Hismelt工艺

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HIsmelt工艺由力拓集团开发,使用铁矿粉和非焦煤粉,能够冶炼不同质量的铁矿粉,包括磷铁矿粉的一种工艺技术,
中文名
Hismelt工艺
开    发
力拓集团
原    料
铁矿粉和非焦煤粉
类    型
工艺技术

Hismelt工艺发展历程

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1991年,由力拓集团在西澳的奎那那地区建立了年产10万t的HIsmelt研发工厂,其目的是进一步验证核心工厂规模加大后从工艺和设计角度的可行性,同时为最终的商业化生产提供操作数据。其后,对设备进行了一系列研发、设计、验证和改进工作。2002年, 由澳大利亚力拓集团 (60%)、美国纽柯公司(25%)、 日本三菱公司(10%) 和我国首钢集团(5%)共同出资,成立了非法人性质的合营公司,2003年1月开始在西澳大利亚的奎那那工业区建设一座熔融还原炉炉缸内径为6m、年产80万t的HIsmelt设备,2004年下半年开始对设备进行调试。HIsmelt 工艺铁水热调试工作于2005年第二季度开始,2006年6月生产出第一批4万t生铁产品。

Hismelt工艺工艺原理

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HIsmelt 熔融还原工艺的核心技术是熔融还原炉(SRV ) , 熔融还原炉又可分为上部和下部两个区域。
在熔融还原炉下部的高温铁水熔池中,在1450℃高温条件下碳素可以熔解在铁液中,而熔解在铁液中的碳素又能与炽热的铁氧化物反应:
Ccoal→〔C〕iron (1)
3〔C〕iron+ Fe2O3→2〔Fe〕iron+ 3CO (2)
在熔融还原炉上部, 吹入的1200℃热风与自身煤气进行CO 和H2的氧化燃烧放热反应:
2CO + O2→2CO2 (3)
2H2+ O2→2H2O (4)
铁水熔池中反应(2) 产生的CO、煤中挥发分裂解产生的H2和喷吹物料载体的N2形成混合煤气, 强烈逸出的上升煤气又使高温液态渣铁形成了混合“涌泉”。熔融还原炉上部氧化放热反应所产生的热能, 通过传导和辐射提高了渣铁混合“涌泉”的温度, 被加热后的渣铁混合“涌泉”回落到铁水熔池下部,为反应(1) 和(2) 提供所需的热能,。连续喷入铁水熔池中的矿粉、煤和熔剂维持了反应的连续。

Hismelt工艺工艺技术

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矿粉经过筛分除去大块后经皮带输送到矿石预热器中进行循环预热和初级预还原, 筛分后的粒度< 6 mm 。经过矿石预热器预热后的矿粉温度可以达到800℃, 铁氧化物预还原度10%-15% , 热矿粉储存到热矿仓中待喷吹, 热矿仓下设双罐喷吹系统保证喷吹稳定。
HIsmelt 工艺采用的是粒煤喷吹(DC I) 技术,原煤经过锤式破碎机破碎并再经圆盘磨细磨、烘干后装入干煤仓待喷吹, 干煤粒度要求全部< 3mm , 干煤仓下也设双罐喷吹系统。
将造渣所需要的石灰石、菱镁石或者炼钢渣进行筛分,除去大块或者碎铁, 经过锤式破碎机破碎并再经圆盘磨细磨,烘干后装入干熔剂仓待喷吹, 喷吹粒度要求< 6 mm。
正常生产作业时, 将含铁原料、煤和熔剂用N2作载体经两套喷吹系统8根水冷喷枪直接喷入到熔融还原炉下部铁水熔池中, 不同物料喷枪间隔设置, 喷枪以向下一定倾角安装在熔融还原炉的中下部。生产时,根据生产率的需要调节8根喷枪的喷吹强度, 也可以仅降低或者停止某个喷枪工作,不影响整体生产状态。
随着煤在铁水熔池高温渣铁液中溶解和裂解, 热粉矿中的铁氧化物也在熔池中迅速被碳素还原。含铁料中的脉石、煤中的灰分和熔剂在铁水熔池中熔化形成熔渣, 其熔渣含FeO 比高炉渣高些。1200℃的热风通过热风喷枪吹入到熔融还原炉中, 热风的风速为250-300m/s。
为了提高生产率, 可以用含O2≤95%的低纯度氧气对鼓风进行富化, 由于热风炉特点限制, 热风最高含氧率为35%。
二次燃烧能量使“涌泉”中的炉渣和铁液的单元温度上升约5-10℃, 众多单元渣铁液再回落到熔池, 将上部燃烧产生的热能带回到下部熔池中继续维持熔融还原反应。“涌泉”中的部分炉渣挂附在水冷炉壁和喷枪上形成稳定的渣皮, 减少了热能损失,也保护了喷枪和冷却壁。熔融还原炉煤气发生量大约为2700m3/ t,温度大约为1200℃。
HIsmelt 熔融还原炉(SRV ) 没有配备开口机和泥炮等炉前设备, 设置了一个前置炉作为铁水排出装置,通过摆动沟嘴导流铁水。炉渣由另外设置的出渣孔间歇式排出, 与高炉出渣完全相同。
熔融还原炉的生产率由物料喷吹量、热风温度、热风富氧率和矿粉温度及其预还原度来调节, 也可以采取停止矿粉物料喷吹, 只喷入少量煤和鼓入热风的方式停止冶炼进行保温操作。

Hismelt工艺技术优势

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与传统高炉工艺相比,HIsmelt工艺具有如下优势:
(1)较低的投资成本
与传统炼铁技术相比,由于HIsmelt不需要焦炉和烧结厂或球团厂,而且HIsmelt 工艺
中的许多设备和设施如热风炉、喷吹系统和电厂等都是高炉炼铁工艺使用的,因此工厂建设相对比较简单。此外,由于HIsmelt技术所使用的原料比较灵活,因此无需大型原料配料场,极大降低了HIsmelt工厂的占地面积。
(2)较低的操作成本
由于不需要使用焦炭、烧结矿或球团炉料,可使用更便宜的铁矿粉和非焦煤,并且可直
接喷吹工厂废料,因此可取消烧结和焦化厂,炼铁成本较低,环境效益好。此外,由于不需要对原料进行加工,吨铁能耗较小。
(3)铁水质量好
HIsmelt工艺生产的铁水质量稳定,磷含量很低,基本不含硅,因此可进行少渣炼钢,获得更大的效益。
(4)原料选用灵活度大
HIsmelt工艺直接喷吹铁矿粉(<6mm)(也可以是钢厂细粒度废料和金属粉料、轧钢铁皮粉、经混合的返回料和其它铁料等)。

Hismelt工艺生产情况

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HIsmelt建成后,分别按设计能力的25%、35%、45%组织生产。由于HIsmelt工艺铁水熔池内炉渣和铁水间的脱S反应很难维持, 所以生产的铁水含硫比较高, 必须配有炉外脱硫工艺和设备。但铁水中P、Si含量比较低, 适合于炼钢低渣量操作。
HIsmelt厂所能达到的最高产能为80t/h,持续生产能力为75t/h,最高日产量1712t,最低煤比810kg/t。2007年产量11.5万t。工作重点是提高作业率和生产率。按计划,一系列改进设计落实后,2008年底能达到105t/h的设计产能。
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