Vol.31 Suppl.I 苏亚杰等：铁矿煤球团内生还原气生产DRI工艺及估算 47. 形成固结体.球团内的半焦和焦炭起到了与高炉内7,4脱硫作用 焦炭不同的骨架作用 我们在实验中发现了存在着脱硫现象，脱硫率 7几个关键技术问题 达到70%一80% 7.1竖炉内的热平衡问题 8 DRI-NHQ工艺的技术经济优势 有专家指出：铁矿煤球团内生还原气生产DRI 8.1与高炉工艺比节能分析 是强吸热反应，仅靠还原气载热供热，热量是不够 此工艺估算能耗比高炉炼铁工艺（含烧结、炼 的，热量难以平衡，这是个首要问题，我们考虑的解 焦、烧结球团、炼铁)低的原因如下： 决办法如下： (1)工艺简化，取消了烧结、炼焦球团工艺，能 (1)可能产生了煤加氢液化、汽化的强放热 耗可以全部节省下来，减排而且消除了工艺污染， 反应， (2)利用余热，可利用竖炉内下段还原段还原 实验中产生了深黄色的烟气，类似于焦炉荒煤 后气体余热，干馏和预热铁矿煤球团. 气，疑似产生了煤加氢的合成反应.其中，C十 (3)煤的干馏气化·煤的干馏气化促进了低温 Hz℃H4(CmHm)等，其反应热为46~54kJ· 下碳的一次气化反应、直接还原和间接还原反应， mol1,在直接还原过程中因其总的是吸热反应，这 (4)利用了铁精矿和煤粉的高比表面积， 部分反应热很容易在反应过程中被利用， 使用烧结矿和球团矿，是将费了好大工将铁矿 (2)还原竖炉可分为两段及两段以上供热 石比表面积提高了的铁精矿又倒回到了低比表面 (③)补充少量02气加热还原气， 积.约从3000~6000cm2g降到0~10cm2g1 (4)利用余热.利用竖炉内下段还原后气体余 左右，延长了还原反应时间，制约了炼铁工艺能耗的 热，加热竖炉内上段铁矿煤球团，干馏和预热铁矿煤 进一步降低，本工艺保留并利用了铁精矿和煤粉的 球团 高比表面积，使还原反应速度加快，反应温度降低， (5)固一液反应界面增大，减少了碳熔反应 节约了能源， 煤的软化使煤粒与铁矿粉颗粒之间的点接触中 (5)铁矿粉储能[8] 的大部分转变为面接触，使得固一液，固固反应界 铁精矿在细磨过程中存在储能现象，铁矿粉储 面大幅度增加，不仅加快了反应速度，增加了 能主要来自表面能、晶界能、和位错能，其中贡献最 Fex0,十CFex0,-1+C0及Fe0,+C0— 大的为晶界能，表面能贡献最小.储能后，C0或H2 Fex0,-1十CO2反应比例；减少了CO2十C一C0 还原Fe304和Fe0的平衡气体浓度降低，有利于提 反应比例，减少了热量消耗 高气体利用率；煤基铁矿粉的还原反应温度也相应 7.2铁矿煤球团的热强度问题 降低 铁矿煤球团的热强度，总的说不如氧化球团强 (6)炉内温度低，高炉风口区温度可达 度高，但是可以满足直接还原的需要，分析铁矿煤 1700℃，直接还原炉内温度仅1100℃. 球团保持热强度的原因，主要是煤在升温过程中的 (7)炉壁温度损失，高炉炉壁循环水带走了热 软化、液化、汽化过程中的内黏结作用，以及煤液化、 量，直接还原炉壁用耐火材料即可，反之，还应保温 汽化后形成的半焦、焦与铁精矿粉的固结体，还有 (8)排渣热.高炉炉渣带走了大量热量，直接 形成固结体后，在直接还原过程中，铁矿的还原、碳 还原不排渣， 的消耗和铁连晶体的产生，是一个连续渐进的过程， (9)铁水显热.高炉铁水温度1550℃左右，直 这样就可以在还原过程中保持铁矿煤球团的热 接还原铁热出炉出口温度仅1100℃.若冷出炉还 强度 可以回收14kg标准煤显热， 7.3煤中的灰分带入DRI的问题 根据表1中计算，太钢炼铁、炼焦、烧结、球团全 如今的选煤技术可以把洗精煤灰分选到5%以 炼铁系统2009年上半年折算煤耗为693.13kg· 下.按配煤比220kgt一，煤灰分带入DRI中的杂 t一，DRI-NHQ估算煤耗为333kgt1,比太钢全高 质仅1.1%，DRI质量可以达到YB/T4170-2008 炉系统煤耗低360.13kgt,仅为全高炉炼铁系统 要求.在煤的灰分中含有Fe203大约5%~30%，可 折算煤耗的48%左右， 以选择煤灰分中含F203较高的煤做配煤，以增加 8.2与MIDREX能耗对比分析 DRI铁含量，减少杂质含量. 鉴于两种工艺折合碳还原剂都为218kgt1.形成固结体．球团内的半焦和焦炭起到了与高炉内 焦炭不同的骨架作用． 7 几个关键技术问题 7∙1 竖炉内的热平衡问题 有专家指出：铁矿煤球团内生还原气生产 DRI 是强吸热反应‚仅靠还原气载热供热‚热量是不够 的‚热量难以平衡．这是个首要问题‚我们考虑的解 决办法如下： （1） 可能产生了煤加氢液化、汽化的强放热 反应． 实验中产生了深黄色的烟气‚类似于焦炉荒煤 气‚疑似产生了煤加氢的合成反应．其 中‚C＋ H2 CH4（C nHm ） 等‚其反应热为 46～54kJ· mol －1‚在直接还原过程中因其总的是吸热反应‚这 部分反应热很容易在反应过程中被利用． （2） 还原竖炉可分为两段及两段以上供热． （3） 补充少量 O2 气加热还原气． （4） 利用余热．利用竖炉内下段还原后气体余 热‚加热竖炉内上段铁矿煤球团‚干馏和预热铁矿煤 球团． （5） 固－液反应界面增大‚减少了碳熔反应． 煤的软化使煤粒与铁矿粉颗粒之间的点接触中 的大部分转变为面接触‚使得固－液‚固－固反应界 面大 幅 度 增 加‚不 仅 加 快 了 反 应 速 度‚增 加 了 Fe xOy＋C Fe xOy－1＋CO 及 Fe xOy ＋CO Fe xOy－1＋CO2 反应比例；减少了 CO2＋C CO 反应比例‚减少了热量消耗． 7∙2 铁矿煤球团的热强度问题 铁矿煤球团的热强度‚总的说不如氧化球团强 度高‚但是可以满足直接还原的需要．分析铁矿煤 球团保持热强度的原因‚主要是煤在升温过程中的 软化、液化、汽化过程中的内黏结作用‚以及煤液化、 汽化后形成的半焦、焦与铁精矿粉的固结体．还有 形成固结体后‚在直接还原过程中‚铁矿的还原、碳 的消耗和铁连晶体的产生‚是一个连续渐进的过程． 这样就可以在还原过程中保持铁矿煤球团的热 强度． 7∙3 煤中的灰分带入 DRI 的问题 如今的选煤技术可以把洗精煤灰分选到5％以 下．按配煤比220kg·t －1‚煤灰分带入 DRI 中的杂 质仅1∙1％‚DRI 质量可以达到 YB／T4170－2008 要求．在煤的灰分中含有 Fe2O3 大约5％～30％‚可 以选择煤灰分中含 Fe2O3 较高的煤做配煤‚以增加 DRI 铁含量‚减少杂质含量． 7∙4 脱硫作用 我们在实验中发现了存在着脱硫现象．脱硫率 达到70％～80％． 8 DRI－NHQ 工艺的技术经济优势 8∙1 与高炉工艺比节能分析 此工艺估算能耗比高炉炼铁工艺（含烧结、炼 焦、烧结球团、炼铁）低的原因如下： （1） 工艺简化．取消了烧结、炼焦球团工艺‚能 耗可以全部节省下来．减排而且消除了工艺污染． （2） 利用余热．可利用竖炉内下段还原段还原 后气体余热‚干馏和预热铁矿煤球团． （3） 煤的干馏气化．煤的干馏气化促进了低温 下碳的一次气化反应、直接还原和间接还原反应． （4） 利用了铁精矿和煤粉的高比表面积． 使用烧结矿和球团矿‚是将费了好大工将铁矿 石比表面积提高了的铁精矿又倒回到了低比表面 积．约从3000～6000cm 2·g －1降到0～10cm 2·g －1 左右‚延长了还原反应时间‚制约了炼铁工艺能耗的 进一步降低．本工艺保留并利用了铁精矿和煤粉的 高比表面积‚使还原反应速度加快‚反应温度降低‚ 节约了能源． （5） 铁矿粉储能［8］． 铁精矿在细磨过程中存在储能现象．铁矿粉储 能主要来自表面能、晶界能、和位错能‚其中贡献最 大的为晶界能‚表面能贡献最小．储能后‚CO 或 H2 还原 Fe3O4 和 FeO 的平衡气体浓度降低‚有利于提 高气体利用率；煤基铁矿粉的还原反应温度也相应 降低． （6） 炉 内 温 度 低．高 炉 风 口 区 温 度 可 达 1700℃‚直接还原炉内温度仅1100℃． （7） 炉壁温度损失．高炉炉壁循环水带走了热 量‚直接还原炉壁用耐火材料即可‚反之‚还应保温． （8） 排渣热．高炉炉渣带走了大量热量‚直接 还原不排渣． （9） 铁水显热．高炉铁水温度1550℃左右‚直 接还原铁热出炉出口温度仅1100℃．若冷出炉还 可以回收14kg 标准煤显热． 根据表1中计算‚太钢炼铁、炼焦、烧结、球团全 炼铁系统2009年上半年折算煤耗为693∙13kg· t －1‚DRI－NHQ 估算煤耗为333kg·t －1‚比太钢全高 炉系统煤耗低360∙13kg·t －1‚仅为全高炉炼铁系统 折算煤耗的48％左右． 8∙2 与 MDREX 能耗对比分析 鉴于两种工艺折合碳还原剂都为218kg·t －1． Vol．31Suppl．1 苏亚杰等：铁矿煤球团内生还原气生产 DRI 工艺及估算 ·47·