達涅利新開發(fā)的Danarex直接還原工藝能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)還原鐵——SuperMetallic。該工藝在產(chǎn)能設(shè)計方面具有很高的靈活性，而且產(chǎn)品可以實現(xiàn)熱裝或冷裝。即使在球團狀態(tài)，產(chǎn)品也可被鈍化，碳元素可得到自由控制和完全回收。達涅利已與印度Jindal鋼鐵和動力有限公司簽訂合同，為該公司在印度奧利薩邦(Orissa)興建世界第一座Danarex直接還原鐵廠。該工程已于今年初動工，設(shè)計生產(chǎn)能力為200萬噸／年。

    前言

       Danarex工藝采用了所有的最新還原技術(shù)，再加上眾所周知的Arex專利技術(shù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出一套優(yōu)化的直接還原裝備，能夠生產(chǎn)出質(zhì)量最優(yōu)的直接還原鐵，在金屬化和碳含量方面完全符合電弧爐對鐵水原料的要求。Danarex是基于氣體的還原工藝，可采用各種不同的燃料(如天然氣、煤炭等)，具有高度的靈活性和適應(yīng)性。同時，生產(chǎn)能力的設(shè)計空間達50萬～100萬噸／年，可滿足各種市場需求。

     碳擴散反應(yīng)發(fā)生在專用滲碳料鐘內(nèi)，合理的擴散時間獲得了以Fe3C形式存在的較高的碳含量(可在1．0％～3．5％之間調(diào)整)。生產(chǎn)過程中的超高溫和高含碳量使產(chǎn)品具有高度的穩(wěn)定性和安全性。

    Danarex工藝的主要特點

    該工藝的核心是一座將氧從原料(一般為赤鐵礦Fe203)中除去的還原爐。逆流還原性混合氣體中含有一氧化碳(CO)、氫氣(H2)和甲烷(CH4)等，通過與這些氣體反應(yīng)產(chǎn)生高溫并在高溫下發(fā)生還原反應(yīng),從而生產(chǎn)出金屬鐵。金屬鐵本身又作為催化劑生產(chǎn)出更多的還原劑，這些還原劑是通過甲烷直接在還原爐內(nèi)的“自動重整”獲得的。

    自動重整原理——自動重整原理是Danarex工藝的顯著特點之一。一定量的CO和H2直接在反應(yīng)器中產(chǎn)生，FeO在其中起到催化作用，盡管FeO的反應(yīng)速度較慢，但它在雙重反應(yīng)器氣體注入?yún)^(qū)的大量存在彌補了反應(yīng)速度慢的不足。自動重整的主要方程式為：

    CH4+FeO=Fe+2H2+CO

    這是一個強吸熱反應(yīng)，溫度達到750℃時開始反應(yīng)，并在這一溫度之上時繼續(xù)進行，直至達到完全反應(yīng)的90％，生成一種高度金屬化的產(chǎn)品。過程中產(chǎn)生的還原性氣體將用于后面的預(yù)還原和還原反應(yīng)。

      “自動重整"概念使還原氣體消耗量減少，并且大大提高了還原氣的質(zhì)量。還原反應(yīng)所需的能源直接從還原氣體本身的顯熱中吸收，因此，吹人的氧氣在通過內(nèi)燃增加還原氣體溫度的過程中基本上沒有發(fā)生熱損失。 
 
       吹入反應(yīng)器的高溫氣體增強了反應(yīng)動力學(xué)，從而提高了工廠的產(chǎn)量。還原氣的使用也得到優(yōu)化，使金屬化程度達到92％~95％的水平，改善了工廠的經(jīng)濟效益。   

    鈍化——還原階段之后，高度金屬化的產(chǎn)品通過豎爐料鐘流下，這時發(fā)生滲碳作用。富含CH4的氣體可添加到豎爐的下部。

    滲碳料鐘與DRI(直接還原鐵)冷卻區(qū)是分開的，因為滲碳體的形成絕對依賴于溫度、氣體成分以及碳在鐵基體中的擴散時間。但這種設(shè)計的好處還不限于此，將滲碳區(qū)與冷卻和還原區(qū)分開意味著大部分碳在700℃以上析出，使碳在r一鐵組織中得到擴散，從而產(chǎn)生一個Fe3C層，這個Fe3C層對金屬性表面的活躍點起到減活作用，結(jié)果形成了一個防止再氧化的保護層。

    即使在較低的溫度下，滲碳?xì)怏w中的高CH4含量也將裂化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為生成Fe3C的過程。原料在料鐘中的停留時間(2小時以上)足夠保證碳的擴散和Fe3C(即碳化鐵或滲碳體)的形成。生成滲碳體(Fe3C)的CH4與金屬鐵之間的反應(yīng)式為：

    3Fe+CH4=Fe3C+2H2   

這是一個吸熱性反應(yīng)，在高溫和較低的總壓力下易于進行。

    減少污染——Danarex工藝的二氧化碳排放量遠低于高爐，前者的二氧化碳排放水平在250立方米／噸DRI左右，而后者卻高達700立方米／噸鐵水。 

Jindal的直接還原項目  

    在標(biāo)準(zhǔn)的Danarex設(shè)計中，工藝所需還原氣體中的一部分通過自動重整反應(yīng)產(chǎn)生，其余的氣體由一座外部重整爐提供。也可以采用煤炭氣化裝置生產(chǎn)富含CH4的高熱值合成氣，為還原爐提供充足的優(yōu)質(zhì)還原劑。氣化器對煤料具有很強的適應(yīng)性，能利用各種煤炭而并不對鐵還原工藝構(gòu)成影響。這也是該技術(shù)的主要優(yōu)勢之一，因為其他基于煤炭的煉鐵工藝要么對煤料的品質(zhì)要求很高，甚至必須使用焦炭(如Corex、高爐等)，要么產(chǎn)量非常有限(如轉(zhuǎn)底爐)。  

    還原氣外部供應(yīng)方式的選擇取決于市場和原料供應(yīng)情況。在天然氣豐富的地區(qū)，建一座天然氣重整裝置當(dāng)然是非常合適的。但對于印度、中國和歐洲的市場來說，天然氣供應(yīng)較為緊張，價格昂貴，而煤炭的供應(yīng)卻非常充足，那里采用煤炭氣化裝置就成為合理的選擇。

       這種可選擇性的配置已在Jindal項目中得到成功的應(yīng)用。Jindal是印度的一家鋼鐵和電力公司，計劃在奧利薩邦興建一座綜合性鋼鐵廠，其中包括一個Danarex廠，另外還有球團廠、煉鋼廠、軋鋼廠和動力廠等。該Danarex廠每年將生產(chǎn)200萬噸冷熱DRI，作為原料供應(yīng)給一座新建電弧爐(EAF)。所需的氧化鐵球團礦將由自備的球團廠生產(chǎn)。

       Jindal為發(fā)電系統(tǒng)配套了一臺燃?xì)廨啓C，以利用由高壓合成氣(2×106帕斯卡)膨脹產(chǎn)生的能量，這可以節(jié)省大約相當(dāng)于1 0×106瓦電力的能源。

下表給出了該廠的一些主要數(shù)據(jù)。 

         該廠將成為迄今為止最大的DRI煉鐵廠，核心部分是直徑7米的還原爐，年生產(chǎn)能力達200萬噸，工程已于2006年初破土動工，計劃2008年上半年建成投產(chǎn)，預(yù)計從合同簽訂到設(shè)備調(diào)試只需26個月。

        整個鋼鐵廠建成后將利用當(dāng)?shù)刎S富的煤炭和鐵礦資源，使其經(jīng)濟效益有了保障。煤炭氣化與直接還原工藝的成功結(jié)合為煉鐵概念提供了新的思路。

冷／熱裝料選擇——按照計劃，投產(chǎn)后的第一階段Danarex廠將生產(chǎn)冷態(tài)DRI。二期工程將增加一套直接熱裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由一套機械傳送裝置構(gòu)成，用于將高溫還原和滲碳DRI鐵水裝入外部冷卻系統(tǒng)，或通過一條熱送帶直接裝人電弧爐的頂部。

DRI鐵水通過一個傾斜的出鐵管從雙重反應(yīng)器排至冷卻罐或熱裝管，鐵流控制裝置確保鐵水流向冷卻罐或者熱裝管。通過注人熱氮的方法為出鐵管實行了標(biāo)準(zhǔn)的氣體密封。

 一個獨特的水平式鐵水傳送裝置(專利)與出鐵管連接，它承擔(dān)著雙重功能：不僅充當(dāng)鐵水傳送帶，還在連續(xù)生產(chǎn)的DRI爐與間歇式操作的電爐之間充當(dāng)一個緩沖系統(tǒng)。