山东墨龙HIsmelt的工业化连续运行突破110天,在4大方面进行了技术革新

20世纪60年代起国际上广泛开展各种形式的非高炉炼铁新工艺研究开发工作,相继涌现出COREX、Midrex、FINEX和HIsmelt等国际上著名的工艺方法。由于熔融还原工艺具有“以煤代焦”、直接冶炼和大幅度降低环境污染、缩短工艺流程等优点,一直吸引各国政府和企业投入巨资进行不断的研究开发,成为国际冶金界最热门的研究课题。

进入21世纪,中国钢铁工业逐步走在世界前列,成为全世界钢铁生产和钢铁技术发展的中心。5123通五湖之利 取四海之财(墨龙)自2004年以来一直致力于高端冶炼与铸造工艺、技术、装备的研究。为了提高铸造及高等级专用装备的质量,墨龙自2008年开始与力拓就HIsmelt技术许可进行洽谈,2012年开始在中国设计建造全球首座HIsmelt商业化工厂。项目投资及研发费用支出超过16.5亿元人民币,经过多次工艺调整及设备改造于2017年实现了HIsmelt连续工业化生产,是世界范围内当前唯一工业化的可以不用焦炭及烧结、球团的熔融还原新工艺。图1为山东墨龙HIsmelt工厂及航拍图,其过程更为低耗、绿色,为冶金企业与城市和谐共融做出了巨大的推动。

墨龙HIsmelt工厂连续运行已达110天,最大日产量为1920吨/天,各项生产指标均超过力拓HIsmelt工厂,其主要经济指标也达到了较好的范围。墨龙HIsmelt工厂所生产高纯铸造生铁含磷量低(平均在0.015%-0.03%之间),基本不含硅锰等元素,含硫量在0.03%-0.095%之间,其他五种五害元素含量非常低,满足了高端制造行业以及高端铸造产品的需求。这些突破是墨龙联合多家单位(北京科技大学、山东冶金设计院、北京首钢国际、太原重工、莱钢电子等)协同创新的结果,其主要创新体现在以下四大方面:

(1)工艺流程创新

山东墨龙在HIsmel技术中创新性地采用回转窑工艺流程,用回转窑将含铁物料(氧化铁皮、高磷铁精粉、除尘灰等)预热预还原的工艺代替原来的循环流化床,解决了易堵塞、温度波动范围大的难题。回转窑可以提供稳定的高温物料,基本不会堵塞,并且对含铁物料的粒度要求较低,设备故障率大大降低,作业率大幅提高。

开发了混喷新工艺,采用炉壁喷枪以氮气为载体将煤粉、含铁物料一同喷入SRV炉熔池。HIsmelt的冶金反应是铁水中溶解碳[C] 直接与固态或液态的(FeO)反应,反应速度快。石灰喷吹系统由原煤喷吹线直接并入热矿喷吹线,现有煤喷吹线基础上提高了煤喷吹量,解决了因煤管线堵塞影响生产稳定性的问题。此外墨龙基于流体力学和冶金反应热动力学原理,对不同枪位的路况进行了数值模拟仿真,最终确定热风喷枪位置,使得煤耗最低达到820kg/thm,优化了SRV炉上热风喷枪位置,改善燃烧反应区。

渣粒化磁选回收技术是在HIsmelt技术上的创新应用。原先从SRV炉放出的渣直接进入渣坑,经过喷水、运输、破碎后使用,粉尘、耗水量较多,对环境影响较大。墨龙HIsmelt技术采用渣粒化磁选技术,SRV炉的炉渣经渣沟直接进入粒化塔及脱水器,经脱水后的炉渣经皮带输送及磁选装置进入渣场,一方面将渣中的含铁物质通过磁选设备分理出来回炉使用,提高了原料使用率,另一方面减少水资源的使用,降低运行成本。该工艺运行成熟可靠,节省大量的人力物力。

(2)核心装备SRV炉的设备创新

SRV炉采用新型耐火材料提高炉衬寿命,通过铝铬砖代替力拓HIsmelt的镁铬砖,避免了耐火材料被快速侵蚀的问题。目前生产特种铸造件40万吨,没有换过炉衬,且依据炉缸内径测量数据显示,耐材没有明显侵蚀。

气化冷却烟道做出了进一步改进,增加强制循环泵,将烟道一段与二段分开冷却,提高了烟道冷却管水流量,增加了冷却效果,延长了烟道的使用寿命。

在SRV炉渣区部分使用铜渣区冷却器,减少了炉渣对耐材的侵蚀,保护了炉衬,延长了SRV炉耐材的使用寿命。

(3)操作技术创新

澳大利亚奎那那工厂采用连续出铁方式,通过虹吸方式不间断从SRV炉中出铁,该种出铁方式对于生产而言并不灵活,且温降较大。墨龙针对该种情况,创造性提出柔性出铁技术,通过SRV炉中压力的调整,将出铁时间和次数变换为可控参数,对于生产灵活性以及降低能耗均有较大意义。

(4)能源综合循环利用

为了最大限度地回收能量,墨龙在原设计基础上,在烟道至煤气洗涤之间增加了一套高温旋风除尘系统和余热锅炉系统。高温旋风可将85%烟气颗粒粉尘除掉,减轻了煤气洗涤的除尘负担。余热锅炉将烟气中的余热进一步回收发电,使烟气在余热锅炉出口的温度将至140-150℃,大大提高的余热回收效率,实现了能源的高效回收利用。

为充分利用海水资源,墨龙配套海水淡化系统,可直接对地表混合海水进行淡化处理,可以实现年产设备冷却水800万吨、脱盐水200万吨。

由此,墨龙HIsmelt技术依据上述四大方面的技术改进及创新,相比于力拓HIsmelt实现了一系列的突破,生产稳定连续运行已达110天,高效生产日产量可达1920 t/天,SRV炉寿命大幅度延长。未来,山东墨龙将继续携手北科大、首钢院、山钢院等专业院校及设计单位,就HIsmelt技术升级展开进一步的合作,从而改进、完善HIsmelt熔融还原工艺技术,助推我国高端制造业及冶金行业转型升级。

来源:北京科技大学