幾種非高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展

1、    幾種非高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展         1 概述從20世紀(jì)70年代以來，熔融還原煉鐵技術(shù)開始得到重視和發(fā)展，所有熔融還原工藝的目標(biāo)都是用非焦煤還原鐵礦（首選粉礦、低品位鐵礦）制造生鐵，經(jīng)過許多國家多年的努力，熔融還原煉鐵工藝已開始進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，并取得顯著成績(jī)和進(jìn)步。· Finex韓國浦項(xiàng)公司和西門子奧鋼聯(lián)合作開發(fā)的Finex熔融還原煉鐵工藝已經(jīng)成熟地用于工業(yè)化生產(chǎn)，并正在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)且初步顯示其明顯的優(yōu)越性。· ITmk3日本神戶制鋼開發(fā)、由

2、神戶制鋼和美國動(dòng)力鋼公司合資建立的ITmk3煉鐵廠順利運(yùn)營(yíng)，已逐步達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，預(yù)期在2010年中期該廠產(chǎn)能達(dá)到50萬t/a。· COREX奧鋼聯(lián)開發(fā)的COREX熔融還原煉鐵工藝已有四座工業(yè)化生產(chǎn)裝置在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中產(chǎn)能最高的COREX C-3000裝置在上海寶鋼集團(tuán)進(jìn)行生產(chǎn)。· HismeltHismelt工藝經(jīng)兩級(jí)中試開發(fā)后已建成80萬t/a工廠，小時(shí)產(chǎn)能已達(dá)到設(shè)計(jì)能力的75%-80%，有進(jìn)一步發(fā)展的潛力。在上述四種進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)的非高爐煉鐵工藝中，以Finex工藝較優(yōu)越，已經(jīng)具備替代1000m3-2000m3級(jí)高爐的條件，浦項(xiàng)公司將在Finex工藝大型化方面進(jìn)一步開發(fā)

3、。2 Finex工藝Finex工藝是在COREX工藝基礎(chǔ)上經(jīng)過創(chuàng)新和改進(jìn)發(fā)展起來的，其主要特點(diǎn)是：用鐵礦粉經(jīng)多級(jí)流態(tài)化床反應(yīng)器進(jìn)行還原，浦項(xiàng)對(duì)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)和氣流分布進(jìn)行改選，將多級(jí)還原反應(yīng)器的溫度降低，將鐵礦粉還原度降至60%-70%，解決了反應(yīng)器易粘結(jié)不能連續(xù)作業(yè)的問題。流態(tài)化床出來的部分還原的鐵礦粉壓成密度較實(shí)的礦餅后破碎，再加入熔融氣化爐。將煤粉與結(jié)合劑混合后壓成煤球和熱壓鐵裝入熔融氣化爐中，同時(shí)向氣化爐直接噴射煤粉。用熔融氣化爐煤氣作為多級(jí)流態(tài)化床反應(yīng)器的還原劑，為減少煤耗，將部分自流態(tài)化床反應(yīng)器排出煤氣返回作還原劑使用。為提升這部分煤氣還原能力，在煤氣管網(wǎng)中增加CO2變壓吸附裝置，還原

4、煤氣中的CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)由約33%降至約15%。圖1是浦項(xiàng)150萬t Finex廠外景。 浦項(xiàng)公司經(jīng)過小型試驗(yàn)及半工業(yè)性試驗(yàn)后先將已投產(chǎn)的COREX C-2000裝置改造為60萬t/a的Finex示范裝置，并于2003年6月投產(chǎn)。在示范裝置取得成功的基礎(chǔ)上，于2007年建成投產(chǎn)一套年產(chǎn)鐵水150萬t工業(yè)化的生產(chǎn)設(shè)施。到2008年底，兩座裝置生產(chǎn)量均達(dá)到設(shè)計(jì)能力，2008年4月-9月150萬t/a裝置運(yùn)行指標(biāo)如表1。 特別要提到的是現(xiàn)在Finex示范裝置已不使用小塊焦，150萬t/a裝置目前尚使用大約50kg/t鐵小塊焦。Finex工藝顯示出以下優(yōu)越性：用粉礦及非焦煤粉為原燃料

5、，使用很少小塊焦，可不建燒結(jié)、球團(tuán)及焦化設(shè)施，縮短了流程，減少了投資，降低了成本，節(jié)約了緊缺的焦煤資源。浦項(xiàng)公司以韓國浦項(xiàng)的價(jià)格為基礎(chǔ)，以建設(shè)年產(chǎn)300萬t煉鐵系統(tǒng)為目標(biāo)，認(rèn)為Finex的建設(shè)投資比高爐流程節(jié)省20%，由于各地區(qū)價(jià)格基礎(chǔ)不同，需根據(jù)具體情況進(jìn)行分析比較。環(huán)境狀況大為改善，如果將高爐流程系統(tǒng)（高爐、燒結(jié)、焦化）定為100%，那么Finex流程SO2排放量為3%，NO2為1%，粉塵為28%，CO2第一階段目標(biāo)為93%，CO2脫除后為55%。據(jù)浦項(xiàng)公司介紹，它們?cè)谟《群驮侥闲陆ê腺Y鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，均將采用Finex工藝建設(shè)煉鐵廠。3 ITmk3煉鐵工藝神戶制鋼命名ITmk3的原意是將

6、其視作第三代煉鐵技術(shù)，第一代為高爐煉鐵，第二代為包括Midrex等工藝在內(nèi)的氣基直接還原技術(shù)。在ITmk3工藝中，用鐵礦粉和煤粉制成復(fù)合生球裝入轉(zhuǎn)底爐中加熱到1350-1500的高溫，復(fù)合球團(tuán)迅速還原成鐵，并部分熔化使得鐵從球團(tuán)內(nèi)生成的液態(tài)渣中分離出來。鐵粒含鐵96%-98%，碳2.5%-4.3%，硅2.0%，錳0.1%，硫和磷為0.05%-0.06%。鐵?？芍苯友b入電爐或轉(zhuǎn)爐中使用。ITmk3工藝具有以下特點(diǎn)：10分鐘內(nèi)就可以生產(chǎn)出高純粒鐵，流程很短。煉鐵原料可采用鐵礦粉礦和非焦煤粉，不需要燒結(jié)（或球團(tuán)）和焦化等設(shè)施。由于能源利用效率高，較高爐流程可減排二氧化碳20%。生產(chǎn)設(shè)備操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)

7、調(diào)整靈活。粒鐵密度高、不易氧化、易于運(yùn)輸和操作。該工藝的研究工作開始于1986年，后在加古川廠內(nèi)建成一座4m，產(chǎn)能為3000t/a的轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行中間試驗(yàn)。2002年神戶制鋼和其他合作方在美國錫爾弗貝建成一個(gè)25000t/a示范廠，并順利經(jīng)營(yíng)。由于示范廠生產(chǎn)的粒鐵在美國動(dòng)力鋼公司使用良好，2008年美國動(dòng)力鋼公司和神戶制鋼合資在美國明尼蘇達(dá)州霍伊特湖建立ITmk3煉鐵廠，生產(chǎn)出的粒鐵用于煉鋼，2009年逐步達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2010年中期該廠產(chǎn)能達(dá)到50萬t/a。神戶制鋼稱已經(jīng)獲得投資許可，將在越南義安省黃梅工業(yè)區(qū)投資1000億日元（約合10多億美元）建設(shè)一個(gè)合資鋼鐵廠，新鋼廠將采用ITmk3煉鐵

8、工藝生產(chǎn)塊鐵用于煉鋼。4 COREX和COREX/DR工藝COREX煉鐵工藝已作為工業(yè)化生產(chǎn)裝置應(yīng)用于印度Jindal、南非Saldanha和中國寶鋼。實(shí)際生產(chǎn)中，印度Jindal公司兩座C-2000及南非Saldanha一座C-2000裝置經(jīng)過多年運(yùn)行均已達(dá)到和超過原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，鐵水質(zhì)量和高爐鐵水相似，均能適應(yīng)煉鋼要求。中國寶鋼已投產(chǎn)的C-3000裝置是目前全球生產(chǎn)能力最大的一座。C-3000裝置于2007年11月投產(chǎn)，月平均日產(chǎn)量及鐵水質(zhì)量均可達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。通過國內(nèi)外COREX工藝生產(chǎn)實(shí)踐可以看出：與傳統(tǒng)高爐工藝相比，COREX工藝最大的特點(diǎn)是可少用焦炭，C-2000裝置的焦比一般為燃

9、料比的10%-15%。寶鋼C-3000裝置因爐容量加大，且投產(chǎn)時(shí)間較短，目前仍需焦200kg/t鐵水，但對(duì)焦炭粒度及質(zhì)量的要求較大型高爐低。此外，南非將粉煤壓制成粒度35mm左右冷固結(jié)煤球入爐（強(qiáng)度可達(dá)200kg/個(gè)以上）。經(jīng)過在COREX生產(chǎn)中用煤球代替焦炭進(jìn)行試用，其焦比可由原來的15%降至1%。COREX工藝仍需使用塊狀含鐵原料。印度和南非當(dāng)?shù)赜羞m用的塊狀鐵礦石（南非COREX裝置的爐料結(jié)梅是60%-80%南非塊礦，20%-40%球團(tuán)。印度COREX裝置的爐料結(jié)構(gòu)是40%印度塊礦，60%球團(tuán)），因而降低了運(yùn)營(yíng)成本。此外，印度，Jindal COREX裝置曾將粒度小于6.3mm的鐵礦粉經(jīng)過

10、加煤管路直接裝入氣化爐，創(chuàng)造了用鐵礦粉料取代14%總含鐵爐料的紀(jì)錄。采用COREX工藝，在鋼鐵企業(yè)內(nèi)可少建或不建焦化、燒結(jié)設(shè)施，對(duì)環(huán)境保護(hù)有利。與高爐流程相比，向大氣排放的硫化物、氮氧化物、二氧化碳均很大程度地減少。COREX裝置生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要問題是：還原豎爐中的爐料發(fā)生粘結(jié)，從爐壁開始愈粘愈厚，最后還原鐵完全漏不下去，而不得不停爐清空。仍需塊狀含鐵原料。離不開小塊焦，對(duì)煤的要求嚴(yán)格。燃料比高，比高爐流程高出近一倍（500kg/t鐵水）。韓國浦項(xiàng)公司在建成投產(chǎn)一座COREX C-2000裝置后，為解決前述問題，創(chuàng)造性的采取一系列改進(jìn)措施，用多級(jí)流態(tài)化床反應(yīng)器代替還原豎爐，既解決豎爐粘結(jié)問題，

11、又可不使用塊狀含鐵原料，并采取了減少燃料消耗措施，形成了Finex流程。南非Saldanha廠利用COREX爐氣作為直接還原鐵豎爐還原劑，形成COREX/DR流程。COREX/DR流程由一座COREX C-2000，一座Midrex-800、120t CONARC轉(zhuǎn)電爐、ISP薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線等組成，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能力80萬t DRI，65萬t鐵水和125萬t熱軋板?？鄢鼵OREX輸出煤氣能源收益后；噸鐵水消耗標(biāo)煤為550kg，一噸煤可生成一噸鐵水和一噸DRI，大大改善了COREX裝置煤耗高的狀況。5 Hismelt煉鐵工藝在兩級(jí)中間試驗(yàn)基礎(chǔ)上，在西澳大利亞奎納納建成了第一座年產(chǎn)能力80萬t的H

12、ismelt工廠。該工廠由澳大利亞力拓公司（持股60%）、美國紐柯公司（持股25%）、日本三菱（持股10%）和中國首鋼（持股5%）合資建設(shè)。其工藝特征是：向熔池內(nèi)直接噴吹鐵礦粉和煤粉（非焦煤）形成熔煉爐下部的熔煉和上部鼓入富氧熱風(fēng)形成的二次燃燒，噴入的煤粉經(jīng)加熱脫除揮發(fā)份后，溶入鐵水，使鐵水中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在4%左右，噴入的礦粉與富碳鐵水接觸后進(jìn)行熔煉，熔爐下部保持低氧位促使還原進(jìn)行。通過動(dòng)力學(xué)平衡使渣中FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在5%-6%。通過大量的液態(tài)渣鐵在上下兩區(qū)的噴濺起落將上部熱量傳入下部熔池。Hismelt工藝的特點(diǎn)是：可以全部使用粉狀鐵礦和非焦煤粉，不需建燒結(jié)、球團(tuán)、焦化等設(shè)施。投資少

13、，成本低，對(duì)環(huán)境污染少。具有脫磷能力，可使用高磷鐵礦粉。奎納納廠于2005年4月建成，并開始熱試。第一次熱試未取得理想效果，鐵水在前爐凍結(jié)。這次事故源自汽化冷卻煙道上的蒸汽系統(tǒng)故障，此問題解決后，可以穩(wěn)定運(yùn)行，但作業(yè)率不高，其原因是：鐵礦預(yù)熱器內(nèi)襯耐材存在問題，經(jīng)更換后，作業(yè)率從2006年的50%以下提高到2008年的90%以上。蒸汽系統(tǒng)是由工藝過程產(chǎn)生的蒸汽供應(yīng)，通過對(duì)控制系統(tǒng)改進(jìn)和變更操作，作業(yè)率從2006年的70%以下提高到2008年的90%以上。廢氣脫硫裝置規(guī)模小，除霧能力不足。操作經(jīng)驗(yàn)不足，爐襯壽命低。經(jīng)過三年的摸索改進(jìn)，到2008年底，小時(shí)產(chǎn)量已穩(wěn)步增長(zhǎng)到75t-80t的水平（設(shè)計(jì)

14、能力為100t/h）。煤耗在向達(dá)到700kg/t目標(biāo)前進(jìn)。由于金融危機(jī)，2009年開始停產(chǎn)維護(hù)，現(xiàn)已制訂新的復(fù)產(chǎn)計(jì)劃，其目標(biāo)是將作業(yè)率提高并穩(wěn)定在較高水平。6 幾點(diǎn)意見高爐煉鐵工藝已有百余年歷史，經(jīng)過多次改進(jìn)，已是高度成熟的生產(chǎn)流程。而熔融還原煉鐵從第一座商業(yè)化工廠出現(xiàn)至今僅約20年，因此不能因?yàn)槟壳按嬖谌舾蓡栴}而加以忽視。由于其具有不用焦煤、不需鐵礦造塊、環(huán)保性能優(yōu)越等方面的優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)該持積極認(rèn)真、實(shí)事求是的態(tài)度努力進(jìn)行研究開發(fā)和技術(shù)改進(jìn)工作，使熔融還原煉鐵流程日趨成熟，逐步大型化，使煉鐵生產(chǎn)出現(xiàn)革命性變化。在前述四種開始進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的非高爐煉鐵工藝中，采用粉礦和非焦粉煤的三種工藝更具有

15、吸引力，這三種中以Finex工藝最為成熟，已有商業(yè)化生產(chǎn)裝置連續(xù)生產(chǎn)，并已達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，只是已投入生產(chǎn)的150萬t/a Finex裝置只相當(dāng)于1000m3-2000m3級(jí)高爐的生產(chǎn)能力，在大型化等方面還需進(jìn)一步開發(fā)。Hismelt煉鐵工藝的80萬t/a工廠已建成并投產(chǎn)多年，雖目前持續(xù)生產(chǎn)還存在不少問題，但具有進(jìn)一步發(fā)展的技術(shù)潛力，待今后恢復(fù)生產(chǎn)后，會(huì)取得經(jīng)、驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)工作。ITmk3工藝是通過將鐵礦粉和煤粉制成球團(tuán)后進(jìn)行的。我國曾長(zhǎng)期進(jìn)行過碳化球團(tuán)煉鐵的研發(fā)工作，雖然還沒有取得成功，但也積累了不少經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，建議密切關(guān)注美國50萬t/a ITmk3廠的進(jìn)展，吸收其經(jīng)驗(yàn)繼續(xù)在我國進(jìn)行研發(fā)工作。關(guān)于COREX工藝，我國已有寶鋼C-3000裝置在進(jìn)行生產(chǎn)，取得了寶貴的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。除對(duì)現(xiàn)有裝置中進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，如改進(jìn)原料結(jié)構(gòu)及還原豎爐溫度制度以延長(zhǎng)豎爐壽命、研發(fā)用煤壓塊減少焦炭使用數(shù)量等措施外，浦項(xiàng)公司在COREX工藝基礎(chǔ)上創(chuàng)新出Finex工藝的精神值得學(xué)習(xí)，以我們自己的聰明才智開發(fā)出新的工藝，也應(yīng)成為我們努力的目標(biāo)。此外，在建設(shè)第二套COREX C-30