非高爐煉鐵技術(shù)及其在我國(guó)的發(fā)展

非高爐煉鐵技術(shù)及其在我國(guó)的開展東北大學(xué)材料與冶金學(xué)院趙慶杰儲(chǔ)滿生1主要內(nèi)容世界非高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀我國(guó)非高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀我國(guó)開展非高爐煉鐵的展望結(jié)語(yǔ)21.世界非高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀非高爐煉鐵開展的動(dòng)力是：擺脫焦煤資源短缺對(duì)鋼鐵工業(yè)開展的羈絆,改變鋼鐵生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)；改善傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減少CO2、硫化物的排放，適應(yīng)日益提高的環(huán)境保護(hù)要求；解決廢鋼短缺，應(yīng)對(duì)廢鋼質(zhì)量不斷惡化，開展電爐鋼生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵“緊湊化〞流程，改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高鋼材質(zhì)量和品質(zhì)；實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，促進(jìn)、實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)開展。非高爐煉鐵〔非焦煉鐵〕是世界鋼鐵工業(yè)技術(shù)開展的前沿技術(shù)之一，是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、“低碳〞生產(chǎn)和可持續(xù)開展的重要方向和手段。3產(chǎn)量持續(xù)增加，氣基豎爐法占主導(dǎo)地位產(chǎn)量呈持續(xù)上升的趨勢(shì)，2008年產(chǎn)量達(dá)6845萬(wàn)噸，2009年產(chǎn)量6200萬(wàn)噸，比上年度僅下降9.4%。

以Midrex、HYL為代表的氣基豎爐直接復(fù)原法在世界復(fù)原鐵生產(chǎn)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

1.1直接復(fù)原現(xiàn)狀42003/Mt2004/Mt2005/Mt2006/Mt2007/Mt2008/Mt08/07增幅/%印度7.679.3711.1014.719.0621.2011.23伊朗5.626.416.856.97.447.440委內(nèi)瑞拉6.907.838.958.67.716.87-10.89墨西哥5.626.545.986.26.266.01-0.04沙特阿拉伯3.293.413.633.64.344.9714.52俄羅斯2.913.143.343.33.414.5633.72特立尼達(dá)和多巴哥2.282.362.052.13.472.78-19.28埃及2.873.022.903.12.792.64-5.381.1直接復(fù)原現(xiàn)狀世界各國(guó)直接復(fù)原鐵產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)5煤制氣-豎爐直接復(fù)原工藝為DRI生產(chǎn)開展開辟了新途徑由Midrex公司提出并在南非實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)的COREX熔融復(fù)原尾氣作為Midrex豎爐復(fù)原氣的工藝，以及直接使用焦?fàn)t煤氣、合成氣、煤制氣為復(fù)原氣的HYL-ZR工藝，為天然氣資源缺乏的地區(qū)以天然氣以外的能源開展氣基直接復(fù)原工藝開辟了新途徑。1.1直接復(fù)原現(xiàn)狀6氣基豎爐實(shí)現(xiàn)了熱出料、DRI熱輸送和熱DRI直接入電爐煉鋼技術(shù)工業(yè)化HYL開發(fā)的熱氣體輸送〔HYL-ITEMP〕；印度ASSAR鋼鐵公司密封保溫罐輸送；Midrex采用的德國(guó)AUMUND的熱輸送。

600～700℃的DRI熱送至冶煉車間，熱裝入電爐煉鋼可以節(jié)約電能60～80kwh/t鋼，同時(shí)，簡(jiǎn)化了豎爐的出料系統(tǒng)，及DRI出爐后的處理系統(tǒng)，減少DRI在冷卻、運(yùn)輸中的再氧化，為降低鋼產(chǎn)品總能耗創(chuàng)造條件。

1.1直接復(fù)原現(xiàn)狀7回轉(zhuǎn)窯法在印度異常開展回轉(zhuǎn)窯法是煤基直接復(fù)原中最主要方法?；剞D(zhuǎn)窯法對(duì)原燃料要求苛刻，能耗高，運(yùn)行費(fèi)用高，生產(chǎn)穩(wěn)定難度大，規(guī)模難以擴(kuò)大〔最大15萬(wàn)噸/年·座〕，投資大等原因，多年來(lái)沒(méi)有得到顯著的開展，僅在印度、南非、我國(guó)等少數(shù)國(guó)家應(yīng)用。近年來(lái)，回轉(zhuǎn)窯法在印度得到異常開展，到2009年底印度約有350條回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)行中，總產(chǎn)能約1800萬(wàn)噸，產(chǎn)量約占世界總量的25%。但這些小型回轉(zhuǎn)窯煤耗大多超過(guò)1000kg/t·DRI，生產(chǎn)運(yùn)行情況不理想。1.1直接復(fù)原現(xiàn)狀8隧道窯法在中國(guó)異常開展隧道窯法采用鐵礦粉、復(fù)原煤分層裝罐，復(fù)原罐在窯內(nèi)加熱進(jìn)行復(fù)原。技術(shù)含量相對(duì)較低，適合于小規(guī)模生產(chǎn)，投資小，符合民營(yíng)企業(yè)投資需要，近期我國(guó)已建成或正在建設(shè)的隧道有100多座，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能約400萬(wàn)噸，但由于原料、產(chǎn)品質(zhì)量、本錢等原因?qū)嶋H正常運(yùn)行的不多，產(chǎn)量缺乏50萬(wàn)噸。隧道窯法熱效率低，能耗高〔實(shí)物煤耗＞800kg/t·DRI〕；生產(chǎn)周期長(zhǎng)〔48～76小時(shí)〕；污染嚴(yán)重；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；單機(jī)產(chǎn)能難以擴(kuò)大，不可能成為直接復(fù)原鐵開展的方向。1.1直接復(fù)原現(xiàn)狀9轉(zhuǎn)底爐法是煤基直接復(fù)原技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)轉(zhuǎn)底爐煤基直接復(fù)原技術(shù)〔Fastmet、Inmetco、Itmk3〕因采用含鐵原料與復(fù)原劑混合造球/壓塊，復(fù)原條件好；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)，受到人們重視。該工藝存在產(chǎn)品含鐵品位低,含S高〔TFe＜85％，硫0.10%～0.20％〕，難以直接用于煉鋼生產(chǎn)，不是生產(chǎn)煉鋼DRI的方法，產(chǎn)品用于高爐煉鐵的經(jīng)濟(jì)合理性還有待生產(chǎn)的驗(yàn)證；設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部件多，運(yùn)行維護(hù)難度大；生產(chǎn)的穩(wěn)定性還有待生產(chǎn)的證實(shí)等原因，不是DRI開展的主導(dǎo)方向。

1.1世界直接復(fù)原技術(shù)開展現(xiàn)狀10流化床法采用粉狀原料、鐵礦粉單體顆粒在高溫復(fù)原氣流中復(fù)原，粉礦不必造塊、復(fù)原速度快，從機(jī)理上是氣基法中最合理的工藝，因而在直接復(fù)原開展中倍受關(guān)注。生產(chǎn)實(shí)踐中，因物料流化所需要?dú)饬髁窟h(yuǎn)大于復(fù)原所需氣量，復(fù)原氣一次通過(guò)利用率低，循環(huán)消耗能量高；產(chǎn)品復(fù)原程度不均勻；“失流〞、粘結(jié)、及生產(chǎn)穩(wěn)定等問(wèn)題至今未得到有效解決，造成世界已建成的多個(gè)流化床直接復(fù)原裝置法中只有Finmet法和Circored法在生產(chǎn)，但產(chǎn)量?jī)H占生產(chǎn)能力的50%左右，2008年流化床法的產(chǎn)量?jī)H占世界總產(chǎn)量的1.5%。流化床法的開展受挫1.1直接復(fù)原現(xiàn)狀11按其能源可分為：氧煤工藝、電煤工藝；按其復(fù)原反響完成的過(guò)程可分為：一步法：鐵礦物在一個(gè)反響器中完成復(fù)原及熔化全過(guò)程；二步法：鐵礦物在一個(gè)反響器中預(yù)復(fù)原后，在另一個(gè)反響器中進(jìn)行終復(fù)原和熔化，

按其終復(fù)原反響器的形式可分為：鐵浴法；填充床法;殘焦〔CHAR〕沸騰床法等。

至今，世界只有二步法的COREX、FINEX實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，且僅有五套熔融復(fù)原裝置在運(yùn)行。1.2熔融復(fù)原現(xiàn)狀121.2.1COREX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)工業(yè)化生產(chǎn)的熔融復(fù)原工藝〔1989年11月投產(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。13FINEX法在COREX根底上開展的以廉價(jià)粉礦作為原材料，以流化床為預(yù)復(fù)原反響器，熔融造氣爐與COREX相同的最受關(guān)注的熔融復(fù)原工藝。但流化床能否使用精礦粉，運(yùn)行的穩(wěn)定性，預(yù)復(fù)原礦粉的壓塊，以及生產(chǎn)本錢和投資問(wèn)題還有待生產(chǎn)的檢驗(yàn)。1.2.2FINEX熔融復(fù)原技術(shù)開發(fā)取得進(jìn)展141.2.3HIsmelt熔融復(fù)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，投資本錢和維修本錢低，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。152.我國(guó)非高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀

16我國(guó)直接復(fù)原“開展熱〞持續(xù)強(qiáng)勁，但至今產(chǎn)量未突破60萬(wàn)噸/年，且生產(chǎn)能耗高、污染嚴(yán)重、多數(shù)產(chǎn)品質(zhì)量難以滿足煉鋼的要求。生產(chǎn)廠全是隧道窯罐式法或回轉(zhuǎn)窯法，至今沒(méi)有豎爐DRI廠。天津鋼管在引進(jìn)DRC技術(shù)根底上，進(jìn)行了大量改造并取得了重大進(jìn)步，最好年份產(chǎn)量超過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)量20%，在使用TFe68%球團(tuán)時(shí)，產(chǎn)品TFe>94.0%、金屬化率>93.0%、S、P<0.015%、SiO2～1.0%。自行開發(fā)的鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯法〔一步法〕實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，煤耗〔褐煤〕僅900～950kg/tDRI，單機(jī)產(chǎn)能達(dá)15萬(wàn)噸/年DRI?；剞D(zhuǎn)窯法因?qū)υ剂系囊罂量蹋瑔挝划a(chǎn)能投資高，運(yùn)行費(fèi)用高，生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定難度大，生產(chǎn)規(guī)模難以擴(kuò)大，難以成為我國(guó)DRI開展的主體工藝。直接復(fù)原“開展熱〞持續(xù)強(qiáng)勁，但成效甚微我國(guó)回轉(zhuǎn)窯直接復(fù)原生產(chǎn)指標(biāo)世界領(lǐng)先，但開展受阻2.1我國(guó)直接復(fù)原技術(shù)開展現(xiàn)狀17含碳球團(tuán)快速?gòu)?fù)原工藝〔轉(zhuǎn)底爐〕對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，是含鐵粉塵處理和復(fù)合礦綜合利用有效方法。但產(chǎn)品難以滿足煉鋼的要求，不是煉鋼用DRI生產(chǎn)的主導(dǎo)方法。該工藝投資高，運(yùn)行本錢高，傳熱效率低，熱利用率低，生產(chǎn)穩(wěn)定性差，用該工藝替代高爐提高企業(yè)產(chǎn)能的經(jīng)濟(jì)可行性、經(jīng)濟(jì)性還有待實(shí)踐結(jié)果的驗(yàn)證。轉(zhuǎn)底爐難以成為我國(guó)直接復(fù)原鐵開展的主體方法。隧道窯直接復(fù)原鐵生產(chǎn)異常開展技術(shù)含量低，單機(jī)產(chǎn)能小，投資小，但能耗高，污染嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量差〔主要表現(xiàn)為TFe低，SiO2含量高〕的隧道窯法在我國(guó)得到異常迅速的開展。從國(guó)民經(jīng)濟(jì)開展節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的原那么出發(fā)，隧道窯不是我國(guó)生產(chǎn)煉鋼用直接復(fù)原鐵的開展方向，應(yīng)予限制。2.1我國(guó)直接復(fù)原技術(shù)開展現(xiàn)狀轉(zhuǎn)底爐開展迅速18我國(guó)的天然氣資源短缺，缺乏可以直接用于直接復(fù)原的高品位塊礦和球團(tuán)，我國(guó)至今沒(méi)有直接復(fù)原豎爐工業(yè)化生產(chǎn)裝置。近年來(lái)，煤制氣—豎爐直接復(fù)原在我國(guó)倍受關(guān)注，通過(guò)對(duì)煤制氣、豎爐直接復(fù)原的調(diào)查、研究，獲得以下信息：1.煤制氣—豎爐直接復(fù)原的能耗低。工序能耗為455～485kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸DRI，低于其他直接復(fù)原工藝，低于高爐煉鐵工序能耗10～17%〔2009年上半年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)總能耗為534.97標(biāo)準(zhǔn)煤/噸鐵水〕。

2.1我國(guó)直接復(fù)原技術(shù)開展現(xiàn)狀煤制氣-氣基豎爐直接復(fù)原工藝倍受關(guān)注19煤制氣-氣基豎爐直接復(fù)原工藝倍受關(guān)注2.比高爐煉鐵可減少CO2排放15～20%，硫化物排放～70%。煤制氣—豎爐法復(fù)原尾氣經(jīng)脫除水、CO2、硫化物后循環(huán)利用，復(fù)原尾氣中的CO2脫除后可用于制氣中煤的輸送及供其他工業(yè)使用，硫化物以單質(zhì)硫形態(tài)產(chǎn)品回收，因而可減少CO2、硫化物的排放。3.豎爐可進(jìn)行熱出料，及直接復(fù)原鐵熱裝電爐冶煉。650～700℃直接復(fù)原鐵熱出料，及熱DRI直接裝入電爐煉鋼，電爐可節(jié)約電耗60～80kwh/t鋼，有利于我國(guó)擴(kuò)大電爐鋼生產(chǎn)，降低鋼鐵生產(chǎn)的總能耗。同時(shí)，可簡(jiǎn)化豎爐出料系統(tǒng)，減少DRI的再氧化，降低豎爐投資。4.豎爐可大型化，最大可達(dá)180萬(wàn)噸/年座。

20煤制氣-氣基豎爐直接復(fù)原工藝倍受關(guān)注因而，煤制氣-豎爐直接復(fù)原將成為我國(guó)DRI生產(chǎn)的主要途徑。具不完全統(tǒng)計(jì)，有二十多個(gè)單位在籌劃、規(guī)劃、設(shè)計(jì)建設(shè)50～160萬(wàn)噸/年的煤制氣-豎爐直接復(fù)原鐵生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線建成將徹底改變我國(guó)直接復(fù)原鐵生產(chǎn)的面貌，為我國(guó)鋼鐵工業(yè)的開展開辟新的局面。但由于各種原因，至今還沒(méi)有一個(gè)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的運(yùn)作。21我國(guó)自主熔融復(fù)原技術(shù)開發(fā)研究活潑針對(duì)我國(guó)資源條件的新熔融復(fù)原工藝開發(fā)研究十分活潑，如針對(duì)難選礦、復(fù)合礦，以非結(jié)焦為能源，直接生產(chǎn)鐵水的方法；以含碳球團(tuán)/塊為原料，豎爐或電爐為終復(fù)原反響器生產(chǎn)鐵水的方法等。熔融復(fù)原〔COREX〕在我國(guó)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)寶鋼引進(jìn)COREX熔融復(fù)原技術(shù)，并順利投產(chǎn)、成功運(yùn)行，盡管仍未實(shí)現(xiàn)完全不用焦碳生產(chǎn)，產(chǎn)能、能耗、作業(yè)率、鐵水本錢等預(yù)期目標(biāo)，但實(shí)踐積累了大量經(jīng)驗(yàn)，揭示了存在的問(wèn)題，探索了解決方案，為我國(guó)非高爐煉鐵的開展奠定了根底，為我國(guó)熔融復(fù)原實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)開創(chuàng)了新的局面。。熔融復(fù)原將成為我國(guó)鋼鐵企業(yè)改善能源結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)鐵水產(chǎn)能的手段2.3我國(guó)熔融復(fù)原技術(shù)開展現(xiàn)狀223.我國(guó)非高爐煉鐵開展的展望233.1直接復(fù)原鐵在我國(guó)有廣闊的開展前景我國(guó)生鐵產(chǎn)量占世界60%，焦煤短缺壓力日益增大；電爐鋼產(chǎn)量?jī)H占10%，降低鋼鐵生產(chǎn)總能耗壓力大；減少CO2及硫化物排放，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的壓力大；改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少鋼鐵產(chǎn)品實(shí)物消耗量任務(wù)繁重。開展直接復(fù)原鐵生產(chǎn)是解決我國(guó)鋼鐵工業(yè)開展面臨這些困擾、壓力的有效途徑之一。我國(guó)鋼鐵工業(yè)開展的迫切需要直接復(fù)原鐵，我國(guó)DRI的市場(chǎng)需求巨大，廢鋼協(xié)會(huì)估計(jì)年需求量超過(guò)2000萬(wàn)噸。直接復(fù)原在我國(guó)有廣闊的開展前景。243.2熔融復(fù)原在我國(guó)存有一定的生存和開展空間有自主產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)我國(guó)資源條件的熔融復(fù)原作為高爐煉鐵的補(bǔ)充在我國(guó)存有一定的生存和開展空間。

需要組織國(guó)內(nèi)技術(shù)力量,組織跨學(xué)科、跨行業(yè)的聯(lián)合開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)有自主產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)我國(guó)資源條件的熔融復(fù)原技術(shù)。

253.3煤制氣—豎爐是我國(guó)開展DRI生產(chǎn)的主導(dǎo)方向總結(jié)世界直接復(fù)原鐵的開展歷史、我國(guó)五十多年直接復(fù)原鐵技術(shù)開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，鑒于直接復(fù)原豎爐具有能耗低，CO2、硫化物排放少，單機(jī)生產(chǎn)能力大，在產(chǎn)品熱出料、熱裝電爐時(shí)可大幅度降低煉鋼能耗等特點(diǎn)，煤制氣——豎爐將是我國(guó)開展直接復(fù)原鐵生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝。

263.4我國(guó)具備開展DRI生產(chǎn)的資源、技術(shù)條件我國(guó)天然氣資源短缺，但非結(jié)焦煤煤炭資源豐富，煤制氣是我國(guó)推薦的清潔利用煤炭能源的方法，是我國(guó)化工行業(yè)成熟的常規(guī)技術(shù)，有長(zhǎng)期工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)；利用成熟的煤制氣技術(shù)制備復(fù)原氣，在資源、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上均是可行、可靠的。我國(guó)鐵礦資源中～50%磁鐵礦通過(guò)精選〔TFe＞69.5%，SiO2＜2.0%〕—氧化球團(tuán)可以生產(chǎn)滿足豎爐要求的直接復(fù)原鐵專用球團(tuán)，生產(chǎn)本錢遠(yuǎn)低于進(jìn)口價(jià)格。利用我國(guó)的鐵礦資源為直接復(fù)原鐵提供原料，通過(guò)小型工業(yè)化生產(chǎn)證明技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)合理。27精選前礦粉，%直接還原專用高品位精礦，%球團(tuán)成分，%備注TFeSiO2TFeSiO2-0.074mmFe回收率TFeSiO265.438.1870.441.8594＞96.068.4568.521.991.39遼寧166.425.3870.091.7597＞96.0--遼寧265.508.2570.621.4195＞97.068.5568.631.861.81遼寧366.004.9169.521.64-320目7094.4868.021.85山西166.004.9169.940.81-320目8092.4468.281.26山西267.375.8070.3671.361.180.4798.6395.0667.27-3.17-吉林165.508.3570.501.5892.0595.8068.25-1.42-遼寧464.963.4769.391.22～90.096.86--湖北1-164.963.4770.640.60～90.095.03--湖北1-264.963.4769.191.43～90.098.3967.0967.271.931.53湖北1利用國(guó)內(nèi)資源制備直接復(fù)原專用球團(tuán)28典型球團(tuán)化學(xué)成分2930序號(hào)項(xiàng)目單價(jià)單耗單位成本一原料1.1鐵礦粉（TFe65%）700.00（元/t）1.087t/t760.90二能源介質(zhì)2.1新水4.0（元/m3）3.0m3/t12.002.2電0.58