操作的目标是在反应器内形成多个反应带,以强化能源传递, 但要限制铁水与燃烧产物的相互反应, 这在很大程度上取决于操作中燃烧产物的分离程度。燃烧产物的分离, 在铁水与其发生反应最小而能源传递最大情况下才能完成。
能源回收
影响能源回收效率的控制参数包括对二次燃烧用的空气、氧气的喷入分布状况和喷入位置的调节能力。如果二次燃烧空气和氧气喷得离整个熔池太近, 则炉渣表面的还原剂煤可能发生氧化;如果离得太远, 直接与喷溅渣接触的燃烧又不会产生, 热传递效率会减小。AusIron 专利喷枪是在燃料管外还有一个水冷套管, 用来喷吹空气和氧气。外套管的长度可调, 以使二次燃烧空气喷吹至熔渣上的特定位置;喷枪喷入炉渣的深度也可以控制渣的喷溅状况。使用AusIron 喷枪易于有效控制非泡沫渣, 比风口、泡沫渣中的非浸入式或固定喷枪成本更低。
工艺优点
AusIron 工艺具有以下优点:
(1)投资费用低、投产快。由于AusIron 工艺在微负压下操作, 设备简单, 可直接加入煤、铁矿、熔剂, 并使用常规废热回收设备, 投资费用低。该工艺与其它熔融还原新工艺相比, 操作简单、干净, 建造费用低廉, 投产快速。
(2)操作、维修费用低。由于AusIron 工艺可使用廉价劣质煤、设备无需风口、不需采用转底炉、设备简单且维修率低, 因此操作、维修费用低。
(3)可抑制铁水的再氧化。还原反应在渣浴中进行, 而炉渣在活泼的铁水和提高二次燃烧热回收效率所需的较高的富氧之间形成阻隔, 抑制了铁水的再氧化。
(4)工艺操作安全、对环境友好。熔融还原炉在微负压下操作, 与在正压(通常很大)下用废气对铁矿进行预热或预先氧化的生产工艺相比, 本工艺可使用低品位铁源, 故铁源成本低。可以接受含铁50 %的铁矿作原料, 是否采取措施提高其品位根据生产的经济性决定。可以接受SiO2 、Al2O3 、TiO2 、MnO 、MgO 等稀释剂, 造渣后进入炉渣中。
(5)可使用高磷铁矿。由于磷易于进入渣中而去除, 因此可使用高磷铁矿。已经使用了含磷高达0.2 % 的铁源, 生成的生铁含磷低达0.004 %。
(6)原料不需预先处理, 可以接受粉矿和块矿。AusIron 技术可以使用原矿和精矿, 不需对原料进行预热、干燥、预还原或造块, 也无需使用直接还原铁作原料。
(7)工艺设备均为常规设备或被工业性生产所验证。所有供料、废气处理和热回收设备均为常规设备, 而还原炉和喷枪已被有色金属的工业性生产所验证。
(8)由于已具有较大产能的工业性有色金属还原生产设备, 完全可以按比例放大建设大型工业性炼铁生产设备。迄今为止, 每座Ausmelt 生产设备均由中间试验设备直接按比例放大。Aus-Iron 能源公司采取了比较保守的做法, 先建造和投产了中间规模的示范工厂, 再考虑建造大型工业性生产设备。单座反应炉的年产能在概念上没有限制, 正在考虑铁水生产能力为100 ～ 200 万t/a 的装备。
(9)各种级别的煤均能用作燃料, 不需使用炼焦煤和焦炭。与使用进口煤炼焦生产铁水的亚洲或欧洲国家传统高炉工艺相比, 在南澳大利亚, 采用AusIron 工艺单位碳的成本仅为其1/3 ～1/4 左右。
(10)铁料和煤的来源广。在反应炉的长度方向上改变渣中FeO 的含量, 可最大限度地去除矿和煤中的硫和磷, 因此, 扩大了铁料和煤的来源。
(11)可以使用天然气和其它燃料来取代煤。根据钢铁工业每年每吨铁水的投资费用和生产用现金, Ausmelt 生产铁水技术的典型投资可望比现有技术或现有技术与直接还原铁/热压块铁相结合的技术要低1/4 , 因此, 该工艺具有成本低廉、易于扩大规模的潜力。