Danarex直接还原新工艺介绍

2010-02-07   作者：佚名   网友评论 0 条

达涅利新开发的Danarex直接还原工艺能生产出优质还原铁——SuperMetallic。该工艺在产能设计方面具有很高的灵活性，而且产品可以实现热装或冷装。即使在球团状态，产品也可被钝化，碳元素可得到自由控制和完全回收。达涅利已与印度Jindal钢铁和动力有限公司签订合同，为该公司在印度奥利萨邦(Orissa)兴建世界第一座Danarex直接还原铁厂。该工程已于今年初动工，设计生产能力为200万吨／年。

    前言

       Danarex工艺采用了所有的最新还原技术，再加上众所周知的Arex专利技术，在此基础上设计出一套优化的直接还原装备，能够生产出质量最优的直接还原铁，在金属化和碳含量方面完全符合电弧炉对铁水原料的要求。Danarex是基于气体的还原工艺，可采用各种不同的燃料(如天然气、煤炭等)，具有高度的灵活性和适应性。同时，生产能力的设计空间达50万～100万吨／年，可满足各种市场需求。

     碳扩散反应发生在专用渗碳料钟内，合理的扩散时间获得了以Fe3C形式存在的较高的碳含量(可在1．0％～3．5％之间调整)。生产过程中的超高温和高含碳量使产品具有高度的稳定性和安全性。

    Danarex工艺的主要特点

    该工艺的核心是一座将氧从原料(一般为赤铁矿Fe203)中除去的还原炉。逆流还原性混合气体中含有一氧化碳(CO)、氢气(H2)和甲烷(CH4)等，通过与这些气体反应产生高温并在高温下发生还原反应,从而生产出金属铁。金属铁本身又作为催化剂生产出更多的还原剂，这些还原剂是通过甲烷直接在还原炉内的“自动重整”获得的。

    自动重整原理——自动重整原理是Danarex工艺的显著特点之一。一定量的CO和H2直接在反应器中产生，FeO在其中起到催化作用，尽管FeO的反应速度较慢，但它在双重反应器气体注入区的大量存在弥补了反应速度慢的不足。自动重整的主要方程式为：

    CH4+FeO=Fe+2H2+CO

    这是一个强吸热反应，温度达到750℃时开始反应，并在这一温度之上时继续进行，直至达到完全反应的90％，生成一种高度金属化的产品。过程中产生的还原性气体将用于后面的预还原和还原反应。

      “自动重整"概念使还原气体消耗量减少，并且大大提高了还原气的质量。还原反应所需的能源直接从还原气体本身的显热中吸收，因此，吹人的氧气在通过内燃增加还原气体温度的过程中基本上没有发生热损失。 
 
       吹入反应器的高温气体增强了反应动力学，从而提高了工厂的产量。还原气的使用也得到优化，使金属化程度达到92％~95％的水平，改善了工厂的经济效益。   

    钝化——还原阶段之后，高度金属化的产品通过竖炉料钟流下，这时发生渗碳作用。富含CH4的气体可添加到竖炉的下部。

    渗碳料钟与DRI(直接还原铁)冷却区是分开的，因为渗碳体的形成绝对依赖于温度、气体成分以及碳在铁基体中的扩散时间。但这种设计的好处还不限于此，将渗碳区与冷却和还原区分开意味着大部分碳在700℃以上析出，使碳在r一铁组织中得到扩散，从而产生一个Fe3C层，这个Fe3C层对金属性表面的活跃点起到减活作用，结果形成了一个防止再氧化的保护层。

    即使在较低的温度下，渗碳气体中的高CH4含量也将裂化反应转化为生成Fe3C的过程。原料在料钟中的停留时间(2小时以上)足够保证碳的扩散和Fe3C(即碳化铁或渗碳体)的形成。生成渗碳体(Fe3C)的CH4与金属铁之间的反应式为：

    3Fe+CH4=Fe3C+2H2   

这是一个吸热性反应，在高温和较低的总压力下易于进行。

    减少污染——Danarex工艺的二氧化碳排放量远低于高炉，前者的二氧化碳排放水平在250立方米／吨DRI左右，而后者却高达700立方米／吨铁水。 

Jindal的直接还原项目  

    在标准的Danarex设计中，工艺所需还原气体中的一部分通过自动重整反应产生，其余的气体由一座外部重整炉提供。也可以采用煤炭气化装置生产富含CH4的高热值合成气，为还原炉提供充足的优质还原剂。气化器对煤料具有很强的适应性，能利用各种煤炭而并不对铁还原工艺构成影响。这也是该技术的主要优势之一，因为其他基于煤炭的炼铁工艺要么对煤料的品质要求很高，甚至必须使用焦炭(如Corex、高炉等)，要么产量非常有限(如转底炉)。  

    还原气外部供应方式的选择取决于市场和原料供应情况。在天然气丰富的地区，建一座天然气重整装置当然是非常合适的。但对于印度、中国和欧洲的市场来说，天然气供应较为紧张，价格昂贵，而煤炭的供应却非常充足，那里采用煤炭气化装置就成为合理的选择。

       这种可选择性的配置已在Jindal项目中得到成功的应用。Jindal是印度的一家钢铁和电力公司，计划在奥利萨邦兴建一座综合性钢铁厂，其中包括一个Danarex厂，另外还有球团厂、炼钢厂、轧钢厂和动力厂等。该Danarex厂每年将生产200万吨冷热DRI，作为原料供应给一座新建电弧炉(EAF)。所需的氧化铁球团矿将由自备的球团厂生产。

       Jindal为发电系统配套了一台燃气轮机，以利用由高压合成气(2×106帕斯卡)膨胀产生的能量，这可以节省大约相当于1 0×106瓦电力的能源。

下表给出了该厂的一些主要数据。 

         该厂将成为迄今为止最大的DRI炼铁厂，核心部分是直径7米的还原炉，年生产能力达200万吨，工程已于2006年初破土动工，计划2008年上半年建成投产，预计从合同签订到设备调试只需26个月。

        整个钢铁厂建成后将利用当地丰富的煤炭和铁矿资源，使其经济效益有了保障。煤炭气化与直接还原工艺的成功结合为炼铁概念提供了新的思路。

冷／热装料选择——按照计划，投产后的第一阶段Danarex厂将生产冷态DRI。二期工程将增加一套直接热装系统，该系统主要由一套机械传送装置构成，用于将高温还原和渗碳DRI铁水装入外部冷却系统，或通过一条热送带直接装人电弧炉的顶部。

DRI铁水通过一个倾斜的出铁管从双重反应器排至冷却罐或热装管，铁流控制装置确保铁水流向冷却罐或者热装管。通过注人热氮的方法为出铁管实行了标准的气体密封。

 一个独特的水平式铁水传送装置(专利)与出铁管连接，它承担着双重功能：不仅充当铁水传送带，还在连续生产的DRI炉与间歇式操作的电炉之间充当一个缓冲系统。