直接還原鐵
作者：1 發(fā)布時間：2022-12-02 文字大?。?span id="da">【大】【中】【小】
直接還原鐵(DRI-Direct Reduced Iron)是精鐵粉或氧化鐵在爐內(nèi)經(jīng)低溫還原形成的低碳多孔狀物質(zhì)，其化學(xué)成分穩(wěn)定，雜質(zhì)含量少，主要用作電爐煉鋼的原料，也可作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的冷卻劑，如果經(jīng)二次還原還可供粉末冶金用。
直接還原鐵不含(或甚少)有色金屬夾雜元素、有害元素量少，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和純凈鋼的理想原料。直接還原鐵可以作為電爐、高爐和轉(zhuǎn)爐的爐料。直接還原鐵代替優(yōu)質(zhì)廢鋼更適合于生產(chǎn)對氮和有害元素有嚴格要求的鋼種，如用于石油套管、鋼絲繩、電纜線等的鋼種。
具體分析
鋼材中非金屬材料和有色金屬使用比例增加，致使廢鋼質(zhì)量不斷下降。廢鋼作為電爐鋼原料，由于其來源不同，化學(xué)成分波動很大，而且很難掌握、控制，這給電爐煉鋼作業(yè)帶來了極大的困難。如果用一定比例的直接還原鐵(30～50%)作為稀釋劑與廢鋼搭配不僅可增加鋼材的均勻性，還可以改善和提高鋼的物理性質(zhì)，從而達到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的目的。因此，直接還原鐵不僅僅是優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代物，還是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼材必不可少的高級原料.近年來由于鋼鐵產(chǎn)品朝小型輕量化、功能高級化、復(fù)合化方向發(fā)展，故鋼材中非金屬材料和有色金屬使用比例增加，致使廢鋼質(zhì)量不斷下降。根據(jù)國外報導(dǎo)，高功率電爐冶煉時，爐料搭配30—50%直接還原鐵，生產(chǎn)率提高10-25%，作業(yè)率提高25-30%。1996年2月26日我們在鹿泉市軋鋼廠三噸電爐上試驗表明，在爐料中搭配30—50%直接還原鐵，每噸爐料平均節(jié)約電能27%，節(jié)約煉鋼時間28%，耗氧量降低22%，鋼材物理性能明顯提高。就此，在電爐鋼爐料中搭配一定量直接還原鐵不僅可以提高電爐的生產(chǎn)能力，而且還能降低電耗和生產(chǎn)成本。
基本特點
1、化學(xué)成分穩(wěn)定，有效稀釋鋼中殘余和夾雜金屬元素含量，改善鋼的質(zhì)量;2、P、S有害元素含量低，可縮短精煉時間;3、減少裝料次數(shù)、減少停電作業(yè)和熱損失，熔化速度快、電耗低、可提高效率、降低成本;4、熔化期中，供電作業(yè)穩(wěn)定，允許大功率供電、口音低、煙塵少、工作環(huán)境好;5、使用成本低廉，經(jīng)濟效益高。
生產(chǎn)工藝
在工業(yè)上應(yīng)用較多的有鐵磷還原法，鐵精礦粉還原法等，即將軋鋼氧化鐵磷或精礦粉經(jīng)還原鐵壓塊機壓制成塊后，裝入焙燒管進窯焙燒，生產(chǎn)出了優(yōu)質(zhì)還原鐵。直接還原鐵經(jīng)粗破(將直接還原鐵錠破成塊狀)中破(將塊狀直接還原鐵破碎成0～15mm的顆粒狀)后，再經(jīng)過磁選，去除SiO2、、CaS和游離碳等雜質(zhì)。用戶可再次使用還原鐵壓塊機壓制直接還原鐵顆粒，使直接還原鐵顆粒成型并達到一定的堆比重g/cm3要求。直接還原鐵破碎顆粒直接影響壓塊物理特性(壓縮性、成型性、堆比重g/cm3)對特鋼生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用。1. 鐵磷還原法：軋鋼氧化鐵磷是鋼材在加熱爐中加熱后在軋制過程中，其表面氧化層自行脫落而產(chǎn)生的。還原海綿鐵可采用熱軋沸騰鋼氧化鐵磷作原料，因為沸騰鋼氧化鐵磷中的TFe、C、S、P化學(xué)成分含量，能滿足還原海綿鐵生產(chǎn)的技術(shù)要求，在還原海綿鐵中最好不要以高碳鋼或合金鋼氧化鐵磷為原料。2. 鐵精礦粉還原法：磁鐵礦的主要成分是Fe3O4經(jīng)采用濕式球磨、濕式磁選、聯(lián)合選礦工藝后產(chǎn)出的普通精礦粉，是生產(chǎn)還原海綿鐵的優(yōu)選原料。3. 隧道窯工藝即固態(tài)碳還原工藝。碳是通過與耐火罐中的氧在高溫下形成一氧化碳以氣相還原的，見下式：C+O2→CO2 CO2+C→2COFe3O4+CO→3FeO+CO2 FeO+CO→Fe+CO2為了脫除固態(tài)還原劑中的硫配入石灰石粉通過爐中的化學(xué)反應(yīng)吸收還原劑中揮發(fā)的H2S以免滲入海綿鐵中，見下列反應(yīng)式：CaCO3→CaO+CO2 CaO+H2S+C→CaS+H2+CO氧化鐵在隧道窯中加熱被固體碳還原的過程是比較復(fù)雜的過程。爐料以預(yù)熱到還原、冷卻將產(chǎn)生一系列物理化學(xué)變化，隧道結(jié)構(gòu)和性能是影響海綿鐵產(chǎn)量、質(zhì)量的重要因素。但控制和調(diào)節(jié)有關(guān)工藝參數(shù)使?fàn)t內(nèi)整個系統(tǒng)達到平衡，從而達到還原目的。又是決定產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)鍵。
工藝流程
直接還原鐵的生產(chǎn)工藝流程可分為如下五個工序：一.原料準(zhǔn)備及其烘干破碎工序：將脫硫劑、還原劑兩種物料裝入定量料斗，定量料斗按兩種物料的重量比，通過輸送機將物料送到烘干室內(nèi)對兩物料進行烘干、混合。烘干后的物料含水量小于3%，烘干后的物料，通過輸送機送到還原劑破碎機內(nèi)進行粉碎，粉碎粒度為1.5mm以下。破碎后的物料，經(jīng)輸送機提升到高位料倉，然后再由輸送機送到儲存料倉。精礦粉由輸送機直接送入烘干機組進行烘干，烘干后含水量小于3%，烘干后的精礦粉由輸送機送入高位料倉，然后再由輸送機送至儲存料倉。二.自動裝料工序：本工藝根據(jù)需要可生產(chǎn)桶狀、柱狀或瓦片狀直接還原鐵。裝料系統(tǒng)由料倉、定量管和裝料頭三部分組成，精礦粉和還原劑，經(jīng)過儲存料倉，將料卸到布料倉內(nèi)，再由裝料頭裝入每個還原坩堝，實現(xiàn)向坩堝布料。三.還原焙燒工序：此工序在快速還原爐內(nèi)完成。適宜穩(wěn)定的爐溫和還原時間是決定直接還原鐵質(zhì)量的關(guān)鍵，此工序包括預(yù)熱、還原、冷卻三個階段。首先，載車經(jīng)過傳動機構(gòu)，將載車送入快速還原爐內(nèi)的預(yù)熱段，在此間，物料中的水分完全蒸發(fā)，脫硫劑分解，溫度升至還原溫度，進入高溫還原段，在此間，氧化鐵被充分還原，形成單質(zhì)鐵，然后進入冷卻段進行冷卻，冷卻到200℃以下后出爐。四.自動卸料工序：物料出爐后在常溫中降到100℃～50℃后進入卸料系統(tǒng)進行卸料。粉灰通過風(fēng)力吸走，直接還原鐵通過抓鉗，從坩堝中取走，實現(xiàn)自動卸料。五.產(chǎn)品處理工序：由該工序完成直接還原鐵磁選、破碎及鈍化處理----壓塊。卸完料的載車進入裝料系統(tǒng)裝料。直接還原鐵經(jīng)過卸料裝置進入中間料倉。中間料倉的直接還原鐵經(jīng)過輸送機輸送至直接還原鐵破碎機進行破碎，破碎后的直接還原鐵經(jīng)干磁選機進行磁選，磁選后的直接還原鐵粉由輸送機輸送到HDYJ還原鐵壓塊機組進行壓塊成形，通過傳動機構(gòu)入庫。冷壓塊的實現(xiàn)有效地改善了直接還原鐵的抗氧化性能。降低了直接還原鐵的吸水性，縮小了體積，有利于直接還原鐵的長期存儲和長途運輸，同時使用時也提高了鋼水的收得率，因此倍受煉鋼企業(yè)的歡迎，在市場競爭中具有很強的生命力和競爭力。
應(yīng)用
在氧氣轉(zhuǎn)爐中的應(yīng)用當(dāng)熱的鐵水在氧氣轉(zhuǎn)爐中煉鋼時，鐵水中發(fā)熱元素(Si、C等)的氧化熱量，往往超過加熱鋼水至適宜出鋼溫度的需要，這就需要加入一定數(shù)量的冷卻劑，以維持正常的鋼水溫度。冷卻劑加入量根據(jù)鐵水成分、溫度及冷卻劑種類可占鋼水質(zhì)量的7%～32%。直接還原鐵作為冷卻劑使用，其冷卻效果為返回廢鋼的1.2～2.0倍，而約為鐵礦石的1/3，因為FeO+C=Fe+CO吸熱反應(yīng)增加了冷卻效果。直接還原鐵的冷卻效果因金屬化率降低而增大，直接還原鐵中
脈石含量也會稍許減弱其冷卻效果。因為氧氣轉(zhuǎn)爐的爐渣堿度為3.5，直接還原鐵用于冷卻劑時，其
含量要求低于3%。在冷卻用合格廢鋼短缺，生產(chǎn)特低硫、低氧、低錳的特殊鋼時，在自動調(diào)節(jié)冷卻劑的系統(tǒng)中，以及在盛鋼桶中作為后吹期冷卻劑時，用直接還原壓塊作為冷卻劑則更為適宜。在煉鐵高爐中，曾大量試驗過用直接還原鐵;在小高爐試驗中，曾從風(fēng)口噴入直接還原鐵粉，發(fā)現(xiàn)效果不佳，而且沒備復(fù)雜。在高爐爐料中配加直接還原鐵，以增加高爐爐料的金屬化程度，則焦比有所降低，從而使產(chǎn)量增加，有明顯效果。試驗結(jié)果表明，各種爐料的金屬化率，影響的規(guī)律相同，但其效果略有差異。其實這是由于使用的焦炭含碳量不同造成的，如按節(jié)省碳量衡量，各個試驗的結(jié)果是十分接近的。直接還原鐵能使高爐焦比降低的主要原因，是減少了高爐中對鐵礦石氧化鐵還原的負擔(dān)，但是高爐中占50%左右的問接還原耗能很少，只有減少在高爐下部進行的而且耗能又很高的碳“直接還原”才有實際意義。而直接還原鐵中已被還原的那一部分工作量，只能按高爐“直接還原”度有比例地減輕高爐中有重大影響的“直接還原”。因而從理論上分析，高爐使用金屬化爐料的總能耗，并不可能降低很多，再加上直接還原所消耗的能量，其成本并不比焦炭便宜很多，因此實際上高爐使用直接還原鐵的經(jīng)濟效益并不好，因此沒有得到廣泛應(yīng)用。在煉鐵電爐中，鐵礦石的還原反應(yīng)基本上都是用碳的“直接還原”方式，因此直接還原鐵中已完成的還原工作，能全部用于代替煉鐵電爐中的還原工作量，因而能取得比高爐更好的效果。在鑄造中的應(yīng)用在生鐵鑄造中，可以配加一定的直接還原鐵代替生鐵，但配加量受限于鑄造鐵中Si和C的含量，因為直接還原鐵加入量提高將沖淡鑄造鐵中Si和C的成分。用于鑄鐵的直接還原鐵要求具有盡可能高的金屬化率，因為在化鐵爐中，F(xiàn)eO的補充還原，會嚴重消耗能量(焦炭)?；F爐對直接還原鐵中的脈石含量要求不嚴，因為酸性脈石僅使渣量有所增加，并對焦比和產(chǎn)量有一定的影響。
參考資料：百度百科詞條
