2 几种炼铁工艺简析

2. 1 高炉炼铁工艺

    从前面的分析可知，增大流体相速度和减小颗粒粒度可以加快反应进程、提高设备产能。因此，气流床反应器更有利于反应过程的快速进行。但是，高炉炼铁工艺流程中，石灰石焙烧、烧结( 烧结矿或球团矿) 、炼铁等铁前系统的主要反应过程，其反应过程装备都可归类于移动床反应器( 石灰回转窑的反应器模型可以看作是一种流体相横向流动的移动床) ，而焦炉是则真正意义上的固定床。因此，高炉炼铁工艺，无论是高炉本身，还是配套的烧结( 球团) 、炼焦、石灰窑等工序，其反应速度都是比较慢的，只有通过设备的大型化才能扩大单一装备系统的产能。

2. 2 直接还原铁工艺

    非高炉炼铁技术是世界冶金发展的重大课题之一，对炼铁节能减排、实现生产过程环境友好、降低炼铁对主焦煤的依赖度有重大意义。非高炉炼铁主要有直接还原炼铁与熔融还原炼铁两大类型。在众多直接还原炼铁工艺中，其反应器大都为竖炉、反应罐、转体炉、回转窑和隧道窑等，反应速度很慢。只有FIOR、H -IRON、NO-VALFEＲ等少数几种工艺采用的是反应速度稍快的流化床，但这些流化床炼铁工艺都存在细粉粒夹带、粘结失流等问题。为避免粘结失流，必须采取较低还原温度和较大气体流速，这反过来又会降低气体利用率、造成流化床中铁矿石的还原速率较低。为克服以上缺陷，德国鲁奇( Lurgi)公司开发了循环流化床炼铁工艺技术，在900℃以上高温运行时没有发生粘结失流现象。1976 年，循环流化床炼铁工艺被瑞典Asoa 公司和Koppurberg 公司选作Elred 熔融还原法中的预还原装置。

2. 3 熔融还原铁工艺

    研究表明，铁浴熔融还原具有比固态、气态还原快得多的优越性。在相同条件下，铁水中溶解碳还原熔融FeO 的速度要比固体碳或CO 还原优质铁矿石的速度快10 ～ 100 倍、比900℃ 的CO 还原优质铁矿石的速度快100 ～ 1000 倍。因此，熔融还原炼铁技术受到广泛关注，已经或正在开发的熔融还原炼铁工艺技术有30 多种。根据含铁原料预还原的程度不同，熔融还原炼铁工艺可分为一步法和二步法两类。目前还处于工业试验的一步法工艺有ROMELT、CCF、HIsmelt 和AUsmelt 等。一步法虽然具有流程短、投资少、可以处理高磷铁矿等优点，但也遇到两个困难: 一是熔融氧化铁的腐蚀性极强，炉衬寿命很短; 二是过程中产生的高温煤气无法有效回用于炼铁，系统热效率不高。二步法熔融还原炼铁工艺中，目前已经实现工业化生产的只有COREX 和FINEX，另外一些工艺技术如DIOS、RESMELT 等也完成了工业试验或建成了工业示范装置。二步法工艺系统复杂、设备投资较大。

    王维兴认为，熔融还原装置不仅对原料质量的要求较高，而且由于使用纯氧冶炼使得对炉衬材料质量的要求也高、设备的使用寿命较低，系统投资和运行成本高，在经济性方面熔融还原炼铁工艺与高炉炼铁工艺不具竞争性。

2. 4 闪速炼铁工艺

    用于铜、镍等硫化矿冶炼的闪速熔炼工艺，充分利用细磨物料的巨大活性表面，将细粒硫化物精矿和熔剂与空气( 富氧空气或氧气) 一并喷入炽热的闪速炉膛内，固体颗粒悬浮在紊流气流中，造成气、固、液三相间良好的传质、传热条件，使化学反应以极高的速度进行。该工艺有效地利用了精矿中硫、铁的氧化反应热，节约能量，适于处理含硫高的浮选精矿。2011 年开始，在美国钢铁协会的资助下，犹他大学在一个小规模的氧燃烧器上对气基直接闪速还原铁精粉工艺进行了数年实验研究。该新工艺利用气体如天然气、氢气、合成气或者这些气体的混合气体作为还原剂，相比于高炉炼铁工艺，有望降低32% ～ 57% 的燃料消耗以及61%～ 96%的CO2排放。