直接还原技术的发展及前景

第２８卷第１期　甘肃冶金　Ｖｏｌ＿２８　Ｎｏ．１　２００６年３月　ＧＡＮＳＵ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ　Ｍａｒ．，２００６　文章编号：１６７２－４４６１（２００６）０１－０００７－０３　直接还原技术的发展及前景　杨双平　，冯燕渡　，曹维成　，李武红　（１．西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安７１００５５；２．西安华钼新材料股份有限公司．陕西西安７１０１００）　摘要：简要阐述了直接还原技术的发展及分类，并对主要直接还原法做了较为详细地介绍。概述了我国当前钢　铁工业的现状，指出了我国发展直接还原铁（ＤＲＩ）技术的必要性和紧迫性，展望了直接还原铁技术在新世纪的发展　前景。　关键词：直接还原；海绵铁；发展前景　中图分类号：ＴＦ５５　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＹＡＮＧ　Ｓｈｕａｎｇ．ｐｉｎｇ　，ＦＥＮＧ　Ｙａｎ－ｂｏ　，ＣＡＯ　Ｗｅｉ．ｃｈｅｎｇ　，ＬＩ　Ｗｕ．ｈｏｎｇ。　（１．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉ　８ｆｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｃｅｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｘｉ　ａｎ　７１００５５，Ｃｈｉｎｓ；　２．Ｘｉ　ａｎ　Ｃｈｉｎａ　Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　Ｎｅｗ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｏ．。Ｌｌｄ．，Ｘｉ　ａｌ１　７１０１００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｒｅ　ｅｘｐｌａｉｎｅｄ　ｂｒｉｅｆｌｙ，ａｎｄ　ａｎ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｓ　ｍａｄｅ　ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ　ｄｅｔａｉｌｅｄ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｉｒｏｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｏｉｌｙ　ｃｏｕｎｔｒｙ，ｐｏｉｎｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｕｒｇｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ＤＲＩ　ｉｎ　ｏｕｒ　ｃｏｕｎｔｒｙ。ａｎｄ　ｅｘｐｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｃｅｎｔｕｒｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｒｃｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｓｐｏｎｇｅ　ｉｒｏｎ；ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　１　前言　冷却剂，对保证钢材的质量　特别是合金钢的质量，　起着不可替代的作用，是炼钢的优质原料。　在现代工业高度发展的今天，钢铁工业是整个　社会赖以生存和发展的重要物质基础之一，是衡量　２直接还原生产工艺的发展　一个国家综合国力的重要指标。目前，钢铁工业规　早在１７７０年，英国就出现了第１个直接还原法　模在不断扩大，钢铁生产技术处于不断发展和完善　专利　Ｊ。之后出现过数百种直接还原方案，但真正　之中，钢铁生产工艺流程也在不断向紧凑化、高效　实现工业化是从２Ｏ世纪５Ｏ年始的。１９６８年　化、连续化、高洁净化及对环境友好的方向发展¨】。　美国Ｍｉｄｍｘ法获得成功，直接还原开始迅速发展，　由于传统的高炉炼铁方式投资大、能耗高、流程长，　产量稳步上升，由１９７０年的７９万吨增加到２００３年　在当前焦煤短缺、价格昂贵的情况下，其发展受到了　的４　６００万吨。据日本神户制钢预测，２００５年直接　很大。为了克服高炉炼铁的种种缺点，世界上　还原铁产量将达７　７００万吨，到２０１０年，该数字将　出现了多种非高炉炼铁法，其中最重要的方法之一　为１０　７００万吨　。　便是直接还原炼铁法。　随着产量的增加，直接还原冶炼工艺也不断推　直接还原是指铁矿石或含铁氧化物在低于熔化　陈出新。据统计，当前世界上的直接还原冶炼工艺　温度之下还原成金属产品的炼铁过程　Ｊ。其所得　有４Ｏ多种，而应用于工业生产的就达到了２Ｏ种之　的产品称为直接还原铁（ＤＲＩ），也称海绵铁。ＤＲＩ　多。在众多的冶炼工艺中，按照主体能源的不同，我　由于其成分稳定，有害元素含量低，特别是不易氧化　们可将其分为气基直接还原、煤基直接还原和电热　的金属夹杂元素少．粒度均匀。不仅可以补充废钢资　直接还原３大类。其中．电热直接还原以电力为主　源的不足，而且作为电炉炼钢的原料和转炉炼钢的　要能源，因为要消耗大量的电力，目前多已停产。而　Ｅ－ｍａｉｌ　Ｇ　ＳＬ　ＹＪ　Ｌ＠１２６２ｃｏｍ　∞维普资讯 http://www.cqvip.com

８　甘肃冶金　第２８卷　另两类方法是直接还原铁生产的主要方法。现介绍　氰化铁炉料　如下。　２．１气基直接还原　气基直接还原法是一种以气体（主要指天然　气）做还原剂的直接还原工艺。其主要优点是：生　产效率高、能耗低、操作容易，是直接还原铁生产最　主要的方法。约占ＤＲＩ总产量的９０％以上。但因受　地理分布的局限，该方法主要分布在中东、南美等天　然气资源丰富的地区。代表工艺有Ｍｉｄｒｅｘ竖炉法、　ＨＹＬ反应罐法、流态化法等。　２．１．１　Ｍｌｄｒｅｘ竖炉法　Ｍｉｄ＿ｒｅｘ竖炉法是气基直接还原铁生产技术的主　圈１　Ｍｉｄｒｅｘ法ＤＲＩ生产工艺基本流程　导工艺，该工艺由Ｍｉｄｌａｎｄ　Ｒｏｓｓ公司开发，目前已发　展成为占直接还原铁市场６０％以上的主要方法。其　２．１．２　ＨＹＬ反应罐法　工艺流程见图ｌ　Ｅ４１。还原气使用天然气经催化裂化　ＨＹＬ反应罐流程采用ＫＥＬＬＯＧ蒸汽转化制气　制取，裂化剂采用炉顶煤气。球团或块矿在竖炉内　技术。其工艺流程见图２　。　被天然气还原，生成ＤＲＩ。由于该工艺要求有充裕　原料天然气首先用活性炭脱硫，然后与过量水　的天然气，且生产指标较高，因此在我国天然气富裕　蒸气混合．在８５０℃下进行催化裂化反应。反应罐　的地区可适当发展。　组由４个反应罐组成，罐顶设有装料口，罐底设有卸　图２　ＨＹＬ反应罐法ＤＲＩ生产工艺基本流程　料口，反应罐之间有一套复杂的还原气管路相连接。　我国天然气资源非常有限，但煤炭资源（尤其　还原气排出冷却管后，首先经过冷却脱水，然后进人　是非焦煤）却很丰富。因此，煤基法直接还原铁工　还原气预热器进行加热。高温还原气通人主还原　艺是我国的首选工艺。目前在国内实施的工艺主要　罐，将经过预热和预还原的矿石还原成海绵铁。　有：隧道窑工艺、回转窑工艺和倒焰窑工艺等，其中　ＨＹＬ反应罐流程使用块矿炉料，以球团矿和天然块　机械化、自动化程度较高的Ｆａｓｔｍｅｔ法和冷固结球团　矿为佳。　回转窑法都是先进、可靠、经济的工艺。　２．２煤基直接还原　２．２．１’Ｆａｓｔｍｅｔ法　煤基直接还原法是指以固体（煤炭等）做还原　Ｆａｓｔｍｅｔ法是采用环形回转炉生产直接还原铁　剂的直接还原方法。该方法较气基法存在生产效率　的一种方法。该方法用煤粉和铁矿粉作原料，煤炭　低、生产规模小、容易出现结圈结瘤的缺点，然而它　和还原球团矿在炉中不依靠焦炭和天然气而实现高　主要用廉价的非焦煤为还原剂，有效地避免了气基　温还原　】，其工艺流程见图３ｔ６１。铁精矿、煤粉和粘　法的不足。目前主要分布在天然气资源缺乏，但拥　结剂经混和搅拌器造球后直接装入干燥器或转底　有优质的铁矿资源和丰富煤炭资源的地区，如南非、　炉。在ｌ　２５０～ｌ　３５０℃的高温下，随着炉底的旋转，　印度、新西兰等地。　约有９０％一９５％的氧化铁被还原成ＤＲＩ。　炉料依次　臻　Ｅ－ｎｍ　ｉⅢＩ：Ｇ…ＳＬＹＪＬ＠　Ｉ２６＿ｃ０ｍ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第ｌ期　杨双平，等：互接还原技术的发展及前景　９　经过预热、还原区、中性区，反应完毕后卸人砌有耐　火材料的热运输罐内或快速冷却　。　２．２２亿吨。比上年增长２２．３８％，成为全球第１个年　产钢量突破２亿吨的国家。并连续近十年保持钢产　量世界第一。由此拉动的废钢消费促使废钢供应矛　盾日趋突出。据统计，２００３年我国钢铁企业生产回　收的废钢铁１　１２８万吨，非生产回收废钢铁３７４万　吨，合计为１　５０２万吨，同比增长１５８万吨；而全年　炼钢消耗废钢４　６５０万吨，辅助炼钢消耗废钢１００　万吨，共消耗废钢４　７５０万吨。如果按照３０％的比　例配直接还原铁（海绵铁）的话，仅缺口部分就需要　９７４．４万吨直接还原铁（海绵铁）。２００３年我国从　国外进口直接还原铁（海绵铁）２５０＊万吨，而我国直　接还原铁生产能力仅为６Ｏ万吨／年，２００３年产量为　４Ｏ万吨，远远不能满足需求。　圈３　Ｆａｓｔｍｅｔ法工艺流程　我国虽然是世界第一产钢大国和耗钢大国，但　却不是钢铁强国。钢铁产品在国际市场上竞争力不　２．２．２冷固结球团回转窑法　强，在钢材品种和质量方面，还不能适应国民经济的　由原中南工业大学与鲁中冶金矿山公司共同研　发展要求，我国每年还要从国外进１２钢材四千余万　制开发的冷固结球团回转窑法是一项新工艺、新技　吨（主要是优质钢和特种钢），而海绵铁正是生产优　术，是煤基回转窑法还原工艺的一次，其主要工　质钢和特种钢的必备原材料之一。随着今后对钢铁　艺流程见图４…。该工艺包括：配料、润磨、强力混　产品品种和质量要求的不断提高，发展电炉短流程　合、造球、低温干燥固结、回转窑还原、冷却、筛分、磁　炼钢势在必行，而用直接还原铁（海绵铁）补充我国　选、窑尾废气余热发电等环节。　废钢的不足，将是必然的结果。　从世界范围来看，气基法生产海绵铁技术比较　成熟，产品质量较好。但由于我国受到天然气资源　和开发的，不适合发展气基直接还原法。我国　煤炭资源丰富，尤其是非炼焦煤储量很大，为发展煤　基工艺提供了条件。因此，煤基法生产直接还原铁　工艺是我国的首选工艺。此外，随着近几年来我国　能源战略的调整，天然气、石油资源的开拓、开发，利　用煤制气或地区性丰富的焦炉煤气资源等，适当的　发展气基直接还原技术也是可行的。　４　结语　（１）直接还原技术自从问世以来发展迅猛，虽然　金Ｊ越球残碳　非｛醴性物磁性物　在较短的一段时期内还不能与传统的高炉炼铁工艺　●●＿●＿－０…＇＇＿Ｈ－＿一　相抗衡，但随着其工艺的逐步完善和发展，必将对钢　图４冷固结球团直接还原工艺流程　铁工业的发展产生深远影响。２ｌ世纪必将是铁直　接还原技术快速发展的世纪。　该工艺的主要优点是：流程短、投资省、能耗少、　（２）我国是一个钢铁大国，为了适应钢铁生产的　成本低。此外，生球的低温干燥固结取代了高温焙　需要，进一步增强我国钢铁企业在世界上的竞争力，　烧作业，减少了耐高温设备，提高了设备的作业率，　必须加大直接还原铁（海绵铁）的生产力度。　有利于回转窑的连续稳定生产。　（３）综上所述，气基直接还原法是海绵铁的主要　３直接还原铁生产在我国的发展前景　生产方法，其工艺相对成熟、完善。但鉴于我国的实　际情况，大力发展煤基直接还原法是我国钢铁工业　我国是全球最大的产钢国和废钢消费国，同时　的必然趋势。同时，随着国家能源战略的发展，部分　是废钢资源极为短缺的国家。２００３年，我国产钢　地区也可适当发展气基法。　Ｅ－ｎ￣ｉＩ：Ｇ　ＳＬ　ＹＪ　Ｌ＠Ｉ２６－ｃｕｎ１　蝴维普资讯 http://www.cqvip.com

第２８卷第１期　甘肃冶金　Ｖｏｌ＿２８　Ｎｏ．１　２００６年３月　ＧＡＮＳＵ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ　Ｍａｒ．，２００６　文章编号：１６７２４４６ｌ（２００６）０１－００１０－０３　Ｅｌｍａｎ神经网络在　加热炉预测　控制中的应用　陈亚天，杨友良　（河北理工大学计算机与自动控制学院，河北唐山０６３００９）　摘要：首先简要『ｒ绍了Ｅｌｍａｎ神经网络的基本结构及特点，然后将预测控制和神经网络相结合提出了应用改进　型Ｅ１ｍａｎ神经Ｈ络建立预测模型，用于对加热炉燃烧过程中的烟气含氧量进行预测，以便及时调整空燃比，使加热　炉工作在低氧燃烧状态下。　关键词：Ｅｌｍａｎ型回归神经网络；加热炉；预测控制　中图分类号：ＴＧ３０７；ＴＰ３９１．９　文献标识码：Ａ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｅｌｍａｎ　Ｒｅｃｕｒｒｅｎｔ　Ｎｅｕｒａｌ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ｉｎ　Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｈｅａｔｉｎｇ　Ｆｕｒｎａｃｅ　ＣＨＥＮ　Ｙａ－ｔｉａｎ，ＹＡＮＧ　Ｙｏｕ－ｌｉａｎｇ　（Ｈｅｂｅｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｆａｎｇｓｈａｎｇ　０６３００９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｈａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　Ｅｌｍａｎ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｂｒｉｅｆｌｙ　ａｔ　ｆｉｒｓｔ．Ｔｈｅｎ　ｃｏｍｂｉｎｅｓ　ｗｉｔｈ　ｐｒｅｄｉｃｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ｐｒｏｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｈａｔ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｗｉｔｈ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｅｌｍａｎ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔ。　ｗｏｒｋ　ｔｏ　ｐｒｅｄｉｃｔ　ｔｈｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｌｆｕｅ　ｇａｓ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｄｊｕｓｔ　ａｉｒ・ｆｕｅｌ　ｒａｔｉｏ　ｉｎ　ｔｉｍｅ，ｍａｋｅ　ｓｕｒｅ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｅ　ｏｆ　ｌｏｗｅｒ　ｏｘｙｇｅｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｌｍａｎ　ｒｅｃｕｒｒｅｎｔ　ｎｅｕｒ￣ｎｅｔｗｏｒｋ；ｈｅａｔｉｎｇ　ｆｕｒｎａｃｅ；ｐｒｅｄｉｃｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　１前言　良好的空燃比。在实际工程的应用中多是采用氧化　锆对尾气中的含氧量进行测量，然后通过反馈去调整　加热炉的燃烧控制是一个典型的热工过程，伴随　空燃比，但是由于这个调整过程存在大滞后性、大惯　着现代社会中能源短缺问题的突出，也就越来越要求　性，所以使用这种方法控制不及时，被控量往往会产　加热过程可以用最低的原料消耗达到最佳的加热效　生大的波动。　果。在钢坯加热过程中，烟气中的氧气含量直接关系　考虑到尾气中的氧气含量受燃料量、空气量、炉　到钢坯的氧化烧损。因此使加热炉工作在低氧燃烧状　温等多种因素的影响，它们之间应该存在着复杂的映　态下是比较理想的，也就是在负荷变化过程中要保证　射关系，采用常规控制方法很难做到及时的、准确的　参考文献：　［５］Ｈｏｆｆｍａｎｇｅ，Ｈａｒａｄａ．Ａ　Ｓｔａｔｕｓ　Ｒｅｐｏｒｔ　ｏｎ　ＦＡＳＴＭＥＴ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ｋａｋｏｇａｗａ　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｐｌａｎｔ【Ｊ］．Ｉｒｏｎ　［１］　邱冠周，姜　涛，徐经沧，等．冷固结球团直接还原　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌｍａｋｅｒ，１９９７，２４（５）：５１－５３．　［Ｍ］．长沙：中南大学出版社，２００１，１－２３．　［６］周强．直接还原新技术［Ｊ］．烧结球团，１９９９，２４（１）：　［２］游锦洲，周国凡，于仲洁，等．热态直接还原铁防再氧　２４－２８，　化初步研究［Ｊ］．钢铁，１９９９，３４（１１）：５－６．　［７］阴继翔．煤基直接还原技术的发展［Ｊ］．太原理工大学　［３］方觉，郝素菊，李振国，等．非高炉炼铁工艺与理论　学报，２０００，３１（３）：３１４－３１５．　［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００２，５：１３６－１３７．　＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＇＿＿＿－＿－－＿－＿＿＿＿＿＿●＿＿　。。－。＿＿。。＿。。。。。。。。。。。。。。。一　［４］杜俊峰，袁守谦．积极发展直接还原铁（ＤＲＩ）生产技　收稿日期：２００５—１１－２２　术，应对２ｌ世纪电炉废钢紧缺的挑战［Ｊ］．工业加热，　作者简介：杨双平（１９６７－）。男，陕西富平人，副教授。研究方向为高　２００２，２：１－４，　炉炼铁及炼铁新技术。　蓉　眦Ｅ－ｍ咖ａｉｌ：Ｇ　ＳＬＹ　ＪＬ　＠１２　ｕｌＩｌ