气基还原用氧化球团性能要求及其测定方法

2017-03-08   作者：佚名   网友评论 0 条

 　　朱德庆，徐梦杰，潘建

　　中南大学资源加工与生物工程学院

　　1直接还原发展与展望

　　传统高炉流程长、投资高、原燃料加工复杂，且加工过程（炼焦和烧结）会产生严重的大气和粉尘污染，焦煤资源的储量低及价格昂贵，同时近年来人们环保意识逐渐提高，相关环保政策愈发收紧，以及全球温度上升带来的温室气体排放问题，使得高炉炼铁面临越来越严峻的危机[1-2]。

　　直接还原是将铁氧化物在熔点以下温度还原为固态铁的生产工艺，所得产品为直接还原铁（DRI）。相对于高炉流程，直接还原工艺流程短，能耗低，污染少，CO2排放明显减少，生产直接还原铁比高炉炼铁要节约原燃料25%，减少CO2排放量38%，有利于节约宝贵的焦煤资源，能适应日益提高的环保要求，是钢铁行业发展趋势[3-6]。随着电炉炼钢的逐渐发展，作为其原料的废钢供不应求，价格居高不下，发展纯度高、成分稳定、冶金性能优良的直接还原铁作为电炉原料，一方面能降低成本，另一方面能稀释废钢带来的有害成分，提高产品质量，生产优质钢、纯净钢。发展直接还原铁是解决中国电炉炼钢铁料来源供应问题的重要途径[7-9]。

　　直接还原铁成分稳定，杂质含量少，是电炉炼钢的理想原料和必不可少的稀释剂[10-11]。表1为近年来世界各直接还原铁工艺产量及分布，从世界范围来看，近几十年来，直接还原铁产量持续增长[8,12]。直接还原已经成为钢铁工业不可或缺的一部分。

 　　表1世界各直接还原铁工艺产量及分布
 

　　按还原剂种类，直接还原可分为煤基还原和气基还原。气基还原在直接还原中占有主导地位，MIDREX和HYL（Energiron）法竖炉直接还原是气基还原最主要工艺。2015年气基还原DRI占世界DRI总量的79.8%，MIDREX和HYL（Energiron）法竖炉DRI共占世界DRI的79.1%（见表1）。MIDREX和HYL两种工艺是当前最为成熟的气基直接还原工艺。

　　我国对直接还原技术进行了大量的研究，但是由于资源条件的限制，我国气基还原发展缓慢，目前主要是以回转窑、隧道窑等煤基法生产工艺为主，能耗高，设备能力小，2008以来我国DRI全部为隧道窑产品，最大年产量不超过60万吨，且产品质量较差，不合格率高，严重影响了直接还原技术的发展[13-15]。近年来，随着CO2等气体排放受到进一步关注，我国环保要求愈发严格，同时为了提高产品质量和效益，优化产业结构，发展污染低、能耗低的非高炉炼铁势在必行[16-17]。我国煤炭资源丰富，可为煤制气竖炉直接还原提供良好的资源条件；我国氧化球团技术先进，可为气基竖炉还原提供优良原料，气基还原将是我国直接还原未来发展方向。

　　2不同气基还原工艺球团矿性能要求及测定方法

　　氧化球团矿具有粒度均匀、冷态强度高、铁品位高、还原性好等优点，是优质的直接还原炼铁原料[18]。球团矿的质量对还原竖炉顺行和直接还原铁质量有较大影响，为了使还原产品达到相应的要求，用于还原的球团矿必须满足一定的性能要求[19-20]。MIDREX和HYL工艺不同，对球团矿的性能要求和冶金性能测试方法有不同要求。

　　2.1HYL法

　　法是应用较为广泛的一种工艺，其工艺成熟，生产规模大，有效气体回收率高，产量占世界DRI总产量15%左右。HYL法一般要求球团矿抗压强度不低于2000 N·个-1。HYL法冶金性能要求有950℃或800℃条件下的还原度指数和还原膨胀率，以及500℃条件下的低温还原粉化率。表2为一定温度下HYL法还原球团矿冶金性能标准[19,21]。球团矿还原度指数应大于4，还原膨胀率不大于15%，低温还原粉化率RDI+6.3mm大于80%，RDI-3.15mm小于10%，未破损球团比例在60%以上。

 　　表2 HYL法还原球团矿冶金性能标准
 

　　图1为HYL法气基还原还原度和还原膨胀率检测装置。实验样品粒径为10mm~16mm样品质量为500±1g，（50%10mm~12.5mm，50%12.5mm~16mm），还原温度为950±5℃，升温速率为10℃/min。还原过程：在升温过程中通10 normal L/min的N2；还原炉温度升至950℃后，将N2流量调高至30 normal L/min，持续加热直到天平所称重量不发生变化（记作m1），同时温度稳定在950±5℃；然后通入组成为H2∶CO∶CO2∶N2=55∶21∶14∶10的混合还原气体，气体流量为55 normal L/min，当还原度达到95%时，停止通入还原气体，改为通入5~10 normal L/min的N2，冷却至室温。

　　用电子天平测定失去氧的质量，精度1g，还原开始后，每分钟记录一次失重。根据还原失重，以下式计算还原度R及还原度系数k：