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炼铁Q460C钢板节能有新方法
炼铁Q460C钢板节能有新方法 |
| 时间：2013-07-03 18:18:01 点击：1380 |
| 据日本媒体报道，JFE钢公司京滨厂Q460C 高强板实施的创新性高炉原料铁焦的长期试验项目已于近日结束。试验证明，该技术在保持炉况稳定操作下，燃比和焦比下降明显，既有利于节能减排，又可增加对劣质煤的利用。 铁焦新技术获突破 高炉炼铁的主要原料———铁矿石（含烧结和球团矿）和焦炭，都是先分别生产，然后加入炉内进行还原反应，并实现渣铁分离以生产出铁水。由于焦炭入炉需要较高的强度和透气性，故常以价格较高的强黏煤为主要原料。而日本JFE钢厂于2011年开发成功的铁焦技术———将廉价的非微黏结煤和铁矿粉混合压块成型后，送入连续式炉内加热干馏以生产出含铁30%、含焦70%的铁焦。在京滨厂制成日产造铁40吨、铁焦30吨的混合选块装置后，经该厂中型高炉掺入10%代焦炭经多次连续使用后，取得了在炉况正常下节约焦炭的明显效果。 该项目引起了新能源产Q460C 高强板业技术综合开发机构（NEDO）和经济产业省的重视，并将其正式列入政府补助下的开发项目。JFE连续生产了2100吨铁焦供给该公司千叶厂6号高炉（容积为5153m3），并于今年3月11日开始在焦炭中掺入10%的铁焦进行了5天连续利用试验。尽管本次试验比以往试验炉型扩大、使用时间延长，但仍然保持了炉况正常情况下的节焦效果。 企业联合攻关持续深入研究 JFE钢铁厂的初步使Q460C 高强板结果说明，铁焦的应用不仅有利于节能减排，还可以大幅节约稀缺的主焦煤资源。故铁焦的应用已列入NEDO和“创新型炼铁工艺技术开发”的研发项目，以20年实用化为目标，具体开发内容如下：一是铁焦在高炉用焦的配比由10%提高到30%；二是供5000m3以上大型高炉连续试用1年；三是铁焦生产装置的日产量达1500吨；四是每年减排CO235万吨；五是配套焦炉生产用强黏煤配比减少20%。 该项目扩大了参加研发的企业，除JFE钢铁负责铁焦设备能力的增强和大高炉利用时间延长的技术开发外，新日铁住金负责铁焦代焦炭比由10%扩大到30%的工艺突破；神户制钢负责提高铁焦强度所用黏结剂的研发；焦炭降低强黏煤配比可参照新日铁大分厂下一代炼焦技术SCPE21。现各厂都按上述分工进行研发中。其中，有关铁焦促进高炉内低温气化还原反应的基础研究取得了重要成果。 铁焦在低温区促进气化还原反应的研究 铁焦的使用结果证明了其有明显的节焦效果，其主要原因是铁的催化作用促进了低温区的还原反应。同时，反应性高的碱性物也起了作用。但是铁焦中铁矿的配比和其在高炉内如何促进反应的关系还不明朗。为强化铁焦的节能减排效果，日本进行了金属铁对焦炭气化的催化作用和模拟高炉条件下金属铁量对焦炭还原反应的影响等研究。 实验方法。以强黏煤和非黏煤2种煤及铁矿粉为原料，按不同配比、模拟常规焦炭生产方法和混合成型造块方式进行交叉实验生产出铁焦，用焦炭模拟反应器（CRS）对铁焦中铁矿石的还原反应和碳的气化反应变化进行解析。将粒径为19毫米~21毫米的200克铁焦加入反应管内后，用Al2O3球预热的反应气送入试料层，对伴随反应的重量变化和排气成分同时进行测定。反应气和温度条件不同的3种结果见表1。 CRS1和CRS2试验将铁焦分别在N2和CO+CO2的不同氛围气下对反应变化进行了评价，CRS3试验则模拟高炉的气体和温度条件试行了反Q460C 高强板应评价。 对高炉内铁焦的使用效果评价应用了BIS炉（绝热型高炉反应模拟器），BIS炉为对高炉炉腹部的反应效率和模拟向流反应下的还原和热移动的评价装置。参考BORIS炉在绝热控制下的操作，BIS炉可给予试样精确的还原条件，而这种还原条件是由热移动和碳熔损反应所产生的吸热反应量决定的。 烧结炉和焦炭以层状装入反应管内，电加热器则由反应管上端向下移动，同时炉腹气则由反应管上端送入，以再现模拟向流移动层，考虑炉腹气量和成分，喷粉条件按1360nm3/rhm、36%的CO、7%的H2和57%的N2计算，还原材比按481kg/rhm计算。 在电加热器下降中，对反应管内固定位置的还原率和温度进行了测定，然后对气体利用率和炉腹效率量全体工艺进行评价，并算出从到达正常状态后的炉顶排气成分和分析值。当反应到达正常状态后，再经一定时间后，对反应管内的试料用N2流冷却。再对不同位置及到达温度下快冷后试料的组织和化学成分进行分析。将通常焦炭含碳量的1/2以上以铁焦代替，同时根据装入T-Fe量对烧结矿量亦进行调整，并使铁焦在焦炭层中均匀分布。 铁焦的基础性能。铁焦经成型、干馏后的外观如扁圆球块，未加铁矿的试样呈现大膨胀，而加铁矿的试料均无显著的膨胀。不管成型与否，铁焦的冷强度均随铁矿配入量的上升而下降。如当铁焦的加铁矿量由0到5%再到10%时，冷强度为87-87-82；成型焦的铁矿加入量为0-10%-30%-50%时，冷强度则为90-90-80-60。考虑高炉对小铁焦的冷强度要求不高，用30%的成型铁焦代小铁焦装入高炉，尚可保证正常炉况所需的强度。 铁矿阻碍了煤粒的膨胀而使煤粒的结合强度下降，从而造成了随铁矿配比加大而使铁焦冷强度下降的现象。对成型铁焦用光学显微镜观察的组织得知，配入10%的铁焦试样上已看到焦炭基质部的脆弱化。对铁矿配比达50%的试样则发现粗大的煤粒膨胀和未膨胀的微细煤粒并存。另发现CRI和JIS两个指标的反应性均随铁矿配比的上升而上升。各种铁焦的化学成分如表2。胚乳的铁矿在干馏过程中基本都被还原为金属铁，含T-Fe（富铁硼化物）高铁焦的金属化率达70%。对铁焦中固定碳值，考虑灰分测定的铁金属块和FeO的再氧化而进行了修正，最终和算出值基本相同。 铁焦的气化反应。从铁焦中含T-Fe量和反应开始温度的关系可以得出，随铁焦中含T-Fe量的上升，反应开始温度下降，且不管铁焦的种类，其气化开始温度比直接还原开始温度高200℃。 在模拟高炉的实验中，试料温度引起的重量变化亦引起排气成分的变化，这时可以算出CO和CO2的含量。 1200℃时，通常形状的焦炭和成型焦炭减少的重量将使焦炭中的T-Fe增加。在800℃~1000℃的温度区内，CO减少而CO2增加，铁焦中的氧化铁还原反应量亦随碳的气化而上升。另外在1000℃~1200℃的温度区内，则是CO2减少而CO增加，这反映了碳气化的活跃化。 对含有同量T-Fe的两块试料反应性进行比较得出，成型焦试料的反应性高，估计这和配比的原料及成型方法不同有关。常规试样的化学成分数值由于氧化铁的被还原而减少，其残余重量减少量可视为碳的损耗量。考虑铁焦由于种类不同致使固定碳也不相同，对碳的消耗率CCR可以用下式定义：CCR%=(C消耗(%)/C反应前(%))×100%。 由于本研究用的铁焦中含有氧化铁，故碳不仅是产生CO的单纯气化，还参与了产生CO、CO2的还原反应，根据产生的气体不同，还原反应可分为以下三类：第一，固体碳的直接还原，即(FeO+C=Fe+CO)，消耗的C/O=1；第二，气化生成CO的还原反应，即(FeO+CO=Fe+CO2)，消耗C/O=0.5；第三，由膨胀CO产生的还原反应则消耗C/O=0。但上述机理受两个条件的制约，一是直接还原需碳和氧化铁物理接触，故只限于还原初期；二是由膨胀CO产生的还原则需气体Q460C 高强板扩散到试料中，又限定于气化发生反应的初期。因此，主要的还原机理还是气化生成CO后的还原反应。由此可认为，对全量碳减少中有80%的起因是由于气化，故评价碳消耗时大多认为，以碳有效地转换为CO而发挥作用为主要部分。 BIS炉对铁焦的实验结果显示，两种工艺铁焦的热保存带温度都在下降，致使还原反应亦相应延退，只是随铁焦中T-Fe量的上升还原率有所提高。由于铁焦中含T-Fe不同致使被还原耗氧量亦不同，因而煤顶气的利用率和炉腹效率用Fe2O3标准来评价使用铁焦的高炉工艺。伴随铁焦T-Fe量的增加则热保存带温度下降，如含43%T-Fe的成型铁焦相较不配铁矿的常规工艺焦低186℃，而炉腹效率却高6.8%。 另对BIS炉试验结果的热保存带温度和CRS2试验的反应开始温度的关系对比可得：尽管测定装置和测定条件均不同，但测定结果很接近，说明热保存温度强烈依存于焦炭的反应性。 节焦省煤效果明显 在铁焦用于模拟高炉试验时的反应变化中，T-Fe的影响可归纳为以下四个方面： 一是随铁矿配比的增加，铁焦的冷强度下降。但铁矿石配比30%的成型铁焦仍可适应于矿石层的压强，故其生产和应用仍存可能，且CRI和JIS反应力随铁矿配比的加大而提高，并证明M-Fe存在催化效果。 二是随着焦炭中T-Fe的增加，两种不同反应气下碳的气化开始温度均降低，含43%T-Fe的铁焦比常规焦量低150℃。 三是用BIS炉试验的高炉工艺，含43%T-Fe的铁焦热保存带温度可降低186℃，炉腹效率可提高6.8%，对提高焦炭的反应性均有利。 四是从以上各点看，铁焦技术有利于降低焦比和减排CO2。 JFE用含铁矿比30%的成型铁焦代替10%的常规焦炭，经5000m3大型高炉的试验结果显示，节焦和节约主焦煤的综合效果明显。新日铁通过对铁焦在高炉中相关作用的基础研究，更证明了铁焦在高炉中降低还原反应温度和提高反应效率的催化作用，并证明铁焦在代铁矿的比例可提高到30%左右，均为今后推广应用此节能降耗技术指明了方向。 |