HISMelt工藝與富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)

湯忖江，王 華，卿 山， 岳爭(zhēng)超，齊翼龍，趙魯梅

昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院，云南昆明 650093

HISMelt工藝與富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)

湯忖江，王 華，卿 山， 岳爭(zhēng)超，齊翼龍，趙魯梅

昆明理工大學(xué)冶金與能源工程學(xué)院，云南昆明 650093

本文主要介紹了HISmelt煉鐵工藝和由昆明理工大學(xué)自行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的富氧頂吹熔融還原冶煉工藝。此二種熔融還原煉鐵工藝居右相同點(diǎn)，但又有很多不同點(diǎn)。工藝中均采用高二次燃燒率，具有較好的脫磷條件，此二類(lèi)工藝適宜冶煉高磷鐵水。富氧頂吹熔融還原冶煉工藝處于開(kāi)發(fā)階段，仍有很多問(wèn)題需待改進(jìn)。

HISmelt；富氧頂吹熔融還原；工藝；高磷鐵礦

0 引言

HIsmelt法是當(dāng)前最具代表性的鐵浴法熔融還原工藝。是一種直接使用粉礦、粉煤和1200℃富氧熱風(fēng)鐵浴熔融還原煉鐵工藝。至2002年在西澳奎納納( Kwinana) 修建爐缸直徑為6m年產(chǎn)80萬(wàn)t/a的商業(yè)化示范工廠，于2005年11月開(kāi)始生產(chǎn)[1][2]。目前，由于國(guó)際經(jīng)濟(jì)形式不景氣導(dǎo)致運(yùn)行成本上升，HIsmelt目前處于停爐維護(hù)階段。該法具有低有害氣體排放、原料適應(yīng)性強(qiáng)、低投資和運(yùn)行成本、無(wú)燒結(jié)和造球工序等優(yōu)點(diǎn)。該法強(qiáng)調(diào)高二次燃燒率(55～65%)，由于爐渣亞鐵含量高約4～6%，在高磷礦時(shí)90%以上的磷進(jìn)入爐渣，可以達(dá)到較好脫磷效果，能生產(chǎn)出低磷鐵水，適合冶煉高磷鐵礦[2][3]。由于熔渣中亞鐵含量較高，導(dǎo)致鐵水中碳含量低，硫含量高，同時(shí)伴隨著對(duì)爐襯耐火材料腐蝕較嚴(yán)重。

1 富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)

富氧頂吹熔融還原工藝是基于HIsmelt工藝原理而開(kāi)發(fā)的一種工藝，流程如圖1所示。熔融還原爐內(nèi)徑500mm，外徑800m，高2 100m，僅有一個(gè)渣鐵口(直徑100mm)，爐內(nèi)截面積0.196m2，最大容積0.412m3，無(wú)前置爐。

單孔超音速射流氧油噴槍噴頭結(jié)構(gòu)如圖2所示，由中心氧管，兩個(gè)同心圓水冷套管，油管，及超音速射流噴頭組成。富氧由開(kāi)口于噴頭端面拉瓦爾口噴入到熾熱熔池中，引起渣層劇烈攪動(dòng)產(chǎn)生渣層飛濺、熔體回流，強(qiáng)化了傳熱效率，加速了爐料熔化及冶金過(guò)程。噴頭結(jié)構(gòu)決定了射流特性，富氧氣體通過(guò)拉瓦爾口時(shí)先受壓縮后被加速形成超音速射流，對(duì)熔池具有較高沖擊強(qiáng)度。射流強(qiáng)度可通過(guò)槍位及富氧出口壓力及流量控制。油管位于水冷套中，開(kāi)口于噴頭端面，端面上有霧化噴頭。由于霧化噴頭和中心富氧射流距離較近，在燃燒過(guò)程中可以形成較長(zhǎng)的火焰。

圖1 富氧頂吹熔融還原流程示意圖

圖2 單孔超音速射流氧油噴槍噴頭結(jié)構(gòu)示意圖

噴槍采用水冷方式冷卻，外接高壓水泵，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)冷卻效果良好，冷卻出水溫度可很容易降至100℃以下。氧油噴槍是該工藝中較為重要部件，溫度的控制，熔池?cái)噭?dòng)等都通過(guò)噴槍控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

富氧頂吹熔融還原工藝其他特點(diǎn)：富氧頂吹熔融還原工藝該工藝并無(wú)側(cè)吹裝置，通過(guò)加強(qiáng)富氧射流強(qiáng)度模擬HIsmelt富氧燃燒及對(duì)熔池的強(qiáng)烈攪拌效果。由于爐體較小保溫條件較差，并且本試驗(yàn)裝置并無(wú)熔化鐵水裝置，無(wú)法預(yù)先向熔融還原爐內(nèi)兌入鐵水，采用冷啟動(dòng)方式。由于難以迅速提升爐溫，以及僅通過(guò)富氧燃燒無(wú)煙煤爐溫較難控制爐溫波動(dòng)較大。在噴入富氧的同時(shí)通過(guò)油管及位于噴頭上霧化裝置向熔池噴入燃油，用以快速提高爐溫，及借助富氧燃燒還原性氣體、無(wú)煙煤(射流沖擊強(qiáng)度較強(qiáng)，部分無(wú)煙煤在爐內(nèi)呈懸浮狀態(tài))和燃油釋放大量熱量維持爐溫。

HIsmelt熔融還原爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，工藝改進(jìn)后采用四支槍插入渣層噴吹對(duì)熔渣起到了很好的攪拌效果，熔池中心凸起形成“涌泉”。熱風(fēng)噴槍 (也稱(chēng)為二次風(fēng)燃燒槍或者富氧噴槍?zhuān)c氧油噴槍有本質(zhì)區(qū)別)如圖3所示，主要目的為燃燒還原性氣體。

圖3 HIsmelt熔融還原爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(SRV)

而富氧頂吹熔融還原工藝中僅有一支頂吹氧油噴槍?zhuān)鄢刂行南掳迹籋Ismelt側(cè)吹為浸沒(méi)式噴吹，較小的氣流強(qiáng)度便可取得較高攪拌效果，而本試驗(yàn)中的裝置則需較強(qiáng)的氣流和出口壓力才能取得同等效果，即氧耗較大。該工藝加料方式為依靠原料重力落入熔池中。該工藝無(wú)預(yù)熱及預(yù)還原配套裝置，原料僅在加入爐中下落過(guò)程中短暫時(shí)間內(nèi)被預(yù)熱，時(shí)間極短暫。兩種工藝目的都相同，通過(guò)攪拌提高爐內(nèi)傳質(zhì)傳熱效果，及改善反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。富氧頂吹熔融還原由于也采用高二次燃燒率，導(dǎo)致耐火材料腐蝕嚴(yán)重，對(duì)于該工藝和HIsmelt工藝，耐火材料的壽命問(wèn)題應(yīng)是一個(gè)長(zhǎng)期困擾此二種工藝的一個(gè)問(wèn)題。綜上所述，該工藝為基于HIsmelt原理而開(kāi)發(fā)的一種工藝，但又與HIsmelt工藝相區(qū)別的一種熔融還原工藝。

2 應(yīng)用前景

我國(guó)高磷鐵礦石占世界總儲(chǔ)量的14.86%，達(dá)74.5億t[4]。由于富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)采用高二次燃燒率致使熔渣中亞鐵含量較高，這意味著當(dāng)冶煉高磷鐵礦石時(shí)脫磷條件充分，適宜冶煉高磷鐵礦石。在冶煉獲得合格鐵水的同時(shí)可以獲得富磷渣，熔渣通過(guò)一定處理便可做為磷肥使用。在研究過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，鐵水低碳高硫，脫硫需額外增加工序。富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)仍處于開(kāi)發(fā)階段，仍有許多問(wèn)題仍待解決。

3 結(jié)論

1） HIsmelt工藝作為新興熔融還原冶煉技術(shù)，具有廣闊應(yīng)用前景和價(jià)值。

2） 富氧頂吹熔融還原煉鐵工藝為基于HIsmelt冶煉原理上發(fā)展起來(lái)的一種工藝，但與HIsmelt工藝又有很大區(qū)別。

3） 此二種方法都采用高二次燃燒率，熔渣中亞鐵含量高具有良好脫磷條件，能夠?yàn)槲覈?guó)高磷鐵礦的處理提供一條較好的途徑。

4） 富氧頂吹熔融還原工藝僅處于試驗(yàn)室研究開(kāi)發(fā)階段，仍有許多問(wèn)題需要解決。

[1]周渝生.煤基熔融還原煉鐵新工藝開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀評(píng)述[J].鋼鐵，2005，40（11）：1-4.

[2]唐恩，周強(qiáng)，翟興華，阮建波.適合我國(guó)發(fā)展的非高爐煉鐵技術(shù)[J].煉鐵，2007，26（4）：61-62.

[3]畢學(xué)工,周進(jìn)東,黃志成,金焱,熊瑋.Hlsmelt法冶煉高磷礦可能性分析．2008年全國(guó)煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議暨煉鐵年會(huì)論文集，寧波：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，2008.

[4]何姜毅，周平，莊故章，杜景紅．某高磷鐵礦提質(zhì)降磷工藝研究[J]．礦業(yè)工程，2008，6（2）：29-30.

TF5

A

1674-6708（2010）21-0107-02

湯忖江，研究方向：熔融還原新技術(shù)與工業(yè)節(jié)能