Tecnored工艺：创新无焦炼铁技术

Tecnored炼铁工艺概述

Tecnored工艺由巴西“Tecnored Desenvolvimento Tecnológico S.A.”开发，基于低压移动床还原炉，还原冷粘结、含碳、自熔剂、自还原球团。还原在独特设计的短矮竖炉中进行，典型还原温度下进行。工艺生产热金属(液态铁)。

Tecnored技术构想开发为“无焦”炼铁工艺，避免环境有害焦炉投资运行，且显著减少热金属生产温室气体排放。

Tecnored工艺使用冷热风组合，不需额外氧气。消除焦炉、烧结厂、吨氧厂需求。故工艺运行和投资成本远低于传统炼铁路线。

Tecnored工艺对可处理的铁质和碳质原料类型灵活。能冶炼球团或砖块甚至两者混合装料，提供利用广泛替代原料手段。工艺生产率好、能效高。

Tecnored工艺也宣称适合生产铁合金如锰铁。

开发历史

Tecnored工艺开发历史包含不同阶段、不同目标、测试广泛原料、使用不同尺寸和概念反应器。

1979-1985年，开展含自还原球团黄铁矿渣作冲天炉金属负荷研究。自还原概念改编开发新工艺。1985年Tecnored炉概念确立，侧加料器加固体燃料和上部竖炉后燃烧为技术两大特征。1985年巴西圣卡塔琳娜州乔因维尔市开始组装首台Tecnored炉原型机，在中试规模体验还原过程。

1985-1990年，在直径400mm小圆炉开发工艺，旨在证明新炉概念可行性、建立首批运行几何参数。此阶段实现良好连续给料和出铁(达24小时连续冶炼)，证实Tecnored炉概念适用性。虽结果令人鼓舞，但除经验法开发外，更需要基本工艺理解以决定下步开发。因此为设计建造更大中试炉，建立了Tecnored炉自还原球团行为的综合数学模型。

1990-1993年，在直径600mm较大圆炉开发工艺，旨在实现更长周期、更高运行稳定性、基于数学模型几何运行调整、更高后燃烧收率。此阶段实现更长平稳运行稳定期、控制维持装料速率、控制渣铁出铁程序、改进工艺流体动力学、密切评估炉内热气分布。但600mm炉接近极限难助实验开发技术，故3年实验后决定在直径1000mm新大型中试炉继续开发。数学模型显示为获更高产量除大炉外，为维持Tecnored炉合适风口区和火焰工程，炉几何需从圆形截面变矩形截面。

1994-1995年，在直径1000mm圆炉开发工艺，旨在大炉确认几何运行参数、检查建模指示的圆炉增长局限。大圆形中试炉运行结果确认高运行稳定性、良好炉控制、长周期、良好热金属渣质量等。1000mm中试炉也证实数学模型预测：炉尺寸不能增大同时保持圆形，为模块化概念铺平道路——矩形炉可通过增加模块提高产量同时保持固定截面。这导致决定建造矩形截面全尺寸Tecnored中试炉模块化切片。

1996年，用单风口小中试炉测试新炉概念。运行结果证实基于自还原团块炼铁新概念适用性。基于结果建造全尺寸Tecnored中试炉模块化切片。

1997-2000年，用全尺寸切片进行风险消除程序和辅助设计工业炉。基于新矩形设计，通过成功建造测试初步蜂窝炉利用炉模块化。此阶段在全尺寸模块化切片进行周长连续试运行，100多次单独测试，累计1000小时运行。开发过程中100多次试运行生产1000吨以上优质热金属。热金属质量类似高炉热金属。Tecnored工艺中试阶段成功完成为建设原生铁单元厂和回收矿山钢厂废料厂工业规模设施铺平道路。

中试Tecnored炉运行证明是开发此冶金工艺和确定首个运行设施基本炉设计参数的新颖极有益方法。中试测试过程中确定了建设工业示范厂(IDP)项目，年产7.5万吨。

IDP位于巴西圣保罗州平达蒙汉加巴市。2008-2009年IDP建设完成获运行许可。2011年Tecnored炉外围设备附件改造完成、原料开发项目启动、Tecnored炉启动开始。2012年Tecnored炉运行开始，以及巴西帕拉州卡拉哈斯30万吨/年大厂可行性研究启动。

Tecnored工艺流程

Tecnored工艺是炼铁技术新方法，使用冷粘结自还原团块(球团或砖块)，由铁矿粉或含铁残渣、石油焦粉、煤粉、木炭粉或含碳残渣制成。这些材料混合熔剂粘结剂团聚并在干燥机固化，生产满足Tecnored工艺物理冶金要求强度的砖块/球团。团块在高效独特设计竖炉冶炼，称Tecnored炉。因矮炉身高，Tecnored炉用低成本固体燃料如绿色石油焦、煤或半焦。

工艺主要特点是使用相对低成本材料如细铁矿或残余氧化物和煤/木炭粉(或石油焦)作还原剂/燃料。Tecnored炉是工艺核心。

工艺示意流程图见图1。

图1 Tecnored工艺示意流程图

工艺将<140目铁矿粉、<200目焦粉、<140目熔剂如消石灰用水泥粘结剂团球。球团在200℃固化干燥后喂入Tecnored炉顶。炉内压维持约0.25-0.37kg/cm²。炉料总驻留时间约30-40分钟。40-80mm固体燃料在热球团区下方通过侧加料器加入炉内。约1150℃热风通过炉侧风口吹入为焦炭提供燃烧空气。少量炉气允许流经侧加料器用于固体燃料干燥预热。冷风在较高点吹入促进上部竖炉CO后燃烧。若用高硫固体燃料需精炼炉气清洁系统满足环保法规。热金属出铁入罐车料包，可倾斜包脱渣。液态铁在包内脱硫，渣刮入渣罐。

炉有三区：(i) 上部竖炉区；(ii) 熔化区；(iii) 下部竖炉区。

上部竖炉区

固体燃料在上部竖炉加料。布杜安反应(CO₂+C=2CO)在燃料上被防止，节约能量。此区后燃烧燃烧CO提供能量预热还原炉料。球团内极快速率发生反应：

FeₓOᵧ + yCO = xFe + yCO₂

yCO₂ + yC = 2yCO

熔化区

熔化区因炉料还原气氛防止再氧化。炉料在还原气氛下熔化。

下部竖炉区

低品位固体燃料在下部竖炉加料。因炉矮，低品位固体燃料可含废塑料、废轮胎。此区残余铁氧化物进一步还原、脉石材料和燃料灰分渣化反应在液态进行。金属和渣液滴过热。过热金属渣液滴因重力沉降炉底积聚。

工艺用两不同碳单元输入：(i) 还原剂；(ii) 固体燃料，优化工艺灵活性。还原剂通常煤粉但实践中可用任何碳质材料细粉。加在生产自还原团块(球团/砖块)混合料中。所需煤粉量由C/F(碳/矿粉)比确定，通常足以单纯提供工艺所需热量实现炉料完全还原。自还原中外部CO在还原过程中不起显著作用。

块状固体燃料通过侧加料器加入(避免上部竖炉吸热布杜安溶液损失反应)，负责形成炭床提供工艺大部分需求能量。此能量由一次风(C+O₂=CO₂)和二次风形成，上游炉底固体燃料气化生成CO被燃烧(CO+½O₂=CO₂)。图2示意展示Tecnored炉横截面，突出这两重要特征。

图2 Tecnored炉横截面示意图

因Tecnored工艺两碳单元终极功能不同，两碳单元有不同规格，不仅化学成分、也包括粒度范围。固体燃料部分需块状材料，典型40-80mm，能承担Tecnored工艺固体燃料所需物理热力需求。

Tecnored炉用块状燃料须在炉底形成透气性保证液相气相均匀流动。故选用固体燃料在侧加料器终点、炭化过程后(图3)，须提供足够强骨架支撑炉料负荷、良好反应性促进合适RAFT(风口绝热火焰温度)和火焰几何、能在炭床顶部创造所需CO/CO₂比。

图3 Tecnored炉固体燃料炭化过程

但须提及因炉体积生产率高导致炉矮，施加炭床机械载荷极小。此工艺特征是炉能无焦运行、允许用低品位固体燃料的主要原因之一。

每吨热金属具体燃料消耗：250kg煤、310kg固体燃料，生产含碳3%-4.5%、Si 0.2%-1.0%热金属。热金属温度通常1380-1430℃。