推动钒、钛等铁浴式熔融还原技术的发展

　　高温熔态氢冶金技术

　　2.1 高温氢还原热力学计算

　　由式(1)、(2)和式(6)、(7)可以得到熔态下，H2和CO还原氧化亚铁的平衡图[7]，见图1、2.由图1和图2可知，铁矿熔态还原平衡态气氛中的H和CO含量要高于固态还原。在温度为1500℃时，用H2和CO还原熔态氧化亚铁,平衡气相中的H2和CO含最分别为45.6%和81.8%.

　　2.2 高温氢冶金流程分析

　　向铁浴炉下部喷吹氢气,能否通过控制碳的燃烧率,用还原性能优良的氢气来代替碳作为还原剂,从而减轻碳热还原所需的热负荷,达到加快还原速度和降低碳耗的目的。如果这种想法可行，将会推动钒、钛等铁浴式熔融还原技术的发展。在此可分碳过剩、碳不足和全氢还原三种情况进行讨论,如图3所示。

　　2.2.1 碳过剩

　　如图3(a)所示,向原铁浴炉中喷吹少量氢气,控制碳的燃烧率,使C：O大于1。高温条件下(1500℃),喷人铁浴炉内的氢气和煤粉可以很快地与氧化铁发生还原反应,如式(4)和式(5)。同时,高温下碳也与H2O发生反应。因此,在碳过剩的条件下,通过向铁浴炉下部喷吹H2不能降低还原反应的热负荷。由于通人高温区的氢气虽然能够与氧化铁反应,但同时碳也非常容易与H2O发生反应式,从而使H2O又转变为H2。根据盖斯定,铁浴炉内的氧化铁还原反应的吸热量并未发生本质改变,高温条件下,这种反应同样需要吸收大量热。因此在碳过剩条件下,喷吹氢气不能减少下部还原区所需的热。

　　2.2.2 碳不足

　　在1500 ℃碳不足的条件下,平衡气体成分中将会出现H2O和CO2,其含量多少与喷吹的氢气和煤粉比例有关, 吹的氢气和煤粉比例有关,随着煤粉量的增加,平衡气体成分中的H2O和CO2不断减少,而CO和H2含量则不断升高，当C和H2的摩尔比大于2:1时,平衡气体成分中的H2O和CO2消失。因此,要想通过向 铁浴炉中喷吹氢气,从而减轻氧化铁还原所需的热负荷,除非改变Hismelt现有的流程工艺,使铁浴炉内的碳处于不足状态,即控制碳的燃烧率,使C:O小于1：1。

　　2.2.3 全氢操作

　　由图4可知,在1400一1600℃的温度范围内,铁矿石固态和熔态氢气还原的理论吨铁耗氢量均随温度的升高而降低相同温度下,熔态还原需要的氢气量要高于固态还原。与低温氢冶金工艺(700℃)左右相比,高温熔态铁矿石氢气还原的理论吨铁耗氢量大幅降低。高温全氢冶金新工艺可以降低还原热负荷,减少二氧化碳等有害气体排放,从而可以实现节能降耗和绿色冶金。但其核心问题是,如何解决低能耗低成本制氢问题,否则只是在转移问题的矛盾,根本无法解决炼铁全流程的高能耗与大排放问题。因此高温全氢冶金工艺的现还有赖于制氢技术的根本突破。

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