龚树山，戴 曦，张文海

（1.北京闪铁科技有限公司，北京市100083；2.中南大学，湖南长沙410083；3.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

非高炉闪速炼铁工程研究

龚树山1，戴 曦2，张文海3

（1.北京闪铁科技有限公司，北京市100083；2.中南大学，湖南长沙410083；3.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

利用有色金属行业成熟、先进的闪速冶金技术，将其拓展用于炼铁的关键工程科学与工程技术上，通过跨领域、跨部门的合作，完成了基础研究、实验室试验工作，为开展后续的工业试验提供了必要的技术支持，并已完成工业试验关键装置的原型设计及工艺软件包编制。

非高炉炼铁；熔融还原；闪速炉；煤基流程；造气流程

炼铁高炉已有200余年历史，为人类社会的进步做出了巨大贡献，但它流程长、能耗高,对贫杂资源适应性差,尤其是环境污染问题日益突出。为了从源头上解决问题，美国、德国等钢铁强国早在20世纪初即未雨绸缪，以国家行为组织开展了“非高炉炼铁”的研究［1］,但迄今均未能成功替代高炉。这也表明“非高炉炼铁”研究的创新难度很大,其突破需要新的思维。

闪速冶金是有色金属行业成熟的先进技术，它与高炉的根本区别在于闪速炉是微细颗粒的 “飘浮反应”，因此具有不可比拟的化学动力学优越条件，所以具有流程短、节能和清洁生产的优点［2］。为了解决将闪速冶金拓展用于炼铁的关键工程科学与工程技术问题，本项研究立足“钢铁-有色”学科交叉思维，通过跨领域、跨部门的合作，完成了基础研究、实验室试验和工业试验的前期工作。

1 实验室试验

本研究所完成的“CO飘浮还原”探索性实验室试验的试验装置见图1。

图1 中国闪速炼铁试验装置

还原塔及炉膛加热元件为硅碳棒,塔内筒材料为刚玉,内径120 mm,高2.5 m。塔上、中、下及炉膛温度可控。加料为螺旋给料机,由变频器调控。

试验原料为中国新疆铁矿砂,化学成分及形貌见表1及图2。

表1 中国新疆铁矿砂XRF分析化学成分

图2 中国新疆铁矿砂形貌

带能谱分析的扫描电镜(SEM/EDS)对还原产物检测结果表明，在1 100℃，自由飘浮高度不足2.5 m的条件下,至半熔融状态金属铁的还原率达到91%～98%，见表2及图3。

表2 扫描电镜(SEM/EDS)对还原产物检测结果

图3 还原产物形貌

3 工业试验进展

中国所进行的基础研究和实验室试验工作己为开展后续的工业试验提供了必要的技术支持，并已完成工业试验关键装置的原型设计及工艺软件包编制。工业试验遵循高炉炼铁的基本原理与炉衬材料的选型原则［3］，以有色金属闪速熔炼炉的基本结构为工程设计模板，实施熔融还原试验，包括以粉煤为主要还原剂的工艺方案及以粉煤造气为主要还原剂的工艺方案。主要设计参数示于表3及表4。

表3 煤基流程闪速炼铁设计参数

表4 造气流程闪速炼铁设计参数

[1] 方觉.非高炉炼铁工艺与理论［M］.北京：冶金工业出版社，2013.

[2] 张文海.还铜陵人民以蓝天—中国清洁的闪速炼铜技术//中国科学技术前沿(第6卷).北京：高等教育出版社，2003.

[3] 胡洵璞.高炉炼铁设计原理［M］.北京：化学工业出版社，2010.

Research on Non-blast Furnace Flash Iron-making Engineering

GONG Shushan1,DAI Xi2,ZHANG Wenhai3
(1 Beijing Shantie Technology Co.,Ltd.,Beijing 100083,China;2 Central South University,Changsha,Hunan 410083;3 China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

The proven and advanced flash smelting technology of nonferrous industry can be used in key engineering science and engineering technology of iron-making,basic research and laboratory test work has been completed by interdisciplinary and crossdepartment collaboration,by which the necessary technical support has been provided for the subsequent commercial test,and preparation of prototype design of key devices of commercial test and process software package have been completed.

non-blast furnace iron-making;smelting reduction;flash furnace;coal-based flow;gas making flow

TF806.2 TF513

A

1004-4345(2015)03-0034-02

2015-03-06

龚树山（1962—），男，钢铁冶金工程师；

张文海（1939—），男，中国工程院院士，主要从事有色冶金设计与研究工作。