2万吨镜铁矿项目.docx

1、2万吨镜铁矿项目唐山奥特斯科技有限公司2018年9月25日河南汝阳通瑞新型材料有限公司镜铁矿车底炉深度直接还原高效渣铁分离项目可行性研究报告1. 总论1.1. 项目名称及建设单位1.1.1. 项目名称年处理2万吨镜铁矿直接还原项目。1.1.2. 建设单位河南汝阳通瑞新型材料有限公司1.2. 企业概况河南汝阳通瑞新型材料有限公司位于河南省汝阳县大安乡，紧靠238省道，交通便利。1.3. 编制依据(1)河南汝阳通瑞新型材料有限公司相关的委托资料。(2)唐山奥特斯科技有限公司中心实验室“河南汝阳通瑞新型材料有限公司OTS工艺镜铁矿深度还原高效分离试验报告实验”；(3)中华人民共和国国家发展和改革委员

2、会令第21号产业结构调整指导目录(2011)(2013修正)(4)国务院2007年7月27日颁布的国家计委、经贸委七号令当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术指导目录(2005年修订)；1.4. 项目建设的必要性(5)目前，国家大力鼓励发展非高炉炼铁技术，在“中华人民共和国国家发展和改革委员会令第21号产业结构调整指导目录(2011)(2013修正)”中明文规定要发展“非高炉炼铁技术”。(6)河南汝阳通瑞新型材料有限公司作为高科技企业需要优质钢铁材料，而目前公司拥有难选的镜铁矿资源，若通过直接还原生产低成本的优质直接还原铁(指五害元素Pb、Sn、As、Sb、Bi含量低)，则对于提高企业经济效益

3、有一个大的飞跃。(7)OTS车底炉工艺生产的低成本直接还原铁，可用于电炉原料、转炉冷配料，作为一种非高炉炼铁工艺，与其他技术比较，有以下技术优点：(8)工艺简单，对各种含铁原料适应性强，这对于难选镜铁矿的利用尤为重要；(9)可以去除铁矿石或还原煤中的五害元素，提高钢铁制品品质；(10)燃料利用率高，无烃类化合物排放问题；(11)采用内配碳自还原，只需外部升温和传热，反应温度比气基直接传统工艺高300-600，反应速度快，球团在炉膛内停留时间短，仅需要30min以内，而传统的气基直接还原或传统的回转窑直接还原需要4h；(12)整个生产过程采用自动控制，自动化程度高；(13)采用先进的余能回收技术

4、，在最大限度的利用能源的同时，提高了直接还原速度。(14)与车底炉对应的转底炉直接还原炼铁法，国内有：(15)莱芜钢铁处理20万t/a钢铁固废(16)日照钢铁处理220万t/a钢铁固废(17)沙钢40万t/a钢铁固废(18)马钢40万t/a钢铁固废他们在设计建设中均没有考虑到烟气里面含有较多的粉尘、以及较多的像氯化物、PbO等低熔点物质在换热器粘结，和离子对于换热器的腐蚀作用，造成烟气系统不能正常运行，烟气热能浪费严重，达不到设计效果。(19)OTS车底炉工艺配套使用特种热风炉，充分考虑氯化物、PbO等低熔点物质的特点，可以完美地解决氯化物、PbO等低熔点物质在换热器粘结，和离子对于换热器的腐

5、蚀作用，最大限度地回首热能，最大限度地提高产品的金属化率，提高铁元素的回收率。1.5. 项目概况1.5.1. 项目建设地点河南省汝阳县大安乡，河南汝阳通瑞新型材料有限公司厂区。1.5.2. 建设规模本项目计划建设产能规模为年镜铁矿2万吨。按照设计方案分为铸铁块、粒铁、直接还原压块铁三种。1.5.3. 项目主要内容主要原料为镜铁矿、还原煤、石灰、石灰石，采用煤制气为补充燃料，产品按照设计方案不同，分为直接还原压块铁、粒铁、铸铁块。本项目主要内容包括：(20)项目所需制造设备的选型、采购、安装、调试；(21)项目总图设施；(22)生产规模、产品方案、生产工艺流程的选择配置；(23)主要生产设备的选

6、型、车间布置；(24)车间及设备的供配电、传动和电控三电一体化；(25)热力、燃气、通风、给排水等生产辅助设施；(26)厂房和建(构)筑物；(27)环保及安全卫生措施；2. 项目建设的总体目标2.1.1. 项目建设目标通过建设“河南汝阳通瑞新型材料有限公司镜铁矿车底炉深度还原高效分离直接还原项目”，将本项目建设成为科技创新型、资源节约型、环境友好型、高技术、高效益、具有国际竞争力的示范作用的直接还原铁生产工厂。2.2. 设计指导思想及原则(28)车底炉主工艺优化加热工艺，克服常规含碳球团还原工艺存在的缺点，直接还原的利用系数在150kg/mh以上，金属化率在90%以上，从而实现高速和深度还原、

7、渣铁高效分离、充分利用余热余能的目的，从而降低工程投资，实现业主投资效益最大化。(29)车底炉车体结构设计与耐火材料配置合理，主驱动、车体摆渡机械、还原产品卸料、进料装置简单可靠，制造精益求精，配套设备选型合理。(30)车底炉配套的深还原装置、或熔分装置均采用钢铁行业的成熟技术，并吸纳他们的经验教训进行改进。(31)采用创新、先进、实用的工艺方法及流程，采用实用、成熟可靠、行之有效、便于管理和操作的工艺装备，制定可靠的生产工艺流程。最终体现 “投资省、见效快、质量高、效益好”的特点。(32)工艺布置合理、厂区布置紧凑，节约用地和确保物流通畅，项目建设要具有时代感和先进性。在保证先进性的同时，还

8、要注意从节省建设资金，努力实现资源和能源的最佳的配置，力争把车底炉装置建设成为国内具有代表性的、效益最佳化的现代化示范工厂。(33)严格贯彻执行国家对冶金行业的产业政策及当地政府的有关法律与规定，全力推动新技术的应用。(34)推行清洁化工厂的相关技术，对再生资源的综合利用进行技术开发和探索，综合防止环境污染，充分体现出文明生产的气息。(35)强化环境保护和各种工厂资源综合利用，强化三废综合治理措施，做到能回收的不浪费，不能回收的经过处理后达标排放，真正建设成为现代化的循环经济型工厂。(36)在项目建设规模上，出于对资源、资金以及各设施工艺布置及能力配置等的综合考虑，拟采用一次规划到位、合理配置

9、，分步加以实施的策略。根据实际情况，按照合理的建设程序，合理地安排各个子项目开工、完工及竣工时间，以便于把握项目建设的总体进度、合理分配建设资金。(37)合理配置劳动力资源，提高劳动生产率。2.3. 本项目采用的先进实用技术按照“运行可靠，投资经济，安全环保”的总原则，结合钢铁行业发展动态，采用成熟的技术。(38)车底炉高产技术：通过实施车底炉采用综合加热技术和车底炉还原产品的深还原技术，车底炉利用系数达到当今世界先进水平。(39)吸收、移植、消化高炉、烧结、球团、除尘行业的最新技术，综合利用车底炉烟气余热，既实现高温废气余热资源的“梯级利用”，又强化了车底炉综合加热技术，使本项目成为中国乃至

10、更大范围的示范工程。(40)吸收、移植、消化竖炉还原技术，实施车底炉还原产品的深还原，使还原度达到90%以上，远超国内江苏沙钢RHF和天津荣程RHF的80%、马钢引进新日铁RHF的70%。(41)采用综合节能技术：采用综合利用车底炉烟气余热技术、车底炉深还原技术、机械设备软启动技术，使本项目工序能耗达到国际先进水平。(42)综合利用车底炉烟气余热技术，使得烧低热值煤气也能达到1400以上高炉温的还原工艺要求，从而加快车底炉还原过程提高其生产能力，节约工程投资，并能控制好炉内的还原气氛，打破了目前国外直接还原车底炉必须使用天然气等高热值燃料的常规。采用此项技术，可使车底炉直接还原工艺的在国内条件

11、下工业化生产带来积极推动作用。(43)改变目前国内外直接还原车底炉使用的完全薄料层在高温敞焰中加热技术为综合加热技术，加快还原，缩短含碳球团在车底炉的还原时间。(44)本项目采用煤基还原工艺，切实符合我国能源矿物资源的特点，彻底摆脱了钢铁工业对于焦化、烧结球团、高炉的依赖，符合清洁化生产的目标。(45)车底炉低能耗还原技术：与其它还原工艺比较，具有工序能耗低，生产成本低的优点，因此的节能效果明显。(46)车底炉高温烟气预热梯级利用技术：从车底炉和配套的设施出来的烟气温度高达1100，本项目按照能量梯级利用原则，将高温废气用于加热助燃空气和煤气，再抽取一部分温度250区段废气用于还原煤制备以及含

12、碳球团干燥，从而实现车底炉烟气的极限回收。3. 项目技术基础3.1. 特别说明本报告所指的矿热炉，不同于通常所说的“埋弧炉矿热炉”，而是指燃烧燃料实现渣铁熔化分离的一种工业炉。3.2. 概述在现代工业高度发展的今天，钢铁工业是整个国民经济的基础工业之一，是衡量一个国家综合国力的重要指标。目前，钢铁工业规模在不断扩大，钢铁生产技术处于不断发展和完善之中，钢铁生产工艺流程也在不断向紧凑化、高效化及循环经济型、环境友好型的方向发展。为了解决焦煤短缺以及传统高炉炼铁工艺所存在的能耗高，环境污染严重等问题，世界上出现了多种新型非高炉炼铁法，其中最重要的方法之一便是直接还原炼铁法。 直接还原是指铁矿石或含

13、铁氧化物在低于熔化温度之下还原成金属产品的过程。其所得的产品称为直接还原铁(DRI)，通过磁选和冷压块，形成冷压块铁(CBI)。CBI相对的热压块，从还原炉出来后立即在热状态压块，形成热压块铁(HBI)。把热态DRI继续加热，约在1450将其熔化，然后用水淬，形成粒铁(LI=luppen iron)。CBI、HBI、LI均可以做为电炉炼钢的原料和转炉炼钢的冷却剂，代替废钢或生铁块等。把热态DRI用继续加热，约在1500或更高温度将其熔化，铸造成铁块(PI=pig iron，俗称“面包铁”)，与高炉法生产的铁块完全相似，并且还可以通过控制直接还原过程的配碳量，形成含碳量2%的半钢，完全成为炼钢的

14、原料。与CBI、HBI、LI相比，PI的杂质更少，五害元素更低，并且可以按照需求者的意志控制PI的S/P含量。随着产量的增加，直接还原冶炼工艺也不断推陈出新。在众多的冶炼工艺中，按照主体能源的不同，我们可将其分为气基直接还原、煤基直接还原和电热直接还原三大类。其中，电热直接还原以电力为主要能源，在当前的条件下不具备实用价值。而另两类方法是直接还原铁生产的主要方法，现介绍如下： 3.3. 直接还原工艺比较本项目只考虑煤基直接还原，而不考虑气基直接还原技术。原因在于没有合适的天然气资源。煤基直接还原技术种类很多，比较典型的有回转窑法、转底炉(RHF)法、车底炉(PSH)法。转底炉法、车底炉法都是用

15、含碳球团，只是炉窑设备的运动方式不一样，转底炉是环行运动，而车底炉是直线运动。因此，这里将这两种归结为含碳球团法。3.3.1. 回转窑法3.3.1.1. 还原机理(47)固体燃料/还原剂与入窑料混合，窑头装有空气/燃料烧嘴进行供热，在加热升温过程中金属氧化物得到还原，还原产品冷却后进行磁选；(48)回转窑法的加热方式是料与炉气直接接触，炉料会受到炉气的氧化，但炉料不断滚动，使料炉在表面的时间短，而在料层内的时间长，在料层内矿粉被碳包围处于还原气氛中，而且随着要提的翻滚，炉料不停地交替加热，加热没有死角，因而还原效果较好；(49)回转窑的机械化程度高，生产率较高，单台设备的产量较大。3.3.1.

16、2. 优点(50)炉料配加的煤炭量必须超过还原反应需要热量，以保持料层中的还原气氛；(51)按照炉料出炉温度，回转窑除生产海绵铁外，还可生产粒铁和液态铁；(52)可以直接使用储量丰富的煤作燃料，完全不用焦炭。(53)通过适当的配置，可以生产粒铁。3.3.1.3. 局限性(54)粉料与大块料均不能适应，矿粒和煤粒的粒径小了容易被烟气系统抽走和造成回转窑结圈，矿粒和煤粒的粒径大了又使得Fe/C/O原子扩散半径增大，造成还原时间加长；(55)要求入炉物料有一定强度，预热球抗压强度均大于800N/个，AC转鼓(-5mm)低于5%，在若炉料强度不高(如含碳球团)，在窑体翻滚运动中会带来物料磨损、破碎和粉

17、末的产生，或者炉料内有低熔点物质(如FeO、M等)，等工况条件下，势必会引起困扰回转窑运行的“结圈”问题，对于生产和设备使用寿命都带来威胁；(56)对还原剂和燃料的煤种也有一定要求，只有反应性良好的烟煤和褐煤才适用；(57)回转窑物料填充率较低，炉皮温度较高，甚至出现红窑现象，因而散热较严重，是能耗较高原因之一，以直接还原为例，同样的固态直接还原铁，含碳球团法的工序能耗是回转窑法的80%；(58)回转窑需要过量的煤或炭，配入的碳素一部分参于燃烧反应，而不起到还原剂作用，内配炭本来应该起到还原剂作用，而不是燃料作用，因此难免把灰分带入还原产品。3.3.2. 含碳球团3.3.2.1. 还原机理铁氧

18、化物与碳的混合物制成球团就是含碳球团。含碳球团中的直接还原反应750即开始，但仅在1000以上才能快速进行，温度越高反应越快。首先是煤的热分解产生的CO还原铁精矿粉： +CO=+，H=-11.03kJ (31) +CO=，H=32.65kJ (32) FeO+CO=Fe+CO_2，H=-17.31kJ (33)在1000以上高温区，遇到炽热碳素时不能稳定存在，要发生碳的气化反应： +C=2CO，H=172.46kJ (34)在含碳球团内部气体中的CO含量几乎为零，(31)(33)反应产生的又进行反应(34)形成一个连续不断的逐级进行的连锁还原反应。由于反应(34)是强吸热反应，因此只有以很快的

19、速度向反应区供热以保持高温1000，铁矿的还原才能快速进行。与此同时，在球团内部也发生碳的直接还原反应： +4C=3Fe+4CO，H=574.19kJ (35) ， (36)由于碳与铁氧化物颗粒之间为点接触，一旦生成金属铁相，碳与铁氧化物间的接触即中断，反应(35)(36)不足以形成有效的反应速度，直接还原主要是以反应的连锁反应形式进行，由CO还原完成，综合还原速度由(34)所控制。在含碳球团中，由于煤及铁矿粒度极小，又均匀混合，压块之后碳和矿粉密切接触，避免了气固反应中的反应物之间长距离扩散，含碳球团中直接还原反应的传质阻力非常小。当反应速度很高时，反应区气体的累积使球团内有较高的内压力，球

20、团内连续发生的反应使球团成为一个持续向外喷出气体(主要是CO、等)的气源，球团的正压喷气现象在球团周围形成一层中性保护区，阻止了含、等氧化性气体向球团内扩散，正是围绕球团的这个中性区气团阻止了球团内部的新生金属铁在炉内被弱氧化气氛中的(、)再氧化。3.3.2.2. 优点(59)完全的无焦炭炼铁，彻底摆脱对焦煤资源的依赖；(60)对于本项目所描述的难选镜铁矿而言，含碳球团还原磁选、或粒铁、熔分工艺可以很好利用地回收铁元素。(61)国家鼓励采用非高炉炼铁工艺，用含碳球团还原工艺可以得到国家政策鼓励。3.3.2.3. 局限性(62)含碳球团强度差，容易破碎，不适用于竖炉和回转窑等设备，只能采用球团与

21、炉底之间不存在相对运动的PSH或RHF。(63)常规车/转底炉的含碳球团，在炉内面属于辐射加热，面向炉顶方向的含碳球团接受辐射传热较好，还原较快，属于“光明面”。由于炉料在车底炉里面相对炉体的静止，面向车底炉炉底方向的球团被加热状态远远差于面向炉顶的方向，属于“阴暗面”。可以说，含碳球团在车底炉里面“一面熟一面生”的“阴阳球”现象，限制了其还原度的进一步提高。通常含碳球团在转底炉内还原后的金属化率只有80%左右。(64)常规的含碳球团在转底炉或直线炉内布料层数只有12层，厚度50mm，利用系数大多数100kg/mh，这与烧结机利用系数在1200kg/mh相比，回转窑的380kg/mh相比，差之

22、甚远kg/mh相比，因而带来的是投资偏大，以100万t/a的普通铁矿石炼钢为例，不含原料场，转底炉法需要投资8亿，而高炉法投资6亿，高额投资使得许多业主望而生畏。(65)原料的适应性比较，对于普通铁矿石而言，高炉法可谓通吃，而含碳球团需要-80目(180)物料。(66)生产粒铁较为困难，尽管有ITMK3法，但从应用来看，效果不佳。3.3.3. 竖炉/矿热炉(67)还原机理：具备一定强度的含碳球团，在炉内，在高温加热作用下，发生(31)(36)反应，铁元素得到还原。矿热炉由于加热温度高，可以得到液态渣铁，进一步处理得到铸铁块和水泥工业所需的矿渣。(68)优点：由于物料填充率高，热效率较前两者都高

23、。又由于矿热炉加热温度高，不但可以得到粒铁，而且可以得到液态炉渣与铁水。(69)缺点：(70)竖炉法不能得到粒铁，更不能得到液态炉渣与铁水。(71)入炉粉末适应性不佳，粉末多了容易发生悬料。3.3.4. 综述根据上述分析，如果我们将含碳球团先放在RHF或PSH上预还原，即使金属化率只有60%，其强度也大于800N/个，完全满足回转窑/竖炉/矿热炉生产的需求。因此，采用PSH(或RHF)回转窑/竖炉/矿热炉联合处理含碳球团，比起单独的PSH(或RHF)、回转窑，竖炉，矿热炉工艺，具有以下优点：(72)利用PSH(或RHF)预处理含碳球团，使含碳球团得到预处理和强度提高；(73)预处理过的含碳球团

24、再进入回转窑/竖炉/矿热炉，已经具有较好的抗压性能(800N/个以上，AC转鼓-5mm部分5%)，这样就把含碳球团还原迅速和回转窑加热均匀两个优点都结合起来了，而将PSH(或RHF)加热不均匀合回转窑不能处理含碳球团两个缺点克服了，直接还原铁的金属化率可以达到94%以上，满足电炉炼钢、或矿热炉熔分、或磁选的条件；(74)由于含碳球团经过了预还原，FeO、等低熔点物质去掉了许多，对于回转窑/竖炉/矿热炉的炉衬寿命可大幅度提高，回转窑结圈或竖炉/矿热炉悬料威胁大大降低，回转窑/竖炉/矿热炉作业率大大提高，可以达到8000h/a的作业时间。3.4. 关于深还原(75)含碳球团在车底炉(无论是RHF还

25、是PSH)里面属于辐射加热，面向炉顶方向的含碳球团接受辐射传热较好，还原较快，属于“光明面”。由于炉料在车底炉里面相对炉体的静止，面向车底炉炉底方向的球团被加热状态远远差于面向炉顶的方向，属于“加热死角”或称“阴暗面”。可以说，含碳球团在车底炉里面存在“一面熟一面生”或称为“阴阳球”的现象，限制了其还原度的进一步提高。(76)因此有必要送到另外一个装置上再加热，这个装置必须是面面俱到式的加热，才能使金属化率达到94%以上。(77)关于深还原装置的类型，据调查，攀枝花创盛粉末冶金有限责任公司、和新疆哈密坤明矿业公司、用未经预还原处理的含碳球团直接装炉竖炉方案处理钒钛磁铁矿，北朝鲜金策炼铁(?)和

26、新西兰某企业用回转窑处理矿砂生产直接还原铁。(78)表31是深还原装置的比较。表31 深还原装置比较序号比较项目竖炉矿热炉回转窑比较结果1.投资最少少多竖炉2.产品直接还原压块铁铸造铁粒铁1)矿热炉2)回转窑3)竖炉3.铁元素回收率95%97%99%1)矿热炉2)回转窑3)竖炉4.副产品尾矿水泥工业用的水渣水泥工业用的水渣1)矿热炉2)回转窑3)竖炉5.加热均匀性较好一般最好1)回转窑2)竖炉3)矿热炉6.产品质量产品含有少量的尾矿渣。硫元素较高，磷元素较低。产品不含尾矿渣。硫元素较低。若缺碳操作还可控制磷元素。产品含有少于竖炉的尾矿渣。硫元素较低，但高于矿热炉。若缺碳操作还可控制磷元素。1)

27、矿热炉2)回转窑3)竖炉7.异常炉况入炉粉末多时容易悬料入炉粉末多时容易悬料入炉粉末多时容易出现结圈1)矿热炉2)竖炉3)回转窑8.异常炉况处理难度处理周期需要60分钟以内处理周期需要20分钟以内处理周期需要8h1)矿热炉2)竖炉3)回转窑9.工序能耗低较高中等因产品不同不做比较10.占地小小大1)竖炉2)矿热炉3)回转窑11.作业率高高略少1)矿热炉2)竖炉3)回转窑12.灵活性能够适当调整能够适当调整能够适当调整不做比较13.工程业绩待查或创新待查或创新有1)回转窑2)竖炉3)矿热炉综上所述，三种工艺各有长短处。本项目通过综合比较，认为深还原选择矿热炉较佳，其次可以选回转窑，当然，竖炉也是

28、不错的选择。3.5. 煤基直接还原铁冶炼熔分工艺的选择煤基直接还原铁目前能够采用的主要后续冶炼工艺如表32。本报告认为，尽管矿热炉需要技术创新，但创新点无非是吸纳高炉鼓风技术和炼钢侧吹技术，而这两点皆属于成熟技术，完全可以设计，不会冒技术风险。表32 煤基直接还原铁后续冶炼工艺方法及对照表No.冶炼工艺及设备还原铁装入量采用能源还原铁装入状态冶炼产品优缺点1.热压块机热压成型100%机械热态热压块铁HBI不能直接用于炼钢2.高炉炼铁15-20%化学/焦炭冷态液态铁水经济上不可行3.钢包式精炼炉冶炼3-5%电能热态/冷态液态铁水装入量过少4.埋弧炉冶炼100%电能热态/冷态液态铁水或半钢电能消耗

29、高5.化铁炉冶炼100%化学/焦炭热态/冷态液态铁水脱硫成本低、工艺待检验6.电弧炉冶炼10-30%电能化学/氧气热态/冷态液态钢水装入量少耐火材料消耗大7.氧气转炉冶炼5-10%化学/氧气热态/冷态液态钢水装入量少耐火材料消耗大8.EOF吹氧预热竖炉10-30%电能化学/氧气热态/冷态液态钢水装入量少耐火材料消耗大9.海绵铁冷压块电炉、转炉冶炼电炉100%转炉30%电能化学/氧气热态/冷态液态钢水适用面广工艺成熟可行10.回转窑100%燃气热态粒铁粒铁有少量尾矿11.矿热炉100%燃气热态液态铁水或半钢需要技术开发3.6. 直接还原铁生产技术应用前景分析3.6.1. 国家产业政策(79)中华

30、人民共和国国家发展和改革委员会令第21号产业结构调整指导目录(2011)(2013修正)第一类鼓励类八、钢铁3、非高炉炼铁技术(80)国务院2007年7月27日颁布的国家计委、经贸委七号令当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术指导目录(2005年修订)七、钢铁7.先进适用的熔融还原技术开发及应用24.蓄热式燃烧技术应用3.6.2. 企业实用价值分析河南汝阳通瑞新型材料有限公司需要不少钢铁材料，实用本项目生产的铸造铁/或粒铁/或冷压块铁，可以大大降低生产成本，若使用水渣生产水泥，也可以降低水泥生产成本。因此，开发车底炉直接还原，生产铸造铁/或粒铁/或冷压块铁，对于河南汝阳通瑞新型材料有限公司有着非常现实的意义。4. 原料、产品方案4.1. 原料条件原料为镜铁矿粉矿，每年需求量2万吨，其成分如下表41 镜铁矿成分/%TFeFe2O3SiO2CaOMgOAl2O3STiO2备注59.1184.536.531.26