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熔融還原及其耐火材料概述

作者:1發(fā)布時(shí)間:2010-02-07

    第二次世界大戰(zhàn)后的40 多年中,鋼鐵工業(yè)有了重大發(fā)展。鋼從1.9 億t 提高到8 億t 。在鋼的品種質(zhì)量方面,向潔凈鋼、增加合金鋼的方向發(fā)展。不斷滿足現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)各部門和軍工、尖端技術(shù)提出的高質(zhì)量、多用途的需要。在鋼鐵工藝技術(shù)與裝備方面也向大型化、高生產(chǎn)率、連續(xù)化、自動(dòng)化方向發(fā)展。但是也存在著工藝流程長(zhǎng)、建設(shè)資金巨大、生產(chǎn)靈活性差、環(huán)境保護(hù)等問題。而且,能源危機(jī),煉焦煤資源大量減少。為了解決這一系列問題,多年來正掀起一場(chǎng)縮短流程、節(jié)約能源、提高效率、改善環(huán)境為特征的技術(shù)革命。而熔融還原煉鐵新工藝和接近最終產(chǎn)品形狀的連鑄技術(shù)正是這一革命的重要內(nèi)容。   

    熔融還原是指在熔態(tài)下的某種礦物、精礦粉被還原劑還原成某種純金屬、合金或金屬化合物的冶金過程。它包括一步法液態(tài)還原工藝和二步法(固態(tài)預(yù)還原十液態(tài)終還原)還原工藝。本文中涉及的是二步法還原工藝,以下簡(jiǎn)稱SR(Smelting Reduc-tion )。熔融還原煉鐵的主要特點(diǎn)是以煤代焦煉鐵,其意義是:(1)以煤代焦:用非焦煤代替焦炭,可以采用在我國廣為分布的非焦煤;(2 )縮短流程:可以取消煉焦廠及燒結(jié)廠;(3)靈活性大:采用新工藝對(duì)年產(chǎn)20 一30 萬t 的鋼鐵廠也能達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模;(4 )有利于保護(hù)環(huán)境;(5)生產(chǎn)效率高:高爐內(nèi)是氣固反應(yīng)為主,速度為幾小時(shí)級(jí),而熔態(tài)還原反應(yīng)為幾十分鐘級(jí),效率高。    熔融還原煉鐵新工藝最早是在上世紀(jì)20 年代提出的,前后經(jīng)歷了4 個(gè)階段。30 年代后期丹麥開發(fā)了Basset 法,德國開發(fā)了Sturelberg 法。早期的熔融還原用回轉(zhuǎn)窯,采用低速旋轉(zhuǎn)法生產(chǎn),是想把爐內(nèi)發(fā)生的煤氣燃燒熱高效傳給熔池。但旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使?fàn)t壁受到激烈的熱循環(huán)作用和高FeO渣的侵蝕。70 年代英國、意大利改用高速旋轉(zhuǎn)法,耐材侵蝕雖有減輕,但高速旋轉(zhuǎn)會(huì)給設(shè)備帶來很多問題。50 年代開始英國等開發(fā)了一種同時(shí)噴入煤粉、礦粉氧的工藝,在燃燒火焰中進(jìn)行熔融還原。后來開發(fā)了Flame-Smelting 法,加拿大的Jet-Smelting 法,瑞典的Doted 法,這類工藝反應(yīng)速度加快,生產(chǎn)效率提高,但火焰中熔融還原不充分,還必須配備終還原設(shè)備。60 年代還開發(fā)了一種向熔池中噴吹粉狀物料的方法,如美國的U.S.Steel 和瑞典的Eke-torp-Valak 鐵水熔池法,其中氧化鐵熔池?zé)嵝矢?,但耐材侵蝕嚴(yán)重。以上是熔融還原技術(shù)發(fā)展的第一階段,屬一步法,即在一個(gè)反應(yīng)器(轉(zhuǎn)爐、回轉(zhuǎn)窯)中使用精礦和煤進(jìn)行熔融還原。   

    融熔還原技術(shù)發(fā)展的第二階段有兩個(gè)特點(diǎn),一是用電作能源,二是從一步法轉(zhuǎn)向由預(yù)還原和終還原組成的二步法工藝。具代表性的是瑞典開發(fā)的幾項(xiàng)方法,如:由流化床預(yù)還原和直流電爐終還原Eked 法,由吹入煤粉和氧氣對(duì)礦粉進(jìn)行閃速預(yù)還原和電弧爐終還原的Inred 法,以及由流化床預(yù)還原和風(fēng)口等離子槍,噴粉狀物料、還原的高爐型終還原爐的Plasmasmelt  法。這類工藝由于用了預(yù)還原爐,使單位原料消耗減少。但用電能還原鐵礦石在多數(shù)情況下是不經(jīng)濟(jì)的。    70 年代末,特別是80 年代以來,由于焦煤資源、能源的緊張和降低成本的迫切要求,使融熔還原技術(shù)的研究與發(fā)展更加活躍起來,因而進(jìn)入了第三階段。其特點(diǎn)是發(fā)展規(guī)模大,許多國家都有政府資助,技術(shù)上大多采用二步法,而且把高爐和轉(zhuǎn)爐技術(shù)應(yīng)用到融熔還原中。據(jù)統(tǒng)計(jì),迄今,融熔還原的方法有35  種之多,但是從設(shè)計(jì)方案看,不外乎兩種。第一種類似高爐下部采用豎爐,如COREX 法(KR )、住友法、川崎法。第二種是采用一個(gè)鐵液熔池反應(yīng)器,如RIT-infection法,COIN 法,KS 法,CIG 法等等。其中KR 法已工業(yè)化。 
 

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