张建良等：炼铁新技术及基础理论研究进展 ·1639· 63钢铁冶金尘泥高效处理熔融炉工艺 的火法处理工艺有回转窑工艺、转底炉工艺、OxyCup 国内外对于含铁尘泥的处理主要有物理处理工 工艺和DK工艺6阿.张建良等67创新设计了一种新 艺、湿法和火法处理工艺.物理处理工艺一般仅仅 型的适合中国国情的冶金尘泥高效处理熔融炉 作为预处理工艺，湿法处理工艺是通过浸出剂将粉 (图7)，开发了“尘泥冷压一高温熔炼”的短流程处 尘中的氧化锌及其他金属氧化物浸出的方法，湿法 理工艺，构建了熔融法工艺的能质平衡模型和冶炼 处理工艺存在处理效率低、工序复杂的缺点.常见 仿真模型，提出了熔融炉高效低耗冶炼路线 Velocity/(m's) Velocity/(m's) 7.48×10 7.08×102 6.69×102 630x102 5.90×10 5.51×102 5.12×102 4.72×102 4.33×102 Center line velocity 3.94×102 field of tuyere 3.54×10 3.15×102 2.75×102 2.36×10 1.97×10 1.57×102 1.18×102 7.87×10 3.93×101 0 Centerline temperature New melting furnace Coal gas flow field diagram field of tuyere 图7新型熔融炉及其模拟场分布 Fig.7 New melting fumace and the simulated field distribution 7非高炉炼铁技术 炉还原.可在气化炉粉尘烧嘴处喷吹含碳燃料 图8(b)中央SRV炉是整个HIsmelt工艺的核 炼铁新工艺[6]包括直接还原工艺和熔融还原 心，熔融还原反应在SRV炉里进行，含有大量 工艺.直接还原炼铁工艺是在铁矿石不熔化状态 CO和CO2的煤气从SRV炉中通出，进行CO2脱 下采用煤或还原性气体（煤气、石油）作为热源和 除后，将CO浓度较高的煤气再通入到矿粉预热系 还原剂对铁的氧化物进行还原，获得固态直接还 统中，煤气中带入的热量可以对矿粉进行预热，提 原铁的生产工艺：熔融还原工艺是采用非焦煤将 高预热温度，煤气的循环利用会提高HIsmelt工艺 铁矿石在反应器内进行还原获得液态铁水的生产 中能源利用率.山东墨龙的工业实践取得了较为 工艺.目前，实现工业化生产的熔融还原炼铁工艺 明显的效果，自从2016年6月第1次开炉至2017 主要有Corex和HIsmelt等 年底，山东墨龙HIsmelt!6-m最长连续运行时间已 如图8(a)所示，Corex炼铁工艺I69川是典型的 达I10d,超过力拓HIsmelt工艺报道的最长连续运 两步熔融还原工艺，其中：在还原竖炉中进行固相 行时间65d.山东墨龙HIsmelt最大日均产量为 预还原，在熔融气化炉中进行熔态终还原.我国宝 1930t,超过力拓HIsmelt的最大日均产量1834t, 钢建成了国内第一条Corex工艺生产线(C-3000装 山东墨龙HIsmelt-o工厂所生产的特种铸造生铁 置)，宝钢C0REX-3000四已正式搬迁至八钢，更 磷质量分数较低，平均为0.015%~0.030%，基本不 名欧冶炉-，生产过程中放弃使用块煤，采用高 含硅、锰等元素，硫质量分数为0.03%~0.095%，其 反应性焦炭作为气化炉骨架.因此，气化炉拱顶区 他5种五害元素（铅、锡、砷、锑和铋）含量非常 域煤气量和拱顶温度变化较大.为保证气化炉拱 低，能够满足高端制造业对高纯生铁的需求. 顶产生的煤气量充足且具有较高温度以便用于竖 图8(c)所示为气基直接还原工艺图.气基直接6.3    钢铁冶金尘泥高效处理熔融炉工艺 国内外对于含铁尘泥的处理主要有物理处理工 艺、湿法和火法处理工艺. 物理处理工艺一般仅仅 作为预处理工艺，湿法处理工艺是通过浸出剂将粉 尘中的氧化锌及其他金属氧化物浸出的方法，湿法 处理工艺存在处理效率低、工序复杂的缺点. 常见 的火法处理工艺有回转窑工艺、转底炉工艺、OxyCup 工艺和 DK 工艺[66] . 张建良等[67] 创新设计了一种新 型的适合中国国情的冶金尘泥高效处理熔融炉 （图 7），开发了“尘泥冷压—高温熔炼”的短流程处 理工艺，构建了熔融法工艺的能质平衡模型和冶炼 仿真模型，提出了熔融炉高效低耗冶炼路线. New melting furnace Centerline temperature field of tuyere Coal gas flow field diagram Center line velocity field of tuyere Velocity/(m·s−1) Velocity/(m·s−1) 7.48×102 7.08×102 6.69×102 6.30×102 5.90×102 5.51×102 5.12×102 4.72×102 4.33×102 3.94×102 3.54×102 3.15×102 2.75×102 2.36×102 1.97×102 1.57×102 1.18×102 7.87×101 3.93×101 0 图 7    新型熔融炉及其模拟场分布 Fig.7    New melting furnace and the simulated field distribution 7    非高炉炼铁技术 炼铁新工艺[68] 包括直接还原工艺和熔融还原 工艺. 直接还原炼铁工艺是在铁矿石不熔化状态 下采用煤或还原性气体（煤气、石油）作为热源和 还原剂对铁的氧化物进行还原，获得固态直接还 原铁的生产工艺；熔融还原工艺是采用非焦煤将 铁矿石在反应器内进行还原获得液态铁水的生产 工艺. 目前，实现工业化生产的熔融还原炼铁工艺 主要有 Corex 和 HIsmelt 等. 如图 8（a）所示，Corex 炼铁工艺[69−71] 是典型的 两步熔融还原工艺. 其中：在还原竖炉中进行固相 预还原，在熔融气化炉中进行熔态终还原. 我国宝 钢建成了国内第一条 Corex 工艺生产线（C-3000 装 置），宝钢 COREX-3000[72] 已正式搬迁至八钢，更 名欧冶炉[73−75] ，生产过程中放弃使用块煤，采用高 反应性焦炭作为气化炉骨架. 因此，气化炉拱顶区 域煤气量和拱顶温度变化较大. 为保证气化炉拱 顶产生的煤气量充足且具有较高温度以便用于竖 炉还原，可在气化炉粉尘烧嘴处喷吹含碳燃料. 图 8（b）中央 SRV 炉是整个 HIsmelt 工艺的核 心 ，熔融还原反应 在 SRV 炉里进行 ，含有大 量 CO 和 CO2 的煤气从 SRV 炉中通出，进行 CO2 脱 除后，将 CO 浓度较高的煤气再通入到矿粉预热系 统中，煤气中带入的热量可以对矿粉进行预热，提 高预热温度，煤气的循环利用会提高 HIsmelt 工艺 中能源利用率. 山东墨龙的工业实践取得了较为 明显的效果，自从 2016 年 6 月第 1 次开炉至 2017 年底，山东墨龙 HIsmelt[76−77] 最长连续运行时间已 达 110 d，超过力拓 HIsmelt 工艺报道的最长连续运 行时间 65 d. 山东墨龙 HIsmelt 最大日均产量为 1930 t，超过力拓 HIsmelt 的最大日均产量 1834 t， 山东墨龙 HIsmelt[78−80] 工厂所生产的特种铸造生铁 磷质量分数较低，平均为 0.015%～0.030%，基本不 含硅、锰等元素，硫质量分数为 0.03%～0.095%，其 他 5 种五害元素（铅、锡、砷、锑和铋）含量非常 低，能够满足高端制造业对高纯生铁的需求. 图 8（c）所示为气基直接还原工艺图. 气基直接 张建良等： 炼铁新技术及基础理论研究进展 · 1639 ·