Redsmelt工艺：先进两步炼铁技术详解

Redsmelt炼铁工艺概述

Redsmelt为基于两步还原的新型炼铁工艺：(i)回转炉床炉(RHF)预还原含铁物料，(ii)热预还原铁(DRI，直接还原铁)熔炼。原第二步用沉浸电弧炉(SAF)，现已被吹煤吹氧转炉(氧煤反应器)即"新熔炼技术"(NST)取代。RHF将铁矿石、还原剂细粉、粘结剂制成的湿球团预还原产出热冶金化DRI，送NST熔炼成铁水。

Rsmelt工艺设计为成本效益高、环保技术。核心亮点：

• 无需制备炉料(烧结/球团/焦炭)
• 无需电能——DRI熔炼靠化学能
• 熔炼器高生产率→有限投资成本
• 可利用钢厂各工序产生几乎所有残渣(含污泥、含油氧化铁皮)解决钢铁废弃物处理难题
• 熔炼反应器尾气作RHF燃料，全流程能量利用优化→有效降低能耗

意大利Piombino厂建成测试Redsmelt两步熔炼还原示范装置生产铁水。2003年投产。两步基于RHF预还原含铁物料和氧煤转炉熔炼热DRI。设计干基处理65,000吨/年原料，额定铁水产出30,000-35,000吨/年。

技术定位与应用场景

Redsmelt技术开发旨在满足大型综合钢厂对传统高炉路线低成本环保炼铁替代方案的增长需求。该工艺厂可设计年产30万-100万吨铁水。主要针对两基本应用：(i)转化厂内含铁副产品为高价值铁水，(ii)中低规模生产铁水(典型~50万吨/年)匹配以铁水替代废钢的小型钢厂概念。

工艺流程详解

原料制备

细磨含铁物料与碳基还原剂(煤/石油焦)制湿球团。球团工艺要求粒度尽可能接近最优：80%<100μm，100%<250μm。混合机中精确配料加水、少量粘结剂(膨润土)制湿混合料。盘式造球机加水造球。产出湿球团筛分除细粉循环，合格品送金属带式干燥机。

湿球团干燥机

双重目的：(i)避免RHF给料系统粘连，(ii)防止湿球团在RHF中解离。干燥热量由RHF尾气提供，亦提升全流程能效。

回转炉床炉(RHF)

旋转环形炉床置于悬吊式顶覆盖炉室内。侧壁、顶、炉床耐火衬砌允许操作温度≤1450℃。干湿球团经振动给料机入RHF，布为全炉床宽度约20mm均匀层(1-3层球团)。

燃料气和燃烧空气经分三控制区的多个侧向燃烧器引入。各燃烧区燃料风量由控制系统独立控制以达目标温度和气体成分(CO、O₂)。1、2区引二次风通过独立风口燃烧还原释放CO。球团装入后快速升温至还原温度。总停留时间10-18分钟达终冶金化度70%-90%。视原料特性DRI比产量60-100 kg/m²·hr。

工艺热能四来源：(i)辅助燃料燃烧(NST反应器富CO煤气)，(ii)铁氧化物还原生成CO燃烧，(iii)还原剂(煤)挥发分燃烧，(iv)还原剂本身部分燃烧(碳燃尽)。这些能源利用与铁再氧化这一有害现象明显竞争。RHF设计专门优化此复杂气体动力系统。含专用燃烧器和二次燃烧风风口，可调各区各层适当湍流度。另一关键因素：全炉床极精准温控以获球团一致力学化学性质。燃烧器系统通常设计满足所有目标并保证最低NOx生成。

产出DRI球团经水冷螺旋卸入溜槽，再经连续金属带式输送机(耐热材料、气密竖井封闭)送熔炼炉。RHF和干燥机尾气经后燃烧、稀释风、喷水、袋式除尘后排放大气。

RHF废气能部分用于干燥湿球团、预热燃烧空气、原料干燥。大规模厂废气能亦可经余热锅炉产蒸汽。

熔炼炉

原始Redsmelt概念含SAF作DRI熔炼终还原。但Piombino示范用NST熔炼炉熔炼终还原DRI。

NST熔炼炉为非倾斜垂直反应器。底部(炉床)装虹吸出铁口(似小高炉/冲天炉采用渣铁分离挡渣溢流)。热DRI经水冷溜槽自顶部重力装入，置反应器中心。枪尖周围气幕减少DRI随废气直接带出。块状熔剂经独立给料口装入。反应器渣铁界面区用特殊铜冷却元件冷却。反应器顶和烟道为管对管焊水冷壁。

熔炼反应器装两层侧枪(每层三枪)喷吹氧和煤。枪位置朝向旨在生成工艺所需化学流动条件。特别设计改善上部氧化区(CO气后燃烧)与还原区(铁氧化物直接还原等吸热反应)间传热。上层枪向乳浊层喷氧促进过渡带后燃烧；下层枪向铁水浴喷氧吹煤。此布置气体喷吹促进渣湍流，足以将放热(后燃烧)区热能输送至吸热(熔炼)区进行FeO直接还原。用较粗煤降低碳损失、改善铁水渗碳。产出铁水按厂能力浇铸砂型或铸猪机成生铁。

熔炼器顶部水冷顶避免后燃烧高温耐火磨损。水冷烟道收集冷却熔炼器尾气至淬火系统适宜温度。尾气无燃烧冷却净化后送小煤气柜稳压，再作RHF燃烧器燃料利用。

尾气处理系统

尾气处理线含耐火衬后燃烧烟道、水喷淋淬火器、稀释风站、袋式除尘器。因RHF和NST尾气合并共用吸引系统，系统设计尤重RHF尾气烟道。

RHF尾气~1100℃排出未完全氧化。输送至耐火衬烟道。尾气入口后设新鲜空气喷嘴燃烧CO等化合物、限温<飞灰熔点。尾气完全燃烧条件：(i)游离氧>3%，(ii)高湍流度，(iii)停留时间>1秒。空气喷嘴沿烟道均匀分布以最小化NOx生成。

对比RHF尾气，熔炼器尾气温度更高(~1700℃)、后燃烧度更低、未燃成分更高(CO+H₂>30%)。熔炼器尾气经水冷烟道，注入后燃烧风。燃烧参数(停留时间、氧、湍流、温度)同RHF尾气处理。

RHF和熔炼器煤气≤950℃汇入同一淬火器，降烟温至~320℃。"回溢"型喷嘴实现水滴完全雾化、煤气快速降温。

淬火器顶设带泄放阀(应急自开)应急烟囱。RHF一次、熔炼器一次、二次除尘风最终送除尘装置。

配SAF熔炼单元Redsmelt工艺流程图见图2。