侯希倫
北京希倫非焦冶金工程技術(shù)有限公司
1 歷史背景
1.1 1958年我們的共和國(guó)成立不久百業(yè)待興，鋼鐵工業(yè)也以思潮澎湃、百法爭(zhēng)艷的姿態(tài)躍躍欲試。當(dāng)時(shí)中國(guó)科學(xué)院資深院士李文采博士(時(shí)任北京鋼鐵研究院院長(zhǎng))在首鋼主持了工業(yè)規(guī)模的一步熔融還原法試驗(yàn)。在這場(chǎng)試驗(yàn)中達(dá)到渣鐵可以分離，但是分離效果不佳(爐渣含F(xiàn)eO較高=6-8%)。在一個(gè)還原器中爐料和渣鐵熔池強(qiáng)烈的氣流攪動(dòng)中完成原礦成鐵工藝，其成功的標(biāo)志首先表現(xiàn)在渣鐵分離良好，而且要達(dá)到高爐渣的含鐵水平。熔融還原若能達(dá)到這個(gè)水平，說明其爐子的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和冶煉工藝必須合理才行，否則是做不到的。說一句客觀公道評(píng)語，Romelt熔融還原法做到了(但是它是臥式爐型，是否合理待進(jìn)一步實(shí)踐證實(shí))。這里指的是在一個(gè)還原器中原礦成鐵貨真價(jià)實(shí)的全熔融還原法，至于因種種原因由全熔融還原一步法變種為由兩個(gè)還原器組成的直接還原熔煉法[1]不屬于此例。
上個(gè)世紀(jì)60年代中國(guó)和阿爾巴尼亞共和國(guó)兩黨緣于友好邦交，我國(guó)黨和政府決定對(duì)當(dāng)時(shí)我們稱謂的這盞“歐洲明燈”給予經(jīng)濟(jì)技術(shù)援助并由前冶金部下達(dá)給北京鋼鐵研究總院、北京礦冶研究總院、北京鋼鐵設(shè)計(jì)總院等單位對(duì)阿爾巴尼亞紅土礦進(jìn)行研發(fā)和建設(shè)生產(chǎn)鎳鐵和鋼鐵產(chǎn)品的鋼鐵廠任務(wù)。我們選定在吉林鐵合金廠進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)[2-3]。在吉林鐵合金廠陸續(xù)3年(1962-1965年)成功完成了試生產(chǎn)，用所得各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)群作為依據(jù)，設(shè)計(jì)并建成了年處理10萬噸紅土礦和年產(chǎn)3萬噸鋼的橫山援阿鋼鐵廠樣板廠。這項(xiàng)從吉林到橫山龐大持久的國(guó)家重大援阿任務(wù)從1962年到1970年歷時(shí)8年期間，斷斷續(xù)續(xù)完成了中試線和樣板廠的設(shè)計(jì)、建設(shè)和試生產(chǎn)。筆者作為本單位現(xiàn)廠生產(chǎn)操作負(fù)責(zé)人，參加了吉林和橫山8年試生產(chǎn)的全過程，造就了現(xiàn)廠扎實(shí)的生產(chǎn)實(shí)踐和技術(shù)素質(zhì)。
當(dāng)時(shí)以蘇聯(lián)為首的東歐經(jīng)互會(huì)[4]提出的對(duì)該礦的處理方案是紅土礦回轉(zhuǎn)爐還原---鎳鐵---鎳鐵渣冶煉半鋼---精煉鋼。該流程中的鎳鐵渣是高FeO渣(FeO=60%)，這種原料在冶金爐中的高溫還原冶煉,一直是困擾冶金界的技術(shù)難題。經(jīng)互會(huì)為了避開這個(gè)技術(shù)難題不敢作高FeO渣的熔融還原，而是被迫采取將鎳鐵渣冷裝加入電爐的下策，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)他們無法解決高FeO高溫液態(tài)鎳鐵渣還原發(fā)生泡沫渣噴濺事故和爐襯嚴(yán)重侵蝕的技術(shù)難題，所以才退卻為冷裝,造成能源的極大浪費(fèi)和惡化經(jīng)濟(jì)效益。
當(dāng)時(shí)我們采用的工藝流程是高溫液態(tài)鎳鐵渣不落地不冷卻直接加入礦熱爐的熔融還原法。全工藝流程是：紅土礦粉礦回轉(zhuǎn)爐選擇還原—還原料熱裝加入鎳鐵電爐生產(chǎn)鎳鐵(含鎳15%)—高溫高(FeO)液態(tài)鎳鐵渣直接加入礦熱電爐熔融還原生產(chǎn)半鋼—不銹鋼/合金鋼精煉。
我們?cè)诩骤F合金廠所用設(shè)備：中型回轉(zhuǎn)爐(內(nèi)徑2,0 X 35 m)和2000KVA礦熱電爐。煉鐵工序的產(chǎn)能為年處理1萬噸液態(tài)超高(FeO)鎳鐵渣，該項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)人是蔡博，他是知名煉鐵專家、資深教授、我黨的早期領(lǐng)導(dǎo)人之一、革命先烈蔡和森、項(xiàng)警予之子。在陸續(xù)的3年工業(yè)試生產(chǎn)中,研發(fā)出專用的電爐變壓器[5]和一整套冶煉高(FeO)原料的熔融還原法，特別是創(chuàng)立了泡沫渣冶煉技術(shù)和高FeO原料高溫熔融還原防止?fàn)t襯嚴(yán)重侵蝕技術(shù)。在試生產(chǎn)中建立了泡沫渣的正常冶煉制度之后，遇到的另外一個(gè)技術(shù)難題是高(FeO)液態(tài)渣在高溫還原條件下的惡性爐襯侵蝕。蔡博運(yùn)用了在鞍鋼煉鐵廠多年任廠長(zhǎng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和聘請(qǐng)了煉鐵廠資深水冷技師詹建功，采用一整套技術(shù)訣竅以及采用專門的掛渣皮技術(shù)，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)終于解決了使用上述超高(FeO)液態(tài)原料高溫還原嚴(yán)重浸蝕爐襯的技術(shù)難題，爐襯使用周期12個(gè)月。該項(xiàng)目經(jīng)過上述3年的努力，獲得國(guó)家認(rèn)可和驗(yàn)收，成功完成了試生產(chǎn)為后續(xù)的年處理10萬噸阿爾巴尼亞紅土礦生產(chǎn)鎳鐵和3萬噸鋼鐵產(chǎn)品冶煉廠提供了可靠、科學(xué)的設(shè)計(jì)依據(jù)。本項(xiàng)目的回轉(zhuǎn)爐選擇還原—電爐冶煉鎳鐵工藝是我國(guó)最早原創(chuàng)首創(chuàng)的RKEF法以及我國(guó)首創(chuàng)原創(chuàng)的電爐冶煉高FeO鎳鐵渣熔融還原法是以蔡博為首的發(fā)明者之一[6]。
1.2 1984年7月5-7日前冶金部科技司組織了熔融還原技術(shù)研發(fā)會(huì)議，當(dāng)時(shí)我單位擁有煉鐵和熔融還原雄厚實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和豐富的煉鐵知識(shí)的蔡博專家本應(yīng)作為主力參加(我院煉鐵室主任)，可惜也許是因?yàn)樗麑?duì)熔融還原有自己的看法而拒絕參加，就這樣，我們煉鐵室的其他主力也未能加入研發(fā)團(tuán)隊(duì)，而是由我院從未作過煉鐵生產(chǎn)、搞物理化學(xué)和煉鋼室的人參加研發(fā)(不在行)，應(yīng)當(dāng)說這是決策不力吧。
1.3 1989年侯希倫在北京“蘇聯(lián)科技日在中國(guó)” 博覽會(huì)上看到Romelt熔融還原法資料，這是中國(guó)最早首次開始向全國(guó)介紹該法,后來又將此熔融還原法的原創(chuàng)發(fā)明人---有色冶金領(lǐng)域氧化銅礦的瓦?？品蛉廴谶€原法介紹給北京有色設(shè)計(jì)總院。
1.4 1990年初筆者到Romelt工廠進(jìn)行技術(shù)考察。1991年12月筆者與Romelt熔融還原法發(fā)明人羅明涅茨副校長(zhǎng)及其助手烏沙喬夫博士(我的校友學(xué)弟)到錦州與副市長(zhǎng)等人進(jìn)行技術(shù)交流和商務(wù)洽談關(guān)于在錦州建設(shè)年產(chǎn)40萬噸鐵水的熔融還原廠事宜。(見圖1)
1990年9月由侯希倫發(fā)起通過北京鋼鐵研究總院李世英副院長(zhǎng)邀請(qǐng)羅明涅茨和烏沙喬夫來華在北京、上海召開了Romelt熔融還原法全國(guó)技術(shù)交流會(huì)[7]。在此期間，筆者向羅明涅茨建議：Romelt熔融還原法應(yīng)當(dāng)擁有自己的設(shè)計(jì)權(quán)和設(shè)計(jì)組織，他采納了我的建議，羅回國(guó)后烏沙喬夫被任命為鋼設(shè)計(jì)院(Стальпроект)院長(zhǎng)。
1994年10月筆者發(fā)起邀請(qǐng)客戶和國(guó)家科委代表考察Romelt熔融還原法(見圖2)
筆者先后對(duì)Romelt熔融還原法作了3次深入的技術(shù)考察和多次技術(shù)談判，對(duì)其工藝技術(shù)有了深入的了解。此后，筆者在國(guó)內(nèi)又找到幾家客戶，試圖運(yùn)作建設(shè)熔融還原煉鐵廠。
2 Romelt熔融還原法
Romelt熔融還原法、Hismelt熔融還原法的冶金原理、工藝過程大體雷同，前者是臥式爐型(可以制造單位面積的熔體之間更大的接觸和滲透面積)，后者是立式爐型。
Romelt熔融還原法，通過爐墻兩側(cè)的第1排噴口往熔池渣層中噴吹富氧風(fēng)，形成對(duì)熔池渣層的攪動(dòng)區(qū)，使加入熔池的爐料(礦、煤、熔劑)卷入熔渣層中，將入爐的鐵礦粉迅速還原成鐵。進(jìn)入自由空間的煤氣(CO、H2等)被通過第2排噴口噴入的氧氣燃燒成CO2、H2O 等，產(chǎn)生的燃燒熱輸送給熔池作為熱源。試生產(chǎn)的Romelt熔融還原爐產(chǎn)能為30萬t鐵水/a，按每次不同的試驗(yàn)任務(wù)共作了24次試生產(chǎn)，每次連續(xù)生產(chǎn)14天，總共斷斷續(xù)續(xù)累計(jì)試生產(chǎn)336天，爐襯未損壞、未更換仍能使用。爐襯的耐火材料是普通材料，不必煞費(fèi)苦心專門尋找、琢磨昂貴的特殊耐材照樣可以長(zhǎng)壽。Romelt熔融還原爐如圖3.有Romelt熔融還原法的錄像可參看。
1995年日本公司“日商巖井”購買了Romelt熔融還原法的技術(shù)使用許可權(quán)，美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)運(yùn)送礦樣到Romelt廠作了試驗(yàn)，已經(jīng)商業(yè)化轉(zhuǎn)讓的Romelt熔融還原廠(產(chǎn)能3萬t生鐵/a)，近年印度有意向引進(jìn)。
Romelt熔融還原法比其他熔融還原法的成功點(diǎn)首先是渣鐵分離較徹底(爐渣含F(xiàn)eO=2,47%)，其次是從爐料到生鐵產(chǎn)品的鐵回收率高(97%)，這說明爐子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和冶煉工藝比較合理，在熔池熔體的激烈沸騰攪動(dòng)條件下渣鐵分離良好和鐵回收率高是不容易的。Romelt爐的生產(chǎn)率是高爐的2,8倍!
