直接還原網(wǎng)/天津奧沃冶金技術咨詢有限公司
1 前言
直接還原鐵(DRI)又稱海綿鐵，其是鐵礦或氧化球團通過還原劑(煤或煤氣)在低于其熔化溫度下進行還原反應，脫除鐵礦中的氧而得到的高度金屬化的含鐵產(chǎn)品。因其產(chǎn)品中鐵純度高，S、P、Cu、Zn等有害元素含量低，是冶煉優(yōu)質鋼、特殊鋼的純凈鐵料，也是高端鑄造、鐵合金、粉末冶金等工業(yè)主要的原料。其產(chǎn)品形態(tài)有球團狀或塊狀(回轉窯或氣基豎爐產(chǎn)品)，瓦片狀(隧道窯產(chǎn)品)、壓塊狀(一般是再加工產(chǎn)品，分為熱壓塊和冷壓塊)。
球團狀(DRI) 塊狀(DRI) 瓦片狀（隧道窯） 熱壓塊（HBI） 冷壓塊（CDRI）
圖1 商品直接還原鐵產(chǎn)品的幾種形狀
球團狀或塊狀的冷DRI適用于就近供應電爐使用，也可在采取適當保護措施后通過鐵路或公路運輸?shù)狡渌胤绞褂茫煌扑]采用海運。熱壓塊HBI或冷壓塊CDRI是一種優(yōu)選方式，尤其是作為長期的儲存和運輸?shù)闹饕绞?，通常給電爐使用，也可供高爐或轉爐用。熱DRI直接以熱態(tài)的方式排出還原爐并送至電爐熔化，可以提高用戶的產(chǎn)量和降低生產(chǎn)成本。隧道窯生產(chǎn)的瓦片狀海綿鐵一般含鐵品位較高(含鐵品位96%以上)，供粉末冶金行業(yè)使用較多，一般不做出口;煉鋼用瓦片狀海綿鐵(含鐵品位90%左右)一般被破碎后壓塊做出冷壓塊，供鋼廠使用。
據(jù)Midrex發(fā)布的2023年全球DRI生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球直接還原鐵(DRI)年產(chǎn)量為1.357億噸，產(chǎn)量排名前五的國家分別是印度4930萬噸、伊朗3340萬噸、俄羅斯780萬噸、沙特阿拉伯670萬噸及埃及640萬噸。與前幾年一樣，印度仍然是全球最大的直接還原鐵生產(chǎn)國，生產(chǎn)了創(chuàng)紀錄的4930萬噸直接還原鐵，其中回轉窯生產(chǎn)了3990萬噸(比2022年的3540萬噸有所增加)，氣基工藝生產(chǎn)了940萬噸(從2022年的820萬噸有所增加)，總體增長了13.1%。繼2022年增長18%和2021年增長18.8%之后，2023年回轉窯DRI產(chǎn)量增長了12.8%。印度和伊朗的產(chǎn)量再次超過全球DRI的一半。
在過去五年中，全球DRI產(chǎn)量增長了近2760萬噸，約25.6%。在此期間，印度的DRl產(chǎn)量(主要是煤基DRI)增長了46.2%，伊朗的天然氣DRI產(chǎn)量增長了17.3%。阿爾及利亞、美國和伊朗開始建設新的天然氣基工廠。在過去的10年里，DRI產(chǎn)量增長了6100萬噸，約占82%。在過去的十年中，豎爐產(chǎn)量增加了3300萬噸(56%)，回轉窯產(chǎn)量增加了2500萬噸(161%)。直接送入附近的熔煉車間以節(jié)省能源和提高生產(chǎn)率的熱直接還原鐵(HDRI)的產(chǎn)量為1500萬噸，與2022年相比增長了8%，占2023年總產(chǎn)量的11.0%。熱壓塊鐵(HBI)是一種壓實形式的直接還原鐵，非常適合海運和在高爐中使用，經(jīng)估算生產(chǎn)了1200萬噸，與2022年相比增長了9%。
2 直接還原鐵的儲存
新產(chǎn)的還沒有鈍化的直接還原鐵球團DRI，必須儲存在惰性氣體保護的倉庫內，或者在加蓋的通風良好的場地上，使之老化(進行時效)。在時效過程中產(chǎn)生一些熱量，而且產(chǎn)生的很快，為了快速消散這些熱量，新料厚度應限制在1.5米以內。時效過的直接還原鐵球團，如能保持干燥，或者有蓋的倉庫，或者用帆布復蓋，則可大量安全地儲存。最好用兩層帆布，因為它能“透氣”。而聚乙稀或其他塑料不透氣不能使用。儲存場地必須干燥，標高和排水良好。
如前所述，已經(jīng)時效過的直接還原鐵球團，如果能保持干燥，反應性很低，在沒有蓋的戶外也可以大量儲存。但必須在干燥季節(jié)才能堆集，把干燥的直接還原鐵堆放在千燥、平坦、徹底排水好的場地上。表層將生銹同時形成硬殼，喪失了大量的金屬化率，但硬殼下的金屬化率降低得很少。
一般直接還原鐵球團和作過熱壓塊法鈍化的直接還原鐵球團的金屬化率損失測定。經(jīng)200天的測量，全是儲存在露天沒有保護的場地上。圖2表示料堆各種深度的金屬化率損失與時間相對應的關系曲線。在表面上，壓塊的金屬化率損失比球團的顯著減少，三米高的料堆，200天以后，平均金屬化率的損失，壓塊的為2.1%,球團為7%。比較高的料堆，其金屬化率的損失比較低，但壓塊和球團之間的金屬化率比率保持不變，壓塊的損失比球團的低70%。
3 直接還原鐵的運輸
3.1 船運
用防水的容器和干燥船舶運時效的直接還原鐵的安全性，已不再是嚴重的問題了，運輸直接還原鐵的船駁都應有防水艙蓋，采用這樣運輸方式運送直接還原鐵球團沒有出任何事故。但如果運送濕的直接還原鐵或在運輸中受潮了，是有可能會發(fā)生問題的。一般的結論是，采用較簡單預防措施，運輸這種直接還原鐵即可做到安全，海船及駁船已經(jīng)安全地運輸了大量的直接還原鐵球團及壓塊。美國海岸瞥衛(wèi)隊已經(jīng)把直接還原球團和壓塊的運輸列為無危險的類別。
用熱壓塊法飩化的直接還原鐵進行遠洋運輸時，無須特別擔心這些運輸?shù)陌踩\輸過程中產(chǎn)品的金屬化率損失很小，沒有發(fā)熱及產(chǎn)生氫氣的現(xiàn)象。用駁船和海船運輸熱壓塊做到下列各項就能保證運輸安全:
(1)船倉必須清潔與干燥;
(2)避免儲倉接近熱源，如機房和蒸汽管，
(3)不要在雨、雪、蒙蒙細雨或濃霧足以在壓塊上凝結水分的壞天氣裝卸或運輸;
(4)裝貨后要用熱電偶檢查溫度，熱電偶要仲入到料層表面以下15-30厘米，如果溫度在100℃上，停船，直到溫度開始降下時才能開航。
一些負責團體或工廠，很慎重地處理用船運輸直接還原鐵，進行了精心的預防措施。有的在船上裝設大量的溫度警報器及氣體抽樣檢查儀，常見的規(guī)范要求如下:
1) 物資的裝卸、運送、儲存必須在干燥的情況下進行。
2) 船艙必須防水、干燥與清潔適應下列(船的)條件:
A、艙口蓋在沒有用條帶緊固的情況下，在裝貨前作撒水試驗，確保不漏水。
B、所有料倉必須清掃，除去一切臟物，以及油膩、酸性的所有一切外來雜物及有機物(包括艙內一切表面及空問的高架、橫梁及立柱等)。
C、所有料倉必須干燥，即沒有小水珠或凝結水;應無溝槽、凹陷或裂縫;不得使直接還原鐵處在低凹、潮濕的溝槽內。
D、必須用鋼間壁，而且是完整的，沒有裂縫及裂紋，最好不用木間壁。
E、料艙必須有雙重蓋板，如果有浸濕貨物的危險時，壓載箱不得使水溢入。
F、料艙必須沒有可能位球團滑進去或陷進去小空洞或間隙。
3) 在密閉艙中，氧氣可以耗盡;如果有濕氣存在，就可能產(chǎn)生氫氣。
4) 數(shù)日后測量的溫度一般接近于周圍的溫度。
因為儲存大量直接還原鐵的密閉處，氧氣可能耗盡，人們要進入這種地方，必須預先通過檢查，確認有適當?shù)耐L，有維持生命所需的足夠氧氣。在采取許多預防措施的同時，萬一出現(xiàn)嚴重的情況(高溫再氧化)，最有效的補救方法是排除氧氣。用CO2或蒸汽窒息法防火裝各是不適當?shù)?，因為在高溫下，鐵與CO2和蒸汽都起反應。
3.2火車或載重汽車運輸
許多國家已經(jīng)在各種條件下采用火車或載重汽車已運輸了大量的直接還原鐵。無疑用載重汽車或火車運輸直接還原鐵有關的預防保護事項要比船運少。一般來說在運輸時，各種直接還原鐵最好保持干燥，而且載重汽車無蓬蓋火車可以安全運輸直接還原鐵壓塊。
某直接還原鐵球團生產(chǎn)廠制定的火車或載重汽車運輸規(guī)則如下：
1)最好用上封閉式料斗車，在完好條件下，防止物料間空氣的流通。
2)火車的底及側板必須防水，任何小孔和裂縫都必須修好，不許有水浸入車中。
3)鋼底敞棚車或載重汽車均可使用，車的頂上須用厚防水帆布蓋好，帆布不準有孔或裂口，帆布的中央應適當?shù)毓捌穑苑乐顾谏隙Ａ?。這種覆蓋的帆布必須總是全部蓋好、并牢固地捆扎在車箱的側板上。
4 直接還原鐵在鋼廠中的應用
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