山东墨龙HIsmelt生产指标全面超过原澳大利亚HIsmelt

HIsmelt熔融还原生产工艺是当今冶金领域的前沿技术,经过三十多年的研究开发和工业化生产实践,工艺技术逐步成熟。HIsmelt工艺技术利用非焦煤粉及含铁物料生产优质生铁,是解决焦煤资源贫乏和环保问题的先进技术之一。山东墨龙石油机械股份有限公司(简称墨龙)于2008年开始引进澳洲力拓的HIsmelt技术,作为高端铸造及机械产品生产的技术支撑,历经9年,投资及研发投入超过16.5亿。经过9次开炉过程探索,墨龙首次实现了HIsmelt技术连续工业化生产,取得了一系列的技术进步,实现了冶金领域的重大突破。HIsmelt技术相比传统工艺具有明显优势,将为整个钢铁冶金行业带来技术革命。

(1)山东墨龙HIsmelt基本流程

山东墨龙HIsmelt工厂主要由含铁物料预热和预还原、煤粉制备、矿煤喷吹、熔融还原炉(SRV炉)本体、煤气处理、渣铁处理、燃气锅炉、热风、烟气脱硫等系统组成。采用两级回转窑工艺对含铁物料进行预热及预还原处理,其中保持含铁物料预热温度 750℃,预还原度达到30%以上。煤粉采用串罐式粒煤喷吹(<3mm),与通过独立喷吹系统输送的石灰一起,汇入2只水冷喷枪,与含铁物料、白云石等一起喷入SRV炉熔池。为进一步提高煤气余热回收效率,煤气处理系统在原有水冷烟罩的基础上,增设了余热锅炉,同时为减轻锅炉和除尘负荷,在水冷烟罩和余热锅炉之间设有高温旋风除尘器。煤气净化采用湿法除尘,净化后的煤气用于热风炉的燃烧和余热锅炉燃烧发电。炉渣处理采用转鼓法水冲渣方式,可以得到类似高炉渣的粒化渣副产品。设置烟气脱硫装置,用于回转窑、热风炉和燃气锅炉烟气的脱硫处理,与高炉流程相比,SOx排放量可以降低90%以上。

(2)技术经济指标

山东墨龙Hismelt项目通过2016年五次热负荷试车,在设备改造、生产工艺、流程改进等环节进行了一系列的调整。从2016年12月份正式生产,截止2018年4月份共计产出40万吨产品,当前日最高产量达到1920吨、月产量达到50572吨,已超过HIsmelt技术的历史最高纪录(澳大利亚Hismelt工厂自2005年开始生产至2007年共产出铸铁15.5万吨)。工厂最高产量已达到设计产能的80%,持续作业率已经超过95.8%,已经基本实现稳定连续运行。以2017年10月HIsmelt生产稳定运行状况为例,平均日产量可达1475吨,月累计平均成本控制在2104元/吨左右。

(3)原燃料指标

山东墨龙HIsmelt还原工艺原料灵活性大,含铁物料主要采用氧化铁皮、高磷铁精粉等,无需配料和造块,还可直接使用干燥废料和金属粉料,轧钢铁皮、钢渣、返回料和焦末等也可以作为原料加入到炉中。煤粉无需主焦煤、焦炭或者外购焦,可使用低挥发分焦末和40%的高挥发分动力煤。为进行较好的还原,在SRV炉前添加回转窑进行预还原和预热处理,预处理过程中所用燃烧煤量维持在0.1 t/thm。SRV炉还原喷煤量目标为0.75 t/thm。在经过不断的技术改进后,如图所示,喷煤量已由最初的高达1.2 t/thm降低到如今的0.82 t/thm,并朝着0.75 t/thm设计目标迈进。喷煤量的降低,将极大的减少产品成本,并进一步减少二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等的排放,减少对环境的污染。

HIsmlet工艺直接将粉煤、含铁物料喷入铁浴区深处进行熔融还原反应,所得生铁质量稳定,其炉内独特的双性气氛使得生铁中磷、锰、硅、锡、锑、铋、铅等元素均极低,因此可进行少渣炼钢,从而降低炼钢成本,并提高钢材性能。炉渣碱度维持在1.20~1.30之间,亚铁含量在4~6%,氧化镁含量在7~9%,炉渣中较高的氧势,使磷得以进入炉渣,从而从铁中脱除。故HIsmelt工艺可处理不适宜高炉还原的含铁物料,尤其是为高磷矿的处理提供了新思路。

在还原进程中,除了主要原燃料矿煤的消耗外,还存在一些其他的能源消耗。以连续运行的2017年10月生产运行情况为例,生产每吨铁天然气消耗为42.83立方米,并需添加0.13吨石灰粉和0.19吨白云石粉。同时,生产过程中不同含铁原料(氧化铁皮、高磷铁精粉等)的选择搭配,充分展现了HIsmelt工艺原料的多样性与灵活性。

山东墨龙HIsmelt工厂的建成是熔融还原技术工业化进程中的一次重大突破,同时也标志着HIsmelt技术进入了一个崭新的发展阶段,必将对熔融还原技术的发展起到显著的引领和示范作用。HIsmelt技术独特的工艺特性为其在钒钛矿和高磷矿资源利用提供了更多可能,未来将在推动资源综合利用方面取得新的突破。随着国内工厂、工作人员对工艺路线以及操作的不断熟悉和改进,再加上中国冶金行业的强大设备制造能力和工艺技术创新能力,相信由于可以直接采用粉料、不需要造球、使用非焦煤、流程短、操作简单等优势,HIsmelt工艺将成为我国乃至世界未来熔融还原技术发展的一匹黑马。

来源:北京科技大学