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 前     言

　　近年來，非高爐煉鐵枝術(shù)有了很大進(jìn)展，這主要是因?yàn)?

　　(1)資源限制。國際范圍內(nèi)焦煤資源日益匱缺，以非焦煤為主要能源，改善鋼鐵工業(yè)能源結(jié)構(gòu)的呼聲日益高漲;與此同時(shí)，許多含鐵原料難以滿足大型高爐冶煉的要求，如多金屬共生礦(釩欽磁鐵礦、紅土礦、硼鐵礦等)、菱鐵礦、褐鐵礦、特種赤鐵礦，日益惡化的資源條件推動(dòng)非高爐煉鐵技術(shù)向前發(fā)展。

　　(2)環(huán)境要求。非高爐煉鐵流程不用或少用造成大量污染的煉焦和造塊工藝，同時(shí)大幅度減少傳統(tǒng)高爐CO2 ,硫化物、氮氧化物、污水的排放;與此同時(shí)，短流程(一般指廢鋼一電爐流程)是今后清潔化鋼鐵生產(chǎn)的重要方向，大多數(shù)工業(yè)化國家電爐鋼產(chǎn)量已超過50%，但廢鋼質(zhì)量惡化是制約電爐鋼，尤其是純凈鋼、優(yōu)質(zhì)鋼發(fā)展的重要因素，直接還原鐵(DRI/HBI)是其優(yōu)質(zhì)替代品,也是廢鋼殘留有害元素的稀釋劑。因此，非高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展是實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好、提升鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的需要。
 
 

　　目錄

　　1 緒論……………………………………………………………………………………1

　　1.1 非高爐煉鐵方法的意義…………………………………………………………… 1

　　1.1.1 直接還原法………………………………………………………………………2

　　1.1.2 熔融還原法………………………………………………………………………2

　　1.2 非高爐煉鐵方法的發(fā)展及現(xiàn)狀………………………………………………………4

　　1.2.1 直接還原技術(shù)概況………………………………………………………………4

　　1.2.2 熔融還原技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展…………………………………………………… 10

　　1.3 我國非高爐煉鐵技術(shù)概況……………………………………………………………10

　　1.3.1 我國直接還原技術(shù)發(fā)展概況…………………………………………………… 10

　　1.3.2 我國熔融還原技術(shù)發(fā)展概況……………………………………………………12

　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………… 12

　　2 非高爐煉鐵基礎(chǔ)………………………………………………………………………14

　　2.1 非高爐煉鐵方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)……………………………………………………14

　　2.2 非高爐煉鐵方法使用的原燃料………………………………………………………16

　　2.2.1 含鐵原料………………………………………………………………………… 16

　　2.2.2 燃料與還原劑…………………………………………………………………… 18

　　2.3 含碳球團(tuán)及其還原機(jī)理………………………………………………………………20

　　2.3.1 固-固還原機(jī)理……………………………………………………………………20

　　2.3.2 二步還原機(jī)理…………………………………………………………………… 21

　　2.4 產(chǎn)品性質(zhì)及其應(yīng)用……………………………………………………………………25

　　2.4.1 非高爐煉鐵方法產(chǎn)品種類和性質(zhì)……………………………………………… 25

　　2.4.2 直接還原鐵的處理及儲(chǔ)運(yùn)……………………………………………………… 27

　　2.4.3 直接還原鐵的應(yīng)用……………………………………………………………… 29

　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………33

　　3 氣體還原的直接還原方法…………………………………………………………… 35

　　3.1 鐵氧化物氣體還原機(jī)理……………………………………………………………… 35

　　3.1.1 熱力學(xué)分析…………………………………………………………………………35

　　3.1.2 動(dòng)力學(xué)分析…………………………………………………………………………37

　　3.2 冶金還原煤氣……………………………………………………………………………40

　　3.2.1 還原煤氣消耗量……………………………………………………………………40

　　3.2.2 煤氣脫硫及海綿鐵滲碳……………………………………………………………41

　　3.2.3 冶金還原煤氣的制造………………………………………………………………43

　　3.3 豎爐法基本原理…………………………………………………………………………47

　　3.3.1 豎爐法概述………………………………………………………………………… 47

　　3.3.2 豎爐內(nèi)還原基礎(chǔ)……………………………………………………………………48

　　3.4 豎爐法直接還原典型工藝………………………………………………………………54

　　3.4.1 Midrex 工藝…………………………………………………………………………54

　　3.4.2 HYL-Ⅲ工藝………………………………………………………………………… 58

　　3.4.3 Energiron 工藝………………………………………………………………………59

　　3.4.4 其他工藝…………………………………………………………………………… 62

　　3.5 其他氣體直接還原方法…………………………………………………………………70

　　3.5.1 固定床方法………………………………………………………………………70

　　3.5.2 流態(tài)化方法………………………………………………………………………73

　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………… 77

　　4 應(yīng)用固體還原劑的直接還原方法……………………………………………………79

　　4.1 固體碳還原鐵礦的放應(yīng)………………………………………………………………79

　　4.1.1 熱力學(xué)分析……………………………………………………………………… 79

　　4.1.2 動(dòng)力學(xué)分析……………………………………………………………………… 80

　　4.2 回轉(zhuǎn)窯法……………………………………………………………………………… 83

　　4.2.1 回轉(zhuǎn)窯法工藝原理……………………………………………………………… 83

　　4.2.2 回轉(zhuǎn)窯法典型工藝介紹………………………………………………………… 90

　　4.3 轉(zhuǎn)底爐法……………………………………………………………………………… 92

　　4.3.1 概述……………………………………………………………………………… 92

　　4.3.2 轉(zhuǎn)底爐法工藝原理…………………………………………………………………93

　　4.3.3 轉(zhuǎn)底爐法典型工藝介紹……………………………………………………………96

　　4.4 ITmk3與CHARP 法………………………………………………………………………102

　　4.4.1 ITmk3與工藝……………………………………………………………………102

　　4.4.2 煤基熱風(fēng)轉(zhuǎn)底爐熔融煉鐵法……………………………………………………104

　　4.5 其他應(yīng)用固體還原劑的直接還原方法……………………………………………… 104

　　4.5.1 Kinglor-Metor法…………………………………………………………………… 104

　　4.5.2 EDR法……………………………………………………………………………… 106

　　4.5.3 固定反應(yīng)罐法…………………………………………………………………………107

　　4.5.4 川崎KIP法……………………………………………………………………………107

　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………108

　　5 熔融還原基礎(chǔ)………………………………………………………………………………110

　　5.1 預(yù)還原基礎(chǔ)研究……………………………………………………………………………110

　　5.1.1 預(yù)還原反應(yīng)熱力學(xué)………………………………………………………………… 110

　　5.1.2 預(yù)還原過程能耗分析………………………………………………………………… 111

　　5.1.3 預(yù)還原過程能耗圖解………………………………………………………………… 113

　　5.1.4 預(yù)還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)…………………………………………………………………… 117

　　5.2 終還原基礎(chǔ)研究……………………………………………………………………… 121

　　5.2.1 終還原反應(yīng)熱力學(xué)……………………………………………………………… 121

　　5.2.2 終還原過程能耗分析……………………………………………………………… 122

　　5.2.3 終還原過程能耗圖解……………………………………………………………… 125

　　5.2.4 終還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)……………………………………………………………………132

　　5.3 煤氣改質(zhì)技術(shù)研究…………………………………………………………………………139

　　5.3.1 煤氣改質(zhì)技術(shù)的物料平衡及熱平衡………………………………………………… 139

　　5.3.2 煤氣改質(zhì)的作用……………………………………………………………………… 140

　　5.4 熔融還原全過程操作線圖分析… ………………………………………………… 142

　　5.4.1 預(yù)還原度平衡點(diǎn)…………………………………………………………………… 142

　　5.4.2 煤氣改質(zhì)對(duì)熔融還原過程的影響………………………………………………… 143

　　5.5 泡沫渣的形成與抑制…………………………………………………………………… 144

　　5.5.1 泡沫渣的形成機(jī)理及影響因素…………………………………………………… 144

　　5.5.2 泡沫渣指數(shù)…………………………………………………………………………145

　　參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………146

　　6 含碳球團(tuán)研究…………………………………………………………………………… 148

　　6.1 含碳球團(tuán)還原的特點(diǎn)…………………………………………………………………… 149

　　6.1.1 含碳球團(tuán)的還原過程……………………………………………………………… 149

　　6.1.2 含碳球團(tuán)還原過程特點(diǎn)及其在熔融還原中的應(yīng)用……………………………… 155

　　6.1.3 含碳球團(tuán)的直接還原度(Rd)………………………………………………………156

　　6.1.4 含碳球團(tuán)直接還原度的變化…………………………………………………………157

　　6.2 含碳球團(tuán)還原過程數(shù)值模擬………………………………………………………………159

　　6.2.1 界面反應(yīng)模型………………………………………………………………………… 160

　　6.2.2 綜合模型……………………………………………………………………………… 162

　　6.3 含碳球團(tuán)冷固結(jié)技術(shù)………………………………………………………………………166

　　6.3.1 波蘭特水固結(jié)法……………………………………………………………………… 167

　　6.3.2 高壓蒸養(yǎng)法………………………………………………………………………… 168

　　6.3.3 水玻璃固結(jié)法…………………………………………………………………………169

　　6.3.4 其他冷固結(jié)法…………………………………………………………………………170

　　6.4 含碳球團(tuán)預(yù)還原過程物料平衡計(jì)算和熱平衡計(jì)算………………………………………170

　　6.4.1 含碳球團(tuán)中碳的直接還原度與煤氣條件的關(guān)系…………………………………… 170

　　6.4.2 含碳球團(tuán)豎爐還原過程分析………………………………………………………… 171

　　參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………………179

　　7 典型熔融還原流程…………………………………………………………………………182

　　7.1 Corex工藝…………………………………………………………………………………182

　　7.1.1 概述……………………………………………………………………………………182

　　7.1.2 工藝流程………………………………………………………………………………183

　　7.1.3 原燃料要求……………………………………………………………………………185

　　7.1.4 Corex流程的工藝特點(diǎn)……………………………………………………………… 186

　　7.1.5 寶鋼羅涇Corex C-3000裝置…………………………………………………………186

　　7.1.6 寶鋼羅涇Corex C-3000裝置的技術(shù)進(jìn)步……………………………………………194

　　7.1.7 Corex流程的展望…………………………………………………………………… 195

　　7.2 Finex 工藝…………………………………………………………………………………196

　　7.2.1 工藝流程………………………………………………………………………………197

　　7.2.2 Finex工藝流程的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)……………………………………………………199

　　7.2.3 Finex工藝應(yīng)用前景……………………………………………………………………203

　　7.3 HIsmelt 工藝……………………………………………………………………………… 204

　　7.3.1 工藝流程……………………………………………………………………………… 205

　　7.3.2 SSPP及HRDF 試驗(yàn)結(jié)果……………………………………………………………… 208

　　7.3.3 HIsmelt流程的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)………………………………………………………213

　　7.3.4 HIsmelt流程應(yīng)用前景…………………………………………………………………215

　　7.4 CCF 工藝……………………………………………………………………………………216

　　7.4.1 工藝流程……………………………………………………………………………… 216

　　7.4.2 旋風(fēng)熔融預(yù)還原爐(旋風(fēng)爐)………………………………………………………217

　　7.4.3 旋風(fēng)熔融爐的試驗(yàn)結(jié)果…………………………………………………………… 218

　　7.4.4 CCF過程的物料平衡和熱平衡…………………………………………………… 218

　　7.4.5 CCF工程技術(shù)及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)………………………………………………………… 229

　　7.5 HIsarna工藝………………………………………………………………………………220

　　5.5.1工藝流程……………………………………………………………………………220

　　7.5.2 HIsarna流程的技術(shù)特點(diǎn)………………………………………………………… 222

　　7.5.3 HIsarna流程半工業(yè)試驗(yàn)…………………………………………………………224

　　7.5.4 HIsarna流程的主要特點(diǎn)……………………………………………………………224

　　7.6 DIOS工藝………………………………………………………………………………… 225

　　7.6.1 DIOS主要研究結(jié)果…………………………………………………………………… 226

　　7.6.2 DIOS半工業(yè)試驗(yàn)………………………………………………………………………231

　　7.6.3 DIOS流程的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)特征…………………………………………………………235

　　7.7 AISI工藝………………………………………………………………………………… 236

　　7.7.1 工藝流程……………………………………………………………………………… 237

　　7.7.2 AISI流程的主要影響因素…………………………………………………………… 238

　　7.7.3 AISI流程技術(shù)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)………………………………………………………………238

　　7.8 Romelt(PJV)工藝…………………………………………………………………………240

　　7.8.1 工藝流程…………………………………………………………………………………240

　　7.8.2 Romelt流程的技術(shù)特點(diǎn)………………………………………………………………241

　　7.8.3 Romelt流程半工業(yè)試驗(yàn)………………………………………………………………243

　　7.8.4 Romelt流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)…………………………………………………………243

　　7.8.5 Romelt流程的主要特點(diǎn)………………………………………………………………246

　　7.9 Oxycup工藝………………………………………………………………………………247

　　7.9.1 工藝流程…………………………………………………………………………………247

　　7.9.2 德國蒂森-克虜伯鋼鐵公司Oxycup工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)……………………………249

　　7.9.3 Oxycup工藝特點(diǎn)…………………………………………………………………… 251

　　7.10 Tecnored工藝…………………………………………………………………………252

　　7.10.1 Tecnored工藝流程……………………………………………………………………252

　　7.10.2 Tecnored工藝特點(diǎn)……………………………………………………………………252

　　7.10.3 Tecnored工業(yè)試驗(yàn)……………………………………………………………………253

　　7.11 其他熔融還原工藝………………………………………………………………………253

　　7.11.1 Redsmelt法……………………………………………………………………………253

　　7.11.2 川崎法……………………………………………………………………………… 255

　　7.11.3 XR法……………………………………………………………………………………258

　　7.11.4 Combismelt 法…………………………………………………………………………259

　　7.11.5 CIG法…………………………………………………………………………………260

　　7.11.6 CGS法…………………………………………………………………………………269

　　7.11.7 COIN 法……………………………………………………………………………… 277

　　7.11.8 Elred法…………………………………………………………………………………283

　　7.11.9 SC法……………………………………………………………………………………288

　　7.11.10 COSRI法………………………………………………………………………………295

　　7.11.11 Plasmasmelt 法………………………………………………………………………296

　　7.11.12 LB法…………………………………………………………………………………296

　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 297

　　8 利用生物質(zhì)的煉鐵方法……………………………………………………………………301

　　8.1 關(guān)于生物質(zhì)的基礎(chǔ)理論……………………………………………………………………301

　　8.1.1 生物質(zhì)的極念及資源狀況…………………………………………………………… 301

　　8.1.2 生物質(zhì)的基礎(chǔ)特性及利用…………………………………………………………… 301

　　8.1.3 生物質(zhì)能的碳中性…………………………………………………………………… 303

　　8.2 生物質(zhì)應(yīng)用于煉鐵工藝概況………… ………………………………………………… 304

　　8.2.1 生物質(zhì)應(yīng)用于高爐噴吹……………………………………………………………… 304

　　8.2.2 高爐使用含生物質(zhì)焦的鐵礦壓塊…………………………………………………… 308

　　8.2.3 生物質(zhì)作為輔助原料在煉鐵及相關(guān)工藝中的應(yīng)用………………………………… 310

　　8.2.4 生物質(zhì)能輔助煉鐵系統(tǒng)……………………………………………………………… 311

　　8.2.5 生物質(zhì)能輔助煉鐵及CO2減排潛力………………………………………………… 313

　　8.3 生物質(zhì)焦的基礎(chǔ)研究…………………………………………………………………… 317

　　8.3.1 生物質(zhì)焦………………………………………………………………………………317

　　8.3.2 生物質(zhì)焦的氣化反應(yīng)性及其影響因素………………………………………………317

　　8.4 生物質(zhì)焦和鐵礦粉復(fù)合壓塊的基礎(chǔ)研究…………………………………………………322

　　8.4.1 配加生物質(zhì)焦粉的鐵礦粉混合物的還原規(guī)律………………………………………322

　　8.4.2 生物質(zhì)焦粉的鐵礦壓塊的自還原規(guī)律………………………………………………322

　　8.4.3 含生物質(zhì)焦粉的鐵礦粉壓塊的自還原動(dòng)力學(xué)………………………………………328

　　8.5 應(yīng)用生物質(zhì)能的非高爐煉鐵流程…………………………………………………………339

　　8.5.1 生物質(zhì)焦應(yīng)用于直接還原…………………………………………………………… 349

　　8.5.2 生物質(zhì)制氫—直接還原鐵技術(shù)……………………………………………………… 349

　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 351

　　9 煉鐵工業(yè)相關(guān)的單元技術(shù)…………………………………………………………… 351

　　9.1 變壓吸附制氧技術(shù)(PSA技術(shù))…………………………………………………………354

　　9.1.1 歷史沿革………………………………………………………………………………354

　　9.1.2 工藝流程………………………………………………………………………………354

　　9.1.3 技術(shù)特點(diǎn)………………………………………………………………………………355

　　9.1.4 半工業(yè)或工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果………………………………………………………………355

　　9.1.5 小型醫(yī)用變壓吸附制氧技術(shù)…………………………………………………………356

　　9.1.6 評(píng)價(jià)及展望……………………………………………………………………………356

　　9.2 CO2分離捕集與封存技術(shù)(CCS技術(shù))………………………………………………… 357

　　9.2.1 CO2分離捕集和封存技術(shù)發(fā)展……………………………………………………… 357

　　9.2.2 CO2分離捕集和封存技術(shù)工藝流程……………………………………………… 358

　　9.2.3 CO2分離捕集技術(shù)特點(diǎn)………………………………………………………………358

　　9.2.4 CO2的運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)………………………………………………………… 358

　　9.2.5 CO2地質(zhì)封存的技術(shù)特點(diǎn)…………………………………………………………… 361

　　9.2.6 評(píng)價(jià)與展望……………………………………………………………………………361

　　9.3 流態(tài)化技術(shù)…………………………………………………………………………………361

　　9.4 焦?fàn)t煤氣(COG)利用技術(shù)…………………………………………………………… 362

　　9.4.1 焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)甲醇工藝……………………………………………………………… 362

　　9.4.2 焦?fàn)t煤氣低溫分離生產(chǎn)液化天然氣(LNG)聯(lián)產(chǎn)氫氣技術(shù)…………………………364

　　9.4.3 焦?fàn)t煤氣用于直接還原煉鐵工藝………………………………………………… 364

　　9.4.4 甲烷爐內(nèi)改質(zhì)直接還原工藝…………………………………………………………365

　　9.5 粉體造粒技術(shù)………………………………………………………………………………366

　　9.5.1 粉體造粒技術(shù)簡(jiǎn)介……………………………………………………………………366

　　9.5.2 基本造粒方法…………………………………………………………………………368

　　9.5.3 粉體粒子間的結(jié)合力………………………………………………………………… 368

　　9.6 環(huán)境保護(hù)及煙氣脫硫脫硝技術(shù)……………………………………………………………369

　　9.6.1 環(huán)境保護(hù)技術(shù)………………………………………………………………………… 370

　　9.6.2 煙氣脫硫技術(shù)………………………………………………………………………… 371

　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 375

　　10 我國發(fā)展非高爐煉鐵的展望…………………………………………………………… 376

　　索引………………………………………………………………………………………………378