源條件地區(qū)發(fā)展鋼鐵工業(yè)的首選項目，我國也將直接還原工藝列為鋼鐵工業(yè)重點發(fā)展的方向之一。本項目通過充分利用鋼鐵廠自產(chǎn)焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣制備還原氣，取代天然氣用于直接還原煉鐵，既彌補了我國天然氣 資源的不足、又填補了我國氣基豎爐直接還原冶金的空白。項目實施成功后，經(jīng)濟效益和社會效益明顯，推廣應(yīng)用前景廣闊。 因此，發(fā)展具有我國特色的 DRI 產(chǎn)業(yè)是必由之路。 天然氣體燃料，如天然氣、石油氣以及煉焦產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣雖然具有一定的還原能力，燃燒時也可產(chǎn)生大量的熱量，但它們都含有大 量的碳?xì)浠衔?，?dāng)還原到金屬鐵大量出現(xiàn)后，碳?xì)浠衔飳⒋罅糠纸?，形成煙炭沉積，干擾還原反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)展。具體要求主要包括兩方面： 化學(xué)成分 ① CO 和 H2是冶金還原氣中的有效成分，其含量在滿足還原反應(yīng)和發(fā)熱量需求的前提下， CO 含量不應(yīng)太高，因為 CO 含量高會導(dǎo)致還原過程中易發(fā) 7 生析碳反應(yīng)，對還原反應(yīng)不利。另一方面， H2與氧化鐵的還原反應(yīng)是吸熱過程，而 CO 與氧化鐵的還原反應(yīng)是放熱過程，H2％又不能太高。 溫度 提高還原反應(yīng)溫度， CO 和 H2分子動能增加，加快了氣體的擴散，能提高反應(yīng)速度。所以，還原氣的溫度一般控制在 900℃左右。 用來 制備冶金還原氣的燃料種類很多，有氣體燃料（如天然氣、石油氣、焦?fàn)t煤氣等）、液態(tài)燃料（如重油、輕油、煤焦油）和固體燃料（煤）。然而，天然氣僅分布在少數(shù)地區(qū)，受地域的制約十分突出。由于當(dāng)前和今后一段時間內(nèi)，天然氣價格仍會居高不下，甚至還會上漲，加之儲量有限，在我國依靠天然氣發(fā)展直接還原煉鐵項目競爭力 8 不大、可行性不強。 焦?fàn)t煤氣的主要成分是 H CH4和 CO，因此，它不僅是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料，還是理想的化工合成原料，主要用于化工合成項目、城市煤氣、發(fā)電、直接還原煉鐵。焦?fàn)t煤氣中大量的 H2和 CO 本身就是還原性氣體，將焦?fàn)t煤氣送入熱裂解爐中， 其中 CH4經(jīng)加氧催化裂解，即可得到含 H2 74％、 CO 25％的還原性氣體，可直接送入氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵。此外，在取消高爐的情況下，可大力發(fā)展焦?fàn)t－直接還原煉鐵－電爐煉鋼短流程。見圖 23。本項目的順利實施為國內(nèi)過剩的焦?fàn)t煤氣找到了經(jīng)濟、合理、高效的綜合利用途徑，因而所具 9 有的市場競爭力優(yōu)勢明顯。區(qū)內(nèi)有 公路與秦皇島市區(qū)連通，交通條件便利。 240 萬噸焦化車間，產(chǎn)焦?fàn)t煤氣 108m3/a，冶金焦 200 萬 t/a,焦油 11 萬 t/a，粗苯 萬 t/a 等。 產(chǎn)品 及工藝 產(chǎn)品 ⑴ 直接還原鐵，全鐵≥ 90％，金屬化率≥ 90％； ⑵ 冶金焦，不低于國標(biāo) （ GB/T19962020） 二 級，灰分 Ad≤ ％ ，硫分 ≤ ％ ， 反應(yīng)后強度 CSR≥ ％ ， 反應(yīng)性 CRI≤ 35％ ， 抗碎強度M40≥ ％ ， 耐磨強度 M10≤ ％。分二步實施，其中一期一步建設(shè)一座焦?fàn)t，能力為 60 萬噸 /年，一期二步建設(shè)三座焦?fàn)t，能力為 180 萬噸 /年。 米側(cè)裝搗固焦?fàn)t 技術(shù)成熟可靠 ,投資較少，環(huán)保達(dá)標(biāo)，是國內(nèi)一流的搗固焦?fàn)t，符合冶金行業(yè)的規(guī)劃發(fā)展要求。 主要原材料耗量 表 27 主要原料材料耗量 序號 名稱 單位 一期耗量 二期耗量 1 洗精煤 (干 ) t/a 828000 2484000 2 脫硫催化劑 t/a 3 %濃硫酸 t/a 5380 16139 4 40%NaOH t/a 2119 6357 5 焦油洗油 t/a 801 2404 11 (3)工藝設(shè)計 本工程生產(chǎn)工藝分為備煤工藝、煉熄焦、篩焦工藝、煤氣凈化工藝。 采用先配煤后粉碎的工藝， 煉焦用洗精煤由火車和汽車運來，并按煤種類由不同的運煤皮帶輸送機轉(zhuǎn)運至堆取料機主皮帶，（冬季啟用解凍庫），由堆取料機進(jìn)行 堆存作業(yè)。 b 煉熄焦 新建 4 座 60 孔 米側(cè)裝搗固焦?fàn)t ，年產(chǎn)焦炭 240 萬噸。該工程一次設(shè)計，分步實施，一步建設(shè)一座 焦?fàn)t， 60 萬噸焦化工程，配一套濕熄焦系統(tǒng)，二步建設(shè)三座 焦?fàn)t， 180萬噸焦化工程，配一套濕熄焦系統(tǒng)。 煉焦基本工藝參數(shù) 炭化室孔數(shù) 4 60 孔（其中一期 1 60 孔 ） 每孔炭化室有效容積 裝爐煤堆比重（干） 每孔炭化室裝煤量 (干 ) t 焦?fàn)t周轉(zhuǎn)時間 19 h 焦?fàn)t年工作日數(shù) 365 d 焦?fàn)t緊張操作系數(shù) 裝爐煤水分 10％ 煤氣產(chǎn)率 320 m3/t 干煤 成焦率 75％ 12 由備煤車間來的洗精煤由輸煤棧橋運入煤塔，裝煤車行至煤塔下方 , 由搖動給料機均勻逐層給料 , 用搗固機分層搗實 , 然后將搗好的煤餅從機側(cè)裝入炭化室。 干餾過程中產(chǎn)生的荒煤氣經(jīng)炭化室頂部、上升管、橋管匯入集氣管。 焦?fàn)t加熱用高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣分別由外部架空管引入，混合煤氣和空氣經(jīng)預(yù)熱后分別進(jìn)入焦?fàn)t燃燒室的立火道匯合后燃燒，燃燒標(biāo)準(zhǔn)溫度為1300～ 1320℃。 上升氣流的煤氣和空氣與下降氣流的廢氣由液壓交換機帶動，液壓交換傳動裝置定時 進(jìn)行換向。 裝煤過程中逸散的荒煤氣由爐頂設(shè)的導(dǎo)煙車抽吸裝煤除塵地面站集中處理。 焦炭由焦臺經(jīng)帶式輸送機運至篩焦樓分級后，焦炭至貯焦倉或貯焦場。篩焦樓一步建一排， 焦倉下設(shè)置雙排卸料口，其中一排卸料口為帶式輸送機接口，經(jīng)帶式輸送機上送往貯焦槽；另一排卸料口為裝汽車槽口，焦炭通過電液動閘門放焦裝汽車外運。凈化后的焦?fàn)t一部分作為回爐煤氣返回焦?fàn)t，一部分作為脫苯管式爐燃料，制冷機組燃料，剩余焦?fàn)t煤氣外供。 焦油氨水的分離采用常用的機械化氨水澄清槽進(jìn)行分離。多余的 氨水送至脫硫工段進(jìn)行蒸氨。焦油定期外售。 2)脫硫及硫回收 采用以焦?fàn)t煤氣中自身含有的氨為堿源， HPF 為催化劑的濕式氧化法脫硫工藝，該法脫硫效率高，不必外加堿源，循環(huán)液中含鹽量少，不易累積，可不設(shè)提鹽裝置，產(chǎn)生的廢液少且可回兌煉焦煤中，因此不僅具有投資省，操作費用低，運行穩(wěn)定的特點，而且具有良好的環(huán)保效果。 3)硫銨 煤氣的脫氨采 用噴淋式飽和器新工藝，該工藝集酸洗與結(jié)晶為一體，流程簡單，具有煤氣系統(tǒng)阻力小，結(jié)晶顆粒大，硫銨質(zhì)量好等優(yōu)點。 14 除塵采用旋風(fēng)除塵器及霧膜水浴除塵器兩級除塵，環(huán)保效果好。 洗苯采用一塔流程，用焦油洗油洗苯。 脫苯采用管式爐加熱富油、一塔脫苯工藝生產(chǎn)粗苯 (4)輔助工程及公用工程 a 動力耗量 表 28 動力耗量 序號 名 稱 單位 一步 數(shù) 量 二 步數(shù) 量 備注 1 新鮮水 m3/h 152 353 2 煤氣凈化循環(huán) 水 m3/h 9000 9000 3 制冷水循環(huán)水 m3/h 1600 1600 4 蒸汽 t/h （冬季） （夏季） （冬季） （夏季） 5 壓縮空氣 m3/h 4980（生產(chǎn)用） 5230（儀表用） 4980（生產(chǎn)用） 5230（儀表用） 6 電 kwh/a 106 106 b 動力供應(yīng) 新鮮水：本工程的水源采用地下水，打井供給，來 滿足工程生產(chǎn)、生活、消防用水。 制冷水：自建制冷站，滿足本工程低溫水的要求。廠區(qū)內(nèi)自建變、配電所給各裝置供電。 壓縮空氣：工藝及儀表用壓縮空氣由本工程自建的空壓站供給。 生化處理水量及水質(zhì) 進(jìn)水水質(zhì) (混合水 )： COD: 2020~2500mg/l BOD5: 1000mg/l NH3N: 150mg/l 酚 : 500~650mg/l 硫化物 : 30mg/l HCN: 10mg/l 油 : 300mg/l SS: 210mg/l 生化處理流程： 本工程生化處理流程如下 : 污水 — → 斜管隔油池 — → 氣浮池 — → 調(diào)節(jié)池 — → 缺氧池 — → 好氧池— → 中間沉淀池 — → 接觸氧化池 — → 最終沉淀池 — →回用 流程簡述如下 : 生產(chǎn)污水首先進(jìn)入斜管隔油池進(jìn) 行隔油處理，除去重焦油及輕焦油，后進(jìn)入氣浮池進(jìn)行氣浮處理，去除水中的乳化油及膠狀油，然后同生活污水一起進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)并予曝氣后進(jìn)入缺氧池及好氧池進(jìn)行生化處理，去處氨氮及大部分 COD、 BOD 等。剩余污泥經(jīng)壓濾機脫水后摻入煤中煉焦。 16 氣基豎爐直接還原煉鐵工藝主要由以下部件或子系統(tǒng)組成： ⑴ 豎爐、⑵ 工藝氣增濕器、 ⑶爐頂氣換熱器、⑷爐頂氣激冷 /洗滌系統(tǒng)、⑸ H2O 脫除器、⑹ CO2脫除器、⑺工藝氣循環(huán)壓縮機、⑻直接還原鐵冷卻子系統(tǒng)、⑼輔助公用設(shè)施等。 還原氣制備主要由以下部件或子系統(tǒng)組成： ⑴ 煤氣柜、 ⑵ 氧化鐵預(yù)脫硫、 ⑶ 鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化、 ⑷鐵錳精脫硫、⑸加熱爐、⑹轉(zhuǎn)化爐（合成氣中含有甲烷時才需要）等。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。 氣基豎爐直接還原鐵車間，年產(chǎn)直接還原鐵 50 萬噸。 2）還原氣成分 H2+CO＝ 70~87%，（ H2+CO） /（ CO2+ H2O）＞ 10； H2/ CO＞ 。 焦?fàn)t煤氣的主要成分是 H CH4和 CO，其中 CH4通過蒸汽重整或部分氧化可轉(zhuǎn)化為 含 H2 74%、 CO 25%的還原性氣體 。從技術(shù)上講，利用焦?fàn)t煤氣制備氣基豎爐直接還原氣是完全可行的。因此 ，從經(jīng)濟學(xué)角度考慮，作為氣基豎爐直接還原的還原氣氣源，焦?fàn)t煤氣的經(jīng)濟性遠(yuǎn)好于天然氣。天然氣作為稀缺資源主要用作城市供氣。因此，利用焦?fàn)t煤氣做還原氣，社會效益和環(huán)境效益更佳。煤氣壓縮機將自氣柜出來的焦?fàn)t煤氣加壓，送過濾器濾去油霧，進(jìn)氧化鐵低溫干法預(yù)脫硫槽。經(jīng)過精脫硫總硫含量與過熱蒸汽及經(jīng)凈化脫碳處理的爐頂氣混合，進(jìn)加熱爐加熱至 660℃左右，通過轉(zhuǎn)化爐頂部的燒嘴進(jìn)轉(zhuǎn)化爐。氣體進(jìn)入床層后，在催化劑作用下，甲烷及少數(shù)多碳烴轉(zhuǎn)化為 CO 和 H2。 (3)直接還原鐵工藝 目前在所有直接還原鐵產(chǎn)量中，氣基直接還原占到 90％以上。 18 表 29 各工藝直接還原鐵產(chǎn)量比較（％） 工藝 1998 年 1999年 2020 年 2020 年 2020 年 2020 年 2020年 氣基 Midrex HYL 23 FINMET 其它 煤基 在氣基直接還原工藝中，豎爐法的 MIDREX 和 HYL 占有絕對優(yōu)勢，具有工藝技術(shù)成熟、設(shè)備可靠、單位投資少、生產(chǎn)率高（容積利用系數(shù)可達(dá) 8～12t/m3經(jīng)過不斷改進(jìn)，MIDREX 和 HYL 豎爐生產(chǎn)技術(shù)不斷完善，已實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。綜合考慮設(shè)備費、專利費、運行費、工藝成熟性和技術(shù)易得性，本項目采用改進(jìn)的 Midrex 法，并進(jìn)行必要的二次開發(fā)，起點高、技術(shù)可行。整個過程中循環(huán)氣體增壓消耗電能約120kW噸直接還原鐵能耗為 。氣基豎爐建設(shè)兩座， 50萬噸 /年和 100萬噸 /年各一座。直接還原車間的流程見圖。 表 210 直接還原車間 主要設(shè)備表 序號 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 數(shù)量 備注 1 干式焦?fàn)t煤氣柜 1 2 焦?fàn)t煤氣壓縮機 2 3 煤氣過濾器 3 20 序號 設(shè)備名稱 設(shè)備型號 數(shù)量 備注 1 干式焦?fàn)t煤氣柜 1 4 氧化鐵粗脫硫塔 3 5 鐵鉬加氫反 應(yīng)器 3 6 氧化鋅精脫硫槽 5 7 還原氣預(yù)熱爐 2 8 焦?fàn)t煤氣純氧催化轉(zhuǎn)化爐 3 8 氣基還原豎爐及附屬設(shè)備 規(guī)模 50 萬噸 /年 1 規(guī)模