转底炉工艺的发展与实践

D0L:10.13374h.issn1001-053x.2007.s1.022 第29卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl.1 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 转底炉工艺的发展与实践 朱荣 任江涛 刘纲 万天骥 徐萌 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 摘要论文介绍了转底炉炼铁工艺在国内外的发展概况，重点阐述北京科技大学研究和开发转底炉炼铁技术所取 得的经验与成果.结合国情和政策，认为我国当前应把“转底炉预还原十熔融造气炉终还原”双联工艺作为发展转底 炉技术的方向，主要应用于为电炉提供热装铁水、钢铁厂粉尘回收利用和特殊矿综合利用等方面. 关健词转底炉工艺：含碳球团：直接还原：熔融还原 分类导 T℉748.2*06 转底炉煤基直接还原是最近30年间发展起来 苛求，能用普通的高炉用铁矿为电炉提供优质铁 的炼铁新工艺，主体设备源于轧钢用的环形加热炉，料，因此意义重大，被命名为“第三代炼铁 虽然最初的目的只是用于处理含铁废料，但很快就 法”tmk3)1.建于美国明尼苏达州北部，年产能 有美国、德国、日本等国将其转而开发应用于铁矿 为25000t的Itmk3转底炉示范厂，已于2003年5 石的直接还原.由于这一工艺无需燃料的制备和原 月24日投产出铁.预计Mesabi Nugget LLC将于 料的深加工，对合理利用自然资源、保护人类环境 2006年在美国Minnesota或者位于Indiana的美国钢 有积极的作用，因而受到了治金界的普遍关注. 铁动力公司附近建成第一台50万t转底炉，到2007 在20世纪50年代，美国Midrex公司的前身 年建成年产能I50万t Iron Nugget的生产厂. Ross公司就发明了含碳球团的转底炉直接还原法 根据国内的铁矿资源和能源结构，开发具有投 方法，于1965~1966年在明尼苏达州的Cooley进行 资少、操作简便、生产成本低等特点的转底炉工艺 了2th1的小规模热固结法试验，获得了成功，后 符合我国国情以及我国的产业政策.北京科技大学 取名为Fastmet工艺.1974年，加拿大的国际镍集 是国内第一家，也是迄今为止唯一一家转底炉工艺 团一Inmetco公司开始研究把转底炉用于还原该 的研究单位，经过多年的基础研究和工艺开发，已 公司生产不锈钢的氧化物粉尘废料，经转底炉预还 经全面掌握了转底炉的工作原理、工艺和相关的设 原的金属化球团，直接热装入电炉生产，同时将其 备设计、制造等配套技术.自主开发了转底炉-熔 命名为Inmetco工艺.之后，二者各自申请了专利， 融造气炉双联炼铁工艺和煤基热风熔融还原炼 并开发和转让技术， 铁工艺(Coal,Hot-air,Rotary Hearth Furnace Proc-. 当以Fastmet和Inmetco工艺为代表的两大转底 ess,简称CHARP)I 炉工艺在不断进行转底炉工业化生产和推广的时 候，产品硫含量过高的问题始终未得到很好解决， 1国内转底炉工业试验 难以成为电炉的优质原料，因此相继出现了 Fastmelt、.Redsmelt等转底炉直接还原-埋弧式电炉 转底炉因具有环形炉膛和可转动的炉底而得 名，其原料是铁矿粉和煤粉制成的含碳球团，经配 熔分的双联工艺(RHF-SAF), 料、混料、制球和干燥后加入转底炉中，炉膛温度 日本神户制钢与美国Midrex公司联合开发转 底炉直接还原新工艺，在20世纪90年代中后期取 可达1250-1350℃左右，含碳球团在这样的高温下， 随着炉底旋转一周的过程中，铁矿被碳快速还原， 得了突破性进展，使金属化球团在转底炉中还原时 熔化，生成铁块(Nuggets),同时脉石也熔化，形成 生成金属化球团，最后由螺旋出料机推出炉外，经 冷却后运往熔分炉作原料，或作为电炉炼钢的原料. 渣铁分离.此法的成功，将解脱DRI对原料品位的 长期以来，北京科技大学一直致力于含碳球团 收膏日期：2007-02-06 修回日期：2007-04-16 作者简介：朱荣(1962一)，男，教授，博士生导师

第 29 卷 增刊 1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−02−06 修回日期：2007−04−16 作者简介：朱荣（1962⎯），男，教授，博士生导师 转底炉工艺的发展与实践 朱 荣 任江涛 刘 纲 万天骥 徐 萌 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 摘 要 论文介绍了转底炉炼铁工艺在国内外的发展概况，重点阐述北京科技大学研究和开发转底炉炼铁技术所取 得的经验与成果．结合国情和政策，认为我国当前应把“转底炉预还原＋熔融造气炉终还原”双联工艺作为发展转底 炉技术的方向，主要应用于为电炉提供热装铁水、钢铁厂粉尘回收利用和特殊矿综合利用等方面． 关键词 转底炉工艺；含碳球团；直接还原；熔融还原 分类号 TF 748.2+ 06 转底炉煤基直接还原是最近 30 年间发展起来 的炼铁新工艺，主体设备源于轧钢用的环形加热炉， 虽然最初的目的只是用于处理含铁废料，但很快就 有美国、德国、日本等国将其转而开发应用于铁矿 石的直接还原．由于这一工艺无需燃料的制备和原 料的深加工，对合理利用自然资源、保护人类环境 有积极的作用，因而受到了冶金界的普遍关注． 在 20 世纪 50 年代，美国 Midrex 公司的前身 Ross 公司就发明了含碳球团的转底炉直接还原法 方法，于 1965~1966 年在明尼苏达州的 Cooley 进行 了 2 t⋅h−1 的小规模热固结法试验，获得了成功，后 取名为 Fastmet 工艺．1974 年，加拿大的国际镍集 团——Inmetco 公司开始研究把转底炉用于还原该 公司生产不锈钢的氧化物粉尘废料，经转底炉预还 原的金属化球团，直接热装入电炉生产，同时将其 命名为 Inmetco 工艺．之后，二者各自申请了专利， 并开发和转让技术． 当以 Fastmet和 Inmetco 工艺为代表的两大转底 炉工艺在不断进行转底炉工业化生产和推广的时 候，产品硫含量过高的问题始终未得到很好解决， 难以成为电炉的优质原料，因此相继出现了 Fastmelt、Redsmelt 等转底炉直接还原−埋弧式电炉 熔分的双联工艺（RHF−SAF）． 日本神户制钢与美国 Midrex 公司联合开发转 底炉直接还原新工艺，在 20 世纪 90 年代中后期取 得了突破性进展，使金属化球团在转底炉中还原时 熔化，生成铁块(Nuggets)，同时脉石也熔化，形成 渣铁分离．此法的成功，将解脱 DRI 对原料品位的 苛求，能用普通的高炉用铁矿为电炉提供优质铁 料．因此意义重大，被命名为 “ 第三代炼铁 法”(Itmk3)[1-4]．建于美国明尼苏达州北部，年产能 为 25000 t 的 Itmk3 转底炉示范厂，已于 2003 年 5 月 24 日投产出铁．预计 Mesabi Nugget LLC 将于 2006 年在美国 Minnesota 或者位于 Indiana 的美国钢 铁动力公司附近建成第一台 50 万 t 转底炉，到 2007 年建成年产能 150 万 t Iron Nugget 的生产厂． 根据国内的铁矿资源和能源结构，开发具有投 资少、操作简便、生产成本低等特点的转底炉工艺 符合我国国情以及我国的产业政策．北京科技大学 是国内第一家，也是迄今为止唯一一家转底炉工艺 的研究单位．经过多年的基础研究和工艺开发，已 经全面掌握了转底炉的工作原理、工艺和相关的设 备设计、制造等配套技术．自主开发了转底炉−熔 融造气炉双联炼铁工艺 [5]和煤基热风熔融还原炼 铁工艺(Coal，Hot-air，Rotary Hearth Furnace Proc￾ess，简称 CHARP) [6]． 1 国内转底炉工业试验 转底炉因具有环形炉膛和可转动的炉底而得 名，其原料是铁矿粉和煤粉制成的含碳球团，经配 料、混料、制球和干燥后加入转底炉中，炉膛温度 可达 1250~1350℃左右，含碳球团在这样的高温下， 随着炉底旋转一周的过程中，铁矿被碳快速还原， 生成金属化球团，最后由螺旋出料机推出炉外，经 冷却后运往熔分炉作原料，或作为电炉炼钢的原料． 长期以来，北京科技大学一直致力于含碳球团 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.022

·172* 北京科技大学学报 2007年增刊1 还原的机理和实验研究，获得了大量的理论依据和 作用，一定程度上隔绝了球团内部与环境气氛，因 实验数据，充分证明由含碳球团自还原作用生产金 而使球团可在氧化性气氛下进行还原反应， 属铁是完全可以实现的.在此基础上，开始了大量 含碳球团制造所采用的研磨、配料、混合设备 的半工业、工业试验， 必须保证球团的化学成分精确及矿煤的均匀混合， 1992年，北京科技大学和当时的舞阳钢铁公司 煤粉的粒度应在0.25mm以下，矿粉粒度小于0.1 合作，自行设计和建设了一座直径3m,年生产能 mm.还原剂用煤一般为无烟煤，要求固定碳>75%， 力3000t的试验用转底炉，于1992年5月开始第 挥发分<20%，低灰分，低硫.挥发分高，球团还 一次半工业试验，同年12月至1993年2月进行了 原后强度差，不能满足熔分炉的要求， 第二次半工业试验.这是在我国建设的第一座用于 冷固结含碳球团应满足恰当的物理和力学性 铁矿石直接还原的转底炉.由于设备原因和缺乏操 能，在输送、加热、还原的过程中粉化率最低，为 作经验，产品的平均金属化率只达到76%~78%. 达到这一要求，首先必须选用合适的特殊粘结剂配 1996年，北京科技大学和鞍山市科委合作，在 方，其次采用合理的造球技术.传统造球技术多采 鞍山汤岗子铁矿建成了一座转底炉试验装置，转底 用圆盘滚球机，对原料粒度要求比较高，因此需要 炉平均直径5.5m,炉底有效宽度2.0m,炉底面积 配备相应规格的磨料设备.目前所采用的对辊压球 30m2,设计油烧嘴12个.1997年6月8日，开始 技术对原料粒度要求相对较低，生产率高，球团强 热态试验，6月19日完成了第一次热试，这次试验 度好，美国动力钢公司原来采用滚球技术，后来也 是北京科技大学在舞阳钢铁公司的转底炉生产试验 改为压球技术.目前所生产的含碳球团的强度指标 的继续.试验初步取得了良好的结果：产品的金属 一般为：湿球0.5m落下次数4~7次，湿球抗压6~ 化率稳定，达80%一85%：操作容易，证明转底炉生 7kg/个：干球1m落下次数10~15次，干球抗压 产直接还原铁是可行的， 75一95kg/个.完全可以满足转底炉生产的要求. 北京科技大学治金喷枪研究中心自1998年以 2.2转底炉喂料和出料设备 来，一直致力于转底炉生产金属化球团一一熔分炉 转底炉内含碳球团升温、反应所需热量主要来 熔分双联工艺的研究开发，并从2000年着手设计工 源于炉壁、炉气的辐射传热，因此要求炉内球团薄 业规模的转底炉，现在已经在山西和河南的两家钢 层均匀布料.根据这一特点，研制出振动布料机， 铁公司建成了中径13.5m,炉底面积100m2的转底 实现在转底炉炉底横向、径向都均匀布料，避免机 炉2台，设计年生产能力为金属化球团矿7万 械强度有限的球团破碎，避免原料堆积和料层不 t.2001年12月山西翼城的转底炉建成，举行了开 均.振动给料科机兼有筛除球团粉末的作用.该装置 炉仪式，并生产出一批合格的金属化球团矿.由于 易于维护，且允许在各种生产率下操作 山西翼城明亮钢铁公司的高炉煤气不能持续稳定供 螺旋出料机的功能是将还原后的金属化球团卸 应，转底炉炉温难以保持必要的水平，因此被迫停 出炉外，因处理的金属化球团温度为1000℃左右， 炉，解决煤气供应问题.河南巩义永通钢铁公司的 所以必须耐热耐磨，螺旋采用水冷，叶片上堆焊硬 转底炉于2003年11月试运转成功，但由于诸多因 质合金，由北京科技大学治金喷枪研究中心专门设 素的制约，一直处于停炉状态.2005年9月山西明 计，该装置可使成品金属化球团从炉膛顺利排出且 亮钢铁公司、北京科技大学与山东瑞拓公司合作， 不产生大量粉末，螺旋本身也易于拆卸和维修 对转底炉进行完善和改造，于2006年4月进行试生 2.3金属化球团冷却设备 产，取得成功，生产出金属化球团，金属化率达到 不同于氧化球团，高温金属化球团在大气中易 80%以上，各项经济指标达到预期的结果 于氧化，因此，设计金属化球团冷却机时应考虑到 防止再氧化.熔分炉采用热装时同样需要采取防氧 2转底炉含碳球团炼铁关键技术 化的措施. 2.4炉子热工 2.1含碳球团成球技术 转底炉高温快速还原，关键炉温必须保持在 冷固结含碳球团是实现转底炉直接还原工艺的 1350℃左右，国外使用天然气为燃料，容易实现大 关键因素，具有与一般氧化球团和块矿不同的还原 于1350℃的炉温.我们采用发生炉煤气或者高炉煤 方式，是靠内部碳进行自身直接还原，无需外部提 气，实现办法主要采取高风温和煤气预热.另一方 供还原剂.还原产生的CO在球团周围形成自封闭

• 172 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 还原的机理和实验研究，获得了大量的理论依据和 实验数据，充分证明由含碳球团自还原作用生产金 属铁是完全可以实现的．在此基础上，开始了大量 的半工业、工业试验． 1992 年，北京科技大学和当时的舞阳钢铁公司 合作，自行设计和建设了一座直径 3 m，年生产能 力 3000 t 的试验用转底炉，于 1992 年 5 月开始第 一次半工业试验，同年 12 月至 1993 年 2 月进行了 第二次半工业试验．这是在我国建设的第一座用于 铁矿石直接还原的转底炉．由于设备原因和缺乏操 作经验，产品的平均金属化率只达到 76%~78%． 1996 年，北京科技大学和鞍山市科委合作，在 鞍山汤岗子铁矿建成了一座转底炉试验装置，转底 炉平均直径 5.5 m，炉底有效宽度 2.0 m，炉底面积 30 m2 ，设计油烧嘴 12 个．1997 年 6 月 8 日，开始 热态试验，6 月 19 日完成了第一次热试，这次试验 是北京科技大学在舞阳钢铁公司的转底炉生产试验 的继续．试验初步取得了良好的结果：产品的金属 化率稳定，达 80%~85%；操作容易，证明转底炉生 产直接还原铁是可行的． 北京科技大学冶金喷枪研究中心自 1998 年以 来，一直致力于转底炉生产金属化球团——熔分炉 熔分双联工艺的研究开发，并从 2000 年着手设计工 业规模的转底炉．现在已经在山西和河南的两家钢 铁公司建成了中径 13.5 m, 炉底面积 100 m2 的转底 炉 2 台，设计年生产能力为金属化球团矿 7 万 t．2001 年 12 月山西翼城的转底炉建成，举行了开 炉仪式，并生产出一批合格的金属化球团矿．由于 山西翼城明亮钢铁公司的高炉煤气不能持续稳定供 应，转底炉炉温难以保持必要的水平，因此被迫停 炉，解决煤气供应问题．河南巩义永通钢铁公司的 转底炉于 2003 年 11 月试运转成功，但由于诸多因 素的制约，一直处于停炉状态．2005 年 9 月山西明 亮钢铁公司、北京科技大学与山东瑞拓公司合作， 对转底炉进行完善和改造，于 2006 年 4 月进行试生 产，取得成功，生产出金属化球团，金属化率达到 80％以上，各项经济指标达到预期的结果． 2 转底炉含碳球团炼铁关键技术 2.1 含碳球团成球技术 冷固结含碳球团是实现转底炉直接还原工艺的 关键因素，具有与一般氧化球团和块矿不同的还原 方式，是靠内部碳进行自身直接还原，无需外部提 供还原剂．还原产生的 CO 在球团周围形成自封闭 作用，一定程度上隔绝了球团内部与环境气氛，因 而使球团可在氧化性气氛下进行还原反应． 含碳球团制造所采用的研磨、配料、混合设备 必须保证球团的化学成分精确及矿煤的均匀混合， 煤粉的粒度应在 0.25 mm 以下，矿粉粒度小于 0.1 mm．还原剂用煤一般为无烟煤，要求固定碳>75％， 挥发分<20％，低灰分，低硫．挥发分高，球团还 原后强度差，不能满足熔分炉的要求． 冷固结含碳球团应满足恰当的物理和力学性 能，在输送、加热、还原的过程中粉化率最低．为 达到这一要求，首先必须选用合适的特殊粘结剂配 方，其次采用合理的造球技术．传统造球技术多采 用圆盘滚球机，对原料粒度要求比较高，因此需要 配备相应规格的磨料设备．目前所采用的对辊压球 技术对原料粒度要求相对较低，生产率高，球团强 度好．美国动力钢公司原来采用滚球技术，后来也 改为压球技术．目前所生产的含碳球团的强度指标 一般为：湿球 0.5 m 落下次数 4～7 次，湿球抗压 6～ 7 kg/个；干球 1 m 落下次数 10～15 次，干球抗压 75～95 kg /个．完全可以满足转底炉生产的要求． 2.2 转底炉喂料和出料设备 转底炉内含碳球团升温、反应所需热量主要来 源于炉壁、炉气的辐射传热，因此要求炉内球团薄 层均匀布料．根据这一特点，研制出振动布料机， 实现在转底炉炉底横向、径向都均匀布料，避免机 械强度有限的球团破碎，避免原料堆积和料层不 均．振动给料机兼有筛除球团粉末的作用．该装置 易于维护，且允许在各种生产率下操作． 螺旋出料机的功能是将还原后的金属化球团卸 出炉外，因处理的金属化球团温度为 1000℃左右， 所以必须耐热耐磨，螺旋采用水冷，叶片上堆焊硬 质合金，由北京科技大学冶金喷枪研究中心专门设 计．该装置可使成品金属化球团从炉膛顺利排出且 不产生大量粉末，螺旋本身也易于拆卸和维修． 2.3 金属化球团冷却设备 不同于氧化球团，高温金属化球团在大气中易 于氧化，因此，设计金属化球团冷却机时应考虑到 防止再氧化．熔分炉采用热装时同样需要采取防氧 化的措施． 2.4 炉子热工 转底炉高温快速还原，关键炉温必须保持在 1350℃左右，国外使用天然气为燃料，容易实现大 于 1350℃的炉温．我们采用发生炉煤气或者高炉煤 气，实现办法主要采取高风温和煤气预热．另一方

Vol.29 SuppL.1 朱荣等：转底炉工艺的发展与实践 ·173 面，预热段、还原段应喷吹二次空气并形成强紊流， 了无焦炼铁.熔分的结果使原料的脉石和有害杂质 使得预热段产生的挥发分和还原产生的CO在炉内 去除，获得优质铁水.熔融造气炉还可分担一部分 快速、充分地燃烧（后燃烧），以便弥补球团还原 还原任务，从而提高了转底炉的生产率。熔融造气 强烈吸热，节约外部燃料消耗.在炉子还原末段， 炉的副产品煤气除了可用于热风炉，还可作为转底 为了避免球团层上表面再氧化，则应严格控制二次 炉的燃料 空气流的进入，且控制烧嘴燃烧在亚化学计量条件 钢袖 下进行，以保持该区域一定的还原性气氛 混料机 烟筒 烧嘴设计应最大程度确保：在炉料上提供均匀 除尘器 的温度分布，防止局部过热：降低扰动和炉料附近 压球机 引风机 的搅拌，以消除被CO2和H2O再氧化. 备热室备热室 根据还原过程的要求控制炉内各段的温度和气 转底炉 氛，从而优化各段烧嘴的布置 冷却机 引风机 金属化 3转底炉炼铁从直接还原到熔融还 球团矿 原的过渡 熔融造 气炉 原来治金界希望由转底炉生产出来的金属化球 图1转底炉一熔分炉双联炼铁工艺流程图 团能够直接作为炼钢原料，并为此努力了很多年.但 是由于转底炉工艺以含碳球团为原料，所得到的产 4 转底炉熔融还原炼铁的应用 品中既包括了矿粉中的脉石，又增加了煤灰分，导 转底炉熔融还原炼铁存在的主要问题仍在于转 致产品中的T℉e含量低.因此，必然要求选用高品 底炉薄层炉料操作导致整个工艺的生产率低.目前 位精矿粉以及低灰分煤.转底炉直接还原工艺另一 个难以克服的难点是原料中硫含量绝大部分保留在 为止最大的转底炉单炉产量是动力钢公司的年产 60万t金属化球团，这样的产量不足以进入钢铁生 金属化球团产品中，过高的硫含量显然不适用于炼 产主流程， 钢的要求. 于是，国外研究者不得不将目光转向预还原金 目前转底炉熔融还原炼铁主要应用于： 属化球团十熔分生产铁水的工艺路线，主要采用埋 (a)为电炉短流程提供热装铁水： 弧电炉与转底炉相匹配，结果每吨铁水耗电 (b)钢铁厂粉尘回收利用： 500-550kWh,不符合我国国情. (c)特殊矿综合利用. 如何解决厚料层的还原是实现提高生产规模的 在这样的背景下，北京科技大学自主开发了转 底炉预还原十热装终还原熔分炉的工艺，见图1. 关键，我们正在致力于这方面的实验研究. 熔分炉，又名熔融造气炉，类似于COREX的 5 结论 终还原炉，不同的是它不用氧气，而用高温热风 (1200℃).金属化球团从上部热装入炉(1000℃)， 转底炉直接还原生产金属化球团直接供给电炉 可充分利用原料的物理热.熔融造气炉每生产1【 作炉料必须用高品位的铁矿和低灰分低硫煤，否则 铁水，大约使用300kg型煤，可以节约焦炭及焦煤 影响电炉产量和质量：而且转底炉要另供煤气作燃 资源 料. 金属化球团在熔融造气炉内进一步还原、熔化， 转底炉与熔分炉相匹配，使熔分炉获得金属化 使渣铁分离，调节炉渣的碱度，可使大部分硫进入 原料，从而大大提高生产效率：缓解了直接还原受 到炉渣中，有较强的脱硫作用，既保证了铁水质量 原料品位的制约，使普通高炉用的矿源和普通煤种 又减少了S02向大气的排放. 也可用于直接还原，这对我国发展直接还原具有现 熔融造气炉与转底炉相匹配，无论在技术上还 实意义，反过来，熔分炉又为转底炉提供煤气作为 是在经济上都实现了最佳配合和互补，转底炉为熔 燃料，同时充分利用转底炉烟气余热，率先采用助 融造气炉提供了优质的原料，即金属化球团，实现 燃风和煤气双预热的蓄热式烧咀，在热工上实现了

Vol.29 Suppl.1 朱荣等：转底炉工艺的发展与实践 • 173 • 面，预热段、还原段应喷吹二次空气并形成强紊流， 使得预热段产生的挥发分和还原产生的 CO 在炉内 快速、充分地燃烧（后燃烧），以便弥补球团还原 强烈吸热，节约外部燃料消耗．在炉子还原末段， 为了避免球团层上表面再氧化，则应严格控制二次 空气流的进入，且控制烧嘴燃烧在亚化学计量条件 下进行，以保持该区域一定的还原性气氛． 烧嘴设计应最大程度确保：在炉料上提供均匀 的温度分布，防止局部过热；降低扰动和炉料附近 的搅拌，以消除被 CO2 和 H2O 再氧化． 根据还原过程的要求控制炉内各段的温度和气 氛，从而优化各段烧嘴的布置． 3 转底炉炼铁从直接还原到熔融还 原的过渡 原来冶金界希望由转底炉生产出来的金属化球 团能够直接作为炼钢原料，并为此努力了很多年．但 是由于转底炉工艺以含碳球团为原料，所得到的产 品中既包括了矿粉中的脉石，又增加了煤灰分，导 致产品中的 TFe 含量低．因此，必然要求选用高品 位精矿粉以及低灰分煤．转底炉直接还原工艺另一 个难以克服的难点是原料中硫含量绝大部分保留在 金属化球团产品中，过高的硫含量显然不适用于炼 钢的要求． 于是，国外研究者不得不将目光转向预还原金 属化球团＋熔分生产铁水的工艺路线，主要采用埋 弧电炉与转底炉相匹配，结果每吨铁水耗电 500~550 kWh，不符合我国国情． 在这样的背景下，北京科技大学自主开发了转 底炉预还原＋热装终还原熔分炉的工艺，见图 1． 熔分炉，又名熔融造气炉，类似于 COREX 的 终还原炉，不同的是它不用氧气，而用高温热风 (1200℃)．金属化球团从上部热装入炉(1000℃)， 可充分利用原料的物理热．熔融造气炉每生产 1 t 铁水，大约使用 300 kg 型煤，可以节约焦炭及焦煤 资源． 金属化球团在熔融造气炉内进一步还原、熔化， 使渣铁分离，调节炉渣的碱度，可使大部分硫进入 到炉渣中，有较强的脱硫作用，既保证了铁水质量 又减少了 SO2 向大气的排放． 熔融造气炉与转底炉相匹配，无论在技术上还 是在经济上都实现了最佳配合和互补，转底炉为熔 融造气炉提供了优质的原料，即金属化球团，实现 了无焦炼铁．熔分的结果使原料的脉石和有害杂质 去除，获得优质铁水．熔融造气炉还可分担一部分 还原任务，从而提高了转底炉的生产率．熔融造气 炉的副产品煤气除了可用于热风炉，还可作为转底 炉的燃料． 图 1 转底炉——熔分炉双联炼铁工艺流程图 4 转底炉熔融还原炼铁的应用 转底炉熔融还原炼铁存在的主要问题仍在于转 底炉薄层炉料操作导致整个工艺的生产率低．目前 为止最大的转底炉单炉产量是动力钢公司的年产 60 万 t 金属化球团，这样的产量不足以进入钢铁生 产主流程． 目前转底炉熔融还原炼铁主要应用于： (a)为电炉短流程提供热装铁水； (b)钢铁厂粉尘回收利用； (c)特殊矿综合利用． 如何解决厚料层的还原是实现提高生产规模的 关键，我们正在致力于这方面的实验研究． 5 结论 转底炉直接还原生产金属化球团直接供给电炉 作炉料必须用高品位的铁矿和低灰分低硫煤，否则 影响电炉产量和质量；而且转底炉要另供煤气作燃 料． 转底炉与熔分炉相匹配，使熔分炉获得金属化 原料，从而大大提高生产效率；缓解了直接还原受 原料品位的制约，使普通高炉用的矿源和普通煤种 也可用于直接还原，这对我国发展直接还原具有现 实意义．反过来，熔分炉又为转底炉提供煤气作为 燃料，同时充分利用转底炉烟气余热，率先采用助 燃风和煤气双预热的蓄热式烧咀，在热工上实现了

·174· 北京科技大学学报 2007年增刊1 突破. to produce high quality DRI for the EAF.ISIJ Int,2001, 转底炉熔分炉双联工艺，与传统的高炉工艺（含 41(Suppl):S17 烧、焦)相比，投资省、成本低、环保好，具有良 [3】晓苏.1tmk3一第三代煤基直接还原炼铁技术.铜铁，2002， 好的经济效益和社会效益. 37(6):40 [4]Tsuge O.Kikuchi S,Tokuda K,et al.Successful iron nuggets 参考文献 production at Itmk3 pilot plant.Ironmaking Con Proc,2002:511 [5]】万天骥.直接还原铁熔分造气炉.专利，200420005647.5. [1]Nagata K,Kojima R,Murakami T,et al.Mechanisms of pig-iron 2004-03-02 making from magnetite ore pellets containing coal at low tem- [6]万天骥，任大宁，孔令坛，等。煤基热风转底炉熔融还原炼铁 perature.ISIJ Int,2001,41(11):1316 法：中国专利，CN1443856A.2003-9-24 [2]Sawa Y,Yamamoto T,Takeda K,et al.New coal-based process Development and practice on the rotary hearth furnace ironmaking process ZHU Rong.REN Jiangtao.LIU Gang.WAN Tianji.XU Meng Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The development of the rotary hearth furnace(RHF)ironmaking process at home and abroad was introduced.Emphasis was paid on elucidating the achievement and experience on the course of the research on RHF technology by University of Science and Technology Beijing.Based on chinese conditions and policies, the combined process of RHF pre-reduction and melting-gasifying furnace should be considered as the orienta- tion to develop RHF technology,which should be mainly applied to supplying hot metal to EAF,recovery of dust from these iron and steel plants,and comprehensive utilization of special ores etc. KEY WORDS rotary hearth furnace process;ore/coal composite pellets;direct reduction;melting reduction

• 174 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 突破． 转底炉熔分炉双联工艺，与传统的高炉工艺（含 烧、焦）相比，投资省、成本低、环保好，具有良 好的经济效益和社会效益． 参 考 文 献 [1] Nagata K, Kojima R, Murakami T, et al. Mechanisms of pig-iron making from magnetite ore pellets containing coal at low tem￾perature. ISIJ Int，2001，41(11):1316 [2] Sawa Y, Yamamoto T, Takeda K, et al. New coal-based process to produce high quality DRI for the EAF. ISIJ Int，2001， 41(Suppl)：S17 [3] 晓苏. Itmk3——第三代煤基直接还原炼铁技术. 钢铁，2002， 37(6):40 [4] Tsuge O, Kikuchi S, Tokuda K, et al. Successful iron nuggets production at Itmk3 pilot plant. Ironmaking Con Proc，2002: 511 [5] 万天骥 . 直接还原铁熔分造气炉 . 专利， 200420005647.5. 2004-03-02 [6] 万天骥，任大宁，孔令坛，等. 煤基热风转底炉熔融还原炼铁 法：中国专利，CN1443856A. 2003-9-24 Development and practice on the rotary hearth furnace ironmaking process ZHU Rong, REN Jiangtao, LIU Gang, WAN Tianji, XU Meng Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China ABSTRACT The development of the rotary hearth furnace (RHF) ironmaking process at home and abroad was introduced. Emphasis was paid on elucidating the achievement and experience on the course of the research on RHF technology by University of Science and Technology Beijing. Based on chinese conditions and policies, the combined process of RHF pre-reduction and melting-gasifying furnace should be considered as the orienta￾tion to develop RHF technology, which should be mainly applied to supplying hot metal to EAF, recovery of dust from these iron and steel plants, and comprehensive utilization of special ores etc. KEY WORDS rotary hearth furnace process; ore/coal composite pellets; direct reduction; melting reduction