COREX熔融還原煉鐵技術(shù)的探討

1、COREX熔融還原煉鐵技術(shù)的探討COREX熔融還原煉鐵技術(shù)是一種代替常規(guī)高爐煉鐵的新技術(shù)，由于其環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外的一些專家學(xué)者比較贊成采用該項(xiàng)技術(shù)煉鐵。廣鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)院根據(jù)本公司的實(shí)際情況，對(duì)COREX熔融還原煉鐵技術(shù)進(jìn)行了初步的研究，取得了一定的成果。    COREX技術(shù)簡(jiǎn)介    COREX熔融還原煉鐵技術(shù)是一種用煤和礦生產(chǎn)熱鐵水的新工藝，是世界上唯一已實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的熔融還原煉鐵技術(shù)。該工藝的研究始于20世紀(jì)70年代末，由奧鋼聯(lián)和西德杜塞道爾科富(Korf)工程公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)，在德國(guó)的凱爾(Kehl)建造了1套200t/d的中

2、間實(shí)驗(yàn)設(shè)備。19811987年在此設(shè)備上又進(jìn)行了6000h以上的10個(gè)爐役的實(shí)驗(yàn)，使COREX技術(shù)發(fā)展到工業(yè)成熟階段。    COREX工藝的核心設(shè)備是由熔融氣化爐和還原豎爐兩個(gè)反應(yīng)器組成的，類似將高爐攔腰截?cái)喾殖缮舷聝刹糠?，上部進(jìn)行直接還原，下部進(jìn)行熔融還原，并通過(guò)加煤來(lái)提供熱量和還原氣。將高壓氧氣吹入熔融氣化爐，氧氣與加入到熔融氣化爐的煤燃燒，進(jìn)行發(fā)熱和熔化反應(yīng)。煤氣化后產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的還原氣體。此還原性氣體從熔融氣化爐中出來(lái)后被循環(huán)工藝氣體(經(jīng)洗滌塔除塵后的凈煤氣)冷卻到豎爐還原所要求的氣體溫度800-850°C，進(jìn)入到還原豎爐前被熱煤氣旋風(fēng)除塵器凈化。

3、這些被分離出的細(xì)粒被再次加入到熔融氣化爐，煤炭微粒被氣化，細(xì)粒的鐵立即被熔化。    干凈的還原性氣體進(jìn)入到還原豎爐，將被加入的鐵礦石還原為海綿鐵。海綿鐵被一種為其專門(mén)設(shè)計(jì)的螺旋運(yùn)輸機(jī)從還原豎爐中取出，并倒入熔融氣化爐中，發(fā)生最終還原和冶煉。加入石灰石或白云石來(lái)調(diào)整渣的堿性，以確保渣的流動(dòng)性和鐵水脫硫。    COREX工藝的一個(gè)典型特征是產(chǎn)生“輸出煤氣”還原工藝的副產(chǎn)品。輸出煤氣是從還原豎爐上部排出的頂部氣體和熔融氣化爐內(nèi)產(chǎn)生的不通過(guò)豎爐的過(guò)剩氣體的混合物。這兩種氣體在進(jìn)行混合前均經(jīng)過(guò)了氣體濕法洗滌系統(tǒng)清潔。輸出的凈煤氣熱值高，有多

4、種用途，如加熱、生產(chǎn)合成煤氣、生產(chǎn)直接還原鐵、吹入高爐或發(fā)電等。該工藝用原煤代替焦炭，以塊礦和粉料代替燒結(jié)礦，不需要建焦化廠和燒結(jié)廠。從理論上講，由于該工藝可以不建設(shè)和不使用焦化、燒結(jié)等高污染設(shè)備，故可減少污染，節(jié)省一次投資和運(yùn)行成本。但COREX工藝必須使用富塊礦、球團(tuán)礦和品質(zhì)較高的煤。把燒結(jié)、焦化、高爐取消，三道工序放在一起，用COREX來(lái)取代的思路較好，但相應(yīng)的限制性條件也多，若某個(gè)環(huán)節(jié)保證不了，就會(huì)影響到整個(gè)工藝生產(chǎn)。    COREX與高爐煉鐵的比較    廣鋼設(shè)計(jì)院采用年產(chǎn)350萬(wàn)噸鐵水為研究標(biāo)準(zhǔn)，從投資、環(huán)保和經(jīng)營(yíng)方面對(duì)

5、COREX煉鐵工廠和高爐煉鐵工廠進(jìn)行了比較，做出以下方案比較。    （1）設(shè)備費(fèi)比較COREX與高爐煉鐵的設(shè)備費(fèi)用比較見(jiàn)表1。    表1COREX與高爐煉鐵的設(shè)備費(fèi)用比較    設(shè)備 高爐/百萬(wàn)元 COREX/百萬(wàn)元 差額/百萬(wàn)元 原料場(chǎng)1套 1714 1714 0 燒結(jié)1套 630 0 630 燒結(jié)環(huán)保設(shè)施 1套 548 0 548 焦化1套 890 0 890 高爐1座 1799 0 1799 COREXc-30003座 0 4290 4290 TGBL(1500MW) 746 0 746 發(fā)電廠

6、(600MW) 0 3500 3500 氧氣站 362 1925 1563 供配電設(shè)施 324 596 272 鐵水脫硅設(shè)備1套 0 118 118 合計(jì) 7013 12143 5130     注：(1)高爐煉鐵廠的經(jīng)費(fèi)已經(jīng)包括加強(qiáng)料場(chǎng)防塵措施、參照國(guó)際先進(jìn)的脫硫脫硝環(huán)保設(shè)備、氧氣站。(2)COREX煉鐵廠，發(fā)電廠，氧氣站參照國(guó)內(nèi)外其它單位的資料。(3)COREX設(shè)備費(fèi)中包含了土建、安裝、水處理、區(qū)域變電等附屬設(shè)施。    （2）單耗比較    用COREX法與高爐法生產(chǎn)鐵水350萬(wàn)t/年的單耗比較見(jiàn)表

7、2。    表2年生產(chǎn)鐵水350萬(wàn)t/年的單耗比較    物料 高爐法 COREX法 煤 焦煤/kg·t-1 567 130 30 0 6 727 0 0 0 900 100 1000 非焦煤(PCI)/kg·t-1 非焦煤(燒結(jié))/kg·t-1 非焦煤/kg·t-1 外購(gòu)焦炭/kg·t-1 外購(gòu)量合計(jì)/kg·t-1 礦石 塊礦/kg·t-1 159 143 1288 1590 474 1106 0 1580 球團(tuán)礦/kg·t-1 燒結(jié)礦/kg·

8、t-1 合計(jì)/kg·t-1 副原料 石灰石等/kg·t-1 269 294 產(chǎn)生煤氣 焦?fàn)t煤氣/MJ·t-1 3505 5180 0 0 0 13000 高爐煤氣/MJ·t-1 COREX氣/MJ·t-1 合計(jì)/MJ·t-1 8685 13000     由表2可知，COREX法使用的煤約比高爐法增加四成，回收的煤氣量也較大。而且需要大量高品質(zhì)的鐵礦和球團(tuán)礦。    （3）經(jīng)濟(jì)性評(píng)估    建設(shè)350萬(wàn)t/年的COREX煉鐵廠與建高爐煉鐵廠的經(jīng)濟(jì)

9、性比較見(jiàn)表3。    表3建設(shè)350萬(wàn)t/年煉鐵廠的經(jīng)濟(jì)性比較    煉鐵工藝 設(shè)備總投資(人民幣)/億元 制造、銷售成本(熱軋鋼板)/美元·噸-1 內(nèi)部收益率/% 高爐 187 257 12.8 COREX 245 307 5.4   COREX法與高爐法相比，有原燃料成本高以及設(shè)備費(fèi)用高的劣勢(shì)，雖然有售電的收益，但最終產(chǎn)品的制造成本比高爐法高了50美元(用年產(chǎn)350萬(wàn)噸鋼比較)，經(jīng)濟(jì)性較差。    （4）工藝特征比較    COREX與高爐煉鐵比較具有

10、如下工藝特征(見(jiàn)表4)。    表4工藝特征    優(yōu)點(diǎn)(VAI介紹手冊(cè)) 缺點(diǎn)(實(shí)際操作中了解到的) 1 環(huán)境影響小COREX不用焦?fàn)t、燒結(jié)機(jī)，所以不產(chǎn)生焦油、輕油、氨，噴吹純氧(不用鼓風(fēng)機(jī))，副產(chǎn)氣中的SOX的濃度低。氣化熔融爐中分解成CO、H2，產(chǎn)生的NOX、氰化物少，還原豎爐中DRI轉(zhuǎn)移S。 2 煤氣利用更完善COREX工藝的副產(chǎn)品是含有大量CO和H2的優(yōu)質(zhì)煤氣，含雜質(zhì)很低，這種煤氣純凈、熱值高。 3 用煤替代焦炭COREX工藝采用原煤作為還原劑和燃料。 1 設(shè)備規(guī)模小最大規(guī)模的COREX生產(chǎn)能力也只相當(dāng)于1500m3的高爐。

11、 2 耗能多高還原劑比(1000kg/t)單位耗氧大(>500m3/t)，耗電大。 3 原料上有限制實(shí)際操作中必須是灰分低、揮發(fā)份高和含硫量低的煤，鐵礦石品位必須在65%以上。 4 鐵水成分不如高爐法Si、S含量高。     COREX技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用和評(píng)價(jià)    目前，由奧鋼聯(lián)(VAI)開(kāi)發(fā)的成熟的COREX技術(shù)是世界上唯一應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)，世界上正在生產(chǎn)的COREX裝置有四套(見(jiàn)表5)。    表5世界上正在生產(chǎn)的COREX裝置    使用客戶 設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力/

12、萬(wàn)t·年-1 投產(chǎn)時(shí)間 韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司COREXC-2000設(shè)備 6080 1995.11 南非薩爾達(dá)納鋼鐵公司COREXC-2000設(shè)備 65 1998.12 印度金達(dá)爾公司維賈納格廠第一套COREXC-2000設(shè)備 80 1999.8 印度金達(dá)爾公司維賈納格廠第二套COREXC-2000設(shè)備 80 2001.4         據(jù)奧鋼聯(lián)公司對(duì)COREX的宣傳，這種工藝在環(huán)保、投資、生產(chǎn)成本方面有很大優(yōu)勢(shì)，特別是在環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)最大。    用COREX法煉鐵，消除了高爐生產(chǎn)流程中

13、焦化廠煙囪、燒結(jié)廠煙囪和高爐熱風(fēng)爐煙囪排放的煙塵和SO2的污染，也消除了焦化廠污水的有機(jī)物(氰、酚、氨、油類)的污染。若以COREX工藝和傳統(tǒng)高爐工藝進(jìn)行對(duì)比(以年產(chǎn)鐵350萬(wàn)t為基礎(chǔ))，在不考慮煤氣發(fā)電(COREX工藝產(chǎn)生大量煤氣)造成污染的情況下，COREX工藝煙塵、二氧化硫、氮氧化物的排放量分別比高爐流程排放的少46.6%、64.1%和43.6%。在考慮煤氣不脫硫直接發(fā)電時(shí)，COREX工藝二氧化硫排放量高于高爐，但若煤氣脫硫后發(fā)電，二氧化硫排放量低于高爐(降低量取決于脫硫指標(biāo))。    投資方面，COREX-2000t鐵單位投資(包括制氧在內(nèi))與同等生產(chǎn)能力

14、的高爐、焦?fàn)t、燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)相比，高出10%左右。如煉鐵規(guī)模越大，COREX投資相對(duì)比高爐單位投資也越高。    在考慮煤氣充分高效利用時(shí)，鐵水成本(按五年平均價(jià)計(jì)算)方面，COREX-2000與1500m3高爐基本相當(dāng)，但高于4000m3高爐。能耗方面，COREX-2000t鐵能耗比1500m3高爐稍低，但比4000m3及以上高爐的能耗還有可能偏高。    國(guó)內(nèi)已有鋼鐵廠建設(shè)COREX熔融還原煉鐵技術(shù)的項(xiàng)目。但無(wú)論是建設(shè)總投資還是技術(shù)使用費(fèi)，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)高爐。不過(guò)今后的引進(jìn)將會(huì)隨國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)比例增加以及國(guó)產(chǎn)化率的進(jìn)一步提高而有所下降。&

15、#160;   因此不推薦國(guó)內(nèi)的鋼鐵廠采用COREX法煉鐵技術(shù)。原因有：    原料方面，COREX工藝對(duì)原燃料的要求非常嚴(yán)格，必須使用高品位的塊礦和灰份很低的煤，并要加入部分焦炭。據(jù)介紹，國(guó)內(nèi)基本上沒(méi)有符合要求的礦山，國(guó)外只有幾個(gè)礦山符合要求，這就造成原燃料有可能不能正常供應(yīng)，并且價(jià)格方面也沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)。    環(huán)保方面，沒(méi)有焦?fàn)t和燒結(jié)的COREX法環(huán)保方面有優(yōu)勢(shì)，但實(shí)際操作中大量使用優(yōu)質(zhì)煤及球團(tuán)礦。而且如果高爐采用最新的環(huán)保技術(shù)，則差距不大。    生產(chǎn)穩(wěn)定程度、運(yùn)轉(zhuǎn)率、設(shè)備可靠性

16、均比高爐低，如高溫、多塵的環(huán)境下螺旋給料器、熱旋風(fēng)分塵器、閥門(mén)等周邊機(jī)器的穩(wěn)定性及機(jī)器本身的耐火材料壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)率等都將影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性。    成本經(jīng)濟(jì)性。產(chǎn)量在3000t/座·天的COREX技術(shù)有待完善，與大型高爐相比，設(shè)置的數(shù)量多，熱效率差，燃料費(fèi)、主原料成本高，雖然發(fā)電量大，最終還是成本高，經(jīng)濟(jì)性沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。COREX熔融還原煉鐵技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的煉鐵工藝，但由于該工藝本身的發(fā)展受到了資源、設(shè)備能力和技術(shù)水平的制約，發(fā)展速度較緩慢。我國(guó)多位煉鐵專家對(duì)此工藝進(jìn)行了較詳細(xì)的研究和探討，認(rèn)為用此法來(lái)代替工藝成熟的高爐的理由還不充分。再加上生產(chǎn)能力不及大高爐，除在環(huán)保方面有一定優(yōu)勢(shì)外(如果高爐采用世界先進(jìn)的脫硫脫硝環(huán)保技術(shù)則可降低至接近COREX的水平)，投資、運(yùn)行成本、能耗等方面均沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，