非高爐煉鐵技術(shù)及在我國(guó)發(fā)展展望

1、非高爐煉鐵技術(shù)及在我國(guó)發(fā)展的展望 趙慶杰 儲(chǔ)滿生 王治卿 董文獻(xiàn) 2008年4月1主要內(nèi)容 非高爐煉鐵技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)非高爐煉鐵現(xiàn)狀 我國(guó)發(fā)展非高爐煉鐵的展望 結(jié)語(yǔ) 2傳統(tǒng)煉鐵流程存在的主要問(wèn)題 傳統(tǒng)煉鐵流程長(zhǎng)，工藝復(fù)雜； 資源、能源循環(huán)使用率低； 對(duì)焦炭和焦煤資源的依賴； 環(huán)境污染嚴(yán)重鐵礦石燒結(jié)廠焦煤焦?fàn)t高爐轉(zhuǎn)爐連鑄熱軋機(jī)精軋機(jī)31. 非高爐煉鐵技術(shù)及發(fā)展的現(xiàn)狀 非高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)之一，是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展、節(jié)能減排、環(huán)境友好的前沿技術(shù)之一 ，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展擺脫焦煤資源的羈絆，改善鋼鐵生產(chǎn)的能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、提高產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的重要途徑之一

2、。 直接還原已成為世界鋼鐵工業(yè)不可缺少的組成部分，DRI的年產(chǎn)量已超過(guò)6500萬(wàn)噸，粗鋼產(chǎn)量的5.0%。 熔融還原實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其環(huán)境優(yōu)越性得以公認(rèn)，但低能耗、低成本、低投資等優(yōu)點(diǎn)還有待實(shí)踐證實(shí)，仍然是鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的最熱門話題。 41.1 直接還原技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀 5年份1980199020002001200220032004200520062007產(chǎn)量714176843784032450849455460569959796569 產(chǎn)量持續(xù)增加，氣基豎爐占主導(dǎo)地位世界直接還原鐵產(chǎn)量（萬(wàn)噸） 工 藝199920002001200220032004200520062007Midrex法67.

3、368.266.366.664.664.161.359.760.4HYL-III20.618.617.118.418.418.919.718.419.6HYL-I2.33.22.71.31.31.9Finmet3.02.84.53.65.22.92.32.22.1其它氣基2.32.61.00.20.40.10.040.00.0煤基4.64.78.49.810.212.116.519.717.9各工藝直接還原鐵的產(chǎn)量（wt%） 67 煤制氣-豎爐直接還原為發(fā)展DRI生產(chǎn)的新途徑 由Midrex公司提出并在南非實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)的COREX熔融還原尾氣作為Midrex豎爐還原氣的工藝，以及直接使用焦

4、爐煤氣、合成氣、煤制氣為還原氣的HYL-ZR工藝，為天然氣資源不足的地區(qū)以天然氣以外的能源發(fā)展氣基直接還原工藝開辟了新途徑。 8 轉(zhuǎn)底爐法是煤基直接還原技術(shù)的開發(fā)熱點(diǎn) 能源來(lái)源廣泛，對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，在鋼鐵廠粉塵綜合利用，以及復(fù)合礦利用有明顯的優(yōu)勢(shì)。 產(chǎn)品的定位不明確，含鐵品位低、含S高，以及轉(zhuǎn)底爐設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件龐大，運(yùn)行維護(hù)難度大是該工藝的不足。 流化床法的發(fā)展受挫 流化床法在還原機(jī)理上是氣基法中最合理的工藝方法采用粉狀原料、鐵礦粉單體顆粒在高溫還原氣流中進(jìn)行還原，還原速度快。但流化需要的氣體流量遠(yuǎn)大于還原所需要的氣量，造成還原氣的一次通過(guò)的利用率極低（約10%），氣體循環(huán)消耗的能量高；流化床

5、是全混床，產(chǎn)品還原程度不均勻；“失流”及粘結(jié)問(wèn)題至今未得到有效的解決，流化床的發(fā)展受挫。91.2 熔融還原技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀 按其能源可分為： 氧煤工藝（COREX，F(xiàn)INEX，HISMELT，DIOS，ROMELT）； 電煤工藝（INRED，ELRED，PLASMASMELT等）。 按其還原反應(yīng)完成的過(guò)程可分為： 一步法：鐵礦物在一個(gè)反應(yīng)器中完成還原及熔化的全過(guò)程， 如：DIOS， HISMELT， ROMELT，AUSMELT等。 二步法：還原與熔化分為兩步進(jìn)行，即鐵礦物在一個(gè)反應(yīng)器中預(yù)還原后，再在另一個(gè) 反應(yīng)器中進(jìn)行終還原和熔化，如：COREX，F(xiàn)INEX。 按其終還原反應(yīng)器的形式可分為：

6、鐵浴法：DIOS，HISMELT，AUSMELT，ROMELT; 填充床法：川崎法; 殘焦（CHAR）沸騰床法：COREX，F(xiàn)INEX。 隨著世界鋼鐵生產(chǎn)的增加，焦煤和鐵礦石價(jià)格的持續(xù)飛漲，環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)及投資成本壓力的不斷增長(zhǎng)，近年來(lái)再次激發(fā)了熔融還原技術(shù)的開發(fā)熱潮，先進(jìn)適用的熔融還原煉鐵技術(shù)成為國(guó)外一些鋼鐵企業(yè)開發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)，熔融還原仍是鋼鐵技術(shù)開發(fā)的熱點(diǎn)之一 。 COREX是唯一實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)的熔融還原方法。FINEX實(shí)現(xiàn)了連續(xù)性工業(yè)化試生產(chǎn)， Hismelt仍在進(jìn)行工業(yè)化試生產(chǎn)，還存在有待解決的問(wèn)題。10COREX實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn) 奧鋼聯(lián)開發(fā)的COREX工藝是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)

7、工業(yè)化生產(chǎn)的熔融還原工藝（1989年11月第一臺(tái)COREX裝置投產(chǎn)）。目前，全世界有5臺(tái)（南非一臺(tái)C-2000，韓國(guó)一臺(tái)C-2000，印度兩臺(tái)C-2000，中國(guó)一臺(tái)C-3000）COREX裝置在運(yùn)行中。 鐵水與爐渣 塊礦/球團(tuán)/熔劑熱旋風(fēng)除塵器爐頂煤氣洗滌塔輸出煤氣預(yù)還原豎爐熱還原氣煤冷煤氣粉塵洗滌塔氧氣熔融氣化爐煤倉(cāng)煤螺旋加料器 海綿鐵螺旋加料器 粗煤氣冷煤氣加壓機(jī) 沉降池水塵泥11 HIsmelt熔融還原進(jìn)展緩慢 HIsmelt的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，爐體體積和高度較小，投資成本和維修成本低，工藝無(wú)需燒結(jié)和煉焦，環(huán)保水平較高。 遇到的主要問(wèn)題是：爐襯的侵蝕過(guò)快、噴槍的磨損、廢氣的處理和利用等。

8、12 FINEX熔融還原技術(shù)開發(fā)取得進(jìn)展 采用廉價(jià)普通煤和粉礦作為原材料，省去煉焦和燒結(jié)工藝，以流化床為預(yù)還原方法，熔融造氣爐與COREX相同，是COREX法的發(fā)展和變種 。 但流化床能否使用精礦粉，運(yùn)行的穩(wěn)定性，預(yù)還原礦粉的壓塊，以及生產(chǎn)成本和投資問(wèn)題還有待生產(chǎn)的檢驗(yàn)。 13 我國(guó)發(fā)展直接還原鐵的目的及意義 2. 我國(guó)非高爐煉鐵現(xiàn)狀 1）廢鋼短缺是影響我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展、降低噸鋼能耗、調(diào)整鋼 鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要因素；2）發(fā)展電爐鋼，改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，擺脫焦煤資源 對(duì)鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展的羈絆，發(fā)展直接還原鐵是重要的途徑；3）鋼鐵產(chǎn)品的升級(jí)換代和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整需要純凈的鐵源材 料，直接還原鐵是生

9、產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、純凈鋼的重要原材料；4）發(fā)展直接還原鐵，以直接還原鐵為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)純凈鋼鑄鍛 件坯料，將有效的促進(jìn)我國(guó)裝備制造業(yè)的發(fā)展；5）發(fā)展直接還原鐵是鋼鐵工業(yè)發(fā)展節(jié)能減排的重要途徑。142.1 我國(guó)直接還原技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 受資源條件的限制，我國(guó)直接還原生產(chǎn)廠全部是煤基隧道窯罐式法或回轉(zhuǎn)窯法，發(fā)展極為緩慢。2007年我國(guó)DRI產(chǎn)量?jī)H50萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的0.80%，且多數(shù)產(chǎn)品含SiO2高，體積密度小，質(zhì)量不穩(wěn)定，已成為影響我國(guó)鋼鐵工業(yè)和制造業(yè)的健康發(fā)展的因素。 新隧道窯罐式法通過(guò)改變還原罐材質(zhì)（炭化硅、耐熱鋼），以燃?xì)馓娲譄旱燃夹g(shù)改造，燃料消耗下降，單機(jī)產(chǎn)量提高，污染明顯改善 。但單窯產(chǎn)能

10、難以大幅度擴(kuò)大，總能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性差，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證 。隧道窯法不能成為我國(guó)DRI生產(chǎn)的主體方法 回轉(zhuǎn)窯法通過(guò)我國(guó)技術(shù)人員的努力，克服了“結(jié)圈”、再氧化、作業(yè)率低、運(yùn)行不穩(wěn)定等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn) 。但煤基回轉(zhuǎn)窯法能耗高，單機(jī)產(chǎn)能小，操作控制難度大，生產(chǎn)的穩(wěn)定性差，對(duì)原料要求苛刻 ?；剞D(zhuǎn)窯法也不能成為我國(guó)直接還原鐵發(fā)展的主體方法。15 氣基豎爐直接還原 是國(guó)內(nèi)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。目前，曹妃店工業(yè)園區(qū)、唐鋼青龍、遼寧海城、遼寧盤錦、山西、內(nèi)蒙等地都在規(guī)劃或籌建豎爐直接還原鐵廠。規(guī)模一般大于50萬(wàn)噸/年。還原氣的來(lái)源有天然氣、煤制氣、焦?fàn)t煤氣。據(jù)了解：河北秦皇島青龍縣以焦?fàn)t煤氣為氣源

11、的MIREX豎爐DRI廠（ 50萬(wàn)噸/年），遼寧海城東四型鋼公司采用以煤制氣為氣源的HYL-ZR豎爐DRI工程（ 50萬(wàn)噸/年） 已分別得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)。 含碳球團(tuán)快速還原工藝（轉(zhuǎn)底爐法） 由于對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，還原速度塊，倍受關(guān)注是當(dāng)前我國(guó)直接還原開發(fā)的熱點(diǎn)，除以該工藝處理粉塵和復(fù)合礦綜合利用外，利用該工藝生產(chǎn)的金屬化產(chǎn)品入高爐冶煉降低焦比，提高高爐產(chǎn)量、擴(kuò)大生鐵產(chǎn)能是該工藝發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。該工藝的產(chǎn)品定位、產(chǎn)品后續(xù)處理、裝備的大型化以及生產(chǎn)穩(wěn)定性是該工藝發(fā)展的核心問(wèn)題。四川龍蟒正在試運(yùn)行，天津榮城將在今年底前投產(chǎn)一座50萬(wàn)噸/年產(chǎn)品的轉(zhuǎn)底爐。162.2 我國(guó)直接還原鐵發(fā)展的問(wèn)題及對(duì)策1）

12、生產(chǎn)規(guī)模過(guò)小 DRI廠大于5.0萬(wàn)噸/年僅4個(gè)，單機(jī)產(chǎn)量不超過(guò)15萬(wàn)噸/年。發(fā)展可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的氣基豎爐直接還原是我國(guó)發(fā)展直接還原的主要出路。 2）缺乏穩(wěn)定的原料供應(yīng)渠道 原料供應(yīng)渠道不暢、來(lái)源不穩(wěn)是嚴(yán)重影響我國(guó)直接還原生產(chǎn)的重要原因。 建立以國(guó)外資源和國(guó)內(nèi)資源兩種渠道的穩(wěn)定的原料的供應(yīng)基地是我國(guó)直接還原鐵穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。東北大學(xué)等開發(fā)的磁鐵礦精選技術(shù)和設(shè)備為解決我國(guó)直接還原鐵的原料奠定了基礎(chǔ) 。3）氣基直接還原發(fā)展緩慢 隨著我國(guó)天然氣資源的開發(fā)、焦炭工業(yè)的改造整合及焦?fàn)t煤氣集中回收利用、煤制氣技術(shù)的成熟，中國(guó)一些地區(qū)具備了發(fā)展氣基直接還原的條件。 4）缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，未能建設(shè)大型商品DRI生

13、產(chǎn)企業(yè) 制訂我國(guó)直接還原發(fā)展的整體規(guī)劃，制訂我國(guó)的直接還原鐵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和直接還原鐵生產(chǎn)企業(yè)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，支持和扶植大型骨干型商品直接還原鐵生產(chǎn)企業(yè)的建設(shè)是我國(guó)發(fā)展直接還原鐵生產(chǎn)的重要途徑。 172.3 我國(guó)熔融還原的發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)早在上世紀(jì)50年代，就開始了旋渦爐熔融還原，轉(zhuǎn)爐鐵浴熔融還原（當(dāng)時(shí)稱轉(zhuǎn)爐煤粉直接煉鋼）開發(fā)研究，并進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。在上世紀(jì)80年代與世界同步進(jìn)行了熔融還原技術(shù)的開發(fā)研究，先后進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)性研究，以及以煤為能源的流化床-豎爐、鐵浴法熔融還原；鐵浴法生產(chǎn)含鉻鐵水；含碳球團(tuán)豎爐預(yù)還原-豎爐等工藝開發(fā) 。 世界第一臺(tái)年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn)噸鐵水的COREX C-3000熔融

14、還原裝置于2005年9月在寶鋼羅涇動(dòng)工建設(shè)，于2007年11月順利投產(chǎn)。該裝置以進(jìn)口塊礦/球團(tuán)為原料，燃料采用國(guó)內(nèi)次煙煤，COREX尾氣經(jīng)過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。該裝置投產(chǎn)順利，雖然目前生產(chǎn)指標(biāo)還未完全達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，但該裝置的投產(chǎn)標(biāo)志著我國(guó)熔融還原進(jìn)入了一個(gè)新的階段，對(duì)我國(guó)非高爐煉鐵的快速發(fā)展起到巨大的促進(jìn) 。183. 我國(guó)發(fā)展非高爐煉鐵的展望 國(guó)內(nèi)對(duì)直接還原鐵的需求旺盛，市場(chǎng)容量大 我國(guó)廢鋼短缺，電爐鋼的產(chǎn)量占總鋼產(chǎn)量比例低，鋼鐵產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)換代的需要，以及鋼鐵生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整的需要等因素決定了我國(guó)在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)對(duì)直接還原鐵的需求旺盛。 氣基直接還原豎爐是我國(guó)直接還原鐵生產(chǎn)主要方向

15、 氣基直接還原豎爐由于技術(shù)成熟高，單機(jī)產(chǎn)能大，工序能耗低，單位產(chǎn)能投資低將可能成為我國(guó)直接還原鐵生產(chǎn)的主要方法。 由于受天然氣資源條件和國(guó)家能源政策的限制，以及焦?fàn)t煤氣資源的區(qū)域性的限制，我國(guó)氣基豎爐直接還原的氣源應(yīng)以煤制氣為主，煤制氣技術(shù)是成熟的，是我國(guó)化工生產(chǎn)的常規(guī)技術(shù)。 19 建設(shè)大型化直接還原鐵生產(chǎn)線和生產(chǎn)基地是我國(guó)直接還原發(fā)展的重要內(nèi)容 立足于國(guó)內(nèi)資源，采取國(guó)內(nèi)外資源并重的方針發(fā)展我國(guó)直接還原鐵生產(chǎn) 汲取我國(guó)直接還原50年發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，建設(shè)大型直接還原鐵生產(chǎn)線，在資源條件和運(yùn)輸條件適宜的地區(qū)建設(shè)大型化商品DRI生產(chǎn)基地，產(chǎn)品滿足合理銷售半徑內(nèi)特鋼生產(chǎn)及裝備制造業(yè)對(duì)DRI的需求，將

16、是我國(guó)今后直接還原發(fā)展的重要內(nèi)容之一。 利用國(guó)內(nèi)自有技術(shù)和資源條件，生產(chǎn)直接還原專用球團(tuán)，建立由國(guó)外進(jìn)口的直接還原用塊礦/球團(tuán)以及由國(guó)內(nèi)鐵精礦生產(chǎn)的直接還原專用球團(tuán)共同組成的、穩(wěn)定暢通的原料供應(yīng)渠道是完全可行的。 20 熔融還原是我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一 開發(fā)我國(guó)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熔融還原技術(shù)是我國(guó)熔融還原發(fā)展的重要課題 熔融還原是我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一，減輕鋼鐵生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的壓力，改善鋼鐵生產(chǎn)的能源結(jié)構(gòu)，降低能耗及使資源綜合利用是我國(guó)熔融還原發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ梢灶A(yù)計(jì)熔融還原在我國(guó)必將得到迅速發(fā)展。 作為世界鋼鐵第一大國(guó)，依據(jù)我國(guó)原燃料的特點(diǎn)，開發(fā)適宜我國(guó)的資源和技術(shù)條件的熔融還原技術(shù)是促進(jìn)我國(guó)熔融還原發(fā)展的重要課題。21 4. 結(jié)語(yǔ) 制約我國(guó)直接還原鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一是資源問(wèn)題，以國(guó)內(nèi)技術(shù)和資源為主，建立國(guó)內(nèi)外兩種資源組成的穩(wěn)定的原料供應(yīng)渠道是我國(guó)直接還原鐵穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。建設(shè)以煤為能源，大型煤制氣-豎爐直接還原裝置是我國(guó)直接還原發(fā)展的主要方向。 非高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)的重要前沿技術(shù)和發(fā)展方向。直接還原鐵生產(chǎn)企業(yè)數(shù)以百計(jì)