非高爐煉鐵技術(shù)及在我國發(fā)展的展望

非高爐煉鐵技術(shù)及在我國開展的展望東北大學(xué)鋼鐵研究所趙慶杰儲滿生王治卿董文獻(xiàn)

2008年4月1主要內(nèi)容非高爐煉鐵技術(shù)及開展現(xiàn)狀我國非高爐煉鐵現(xiàn)狀我國開展非高爐煉鐵的展望結(jié)語2

傳統(tǒng)煉鐵流程存在的主要問題傳統(tǒng)煉鐵流程長，工藝復(fù)雜；資源、能源循環(huán)使用率低；對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)及開展的現(xiàn)狀非高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)開展的前沿技術(shù)之一，是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性開展、節(jié)能減排、環(huán)境友好的前沿技術(shù)之一，是鋼鐵工業(yè)開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。直接復(fù)原已成為世界鋼鐵工業(yè)不可缺少的組成局部，DRI的年產(chǎn)量已超過6500萬噸，粗鋼產(chǎn)量的5.0%。熔融復(fù)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、低本錢、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)開展的最熱門話題。

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1.1直接復(fù)原技術(shù)及開展現(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)地位世界直接復(fù)原鐵產(chǎn)量〔萬噸〕工藝199920002001200220032004200520062007Midrex法67.368.266.366.664.664.161.359.760.4HYL-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2.32.61.00.20.4<0.10.040.00.0煤基4.64.78.49.810.212.116.519.717.9各工藝直接復(fù)原鐵的產(chǎn)量〔wt%〕67

煤制氣-豎爐直接復(fù)原為開展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。8轉(zhuǎn)底爐法是煤基直接復(fù)原技術(shù)的開發(fā)熱點(diǎn)能源來源廣泛，對原料的適應(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。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)難度大是該工藝的缺乏。流化床法的開展受挫流化床法在復(fù)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復(fù)原氣流中進(jìn)行復(fù)原，復(fù)原速度快。但流化需要的氣體流量遠(yuǎn)大于復(fù)原所需要的氣量，造成復(fù)原氣的一次通過的利用率極低〔約10%〕，氣體循環(huán)消耗的能量高；流化床是全混床，產(chǎn)品復(fù)原程度不均勻；“失流〞及粘結(jié)問題至今未得到有效的解決，流化床的開展受挫。91.2熔融復(fù)原技術(shù)及開展現(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〕。按其復(fù)原反響完成的過程可分為：一步法：鐵礦物在一個反響器中完成復(fù)原及熔化的全過程，如：DIOS，HISMELT，ROMELT，AUSMELT等。二步法：復(fù)原與熔化分為兩步進(jìn)行，即鐵礦物在一個反響器中預(yù)復(fù)原后，再在另一個反響器中進(jìn)行終復(fù)原和熔化，如：COREX，F(xiàn)INEX。按其終復(fù)原反響器的形式可分為：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)及投資本錢壓力的不斷增長，近年來再次激發(fā)了熔融復(fù)原技術(shù)的開發(fā)熱潮，先進(jìn)適用的熔融復(fù)原煉鐵技術(shù)成為國外一些鋼鐵企業(yè)開發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)，熔融復(fù)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)的熔融復(fù)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工藝是第一個實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的熔融復(fù)原工藝〔1989年11月第一臺COREX裝置投產(chǎn)〕。目前，全世界有5臺〔南非一臺C-2000，韓國一臺C-2000，印度兩臺C-2000，中國一臺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11HIsmelt熔融復(fù)原進(jìn)展緩慢HIsmelt的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，爐體體積和高度較小，投資本錢和維修本錢低，工藝無需燒結(jié)和煉焦，環(huán)保水平較高。遇到的主要問題是：爐襯的侵蝕過快、噴槍的磨損、廢氣的處理和利用等。12FINEX熔融復(fù)原技術(shù)開發(fā)取得進(jìn)展采用廉價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)復(fù)原方法，熔融造氣爐與COREX相同，是COREX法的開展和變種。但流化床能否使用精礦粉，運(yùn)行的穩(wěn)定性，預(yù)復(fù)原礦粉的壓塊，以及生產(chǎn)本錢和投資問題還有待生產(chǎn)的檢驗(yàn)。13我國開展直接復(fù)原鐵的目的及意義2.我國非高爐煉鐵現(xiàn)狀1〕廢鋼短缺是影響我國鋼鐵工業(yè)開展、降低噸鋼能耗、調(diào)整鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要因素；2〕開展電爐鋼，改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，擺脫焦煤資源對鋼鐵生產(chǎn)開展的羈絆，開展直接復(fù)原鐵是重要的途徑；3〕鋼鐵產(chǎn)品的升級換代和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整需要純潔的鐵源材料，直接復(fù)原鐵是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、純潔鋼的重要原材料；4〕開展直接復(fù)原鐵，以直接復(fù)原鐵為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)純潔鋼鑄鍛件坯料，將有效的促進(jìn)我國裝備制造業(yè)的開展；5〕開展直接復(fù)原鐵是鋼鐵工業(yè)開展節(jié)能減排的重要途徑。142.1我國直接復(fù)原技術(shù)的開展現(xiàn)狀受資源條件的限制，我國直接復(fù)原生產(chǎn)廠全部是煤基隧道窯罐式法或回轉(zhuǎn)窯法，開展極為緩慢。2007年我國DRI產(chǎn)量僅50萬噸，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，已成為影響我國鋼鐵工業(yè)和制造業(yè)的健康開展的因素。新隧道窯罐式法通過改變復(fù)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DRI生產(chǎn)的主體方法回轉(zhuǎn)窯法通過我國技術(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，對原料要求苛刻?；剞D(zhuǎn)窯法也不能成為我國直接復(fù)原鐵開展的主體方法。15氣基豎爐直接復(fù)原是國內(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)劃或籌建豎爐直接復(fù)原鐵廠。規(guī)模一般大于50萬噸/年。復(fù)原氣的來源有天然氣、煤制氣、焦?fàn)t煤氣。據(jù)了解：河北秦皇島青龍縣以焦?fàn)t煤氣為氣源的MIREX豎爐DRI廠〔50萬噸/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〔50萬噸/年〕已分別得到相關(guān)部門的批準(zhǔn)。含碳球團(tuán)快速復(fù)原工藝〔轉(zhuǎn)底爐法〕由于對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，復(fù)原速度塊，倍受關(guān)注是當(dāng)前我國直接復(fù)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)能是該工藝開展的重要動力。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)定性是該工藝開展的核心問題。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50萬噸/年產(chǎn)品的轉(zhuǎn)底爐。162.2我國直接復(fù)原鐵開展的問題及對策1〕生產(chǎn)規(guī)模過小DRI廠大于5.0萬噸/年僅4個，單機(jī)產(chǎn)量不超過15萬噸/年。開展可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的氣基豎爐直接復(fù)原是我國開展直接復(fù)原的主要出路。2〕缺乏穩(wěn)定的原料供給渠道原料供給渠道不暢、來源不穩(wěn)是嚴(yán)重影響我國直接復(fù)原生產(chǎn)的重要原因。建立以國外資源和國內(nèi)資源兩種渠道的穩(wěn)定的原料的供給基地是我國直接復(fù)原鐵穩(wěn)定開展的根底。東北大學(xué)等開發(fā)的磁鐵礦精選技術(shù)和設(shè)備為解決我國直接復(fù)原鐵的原料奠定了根底。3〕氣基直接復(fù)原開展緩慢隨著我國天然氣資源的開發(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，中國一些地區(qū)具備了開展氣基直接復(fù)原的條件。4〕缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，未能建設(shè)大型商品DRI生產(chǎn)企業(yè)制訂我國直接復(fù)原開展的整體規(guī)劃，制訂我國的直接復(fù)原鐵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和直接復(fù)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復(fù)原鐵生產(chǎn)企業(yè)的建設(shè)是我國開展直接復(fù)原鐵生產(chǎn)的重要途徑。172.3我國熔融復(fù)原的開展現(xiàn)狀我國早在上世紀(jì)50年代，就開始了旋渦爐熔融復(fù)原，轉(zhuǎn)爐鐵浴熔融復(fù)原〔當(dāng)時稱轉(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)行了熔融復(fù)原技術(shù)的開發(fā)研究，先后進(jìn)行了大量的根底性研究，以及以煤為能源的流化床-豎爐、鐵浴法熔融復(fù)原；鐵浴法生產(chǎn)含鉻鐵水；含碳球團(tuán)豎爐預(yù)復(fù)原-豎爐等工藝開發(fā)。世界第一臺年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬噸鐵水的COREXC-3000熔融復(fù)原裝置于2005年9月在寶鋼羅涇開工建設(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，燃料采用國內(nèi)次煙煤，COREX尾氣經(jīng)過燃?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)還未完全到達(dá)預(yù)期的目標(biāo)，但該裝置的投產(chǎn)標(biāo)志著我國熔融復(fù)原進(jìn)入了一個新的階段，對我國非高爐煉鐵的快速開展起到巨大的促進(jìn)。183.我國開展非高爐煉鐵的展望國內(nèi)對直接復(fù)原鐵的需求旺盛，市場容量大我國廢鋼短缺，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在一個相當(dāng)長的時期內(nèi)對直接復(fù)原鐵的需求旺盛。氣基直接復(fù)原豎爐是我國直接復(fù)原鐵生產(chǎn)主要方向氣基直接復(fù)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直接復(fù)原鐵生產(chǎn)的主要方法。由于受天然氣資源條件和國家能源政策的限制，以及焦?fàn)t煤氣資源的區(qū)域性的限制，我國氣基豎爐直接復(fù)原的氣源應(yīng)以煤制氣為主，煤制氣技術(shù)是成熟的，是我國化工生產(chǎn)的常規(guī)技術(shù)。19建設(shè)大型化直接復(fù)原鐵生產(chǎn)線和生產(chǎn)基地是我國直接復(fù)原開展的重要內(nèi)容立足于國內(nèi)資源，采取國內(nèi)外資源并重的方針開展我國直接復(fù)原鐵生產(chǎn)汲取我國直接復(fù)原50年開展的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，建設(shè)大型直接復(fù)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DRI的需求，將是我國今后直接復(fù)原開展的重要內(nèi)容之一。利用國內(nèi)自有技術(shù)和資源條件，生產(chǎn)直接復(fù)原專用球團(tuán)，建立由國外進(jìn)口的直接復(fù)原用塊礦/球團(tuán)以及由國內(nèi)鐵精礦生產(chǎn)的直接復(fù)原專用球團(tuán)共同組成的、穩(wěn)定暢通的原料供給渠道是完全可行的。20熔融復(fù)原是我國鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開展的重要途徑之一開發(fā)我國自有知識產(chǎn)權(quán)的熔融復(fù)原技術(shù)是我國熔融復(fù)原開展的重要課題熔融復(fù)原是我國鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開展的重要途徑之一，減輕鋼鐵生產(chǎn)對環(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熔融復(fù)原開展的主要動力，可以預(yù)計(jì)熔融復(fù)原在我國必將得到迅速開展。作為世界鋼鐵第一大國，依據(jù)我國原燃料的特點(diǎn)，開發(fā)適宜我國的資源和技術(shù)條件的熔融復(fù)原技術(shù)是促進(jìn)我國熔融復(fù)原開展的重要課題。21

4.結(jié)語制約我國直接復(fù)原鐵產(chǎn)業(yè)開展的重要因素之一是資源問題，以國內(nèi)技術(shù)和資源為主，建立國內(nèi)外兩種資源組成的穩(wěn)定的原料供給渠道是我國直接復(fù)原鐵穩(wěn)定開展的根底。建設(shè)以煤為能源，大型煤制氣-豎爐直接復(fù)原裝置是我國直接復(fù)原開展的主要方向。非高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)的重要前沿技