1、非高炉炼铁,非高炉炼铁 非高炉炼铁是指除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法。非高炉炼铁可归纳为两大类：直接还原法和熔融还原法，都是炼铁冶金技术中的新工艺。 直接还原法是指在铁矿石熔化温度下把铁矿石还原成海绵铁的炼铁生产过程。产品叫直接还原铁或海绵铁。由于低温还原，得到的直接还原铁未能充分渗碳，因而含碳较低（2%），实际生产中仍需要用电炉精炼成钢。电炉精炼的主要任务是熔化脱除杂质和调整钢成分,非高炉炼铁,熔融还原法是指一切不用高炉冶炼液态生铁的方法。它是不用焦炭在一个容器中完成高炉炼铁过程的，基本上不改变目前传统钢铁生产的基本原理。,非高炉炼铁,非高炉炼铁法发展较快的原因： 1 不用焦炭炼铁。高
2、炉冶炼需要高质量冶金焦，而焦煤从世界储量而言，只占煤总储量的5%，而且日渐短缺，价格越来越高。非高炉炼铁可以使用非炼焦煤和其它能源作燃料与还原剂。近几十年来，大量开发了天然气、石油、电和原子能等新能源，为高炉炼铁发展提供了条件。,非高炉炼铁,2 随着钢铁工业的发展，氧气转炉和电炉炼钢完全取代平炉，废钢消耗量迅速增加，废钢供应量日感紧张，非高炉生产的海绵铁、粒铁等是废钢的极好代用品。3 省去了炼焦设备，总的基建费用比高炉炼铁法少。虽然非高炉炼铁法的生产效率远赶不上高炉，但对缺乏焦煤资源的国家和地区，用于中小型企业生产，前途是光明的。,中国的非高炉炼铁 宝钢罗泾熔融还原COREX-3000,2 C
3、OREX炼铁技术概况,熔融还原炼铁技术是近代钢铁工业的前沿技术, 它是以富铁矿或球团矿与煤燃烧后还原成铁水的工艺，俗称无焦炼铁，包括COREX 、DIOS、HIsmelt 和Romelt 等工艺技术。COREX法自1989年底正式投产以来，经过15年的工业生产，已积累了大量生产经验，技术成熟，目前COREX 法的总生产能力已超过500 万吨，约占世界生铁产量的1 %，是唯一已用于工业化生产的熔融还原炼铁技术。,COREX炼铁技术概况,COREX 法的主要优点是投资和生产成本低，开停炉容易，特别适合与电炉或转炉短流程钢厂配套。由于该工艺避免了高炉炼铁流程的炼焦和烧结过程，解决了炼焦煤匮乏和由于炼
4、焦及烧结而带来的环境污染两大难题，适用的煤和铁矿石种类广泛，流程短（从矿石入炉到出铁仅为高炉炼铁流程的三分之一），是替代传统高炉炼铁工艺的成熟而切实可行的非高炉炼铁技术,2.1 COREX工艺流程,COREX是奥钢联开发的成熟熔融还原炼铁工艺，熔融还原炼铁过程在预还原竖炉和熔融气化炉两个独立反应器中完成。上部的预还原竖炉，将铁矿石还原成金属化率92 %93 %的海绵铁；下部的熔融气化炉，将海绵铁熔炼成铁水，同时发生还原煤气。,图1 COREX生产流程图,COREX法炼铁对耐火材料的要求,COREX的耐火材料内衬的使用环境为： （1） 温度高，二次燃烧产生的炉内气氛近炉壁处高达1800； （2）
5、 熔渣碱度低，FeO含量高，一般为4%13%；炉渣组成见表1； （3）熔融还原反应及气体产物生成速度快，导致高（FeO）泡沫渣对炉衬的侵蚀严重； （4） 风口区的氧化侵蚀； （5）高强度搅拌系统使熔体的流动性变大，对内衬耐火材料的冲刷和侵蚀严重。,表1熔融还原的炉渣组成 （mass%）,由以上使用条件可以看出，COREX的耐火材料内衬使用条件与高炉内相近，有些部位的使用条件甚至更为苛刻，因此，在蚀损最严重部位，COREX用耐火材料应具有高强度、抗氧化性、抗渣及热震稳定性好等性能，特别是应具有良好抗高FeO含量渣的性能。 目前，COREX过程使用的耐火材料有SiC质、铝铬砖、MgO-C砖等材质，
6、但MgO-C砖易氧化；铝铬砖易热剥落，南非ISCOR公司在采用SiC耐火材料内衬后，运行两年后停炉观察，除局部蚀损外基本完好，主要侵蚀区域是风口附近和中部，并称改进后其寿命可达8年。,2.3 南非ISCOR公司熔融还原气化炉的炉衬选择和使用经验,最初南非ISCOR公司C1000型气化炉炉衬结构及耐火材料选用为： （1）炉底、炉缸采用碳砖，保护层用粘土砖。 （2）风口采用SiC砖（-SiC结合）。 （3）风口上部至检修孔流化床部位炉壁采用镁碳砖。 （4）炉顶采用粘土砖。 首次停炉检修是发现，风口上方流化床部位镁碳砖剥落严重，风口SiC砖受到化学侵蚀，为抵消风口正上方出现的渣侵蚀，在此区域以铝-铬
7、砖取代了SiC砖。 第二次停炉检修时发现，主要问题仍是流化床部位镁碳砖的剥落，为此曾建议在此部位采用Si3N4 结合SiC砖，不过出于经济上的原因和货源，后决定暂时继续使用MgO-C砖。风口正上方铝-铬砖渣侵蚀很小，但剥落严重，其损毁的主要原因是热剥落。因此决定在此区域使用Sialon结合刚玉砖，而且Sialon结合刚玉砖的热导率比SiC砖低，能防止风口前结渣。ISCOR公司将风口以上部分全部采用Sialon结合SiC砖。,从南非C1000型气化炉炉衬材料的应用情况来看，问题主要出在流化床和风口正上方的耐材上，该部位耐火材料的应用经历了以下的演变过程。炉顶粘土砖在使用过程中一直没有出现问题，也
8、没有关于炉缸碳砖的损毁报导。流化床 风口正上方MgO-C砖 - SiC结合SiC砖 Sialon结合SiC砖 Al2O3Cr2O3砖 Sialon结合刚玉砖,2.4国内外熔融还原用耐火材料的研究现状 和发展方向,国内外研究者对熔融还原用耐火材料的研究主要在Al2O3-C、MgO-C和MgO-Cr2O3砖方面，就蚀损速度而言MgO-Cr2O3砖约为的Al2O3-C砖的 1/2，C含量为10%的MgO-C砖比Al2O3-C砖小1/5。其结果总结为：（1）COREX融熔还原气化炉中的流化燃烧区和风口区作业条件最为苛刻，所用含炭耐火材料效果不理想。推存选材为Sialon结合碳化硅砖和Sialon结合刚
9、玉砖。（2）铁浴终还原炉技术尚未完全成熟，所用炉衬为改进型Al2O3-C砖和MgO-C砖。渣型的不同对耐火材料的使用效果影响较大。（3）含炭耐火材料有好的抗渣性及热震稳定性，但存在易氧化的问题。抗渣性及抗冲刷性好的镁铬砖其热震稳定性不好，易剥落。,3 COREX内衬材料配置,COREX C2000的熔化气化炉的炉腹、炉缸已采用大型高炉的最新长寿技术设计，如铜冷却壁、炉缸采用水冷壁、微孔碳砖等，在工艺优化上积累了丰富经验，金达尔COREX炉的设计炉龄为10年，目前新建的COREX炉的设计炉龄已提升到15年。因此根据COREX炉用耐火材料的实际使用情况，并结合高炉内衬材料的使用经验，COREX内衬
10、材料配置推荐如下：,流化床：该部位的主要损毁表现为冲刷、热震、热应力和氧化破坏，针对MgO-C砖易氧化及水化而造成剥落的情况，Si3N4-SiC砖和Sialon-SiC砖具有耐冲刷、抗热震性和抗氧化性好的特点，因此此区域推荐使用Si3N4-SiC砖或Sialon-SiC砖。 风口带：该部位的主要损毁表现为热应力破坏、热震、氧化、渣侵蚀和碱侵蚀，根据Al2O3-Cr2O3砖的使用情况，该材料渣侵蚀很小，但剥落严重，其损毁的主要原因是热剥落。由于Sialon结合刚玉砖具有优良的抗热震、抗氧化、抗渣侵蚀和抗碱侵蚀性能，另外Sialon结合刚玉砖的热导率比SiC砖低，能防止风口前结渣，因此此区域推荐使
11、用Sialon结合刚玉砖；陶瓷杯：杯壁：Sialon- Al2O3、刚玉质浇注料杯底：莫来石砖、 Sialon- Al2O3、刚玉质浇注料炉缸壁：微孔碳砖缸 底： 微孔碳砖,镁碳砖热面的蚀损,熔渣脱炭层部分脱炭层,MgO-CaO质耐火材料工程实例,MgO-CaO质耐火材料中活性CaO具有净化钢水作用的原理： 一般把钢中氧、硫、磷、氢、氮五大元素作为有害元素，要求其含量越低越好。优质钢的杂质总含量已要求小于40ppm.,MgO-CaO质耐火材料工程实例,在洁净钢生产中，影响钢的洁净度（Cleanliness of steel)的重要环节是二次精炼炉、精炼盛钢桶及连铸中间盛钢桶（包）与浇钢系统的水
12、口、塞棒、滑板等所用的耐火材料。如不考虑耐火材料因冲刷而卷入钢液中造成的夹杂物。即用于洁净钢的耐火材料应具有：高温强度好、抗冲刷、抗热震性好及抗结构剥落的材料,MgO-CaO质耐火材料工程实例,则是溶解在钢液中的脱氧剂M与溶于钢液中的氧化反应生成脱氧产物MxOy。如果MxOy不上浮，也会成为钢中夹杂物。 Al、Si、Cr、Zr在铁液中溶解度都很大；而Mg与Ca由于在高温下以气态存在，在Fe液中溶解度很小。耐火氧化物中的金属元素在钢液中的含量与钢液中平衡氧的活度之间关系如图所示。,MgO-CaO质耐火材料工程实例,B.耐火氧化物与钢中硫含量关系: 钢液冷凝时硫会浓聚于晶粒边界，加热钢锭时，会在晶
13、粒边界熔化，造成钢的热脆。钢液中硫含量越低，说明钢中硫化物洁净度（Sulphide cleanliness)越高。 S+(O)=(S2-)+O 或S+(CaO)=(CaS)+O 式中，表示金属熔体相；( )表示熔渣相,MgO-CaO质耐火材料工程实例,C.耐火氧化物及结合剂与钢中磷含量关系: 钢中磷含量会增大钢的低温脆性。对于一般钢，磷含量要求低于0035%；对于低温韧性要求特别好的一些钢种则要求在0.005%（50ppm),甚至0.003%（30ppm)以下。钢液脱磷或增磷反应为： 2P+5O+3(O2-) 2(PO3-4) 2P+5O+3(CaO）Ca3(PO4)2 2P+5O+3(MgO）Mg3(PO4)2,MgO-CaO质耐火材料工程实例,含活性氧化钙耐火材料是生产洁净钢的理想材料 工程或工业化生产如何实现？ 工业化最大的问题是解决活性氧化钙的水化问题,
