印度非焦煤炼铁工艺
作者：佚名发布时间：1970-01-01
传统的高炉-转炉炼铁工艺流程要消耗大量的焦煤。印度国内炼焦煤资源缺乏，质量也在日益恶化。目前，炼焦煤的质量已经不能满足高炉在合理生产率的条件下运行。国内钢厂被迫从国外进口高质量的炼焦煤，与国内煤混合后用于高炉生产。在联合钢铁企业，高成本的炼焦煤推高了生铁的制造成本。
面对高炉炼铁的严峻形势，印度钢厂已经付出巨大努力来寻找新的炼铁技术以满足今后的钢材需求。在这种形势下，开发了许多采用非焦煤生产铁水的工艺。其中INERD和KR 已经建立了试验/示范规模。
INRED和KR工艺的特点是生产规模小，生产率高且具有十分经济而强大的生存能力。此外，由于INRED和KR工艺炉子容量较小，用煤量不大，因而很容易与小煤矿联合，保证供煤安全。因为印度非炼焦煤贮量大（约占总煤贮量的70％）、分布广，所以，非焦炭炼铁是印度钢铁工业最佳的发展模式。
1．INRED和KR工艺实现工业生产目标
为配合INRED和KR工艺实现工业化生产目标，首先对全印度的非焦煤进行评估与煤质分析并明确和制定适合于INRED和KR工艺用煤的质量标准。
印度钢铁界专家预测，INRED和KR工艺生产炉可能在10年后建成投产。为使读者对两工艺有清楚的认识，现将INRED和KR工艺介绍如下。
2．INRED工艺
INRED工艺的特点是两步反应在一个单反应器完成。首先是煤和氧气在反应器上部闪速熔炼室内将矿石预还原成FeO。在这个阶段可提供工艺需要总能量的90％。然后在反应器下部埋弧电炉内，通过电能将FeO熔炼成铁水。
将反应器冷却系统中产生的副产品蒸汽输入废气锅炉，加热成过热蒸汽，带动透平机发电，供给氧气厂、电炉及其他附属设备。
INRED工艺流程见图1。铁矿石、煤和氧气通过喷嘴从炉顶喷进闪速熔炼室。为了能使炉内炉料和流动气体产生涡流，喷嘴采取斜切安装。二次和三次氧气同样由喷嘴在两个较低的平面位置喷进闪速熔炼室。喷嘴正切安装有利于放大涡流。
闪速熔炼室以及废气出口砌成隔墙式有助于产生蒸汽。闪速熔炼室冷却墙自身利用冷冻料降低从反应区到水（在锅炉内）的传热，使闪速熔炼室温度能保持在1900℃的高温以利于熔炼。
控制煤的燃烧，使其产生足够的焦炭，用于最后的还原和渗碳反应。
在埋弧电炉内的炉料包括海绵铁、焦炭、未还原熔融材料和石灰。
生成海绵铁是在熔融态的FeO和焦炭之间进行的吸热反应。生成海绵铁反应完成后使膏状多孔态的海绵铁温度迅速降至1450℃。最后还原和熔化海绵铁发生在炉子下部电极周围。铁水集中在含有部分焦炭的渣底。
实践证明，由于煤的质量，如发热值等直接影响工艺的生产率，所以，对入炉材料的质量尤其是煤的质量必须有严格的要求。
硫——因为INRED工艺冶炼操作时，炉渣中的FeO含量较高导致铁水含硫量增高，所以，对入炉材料，尤其是煤的含硫量作出严格限制，要求含硫量必须低于1％。为保证铁水的含硫量进一步降低，希望煤含硫量低于0.9％。
磷——市场需要大量的低磷生铁生产特殊铸铁，如球墨铸铁，可锻铸铁等，所以，对煤的含磷量要求是：如果要求生铁含磷量为0～0.1％，0.11％～0.2％，0.21％～0.3％，那么煤的含磷量应分别为0～0.065％，0.066％～0.22％，0.23％～0.37％。根据上述变化，将煤分成Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级。
挥发分——煤的挥发分含量太高将产生两大害处，一是产生的气体太多，而气体会离开闪速熔炼室不参加还原反应，降低炉子还原效率；二是太高的挥发分会降低闪速熔炼室火焰温度，不利于提高工艺生产率。因此，要求干燥煤的挥发质含量应低于30％。
固定碳——固定碳是FeO最重要的还原剂和铁水不可缺少的渗碳剂。因此，如果煤固定碳含量太低会使渣中FeO含量升高影响铁矿石的还原。加之INRED工艺只有部分煤转化成焦炭，所以，要求干燥煤应具有较高的固定碳含量，即应高于45％。
发热值——INRED工艺和其他工艺一样，还原反应需要吸收大量热，因此，煤的发热值高低直接关系到炉子的还原效率。实践证明，为保证工艺的正常进行，要求煤的发热值应不低于5600kcal/kg。
灰分——煤的灰分含量越高，需要加入的熔剂越多，生成的渣量也越多。大渣量会导致生产率降低和能耗升高，因此，要求干燥煤的灰分含量应低于25％。
水分——INRED工艺要求煤的水分含量不超过5％，与其他工艺对水分的要求相同。
3. KR工艺
KR工艺特点见图2。与高炉不同，KR工艺是两步反应分别在两台反应器内完成。一台是用于产生还原气体和熔炼DRI的熔融气化炉，一台是用于还原铁矿石的竖炉。
熔融气化炉上部温度约1000℃，煤通过螺旋加料机进入炉中心，并在上部很快完成干燥，同时在适当温度下脱去挥发质。熔融气化炉净空带，煤粒燃烧。较小尺寸的煤在熔融气化炉的挥发带转变成焦炭，较大尺寸的煤则通过上升气体带入平均温度为1600～1700℃的流化床上部，在较高温度下脱去挥发质。
煤气化时放出的热量用于熔炼海绵铁。热的DRI从竖炉底部经气化炉顶部连续进入熔融气化炉，在流化床区域加热升温，最后熔炼成铁水和炉渣。硫在炉渣和生铁之间的分配比取决于炉渣碱度。为此，应加入石灰和白云石或自熔性炉料（如烧结矿）调整碱度，促进硫向炉渣转移，从而降低生铁中的硫含量。
熔融气化炉中产生的气体主要是CO和H2，此外还有CO2，N2，H2O和甲烷。气化炉中气体所含的主要尘粒通过旋风分离器去除。气化炉出口的高温气体可间接冷却和引进冷气体进行冷却，使温度降至850℃左右，最后将冷却和净化后的气体经环形管再引进竖炉并与下降的矿石逆向上行参与还原反应。生成的DRI金属化率为92％～95％。旋风分离器未能分离的大多数碳粒此时被下行的炉料吸收，同时与下降的海绵铁一起作为粘附碳返回熔融气化炉中。测试发现，还原和碳化反应均发生在竖炉。自竖炉顶部排出的废气脱除绝大部分硫之后还应保证还原气体中的CO2和H2O含量尽可能低，便于金属化和海绵铁的有效碳化。抽出从旋风分离器中分离出的尘粒并将其循环引入熔融气化炉。
实践中发现，在KR熔融气化炉中，决定反应是否良好的重要因素实际上是煤的质量。如煤挥发分含量和固定碳的多少，发热值及灰分的高低等。煤的硫、磷含量对铁水质量的影响最大，其次是灰分熔点，煤的膨胀和粘结性能。而煤的力学性能对工艺的影响极小。为更清楚煤质对KR工艺的影响，现将煤的有关技术参数详述如下：
灰分——煤的灰分含量越高，需要加入的熔剂也就越多，否则不能保证炉渣的良好性能。加入的熔剂越多，产生的渣量也就越多。实际经验指出，大渣量严重影响熔融气化炉操作性能和对工艺的控制。1983年10月，印度在Kehl钢厂联合攻关证实，印度煤干燥后的灰分含量应低于21％方能保证KR工艺的顺利进行。
水分——煤的水分会降低气化炉顶部温度。1983年10～11月，KR工艺利用含有高水分和高挥发质的印度煤进行试验，结果发现气化炉顶部的温度不能维持在1000℃，而必须保持在1200℃才能使气化炉产生的还原气体中的CO2含量在2％以下。所以，规定用于KR工艺的煤含水量必须在5％以下。
挥发分——煤的挥发分含量的高低是影响KR工艺的重要因素。太高的挥发分将降低气化炉顶部温度和升高还原气体中的CO2含量，不利于还原反应进行。经反复试验证明，挥发分的含量应不超过31％。
固定碳——煤的固定碳含量在保证熔融气化炉性能稳定和燃烧区域的良好燃烧以及铁水的碳化都具有十分重要的作用。因此，KR工艺要求煤的最低固定碳含量不得低于48％。
发热值——煤具有适当的发热值是维持熔融气化炉良好而稳定的热制度的关键因素。试验证实，煤的发热值应保持在大约5700kcal/kg煤，才能有利于KR工艺的正常进行。
硫——实验证实，KR工艺冶炼的铁水硫含量非常高，所以，必须对入炉材料，特别是印度煤的含硫量做出严格要求，即要求含硫量低于1％，最好低于0.9％，以确保铁水的高质量。
磷——KR工艺对煤的含磷量要求与INRED工艺一样，煤的含磷量在KR工艺的行为也与INRED工艺一样。KR工艺要求是，如果要使冶炼的金属含磷量为0～0.1％，0.11％～0.2％，0.21％～0.3％，那么要求煤的含磷量为0～0.06％，0.061％～0.20％，0.21%～0.34％。根据以上要求将煤的含磷量分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ级。
