湯忖江，王 華，卿 山， 岳爭超，齊翼龍，趙魯梅

昆明理工大學冶金與能源工程學院，云南昆明 650093

HISMelt工藝與富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)

湯忖江，王 華，卿 山， 岳爭超，齊翼龍，趙魯梅

昆明理工大學冶金與能源工程學院，云南昆明 650093

本文主要介紹了HISmelt煉鐵工藝和由昆明理工大學自行開發(fā)設計的富氧頂吹熔融還原冶煉工藝。此二種熔融還原煉鐵工藝居右相同點，但又有很多不同點。工藝中均采用高二次燃燒率，具有較好的脫磷條件，此二類工藝適宜冶煉高磷鐵水。富氧頂吹熔融還原冶煉工藝處于開發(fā)階段，仍有很多問題需待改進。

HISmelt；富氧頂吹熔融還原；工藝；高磷鐵礦

0 引言

HIsmelt法是當前最具代表性的鐵浴法熔融還原工藝。是一種直接使用粉礦、粉煤和1200℃富氧熱風鐵浴熔融還原煉鐵工藝。至2002年在西澳奎納納( Kwinana) 修建爐缸直徑為6m年產(chǎn)80萬t/a的商業(yè)化示范工廠，于2005年11月開始生產(chǎn)[1][2]。目前，由于國際經(jīng)濟形式不景氣導致運行成本上升，HIsmelt目前處于停爐維護階段。該法具有低有害氣體排放、原料適應性強、低投資和運行成本、無燒結(jié)和造球工序等優(yōu)點。該法強調(diào)高二次燃燒率(55～65%)，由于爐渣亞鐵含量高約4～6%，在高磷礦時90%以上的磷進入爐渣，可以達到較好脫磷效果，能生產(chǎn)出低磷鐵水，適合冶煉高磷鐵礦[2][3]。由于熔渣中亞鐵含量較高，導致鐵水中碳含量低，硫含量高，同時伴隨著對爐襯耐火材料腐蝕較嚴重。

1 富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)

富氧頂吹熔融還原工藝是基于HIsmelt工藝原理而開發(fā)的一種工藝，流程如圖1所示。熔融還原爐內(nèi)徑500mm，外徑800m，高2 100m，僅有一個渣鐵口(直徑100mm)，爐內(nèi)截面積0.196m2，最大容積0.412m3，無前置爐。

單孔超音速射流氧油噴槍噴頭結(jié)構(gòu)如圖2所示，由中心氧管，兩個同心圓水冷套管，油管，及超音速射流噴頭組成。富氧由開口于噴頭端面拉瓦爾口噴入到熾熱熔池中，引起渣層劇烈攪動產(chǎn)生渣層飛濺、熔體回流，強化了傳熱效率，加速了爐料熔化及冶金過程。噴頭結(jié)構(gòu)決定了射流特性，富氧氣體通過拉瓦爾口時先受壓縮后被加速形成超音速射流，對熔池具有較高沖擊強度。射流強度可通過槍位及富氧出口壓力及流量控制。油管位于水冷套中，開口于噴頭端面，端面上有霧化噴頭。由于霧化噴頭和中心富氧射流距離較近，在燃燒過程中可以形成較長的火焰。

圖1 富氧頂吹熔融還原流程示意圖

圖2 單孔超音速射流氧油噴槍噴頭結(jié)構(gòu)示意圖

噴槍采用水冷方式冷卻，外接高壓水泵，經(jīng)試驗證實冷卻效果良好，冷卻出水溫度可很容易降至100℃以下。氧油噴槍是該工藝中較為重要部件，溫度的控制，熔池攪動等都通過噴槍控制來實現(xiàn)。

富氧頂吹熔融還原工藝其他特點：富氧頂吹熔融還原工藝該工藝并無側(cè)吹裝置，通過加強富氧射流強度模擬HIsmelt富氧燃燒及對熔池的強烈攪拌效果。由于爐體較小保溫條件較差，并且本試驗裝置并無熔化鐵水裝置，無法預先向熔融還原爐內(nèi)兌入鐵水，采用冷啟動方式。由于難以迅速提升爐溫，以及僅通過富氧燃燒無煙煤爐溫較難控制爐溫波動較大。在噴入富氧的同時通過油管及位于噴頭上霧化裝置向熔池噴入燃油，用以快速提高爐溫，及借助富氧燃燒還原性氣體、無煙煤(射流沖擊強度較強，部分無煙煤在爐內(nèi)呈懸浮狀態(tài))和燃油釋放大量熱量維持爐溫。

HIsmelt熔融還原爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，工藝改進后采用四支槍插入渣層噴吹對熔渣起到了很好的攪拌效果，熔池中心凸起形成“涌泉”。熱風噴槍 (也稱為二次風燃燒槍或者富氧噴槍，但與氧油噴槍有本質(zhì)區(qū)別)如圖3所示，主要目的為燃燒還原性氣體。

圖3 HIsmelt熔融還原爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖(SRV)

而富氧頂吹熔融還原工藝中僅有一支頂吹氧油噴槍，熔池中心下凹；HIsmelt側(cè)吹為浸沒式噴吹，較小的氣流強度便可取得較高攪拌效果，而本試驗中的裝置則需較強的氣流和出口壓力才能取得同等效果，即氧耗較大。該工藝加料方式為依靠原料重力落入熔池中。該工藝無預熱及預還原配套裝置，原料僅在加入爐中下落過程中短暫時間內(nèi)被預熱，時間極短暫。兩種工藝目的都相同，通過攪拌提高爐內(nèi)傳質(zhì)傳熱效果，及改善反應的動力學條件。富氧頂吹熔融還原由于也采用高二次燃燒率，導致耐火材料腐蝕嚴重，對于該工藝和HIsmelt工藝，耐火材料的壽命問題應是一個長期困擾此二種工藝的一個問題。綜上所述，該工藝為基于HIsmelt原理而開發(fā)的一種工藝，但又與HIsmelt工藝相區(qū)別的一種熔融還原工藝。

2 應用前景

我國高磷鐵礦石占世界總儲量的14.86%，達74.5億t[4]。由于富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)采用高二次燃燒率致使熔渣中亞鐵含量較高，這意味著當冶煉高磷鐵礦石時脫磷條件充分，適宜冶煉高磷鐵礦石。在冶煉獲得合格鐵水的同時可以獲得富磷渣，熔渣通過一定處理便可做為磷肥使用。在研究過程中也發(fā)現(xiàn)，鐵水低碳高硫，脫硫需額外增加工序。富氧頂吹熔融還原冶煉技術(shù)仍處于開發(fā)階段，仍有許多問題仍待解決。

3 結(jié)論

1） HIsmelt工藝作為新興熔融還原冶煉技術(shù)，具有廣闊應用前景和價值。

2） 富氧頂吹熔融還原煉鐵工藝為基于HIsmelt冶煉原理上發(fā)展起來的一種工藝，但與HIsmelt工藝又有很大區(qū)別。

3） 此二種方法都采用高二次燃燒率，熔渣中亞鐵含量高具有良好脫磷條件，能夠為我國高磷鐵礦的處理提供一條較好的途徑。

4） 富氧頂吹熔融還原工藝僅處于試驗室研究開發(fā)階段，仍有許多問題需要解決。

[1]周渝生.煤基熔融還原煉鐵新工藝開發(fā)現(xiàn)狀評述[J].鋼鐵，2005，40（11）：1-4.

[2]唐恩，周強，翟興華，阮建波.適合我國發(fā)展的非高爐煉鐵技術(shù)[J].煉鐵，2007，26（4）：61-62.

[3]畢學工,周進東,黃志成,金焱,熊瑋.Hlsmelt法冶煉高磷礦可能性分析．2008年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會議暨煉鐵年會論文集，寧波：中國金屬學會，2008.

[4]何姜毅，周平，莊故章，杜景紅．某高磷鐵礦提質(zhì)降磷工藝研究[J]．礦業(yè)工程，2008，6（2）：29-30.

TF5

A

1674-6708（2010）21-0107-02

湯忖江，研究方向：熔融還原新技術(shù)與工業(yè)節(jié)能