海棉鐵希爾(HYL ) 工藝的發(fā)展?fàn)顩r

希爾法海綿鐵生產(chǎn)技術(shù)屬墨西哥希爾薩公司所有, 它是用天然氣和水蒸汽制取還原氣, 然后還原氣在豎爐中將鐵礦石還原成海綿鐵。最初的希爾薩海綿鐵生產(chǎn)技術(shù)稱為HYL Ⅲ 工藝, 是固定床直接還原設(shè)備的典型代表。1957 年希爾薩公司在墨西哥蒙特雷建成世界首家工業(yè)性直接還原廠——Hylsa 1M廠, 此后巴西、委內(nèi)瑞拉、印度尼西亞等國(guó)相繼引進(jìn)該直接還原技術(shù)。70 年代, 在美國(guó)M IDREX 公司的逆流式移動(dòng)床直接還原工藝成功地投入工業(yè)應(yīng)用以后, 希爾薩公司在HYL é 工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出高壓逆流式移動(dòng)床直接還原反應(yīng)器, 即HYL Ⅲ豎爐。

1980 年希爾薩公司在蒙特雷建成第一套工業(yè)規(guī)模的HYL Ⅲ工藝裝置并投入生產(chǎn)。隨著HYL Ⅲ豎爐的日益完善和成熟, HYL Ⅲ海綿鐵生產(chǎn)技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到推廣和應(yīng)用。

1997 年世界海綿鐵總產(chǎn)量大于3 500 萬t, 其中希爾工藝生產(chǎn)的海綿鐵為954 萬t (HYL Ⅲ工藝生產(chǎn)的海綿鐵占了72 % ) , 比1996 年增加了417 % ,至此由希爾工藝生產(chǎn)的海綿鐵的量累計(jì)超過111 億t 。

海綿鐵(DRI) 又稱直接還原鐵, 主要代替廢鋼用于電爐煉鋼。近年來, 由于廢鋼短缺, 海綿鐵生產(chǎn)越來越受到重視, 其產(chǎn)量已從1970 年的80 萬t 逐漸增加到1996 年的3 330 萬t。世界上海綿鐵生產(chǎn)工藝超過40 種, 其中工業(yè)應(yīng)用達(dá)20 種之多。

在海綿鐵生產(chǎn)工藝中, 氣基豎爐法( 即M IDREX 工藝、HYL Ⅲ工藝) 占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 世界上多于84 % 的海綿鐵是由氣基豎爐法工藝生產(chǎn)的。而M IDREX 工藝在氣基豎爐法中占了主導(dǎo)地位。近幾年HYL Ⅲ工藝在悄悄崛起, 其海綿鐵產(chǎn)量每年都在增加。隨著HYL Ⅲ工藝的發(fā)展, 相信不久的將來, 會(huì)動(dòng)搖M IDREX 工藝的主導(dǎo)地位 。

HYL Ⅲ海綿鐵生產(chǎn)工藝流程可以分成兩個(gè)部分, 制氣界區(qū)和還原界區(qū)。制氣界區(qū)包括還原氣的產(chǎn)生和凈化, 還原界區(qū)包括還原氣的加熱和鐵礦石的還原。制氣界區(qū)中, 水蒸汽和天然氣混合后在重整爐中催化裂解, 產(chǎn)生以氫氣、一氧化碳為主的合成氣,經(jīng)脫水后送進(jìn)還原界區(qū)。裂解反應(yīng)為：

CH4 H2O = CO 3H2

CO H2O = CO 2 H2

在還原界區(qū)中, 豎爐爐頂氣經(jīng)脫水和脫二氧化碳后, 與來自制氣界區(qū)的氣體混合形成還原氣, 共同進(jìn)入還原氣加熱爐。加熱后的還原氣從豎爐還原段底部進(jìn)入爐內(nèi), 自下而上流動(dòng), 鐵礦石從豎爐爐頂加入, 自上而下運(yùn)動(dòng)。還原氣和鐵礦石在逆向運(yùn)動(dòng)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 產(chǎn)生海綿鐵。即：

3CO Fe2O 3 = 2Fe 3CO 2

3H2 Fe2O 3 = 2Fe 3H2O

HYL Ⅲ工藝生產(chǎn)的海綿鐵有三種:不經(jīng)冷卻排出爐外后, 直接進(jìn)入熱壓塊機(jī)制成熱壓塊鐵, 稱HB I, 主要作為商業(yè)產(chǎn)品外銷;熱態(tài)海綿鐵經(jīng)全密封氣力輸送管道直接熱送進(jìn)電爐煉鋼, 稱HYTEM P IRON;

海綿鐵進(jìn)入豎爐下部冷卻段后, 天然氣作為冷卻氣通入冷卻段, 海綿鐵滲碳并被冷卻至50 ℃以下, 然后排出豎爐, 得到DRI, 此產(chǎn)品主要是工廠內(nèi)部使用或賣給其他工廠 。

1.制氣部分和還原部分相互獨(dú)立

MIDREX 豎爐爐頂氣與天然氣混合, 共同進(jìn)入重整爐制取還原氣, 還原豎爐和制氣設(shè)備是相互聯(lián)系, 互相影響的。而HYL Ⅲ豎爐爐頂氣經(jīng)脫水和脫二氧化碳后, 直接與重整爐內(nèi)出來的氣體混合制成還原氣, 還原設(shè)備和制氣設(shè)備相互獨(dú)立。因此HYL Ⅲ工藝具有以下特點(diǎn):

(1) HYL Ⅲ豎爐選擇配套的還原氣發(fā)生設(shè)備有很大的靈活性, 除天然氣外, 焦?fàn)t煤氣、煤發(fā)生氣、COREX 尾氣等都可成為還原氣的原料氣;

(2) 重整爐處理氣量變小, 每噸海綿鐵僅為475m 3, 這使HYL Ⅲ工藝重整爐體積小, 造價(jià)低。而M IDREX 工藝重整爐處理氣體體積為每噸海綿鐵1 810 m 3;

(3) 可以處理硫含量較高的鐵礦。而M IDREX豎爐對(duì)鐵礦的硫含量有一定限制, 否則含硫爐頂氣進(jìn)入重整爐將造成裂解催化劑失效。

2.還原氣中氫氣含量高

通過天然氣和水蒸汽在重整爐中催化裂解生產(chǎn)還原氣, 因此還原氣中氫含量高, H2O CO 為516～519, 使HYL Ⅲ豎爐中還原氣和鐵礦石的反應(yīng)為吸熱反應(yīng), 入爐還原氣溫度較高, 為930 ℃。而M IDREX 工藝主要是天然氣和豎爐爐頂氣裂解制取還原氣, 還原氣中氫含量相對(duì)較低, H2O CO 為1.55, 使M IDREX 豎爐中還原氣和鐵礦石的反應(yīng)是放熱反應(yīng), 還原氣溫度不能太高, 為840 ℃。

3.操作壓力高

HYL Ⅲ豎爐操作壓力為0155M Pa, 由于采用高壓操作, 豎爐爐頂和爐底均采用球閥密封。為了實(shí)現(xiàn)全密封操作, 爐頂和爐底均設(shè)有間歇式工作的壓力倉(cāng)。鐵礦石首先通過爐頂料倉(cāng)加入爐頂壓力倉(cāng)中, 然后將鐵礦石再加入碟形倉(cāng)中, 壓力倉(cāng)上下球閥切換開閉, 保持煤氣不外漏, 通過碟形倉(cāng)下的四個(gè)布料管將鐵礦石加入爐內(nèi)。

由于采用了碟形倉(cāng), 可使鐵礦石連續(xù)加入爐中。生成的海綿鐵通過爐底旋轉(zhuǎn)閥排入爐底兩個(gè)料倉(cāng)中, 兩個(gè)壓力倉(cāng)切換使用, 可實(shí)現(xiàn)豎爐連續(xù)排料。而M IDREX 豎爐操作壓力為0.23M Pa, 爐頂和爐底依靠加料管和排料管的料封作用及補(bǔ)充氮?dú)鈦矸怄i煤氣。

由于高溫、高壓、高氫的特點(diǎn), 使得HYL Ⅲ豎爐中鐵礦石的還原速度加快, 豎爐生產(chǎn)效率提高。同M IDREX 豎爐相比, 同樣爐容的條件下, HYL Ⅲ豎爐海綿鐵產(chǎn)量更大。

4.爐身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

HYL Ⅲ豎爐內(nèi)部是空的, 只在爐底排料口處設(shè)有兩根液壓松料桿, 以保證排料順暢。而M IDREX豎爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 爐內(nèi)設(shè)有冷卻氣體分配器和海綿鐵破碎器。

5.部分氧化法技術(shù)

擁有HYL Ⅲ技術(shù)的工廠總是希望提高還原氣溫度來增加產(chǎn)量, 通過部分氧化法可實(shí)現(xiàn)提高還原氣溫度的目的。在還原氣加熱爐和豎爐間的管道中噴入氧氣, 還原氣部分氧化并放出熱, 從而使還原氣溫度提高。部分氧化反應(yīng)如下:

2H2 O 2 →2H2O Q

2CO O 2 →2CO 2 Q

CH4 O 2 →CO H2 H2O Q

在墨西哥蒙特雷2M 5?3M 5 廠采用部分氧化法不僅使還原氣溫度從935 ℃提高到957 ℃。而且使其他工藝指標(biāo)也得到改善。

6.海綿鐵熱送系統(tǒng)

海綿鐵熱送系統(tǒng)是指熱的海綿鐵從豎爐中生產(chǎn)出來后, 通過加熱的氮?dú)馊芊廨斔偷诫姞t料倉(cāng), 海綿鐵通過料倉(cāng)給料器加入電爐, 輸送氮?dú)鈩t經(jīng)洗滌后返回輸送系統(tǒng)。若電爐不需要海綿鐵時(shí),海綿鐵可離線冷卻或進(jìn)行熱壓塊處理。通過采用氣力熱送系統(tǒng), 大大降低了電爐的能耗。墨西哥希爾薩公司在蒙特雷新建的Hylsa 4M 廠, 其直接還原裝置具有海綿鐵(HYTEM P IRON ) 氣力輸送系統(tǒng), 該系統(tǒng)于1998 年3 月投入生產(chǎn) 。

HYL Ⅲ海綿鐵生產(chǎn)工藝在世界范圍內(nèi)已得到廣泛使用, 工業(yè)實(shí)踐證明, HYL Ⅲ海綿鐵生產(chǎn)工藝是完全成熟的直接還原技術(shù)。由于HYL Ⅲ工藝采用天然氣造氣, 因此對(duì)于天然氣缺乏的國(guó)家來說, 全盤引入該技術(shù)是行不通的。但該工藝具有制氣部分和還原部分相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn), 使得HYL Ⅲ豎爐和其他形式的制氣設(shè)備相結(jié)合生產(chǎn)海綿鐵成為可能。

我國(guó)是一個(gè)天然氣缺乏、而煤資源豐富的國(guó)家, 發(fā)展用煤生產(chǎn)海綿鐵是我國(guó)海綿鐵生產(chǎn)的必然方向。煤通過氣化可以生產(chǎn)出以一氧化碳和氫氣為主要成分的還原氣, 因此對(duì)于我國(guó), 應(yīng)探討煤氣化設(shè)備和HYL Ⅲ豎爐結(jié)合生產(chǎn)海綿鐵這一新的工藝設(shè)想。

德士古(TEXACO ) 爐是成熟的煤造氣設(shè)備, 在世界范圍乃至我國(guó)的化工廠已得到廣泛應(yīng)用, 這給天然氣缺乏而煤資源豐富的國(guó)家利用成熟的豎爐技術(shù)生產(chǎn)海綿鐵帶來了希望。因此HYL Ⅲ海綿鐵生產(chǎn)技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景 。

主機(jī)一套(其中包括釋放機(jī)構(gòu)、高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu))

光纖測(cè)距傳感器一套、控制箱一套（液晶觸摸屏控制）

四、TST－F754海棉回彈系數(shù)測(cè)試儀設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T6670-2008

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