处理铝厂赤泥固废的COSRED熔融还原新工艺

处理铝厂赤泥固废的COSRED熔融还原新工艺

一、COSRED熔融还原新工艺介绍

COSRED熔融还原新工艺是武汉科思瑞迪科技有限公司花费近十年时间，通过大量的理论研究和生产试验开发出的一种非高炉熔融还原的炼铁新工艺，新工艺依托一步主还原和二步主熔分的两步法炼铁新工艺，可以处理种类非常宽泛的含铁原料，最终得到铁水、炉渣和碱金属粉尘，实现对原料中有价元素（包括铁元素、碱金属）最大限度的提取和回收。

根据处理原料的不同，COSRED熔融还原新工艺可大致分为两大类应用场景：

处理赤泥、钢铁厂除尘灰、镍渣等含铁、含锌、含碱等固体废物的综合回收循环利用项目。

处理铁精粉、钒钛矿等大宗含铁矿物的“无烧结、无焦化”短流程炼铁、炼钢项目。

 

 COSRED还原炉和熔分炉

二、COSRED熔融还原新工艺流程简述

含铁原料和粘结剂混匀、压球、烘干，得到一定粒度和强度的生球团。生球团与还原剂（目前主要使用兰炭）、脱硫剂（石灰石）配料混合，进入科思瑞迪自主研发的COSRED还原竖炉，根据原料条件的不同，在适当的还原温度和还原时间下，含铁原料实现了脱氧（还原）、脱碱（钾钠铅锌等被还原后蒸发脱除）、脱硫，最终得到金属化率90～98%的直接还原铁，与残余还原剂、脱硫剂一同排出竖炉（热排或冷排）。

冷排直接还原铁球团和残余还原剂、脱硫剂、造渣剂、补充的燃料一起先进入预热罐预热，随后装入熔分炉进行少量的深还原、渣铁熔化分离，并产生大量的煤气，铁水的温度和成分与高炉铁水相同。

值得一提的是：整个工艺过程中产生的烟气、煤气的显热绝大部分用于物料的烘干和预热，煤气化学能的90%以上用作本工艺所需的热源，生产过程中产生的煤气向工艺外部输送的能源＜10%，这是COSRED熔融还原新工艺一次能源消耗低、生产成本低、经济性和综合竞争力强于高炉炼铁工艺及其它熔融还原工艺的主要原因之一！

 

 COSRED熔融还原新工艺处理赤泥固废的工艺流程图

三、COSRED熔融还原新工艺的两大核心装置

COSRED还原竖炉

COSRED还原竖炉是武汉科思瑞迪科技有限公司自主研发的以含铁球团、块矿、固体还原剂、脱硫剂为炉料，采用气体燃料燃烧隔焰加热的方式提供高温，创造封闭的还原气氛的一种直接还原竖炉。本还原竖炉因为氧化燃烧气氛和还原气氛几乎完全独立，所以直接还原铁的金属化率和质量很高，同时还原温度和还原时间调控非常方便，可以根据实际情况灵活的调整成品的还原度；物料在炉内靠自重以相对缓慢的速度自上而下运行，不产生激烈翻滚、碰撞及摩擦，故而产品粉化率很低，对后续的操作加工带来很大便利。

 

 COSRED还原竖炉运行原理图

熔分炉

COSRED熔融还原新工艺的熔分炉是在奥钢联COREX熔分炉和浦项FINEX熔分炉的基础上，由武汉科思瑞迪科技有限公司进行改进升级得到的。COSRED熔分炉以兰炭、生物质、动力煤等作为入炉燃料，同时向炉内鼓入1050～1200℃的高温空气，在大量的热能输入下炉内的金属化球团经过软熔、滴落、渗碳、深度还原得到铁水，原料中的脉石成分和配入熔分炉的造渣剂形成组分适当、流动性好的熔渣，出铁、出渣方式和制度与高炉相同。

 

 COSRED熔分炉运行原理图

四、COSRED熔融还原新工艺的发展

发展历程

公司在2017-2018年完成了COSRED熔融还原工艺的发明和实用新型专利申请，并开展了工艺流程的设计和主要工艺设备的选型等基础性的研发工作；

公司在2018-2019年COSRED熔融还原新工艺获得了国家的发明专利和实用新型专利的授权，并完成了基础性的研发工作；

公司在2020-2022年开展了COSRED熔融还原新工艺的对外宣传，在国内学术会议和非高炉年会上进行了专题报告，报告文章获得了2019年“全国冶炼创新论坛”优秀论文二等奖；

公司在2022-2025年开发出了COSRED熔融还原新工艺物料平衡和热量平衡的计算模型。采用八钢熔融还原工艺实际生产的边界条件，通过该计算模型的计算，得到了与实际生产完全一致的工艺参数。

 

 COSRED新工艺开发过程中获得了十数项发明和实用型专利

核心装备工程业绩和可靠性说明

该工艺为组合式创新新工艺：新工艺在保留COREX和FINEX两种熔融还原工艺的两步法炼铁的工艺思路、基本原理和熔分炉核心装备的反应机理、炉体结构等优点的基础上，组合采用了COSRED直接还原工艺中还原炉的诸多优点，并且充分吸收了高炉炼铁工艺的长处，该工艺的工艺思路、基本原理、反应机理均得到了充分的生产验证，是非常可靠的；

核心装备还原炉的工程业绩：新工艺的核心装备还原炉在5万吨、10万吨的工程项目上均有相关的工程业绩，并在国内万吨级的工试装置上对各种品位的铁精粉，以及包括钒钛磁铁矿、含铁含锌粉尘等含铁原料进行了数千吨的生产测试，这些项目生产和工试生产均很好的验证了还原炉生产的连续性、稳定性和可靠性；并且通过不断地优化和完善，现在推广的还原竖炉是COSRED公司最新的第三代还原炉技术；

核心装备熔分炉的生产业绩：新工艺的核心装备熔分炉是在COREX和FINEX两种熔融还原工艺的13个工程项目实现长期稳定生产的基础上改进完善得到的，这些生产案例不仅证明了熔分炉对各种燃料（包括：动力煤、气煤、型煤、兰炭、喷吹煤粉、焦丁/焦炭）的适应性，也充分验证了熔分炉生产的连续性、稳定性和可靠性；

该工艺的其它主要装备业绩：新工艺的其它主要装备包括混匀机、压球机、烘干机、余热锅炉、布袋除尘器、鼓风机、开口机、泥炮等，均为相关工艺中长期生产得到充分验证的普通装备。

五、COSRED熔融还原新工艺为什么是处理赤泥固废的理想工艺

适应赤泥固废的高铝特征：和高炉相同，熔分炉熔渣需要具有合理的碱度、熔化性温度、镁铝比和炉渣粘度。由于赤泥固废中Al₂O₃的含量通常数倍于普通含铁原料，为了得到上述合理的炉渣性能指标就必须在炉料中添加大量的造渣剂（石灰石、白云石/蛇纹石、硅石），大量造渣剂的添加，带来炉料综合机械强度和透气性的降低，意味着炉内料柱高度必须控制在较低的范围，否则是很难正常进行熔化生产的。COSRED熔分炉由于取消了高炉炉腰和炉身的间接还原，同样规模的熔分炉在风口中心线以上的炉料高度仅为高炉的1/3~1/4，所以新工艺的熔分炉几乎不需要考虑高炉高料柱大量间接还原带来的透气性问题，所以新工艺熔分炉能够适应添加大量造渣剂的工艺要求！

适应赤泥固废的高碱特征：赤泥中的碱性成分70～80%会在工艺中的直接还原工序蒸发进入烟气，极大减少了熔分炉中碱的富集程度，而且熔分炉的大渣量对炉渣排碱是非常有利的，进入熔分炉的碱金属随炉渣排出量≥97~98%，所以新工艺能够适应赤泥固废的高碱特征。

经济效益高：在采用铁精粉等各方面同样的条件下，该工艺的不含税生产成本（包括人员工资、福利、项目折旧等）比高炉工艺的不含税铁水生产成本低15-18%，以赤泥固废为原料生产铁水创造的经济价值更是相当可观的。

具有规模化：该工艺中单条还原炉工序的年产量可达到120万吨的规模，单座熔分炉的年产量可达到500万吨。为了实现年产60万吨铁水以上的更大规模的赤泥固废项目，可以采用多座还原炉对一座熔分炉的技术方案。

六、小结

武汉科思瑞迪科技有限公司在充分了解高炉炼铁工艺、COREX熔融还原工艺、FINEX熔融还原工艺和HIsmelt熔融还原工艺各自的优缺点基础上，通过组合式创新（保留了目前两步法炼铁工艺的三大优点、吸收了高炉一步法炼铁工艺的三大长处、消除了这两种炼铁工艺各自的四大缺点），开发出了以还原炉和熔分炉为核心装备的、真正意义上的二步法熔融还原新工艺。

COSRED熔融还原新工艺通过组合式创新拥有六大突出优势：原燃料适应性很广、二次能源回用充分、生产成本低、环境保护好、生产寿命长、产能规模大。         

COSRED熔融还原新工艺不仅能处理铝厂赤泥固废、钢铁厂含锌除尘灰、有色镍渣等含铁固废，充分回收有价元素；在同样的条件下，采用新工艺以铁精粉为原料能够生产出比高炉铁水生产成本低15~18%的高品质铁水；而且该工艺具有先进性、可靠性和经济性三大