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七、直接还原铁(海绵铁)新工艺A--C工艺介绍

1. 工艺流程
   A—C工艺的含义为:实现全自动化控制,机械化装卸料,采用快速还原炉进行还原、最后形成冷压块铁的直接还原铁(海绵铁)生产工艺方法。该工艺的工艺流程可分为如下五个工序:

1.1原料准备及其烘干破碎工序
   将脱硫剂、还原剂两种物料装入定量料斗,定量料斗按两种物料的重量比,通过输送机将物料送到烘干室内对两物料进行烘干、混合。烘干后的物料含水量小于3%,烘干后的物料,通过输送机送到还原剂破碎机内进行粉碎,粉碎粒度为1.5mm以下。破碎后的物料,经输送机提升到高位料仓,然后再由输送机送到储存料仓。精矿粉由输送机直接送入烘干机组进行烘干,烘干后含水量小于3%,烘干后的精矿粉由输送机送入高位料仓,然后再由输送机送至储存料仓。

1.2自动装料工序
   本工艺根据需要可生产球状、柱状或瓦片状直接还原铁(海绵铁),从保证产品质量,减少生产环节和有利于实现自动装卸料角度考虑,以生产瓦片状为最好。本工艺采用瓦片状形式。装料系统由料仓、定量管和装料头三部分组成,精矿粉和还原剂,经过储存料仓,将料卸到布料仓内,再由装料头装入每个还原坩埚,实现向坩埚布料。

1.3还原焙烧工序

   此工序在快速还原炉内完成。适宜稳定的炉温和还原时间是决定直接还原铁(海绵铁)质量的关键,此工序包括预热、还原、冷却三个阶段。首先,载车经过传动机构,将载车送入快速还原炉内的预热段,在此间,物料中的水分完全蒸发,脱硫剂分解,温度升至还原温度,进入高温还原段,在此间,氧化铁被充分还原,形成单质铁,然后进入冷却段进行冷却,冷却到200℃以下后出炉。

1.4自动卸料工序
   物料出炉后在常温中降到100℃~50℃后进入卸料系统进行卸料。粉灰通过风力吸走,直接还原铁(海绵铁)通过抓钳,从坩埚中取走,实现自动卸料。

1.5产品处理工序
   由该工序完成直接还原铁(海绵铁)磁选、破碎及钝化处理—压块。卸完料的载车进入装料系统装料。直接还原铁(海绵铁)经过卸料装置进入中间料仓。中间料仓的直接还原铁(海绵铁)经过输送机输送至直接还原铁(海绵铁)破碎机进行破碎,破碎后的直接还原铁(海绵铁)经干磁选机进行磁选,磁选后的直接还原铁(海绵铁)粉由输送机输送到压块机组进行压块成形,通过传动机构入库。

2.工艺特点
2.1原料、还原剂,燃料容易解决
   A—C工艺所用的原料是精矿粉或品位≥60%的赤铁矿或褐铁矿,远比富铁块矿好解决,同时生产中不需要先把精矿粉先变化氧化球团。生产费用也低,还原剂是普通无烟煤粉或焦碳末,煤中的灰份熔点也不要求很高,供热的热源可为普通动力煤或煤粉,有多余的高炉煤气、转炉煤气,焦炉煤气、混和煤气、石油气的地方也可用这些气体作为热源或用发生炉煤气作热源,还可使用重油作燃料。
2.2工艺稳定
   本工艺吸取了各直接还原铁(海绵铁)工艺的优点,并加以改进和创新形成了一种更稳定可靠的新工艺,由于采用封闭式坩埚在还原炉内还原的方法,使坩埚内还原性气氛的浓度和压力都高,并采用计算机控制炉温,温差小,且还原气氛易保持,故很容易保证还原工艺的要求,产品质量稳定。

2.3工艺实用性强
   A—C工艺对精矿粉、还原煤的要求不高,实用性强,工艺制度易于控制,操作简单,能较快的稳定产品质量,工人经过培训即可掌握。

2.4成本低、质量稳定
   用A—C工艺生产的直接还原铁(海绵铁),每吨铁成本在1600元~2000元之间,吨铁成本较回转窑低50%左右,具有很强的成本优势。
   用A—C直接还原铁(海绵铁)生产工艺的工序环节少,每个装料坩埚都经过预热、加热还原、冷却相同的过程,在同样的气氛下,同样容器内,经过同等的时间, 出来的产品质量必然是均匀的。

2.5机械化程度高
   本工艺选用了机械装卸料系统,替代了传统的人工装卸料,从而减轻了工人的劳动强度,改善了劳动环境,提高了产品质量,降低了产品消耗及产品成本,同时减少用工量,年产10万吨直接还原铁的工厂,全厂劳动定员只有150人,年产30万吨直接还原铁(海绵铁)的工厂,全厂劳动定员只有260人。

2.6自动化程度、生产效率高
   本工艺采用了计算机控制系统,自动控制、调节炉温,保证了直接还原铁(海绵铁)的还原工艺要求。装卸料系统和压块系统的自动控制,提高了工作效率及设备运行的准确性。

2.7采用了机械化的燃烧系统,温度容易控制
   用煤气或煤粉做燃料,自动化程度高,便于温度控制,有利于保证产品的质量。

2.8本工艺环保条件好,环保容易达标
   本工艺选用了先进的脱硫除尘器、高效率的反吹式扁袋除尘器以及国内先进的节能、低噪声设备,经过采取该措施使尘≤60mg/m3,S02≤480mg/m3,噪声≤65分贝等各项环保指标,均能达到国家环保要求。另外本工艺没有污水,工作环境干净卫生。

2.9选用碳化硅材质的还原坩埚或金属坩埚,使节用寿命长:
   这种坩埚导热性能好,从而缩短了还原时间,提高了产品的质量和产量。它的使用寿命长达120次以上,且可回收再用:一是可以重新制坩埚,另外还可以破碎作为耐火骨料,所以降低了成本,金属坩埚可用150次以上。由于这种坩埚强度大、不变形,还有利于实现自动化卸陷料。

2.10采取了对直接还原铁(海绵铁)的钝化处理措施—冷压块:
   为了防止产品的再氧化,本工艺对产品进行了钝化处理冷压块。将密度1.9g/cm3直接还原铁(海绵铁)压制成4.5g/cm3以上的冷压块,作为终产品。冷压块的实现有效地改善了直接还原铁(海绵铁)的抗氧化性能。降低了直接还原铁(海绵铁)的吸水性,缩小了体积,有利于直接还原铁(海绵铁)的长期存储和长途运输,同时也提高了钢水的收得率,因此倍受炼钢企业的欢迎,在市场竞争中具有很强的生命力和竞争力。
2.11选用了烟气余热回收系统,提高了热效率:
   将炉体烟气余热引至原料烘干机内,进行原材料的烘干,它避免了另设热源的投资,节省了热能的消耗,仅此一项,每年可节能折合标煤11088吨(年产10万吨直接还原铁(海绵铁)规模)。另外,用烟气余热预热空气(用换热器)到炉内助燃,它不仅带进了大量的物理热,而用改善了炉内燃烧环境,降低了消耗,此项每年可节能折合标煤5760吨(年产10万吨直接还原铁(海绵铁)规模)。使每吨直接还原铁(海绵铁)工序能耗仅为350公斤标煤。

2.12本工艺采用了自动封闭式装卸料系统,控制了污染,改善了工人的操作环境,使环保能达到国家环保要求。
   A—C工艺根据不同的地形、不同的产量布局灵活。另外装坩埚方式灵活多样,可柱状、球状、也可块状等多种形状。

2.13固定资产投资少
   天津无缝钢管公司配两座回转窑,年产直接还原铁(海绵铁)30万吨,总投资为十几亿人民币,折合每吨直接还原铁(海绵铁)的投资为4000多元。唐钢上1260立方米高炉和配套的烧结、焦化,折合吨铁投资又比天津无缝钢管公司直接还原铁(海绵铁)的吨投资高10%,而年产10万吨以上的直接还原铁(海绵铁)厂用A—C工艺,直接还原铁(海绵铁)的吨铁投资仅为800元左右,年产30万吨以上的直接还原铁(海绵铁)厂用A—C工艺,直接还原铁(海绵铁)的吨铁投资仅为600元左右。规模加大投资会更少。

2.14对原料要求低,产品质量好
   精矿粉要求:TFe≥67%  Si02≤3%  S≤0.02%  P≤0.05%
   还原剂要求:灰分≤15% 挥发份≤10% 固定碳≥75%
   脱硫剂要求:Ca0≥53% Si02+AL2O3≤3% P2O5≤0.22% S03≤0.5%
   所有原材料一般均能当地解决。用该工艺所生产的产品质量为TFe≥92% MFe≥89% M≥94% S≤0.02% P≤0.05% C≥0.04%

2.15产品适用范围广
   用该工艺生产的直接还原铁(海绵铁)除可作为生产优质钢的原料外,还可以给粉末冶金厂提供原料,其产品的金属化率可达99%,而S、P和其它元素都很低。

2.16产品的金属化程度可控制
   由于本工艺在物料配比、炉温制度及还原时间上都可以灵活调整,所以根据不同用途或需要,可通过调整生产出不同金属化率的直接还原铁(海绵铁)产品。

2.17产品不易二次氧化
   由于物料整个还原过程一直在一个封闭的坩埚内进行,完成还原后,物料随坩埚出炉,在常温环境下冷却,隔绝了直接还原铁与空气的接触。另外,因罐内有过量的还原剂存在,在冷却初期,还原反应仍在进行,可保持罐内的还原气氛,并呈微正压,同样可阻止外界空气进入罐内,保证了产品的质量,不易被二次氧化。
2.18填充系数高(一般在35%以上)
3.本工艺所需主要设备

  本工艺主要设备有:快速还原炉、载车、顶车机、装料系统、卸料系统、烟囱、输送机、破碎机、烘干机、卷扬机、干磁选机、空压机、除尘器、压块机、仪表等。
年产30万吨规模的直接还原铁(海绵铁)厂占地面积为280米长,宽180米。主车间采用轻钢彩板结构。

4.电力:
   年产10万吨直接还原铁(海绵铁)生产线装机容量为:2000kw,年产30万吨直接还原铁(海绵铁)生产线装机容量为:6000kw用于所有生产车间动力配电,照明配电及其供电系统。本系统用水量很小,主要用水点为环保用水及消防用水。

5.投资估算:
   本工艺较回转窑投资少50%左右,包括全部设备费用,年产10万吨直接还原铁(海绵铁)规模固定投资为8000万元,建设期为4个月。当年即可投产见效。年产30万吨直接还原铁(海绵铁)规模固定投资为15000万元(根据当地原料价格不同,价格可实地调整),建设期为8个月。使用本工艺生产直接还原铁(海绵铁)单位成本为1600~2000元/吨。冷压块的市场售价最低为3000元/吨。全部投资回收期为1~2年(不含建设期)。内部收益率为39~45%(所得税后)。投资利润率为35~50%。盈亏平衡点为25%左右。

6.成本估算
   A—C工艺年产10万吨直接还原铁(海绵铁)全厂用工人数为150人(包括所有工人及行政人员)。按一般价格估算每吨直接还原铁(海绵铁)的成本为1600~2000元。
成本因不同地区原料价格差异而不同,应根据当地实际价格调整。

7.经济评价及说明:
   年产10万吨直接还原铁(海绵铁),建设期4个月,达产期2个月,产品为冷压块,现市场售价为3000元/吨。
  税率按6%计算,则每年上交税金为1800万元。
  则年利润为5000万元左右。
  按此计算,如果生产率为85%时,则2.5年即可收回投资。
  如果以实际造产日计算,正常情况下,则2.2年即可收回全部投资。

 
附:A---C工艺流程图
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