FINEX熔融還原煉鐵工藝

2021-10-19 作者：佚名網(wǎng)友評論 0 條

FINEX熔融還原煉鐵工藝發(fā)展概況

周渝生，儲滿生

東北大學

1 FINEX熔融還原煉鐵工藝發(fā)展概況

1992年12月，韓國浦項鋼鐵公司(POSCO浦項制鐵)與西門子奧鋼聯(lián)公司(Siemens AVI)簽訂了工程化和建立COREX C-2000工廠合同，隨后兩家公司還簽訂了在COREX 2000建成投產(chǎn)的基礎(chǔ)上，共同開發(fā)FINEX工藝、然后共同推廣的協(xié)議，項目開發(fā)的主要目標是發(fā)展流化床還原鐵粉礦原料反應(yīng)系統(tǒng)。

1993年到1996年期間，進行了實驗室規(guī)模的鐵粉礦還原實驗和冷態(tài)流化床動力學研究。緊接著，浦項鋼鐵公司建立了產(chǎn)能為15t/d規(guī)模的熱模擬實驗設(shè)備，在一級流化床反應(yīng)器內(nèi)研究了高溫高壓的還原氣氛條件下粉礦的還原和流化床反應(yīng)的動力學條件。

1998年，項目組在現(xiàn)有的COREX工廠附近建立一套150t/d規(guī)模的流化床還原粉礦的半工業(yè)實驗裝置；1999年到2002年期間，多次實驗結(jié)果證明了流化床還原鐵粉礦系統(tǒng)可以滿足商業(yè)化要求和工藝技術(shù)可行性；此外，成功進行了將流化床還原得到的粉狀DRI熱壓塊制成熱壓塊鐵（HCI）的工藝實驗。

項目組決定建立產(chǎn)能為60萬噸的FINEX F-2000的示范工廠，進一步驗證FINEX全工藝流程的可行性。該工程于2001年1月開工建設(shè)，2003年5月，第一套 FINEX示范工廠建成開始投產(chǎn)運行，F(xiàn)INEX F-2000示范工廠工藝系統(tǒng)中第一次被安置了流化床反應(yīng)器系統(tǒng)和粉狀DRI熱壓塊設(shè)備。原來的COREX -2000工廠也作了相應(yīng)的改造，熔融氣化爐用作F-2000示范工廠的熔融預(yù)還原壓塊鐵團塊和煤氣發(fā)生裝置，COREX的預(yù)還原豎爐用作儲料和預(yù)熱加料倉。FINEX 2000設(shè)計產(chǎn)能60萬t／a，生產(chǎn)4年后實現(xiàn)最大產(chǎn)能達到了70萬t／a。

2004年8月17日浦項第一套年生產(chǎn)能力為150萬 t／a的 FINEX 1.5工業(yè)化工廠開工建設(shè)，并于2007年4月10日投產(chǎn)。通過50天的試生產(chǎn)驗證，裝置運行一切正常，生產(chǎn)能力達到設(shè)計水平的88％，產(chǎn)能達到2300t／d，噸鐵耗燃料750kg／t，最大噴煤量達250～280kg／t。圖3是年產(chǎn)150萬噸FINEX裝置現(xiàn)場圖片。

2012年，設(shè)計能力為年產(chǎn)鐵水200萬噸的FINEX 2.0開工建設(shè)，2013年2季度FINEX 2.0MTPA建成投產(chǎn)，其爐缸直徑達到了11.5m，2014年投入試生產(chǎn)，經(jīng)過1年的試生產(chǎn)，浦項制鐵已經(jīng)確定FINEX 2.0的最大生產(chǎn)能力僅能達到年產(chǎn)170萬噸鐵水。FINEX 2.0Mtya與FINEX 1.5Mtya的區(qū)別參見圖7。

FINEX 第1、2期裝置與第3期裝置的一個重要區(qū)別是由4級流化床改成了3級流化床。浦項為重鋼設(shè)計的FINEX 也是3級流化床。優(yōu)化改造后的3級流化床的容積比4級增大了，產(chǎn)能相應(yīng)提高了，原料采用氣力輸送使設(shè)備總高降低了。

FINEX工藝顯著優(yōu)點如下：

1)直接使用粒度<8mm的燒結(jié)用鐵粉礦，使用的澳大利亞哈默斯利粉礦和馬拉曼巴粉礦成分：TFe56.7％～67.7％，脈石2.93％～10.7％，Al2O3 0.71％～2.7％，F(xiàn)INEX工藝對鐵礦石的成分及品種無嚴格的限制,但是不能使用粒度＜115目的粉礦，因此，不能使用-200目占80%的鐵精礦粉。見表1

2)直接使用煤，焦比低于200kg/t鐵；

3)節(jié)省資源、降低能耗和減少污染排放的環(huán)保效益；

4)產(chǎn)出有價值的煤氣，可以用于多種冶金工藝過程或發(fā)電;

5)產(chǎn)出的鐵水質(zhì)量可以與高爐及COREX產(chǎn)出的鐵水質(zhì)量媲美。

FIENEX可以直接使用0-8mm的燒結(jié)用粉礦，其中1-8mm的粒度應(yīng)占60%。FIENEX用礦的典型粒度見下表：

表1 FINEX熔融還原煉鐵爐的含鐵原料粒度范圍

粒度mm	+8	8-5	5-3	3-1	1-0.5	0.05-0.25	0.25-0.125 60-115目	0.125 115目
%mass	3	15.5	16.6	24.6	11.4	10.2	4.9	17.6

FIENEX生產(chǎn)工藝不能使用-0.125mm(-115目)的鐵精礦粉；鐵精礦粉種-0.074mm占80%，智能制成氧化球團使用。

FINEX 1.5Mtya 裝置于200年建成投產(chǎn)，2008年5月達到了日產(chǎn)4300t鐵水的目標，同時實現(xiàn)了噸鐵720kg煤耗和高設(shè)備利用率。

2 FINEX工藝流程描述

COREX的技術(shù)方式是由豎爐預(yù)還原生產(chǎn)直接還原鐵 (DRI)，所以必須使用一定粒度和達到冶金性能的球團礦或塊礦作原料，以獲得必要的透氣性。而且豎爐的爐料中還需要加入一定量的小塊焦和熔劑，以防止爐料互相黏結(jié)成塊，同時強化爐料的透氣性。圖8是為重鋼、河鋼設(shè)計的FINEX優(yōu)化整合工藝流程圖，與目前在浦項運行的FINEX 1.5Mtya（圖3）的區(qū)別見圖7和圖9。

FINEX則是采用多級流化床反應(yīng)器代替COREX的預(yù)還原豎爐，在鼓泡流化床中反應(yīng)器中利用COREX熔融氣化爐發(fā)生的熱還原氣體，對配合了粒度8mm以下的小粒粉焦和熔劑等添加劑的鐵粉礦進行預(yù)還原。由于采用適當?shù)臍饬魉俣龋铱刂七m宜的煤氣溫度，希望使鐵礦粉在流態(tài)化的狀態(tài)下能夠還原到約50%金屬化率。因此不存在爐料的透氣性問題，故可全部使用鐵粉礦為原料。FINEX的工藝流程如圖1所示。該裝置利用了原有COREX 2000的熔融氣化爐，在一個重新設(shè)計的比較小的豎爐中對流化床還原獲得的熱壓鐵(HCI)預(yù)熱，然后排入熔化氣化爐中進行進一步還原及渣鐵熔化分離，COREX熔融氣化爐同時也作為FINEX 2000設(shè)備的煤氣發(fā)生器。4級流態(tài)化還原反應(yīng)器是由浦項制鐵與奧鋼聯(lián)聯(lián)合設(shè)計的，也是FINEX與COREX工藝裝置的最主要區(qū)別，比原來縮小的還原豎爐用作為FINEX 2000壓塊鐵(HCI)的貯料倉和預(yù)熱爐。

粉礦流態(tài)化床由4級反應(yīng)器組成，粉礦和的添加劑經(jīng)由礦槽提升機加入最高的末級R3流化床反應(yīng)器。爐料在R3中被煤氣燃燒產(chǎn)生的熱煙氣烘干預(yù)熱到800℃，并按重力進入R2流化床反應(yīng)器中進行預(yù)還原，最后在底部的R1反應(yīng)器中被700℃的煤氣還原到最高60%的還原率，F(xiàn)INEX的每一個流化床反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有一組4個并列的旋風分離器回收循環(huán)煤氣中的粉塵再次還原，目前流化床還原煤氣含塵量20-30g/m3 ，未影響流化。

從60萬t鐵/a示范廠擴大到150萬t鐵/a能力后，流化床也相應(yīng)擴大了，矮胖的流化床反應(yīng)器上部直徑將由9m擴大到12m、內(nèi)部裝有4個并列的旋風收塵器構(gòu)件（圖5），鼓泡流化床下部直徑由5.9m擴大到8m、高度由25.9m減到24m；浦項制鐵的流化床的基本設(shè)計由奧鋼聯(lián)（VAI）提供，部分詳細設(shè)計及預(yù)還原DRI粉的熱壓塊鐵（HCI）工藝設(shè)計由POSCO完成。

從R1出來的細顆粒狀的直接還原鐵(DRI)以及煅燒過的添加劑熔劑焦炭粉，在加熱到700℃狀態(tài)下，用對輥壓塊機壓制成條狀的熱壓鐵 (HCI)，經(jīng)斜橋料車輸送機轉(zhuǎn)運到30m高位壓力料倉，然后加入預(yù)還原小豎爐中儲存、預(yù)熱和進一步預(yù)還原到65%還原率，由預(yù)熱預(yù)還原豎爐下部的螺旋排料機裝入熔融氣化爐。通過篩分處理、粒度80mm以下的塊煤通過煤輸送線直接裝入熔融氣化爐使用，而小于8mm的粉煤加入有機粘結(jié)劑充分混合后，用對輥壓球機械壓制成型煤后也通過煤輸送線加入熔融氣化爐。爐缸四周的28個氧氣風口及噴煤系統(tǒng)通過風口向熔融氣化爐內(nèi)噴吹氧氣和煤粉，熔煉出的鐵水和爐渣按一定的周期從爐缸排出。熔融氣化爐的壓力由過剩煤氣凈化器控制，熔融氣化爐氣化產(chǎn)生的發(fā)生煤氣先用壓縮后的凈化冷煤氣調(diào)溫，然后經(jīng)熱旋風除塵器脫出約90%粉塵，熱旋風除塵器中分離出的粉塵通過粉塵燃燒器返吹到熔融氣化爐中回收循環(huán)利用。然后除塵后的熱發(fā)生煤氣與被變壓吸附設(shè)備(PSA)脫除二氧化碳后，又被循環(huán)煤氣壓縮機加壓的冷煤氣混合，形成輸出的700-750℃的富含CO的熱還原氣。上述熱還原氣體，首先通人R1反應(yīng)器并依次再通過R2以及R3還原鐵礦粉，必要時可補吹少量氧氣提溫，進入R4反應(yīng)器時還原氣與補吹的氧氣混合燃燒，產(chǎn)生的熱煤氣烘干、預(yù)熱粉礦及熔劑焦粉等爐料后成為流化床爐頂煤氣排出。輸出煤氣是由未循環(huán)利用的外排煤氣和PSA裝置的尾氣的混合煤氣，輸出煤氣8輸出到鋼鐵廠的煤氣管網(wǎng)中，可作為生產(chǎn)用能源或用于鋼廠內(nèi)部加熱或發(fā)電用燃料。

當熔融氣化爐停爐重新開爐時，煤氣儲柜可提供一部分流化床所需的流化載氣，在這種情況下，輸出煤氣經(jīng)過PSA裝置的旁路循環(huán)到油-氧氣化爐輸出的熱煤氣混合，油-氧氣化爐是一個開爐過程專用的水蒸氣、油和氧氣氣化爐發(fā)生熱煤氣的裝置。