煤基直接還原煉鐵技術(shù)及非高爐煉鐵能耗分析

1、煤基直接還原煉鐵技術(shù)及非高爐煉鐵能耗分析摘要：非高爐煉鐵技術(shù)或稱非焦煉鐵技術(shù)是當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)工藝中最受關(guān)注的技術(shù)之一。依產(chǎn)品的形態(tài)不同，非高爐煉鐵技術(shù)可分為熔融還原與直接還原兩種工藝方法。直接還原是以非焦煤為能源，在不熔化不造渣的條件下，原料保持原有物理形態(tài)，鐵的氧化物經(jīng)還原獲得以金屬鐵為主要成分的固態(tài)產(chǎn)品的技術(shù)方法。直接還原煉鐵工藝分為氣基直接還原和煤基直接還原，氣基直接還原煉鐵工藝是最主要的直接還原煉鐵技術(shù)，其產(chǎn)量占到直接還原煉鐵的90%左右，煤基直接還原煉鐵，目前以回轉(zhuǎn)窯為主，也是最主要的煤基直接還原煉鐵工藝。關(guān)鍵詞：非高爐煉鐵；直接還原；熔融還原；煤基；氣基近代高爐已有數(shù)百年歷史，其工藝

2、已達到相當(dāng)完善的地步。高爐反應(yīng)器的優(yōu)點是熱效率高、技術(shù)完善，設(shè)備已大型化、長壽化，單座高爐年產(chǎn)鐵最高可達400萬t左右,一代爐役的產(chǎn)鐵量可達5000萬t以上，可以說，沒有現(xiàn)代化的大型高爐就沒有現(xiàn)代化的鋼鐵工業(yè)大生產(chǎn)。但是在它日益完善和大型化的同時，也帶來了流程長、投資大以及污染環(huán)境等問題。高爐工藝流程存在以下問題：一是高爐必須要用較多焦炭，而煉焦煤越來越少，焦炭越來越貴；二是環(huán)境污染嚴(yán)重，特別是焦?fàn)t的水污染物粉塵排放燒結(jié)的SO2粉塵排放，高爐的CO2排放很高；三是傳統(tǒng)煉鐵流程長，投資大；四是從鐵、燒、焦全系統(tǒng)看重復(fù)加熱、降溫，增碳、脫碳，資源、能源循環(huán)使用率低，熱能利用不合理。高爐法雖然仍是當(dāng)

3、今煉鐵生產(chǎn)的主體流程，但非高爐煉鐵法已成為煉鐵技術(shù)發(fā)展的方向。非高爐煉鐵技術(shù)或稱非焦煉鐵技術(shù)是當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)工藝中最受關(guān)注的技術(shù)之一。依產(chǎn)品的形態(tài)不同，非高爐煉鐵技術(shù)可分為熔融還原與直接還原兩種工藝方法。隨著世界上廢鋼鐵積累日益減少，電爐流程迅速發(fā)展，這就要求采用直接還原新工藝，生產(chǎn)出的海綿鐵供電爐煉鋼。此外，由于煉焦煤資源日漸短缺，焦?fàn)t逐漸老化以及人們對焦?fàn)t污染日益關(guān)注，八十年代以來，各發(fā)達國家紛紛謀求開發(fā)另外的無焦煉鐵工藝一一熔融還原，其中Corex流程已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。綜合起來看，當(dāng)前煉鐵工藝正朝著少焦或無焦煉鐵方向發(fā)展，而直接還原與熔融還原技術(shù)正適合這種發(fā)展方向。所以說我國應(yīng)適度發(fā)展直接

4、還原與熔融還原技術(shù)。直接還原是以非焦煤為能源，在不熔化不造丫的條件下，原料保持原有物理形態(tài)，鐵的氧化物經(jīng)還原獲得以金屬鐵為主要成分的固態(tài)產(chǎn)品的技術(shù)方法。熔融還原是以非焦煤為能源，鐵礦物在高溫熔融狀態(tài)下完成還原過程，獲得液態(tài)鐵水的技術(shù)方法。由于優(yōu)質(zhì)廢鋼資源的短缺，海綿鐵作為電爐鋼重要的原料之一受到重視與發(fā)展。直接還原煉鐵工藝分為氣基直接還原和煤基直接還原，氣基直接還原煉鐵工藝是最主要的直接還原煉鐵技術(shù)，其產(chǎn)量占到直接還原煉鐵的90%左右，氣基直接還原煉鐵使用天然氣重整制備高質(zhì)量的富氫氣體(75%H225%CO)作為還原劑，以豎爐作為還原反應(yīng)器，氣固充分接觸，還原反應(yīng)與熱量交換好，因此，反應(yīng)器效率

5、高，噸鐵能耗低。由于我國的天然氣資源短缺，難以用于生產(chǎn)海綿鐵。直接還原的產(chǎn)品直接還原鐵(DRD是鐵氧化物在不熔化、不造渣且在固態(tài)下還原生成的金屬鐵產(chǎn)品。為提高產(chǎn)品的抗氧化能力和體積密度，DRI熱態(tài)下擠壓成形的產(chǎn)品稱為熱壓塊(HBI),DRI冷態(tài)下擠壓成形的產(chǎn)品稱為DRI壓塊。煤基直接還原煉鐵，目前以回轉(zhuǎn)窯為主，也是最主要的煤基直接還原煉鐵工藝，另外還存在隧道窯直接還原煉鐵工藝，近年來，以處理鋼鐵廠廢棄物的轉(zhuǎn)底爐工藝，我國也在嘗試變成直接還原煉鐵工藝。1煤基直接還原煉鐵的幾種工藝1.1回轉(zhuǎn)窯工藝目前，在全世界的煤基直接還原煉鐵工藝中，回轉(zhuǎn)窯流程約占煤基直接還原煉鐵總產(chǎn)量的95%以上?；剞D(zhuǎn)窯工藝有

6、三種，分為一步法、二步法和冷固結(jié)球團法。乙步法”是指把細磨鐵精礦造球，在鏈篦機上經(jīng)干燥、900C預(yù)熱，直接送入回轉(zhuǎn)窯進行固結(jié)和還原，所有工序在一條流水線上連續(xù)完成。上步法”是將上述工藝過程分兩步來完成，即先把鐵精礦造球，經(jīng)1300c高溫氧化焙燒，制成氧化球團；然后再將氧化球團送入回轉(zhuǎn)窯進行還原；兩個工藝可以分別在兩地獨立進行，故稱匕步法”。冷固結(jié)球團法是在磁鐵礦精粉中加入少量特制的復(fù)合型粘合劑造球，在200c左右干燥固結(jié)，然后送入回轉(zhuǎn)窯進行還原，省去了高溫焙燒氧化固結(jié)過程。回轉(zhuǎn)窯法最著名的為SL-RN流程，是由SL流程和RN流程結(jié)合而成的。開發(fā)者為加拿大的SteelCoLtd、德國的Lurgi

7、A.G.、美國的RepublicSteel有限公司和NationalLead公司，S、L、R、N即這四個開發(fā)者的首字母。該流程于1954年開發(fā)完成，在1969年實現(xiàn)工業(yè)化，在澳大利亞建成第一座30mSL-RN工業(yè)回轉(zhuǎn)窯，之后得到了較快的發(fā)展。1.2隧道窯工藝隧道窯法是由ESieurin于1908年發(fā)明的。它使用外熱式反應(yīng)罐和隧道窯，窯體可分為加熱、還原和冷卻三個區(qū)域。在還原段裝有燃燒器，以液體或氣體燃料為能源使還原段溫度保持在1200c左右，還原段高溫爐氣向加熱段流動，對反應(yīng)罐進行預(yù)熱，使其溫度隨著向還原段的逐漸接近而逐步提高。臺車進入還原段后，煤氣化反應(yīng)放出大量CO,使礦粉得到還原，生成海綿

8、鐵。還原完成后，臺車進入冷卻段，冷卻段中有一股由吸入的冷空氣形成的氣流，在氣流中，密封的反應(yīng)罐逐步冷卻至常溫。出窯后，將海綿鐵取出，去掉殘煤和灰分即可得到產(chǎn)品。該工藝可用于生產(chǎn)粉末冶金用鐵粉和海綿鐵。反應(yīng)罐的材質(zhì)多為SiC或黏土，SiC罐耐用，導(dǎo)熱性好，成本較高；黏土罐造價低，但性能較差。反應(yīng)罐內(nèi)礦粉和還原劑分層裝入罐內(nèi)，還原劑采用煤粉，混入石灰石粉作為脫硫劑。隧道窯生產(chǎn)工藝的特點：(1)原料、還原劑、燃料容易解決；(2)生產(chǎn)工藝易掌握，生產(chǎn)過程易控制；(3)設(shè)備運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量均勻。窯爐是海綿鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。2004年之前，我國部分海綿鐵生產(chǎn)廠家從倒焰窯改為煤燒隧道窯，使還原工段設(shè)備檔次

9、上升了一個臺階。但煤燒隧道窯存在環(huán)境污染、能耗高等問題，根據(jù)國家的環(huán)保政策，隧道窯煤氣化已勢在必行，2005年開始，我國新上的海綿鐵項目絕大部分采用了煤氣，加之國家行業(yè)管理部門提倡鼓勵新上長窯、大窯，以形成規(guī)模經(jīng)濟、降低能耗和提高經(jīng)濟效益，在這種背景下，新一代大型煤氣隧道窯應(yīng)運而生。煤基隧道窯還原主要用于生產(chǎn)高純鐵粉，金屬化率要求大于95%,因此，造成特殊的布料方式(環(huán)行布料)，傳統(tǒng)煤基隧道窯還原窯內(nèi)溫度控制在11801200C,噸鐵煤耗高達1500kg,罐材壽命短、冶煉周期長(約4050h,包括預(yù)熱、加熱與冷卻段)。1.3轉(zhuǎn)底爐技術(shù)1.3.1Fastmet工藝轉(zhuǎn)底爐起源于環(huán)形加熱爐，原用于軋

10、鋼鋼坯的加熱，近年來被移植用于鋼鐵廠粉塵的處理，進而演化成煉鐵設(shè)施。轉(zhuǎn)底爐可用于生產(chǎn)金屬化球團礦，為鋼鐵公司處理粉塵。Fastmet流程主體設(shè)備是轉(zhuǎn)底爐。轉(zhuǎn)底爐呈密封的圓盤狀，爐底在運行中以垂線為軸作旋轉(zhuǎn)運動。兩側(cè)爐壁上設(shè)有燃燒器為爐內(nèi)提供所需熱量。利用粉狀還原劑和粘結(jié)劑與鐵精礦混合均勻制成球團，經(jīng)干燥后送入轉(zhuǎn)底爐，均勻地鋪放于旋轉(zhuǎn)的爐底上。隨著爐底的旋轉(zhuǎn)，含碳球團被加熱到12501350C,經(jīng)過1020min的還原得到海綿鐵。海綿鐵通過出料螺旋連續(xù)排出爐外，溫度約為1000C。根據(jù)需要，可將出爐后的海綿鐵熱壓成塊或使用圓筒冷卻機冷卻，也可熱裝入熔煉爐處理成鐵水（Fastmet和熔煉聯(lián)合被稱為

11、Fastmelt工藝）。燃料（天然氣、油、煤）和預(yù)熱空氣通過燒嘴進入爐內(nèi)燃燒（包括還原氣相產(chǎn)物CO的燃燒），產(chǎn)生還原所需的足夠溫度和熱量。燃燒廢氣逆向流動，最后從加料口的排氣口排出，經(jīng)二次燃燒、熱交換和洗滌除塵后從煙囪排出。Fastmet的基本還原原理是將燃燒著的火焰的高溫經(jīng)爐壁通過輻射傳給料層，使含碳球團中的鐵礦粉在高溫下被其中的碳/揮發(fā)分還原。含碳球團的還原過程比較復(fù)雜，因為煤不僅作為固體還原劑，而且其揮發(fā)分具有氣體還原劑的特點。揮發(fā)分中含有的少量H2和CO可以直接作為還原劑，大部分的碳氫化合物裂解后生成的H2和C也可作為還原劑。在研究含碳球團的還原時，重點都集中在碳的還原作用上，往往忽略

12、了揮發(fā)分的還原作用。試驗結(jié)果證明，隨溫度的升高，含碳球團的還原過程應(yīng)該包括三部分：揮發(fā)分的熱解；鐵氧化物被揮發(fā)分中CO和H2以及其裂解產(chǎn)物H2和C還原；鐵氧化物被碳還原。此方法可應(yīng)用于以下幾個方面。（1）用鐵精粉生產(chǎn)DRI或HBI將鐵精粉與煤粉混合壓球后加入轉(zhuǎn)底爐，球團在爐內(nèi)受控的還原氣氛中被加熱。當(dāng)達到反應(yīng)溫度時，鐵氧化物被還原為金屬鐵。反應(yīng)所需的熱能全部由煤提供。從轉(zhuǎn)底爐出來的海綿鐵帶有較多顯熱，可采用熱壓塊工藝加工為熱壓塊鐵，以便運輸與存儲。該法生產(chǎn)的熱壓塊鐵TFe含量達92%,金屬化率高達95%,C含量約4%,脈石含量約2.4%,S含量僅為0.04%,可見其品質(zhì)純凈，脈石與硫等雜質(zhì)含量

13、很低，可作為優(yōu)質(zhì)廢鋼的理想替代品。而且與廢鋼相比，其質(zhì)量均勻穩(wěn)定，波動小，對于煉鋼生產(chǎn)極為有利。（2）回收電爐除塵灰與軋鋼鐵鱗電爐除塵灰與軋鋼鐵鱗的特點是含有較多非鐵金屬的氧化物，如鋅、鉛、鎘等，被美國環(huán)保部門定為有害物質(zhì)，稱作KO61。在干鐵法工藝處理過程中，這些非鐵氧化物將以氣態(tài)逸出，并在后續(xù)的煙氣處理裝置中予以收集，此時KO61已轉(zhuǎn)化為提煉有價值非鐵金屬的原料。轉(zhuǎn)底爐中ZnO的脫除率高于95%,生成的海綿鐵金屬化率高達91%。轉(zhuǎn)底爐焙燒含鋅粉塵時以氣態(tài)逸出的非鐵金屬氧化物在尾氣處理過程中，由布袋除塵器收集，其成分以ZnO為主，可作為提煉鋅的原料使用。（3）回收傳統(tǒng)鋼鐵廠廢棄物傳統(tǒng)鋼鐵廠廢

14、棄物包括轉(zhuǎn)爐除塵灰，軋鋼鐵鱗，熱軋污泥，連鑄氧化鐵皮及高爐粉塵與污泥。這些物質(zhì)總體來說碳的含量很高，與電爐除塵灰相比，鋅含量較低，而鉛、鎘等含量極少。由于原料中的鐵與碳含量較高，在經(jīng)過轉(zhuǎn)底爐焙燒后，生成的海綿鐵金屬化率高于90%,其尾氣收塵富含ZnO,可予以回收提煉，增加收入來源。1.3.2ITmk3法ITmk3法這是Midrex及其母公司神戶制鋼1996年9月提出的一種第三代煉鐵技術(shù)。該技術(shù)基于Fastmet工藝，利用粉礦與煤粉制成含碳球團，然后把球團裝入轉(zhuǎn)底加熱爐內(nèi)，加熱到13001500C；球團被還原和熔融，使珠鐵與渣分開，珠鐵中不含雜質(zhì)。冶煉過程僅用10min,即可生產(chǎn)出高純珠鐵供電爐

15、使用。ITmk3技術(shù)適用于多種類型的鐵礦和煤種，可利用鐵粉礦和低品位含鐵原料（磁鐵礦、赤鐵礦或含鐵粉塵）一步處理生產(chǎn)出直徑1020mm的優(yōu)質(zhì)珠鐵，取消焦?fàn)t和燒結(jié)裝置，使投資成本降低。ITmk3法在中試階段，曾用多種鐵氧化物生產(chǎn)出珠鐵；可用煤粉、石油焦、焦粉或其他固體的、液體的或氣體的還原劑。用ITmk3技術(shù)生產(chǎn)出的珠鐵產(chǎn)品不會再氧化或粉化，所以比DRI和HBI產(chǎn)品更便于管理、運輸；產(chǎn)品中碳的質(zhì)量分數(shù)為2.5%3.5%,硅、鎰和磷的含量取決于原材料，而硫的含量則取決于還原劑的硫含量。日本神戶制鋼所2002年宣布，該項目計劃在美國明尼蘇達州開工興建一所示范工廠進行ITmk3法實證實驗，但至今未報道

16、結(jié)果。ITmk3法也面臨解決工程問題。1.3.3Inmetco工藝德國曼內(nèi)斯曼德馬格公司獲得Inmetco技術(shù)推廣許可后，在基礎(chǔ)研究和工程化方面都在Fastmet工藝上做了大量工作和多方面改進。其工藝優(yōu)點如下：（1）球團裝料防止結(jié)塊和不均；（2）高溫段燃燒采用扁燒嘴，均勻溫度分布；（3）防止局部過熱和控制爐膛氣氛；（4）改摩擦傳動代替齒輪條傳動，提高運行可靠性；（5）卸料系統(tǒng)開發(fā)出新的金屬收集和運輸裝備；（6）高溫廢氣通過換熱生產(chǎn)高壓蒸汽，低溫廢氣預(yù)熱助燃空氣；廢氣和物料余熱被回收和利用，實現(xiàn)高能量利用率（>80%）；（7）實現(xiàn)污染排放量最小化（廢氣中SOx<50mg/m3,NOx

17、<200mg/m3）,無液態(tài)廢物。公司并將該工藝和埋弧式電弧爐結(jié)合，延伸發(fā)展為一種生產(chǎn)鐵水的新工藝，即Redsmelt。在美國印第安納州IronDynamics公司（SteelDynamics公司的子公司）建成年產(chǎn)60萬t還原鐵的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)底爐直徑50m，環(huán)寬7m。轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的熱還原鐵直接進入埋弧電爐，生產(chǎn)鐵水供SteelDynamics公司的電爐使用。1999年4月投入試運行，1999年12月恢復(fù)生產(chǎn)。2000年，君津廠用Immetco法建成年處理能力18萬t的直接還原生產(chǎn)線。德國的曼內(nèi)斯曼鋼鐵公司已獲得Inmetco工藝的使用權(quán)，擬用此工藝在德國建造一座直徑28m的環(huán)形轉(zhuǎn)底

18、爐，處理從歐洲各鋼鐵公司回收的含金屬粉塵和廢料。1.3.4 DRyIron工藝MaumeeR&B公司的專利技術(shù)已命名為DRyIron法，它克服了通常煤基還原帶來的粉化、脈石含量高、硫高、金屬化率低等缺點。MR&E公司在美國俄亥俄州匹茲堡的試驗廠進行的大量工業(yè)試驗表明，該工藝不僅可用鐵精礦粉為原料生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的海綿鐵或熱壓塊鐵，而且同樣適用于鋼鐵廠各類含鐵廢棄物的回收利用。DRylron法簡化了原料準(zhǔn)備，用壓塊代替造球，不需要將原料磨得很細和加入較多水分，含碳鐵氧化物壓塊后不經(jīng)干燥直接入爐焙燒。其工藝優(yōu)點如下：（1）用鐵精礦粉生產(chǎn)海綿鐵（DRI）或熱壓塊鐵（HBD）作原料。其產(chǎn)品

19、質(zhì)純凈，脈石與硫等雜質(zhì)含量很低。而且與廢鋼相比，其質(zhì)量均勻穩(wěn)定，波動小，對于煉鋼生產(chǎn)極為有利。（2）回收電爐除塵灰與軋鋼鐵鱗，雜質(zhì)金屬去除率高。雜質(zhì)中的金屬元素：鉛、鋅、鎘等被有效去除。（3）回收傳統(tǒng)鋼鐵廠廢棄物。傳統(tǒng)鋼鐵廠廢棄物包括轉(zhuǎn)爐除塵灰、軋鋼鐵鱗、熱軋污泥、連鑄氧化鐵皮及高爐粉塵與污泥。這些物質(zhì)總體來說碳含量很高，與電爐除塵灰相比，鋅含量較低，而鉛、鎘等含量極少。處理后，其產(chǎn)品金屬化率高，Zn、Pb含量大幅度降低。（4）MR&E公司的低NOx控制專利技術(shù)處理尾氣，從而使其對環(huán)境的污染降至最低限度。1.3.5 Comet工藝1997年4月，比利時冶金研究中心（CRM）提出的Com

20、et（coal-basedmetallization）工藝。與其它轉(zhuǎn)底爐直接還原工藝如Inmetco和Fastmet的區(qū)別在于完全取消了造球工藝，直接將烘干后的粉狀氧化鐵料和還原劑多層相間地布在轉(zhuǎn)底爐床上，即一層還原劑、一層礦石的方式布料。通過安裝在爐子出口處的篩分機，很容易將直接還原鐵與富余的煤粉、石灰、煤的灰分和硫化鈣分離。生產(chǎn)的海綿鐵硫含量低于0.05%，脈石含量約為5%。該種海綿鐵特別適合于用作電弧爐原料。Comet工藝的爐溫高，生產(chǎn)出直接還原鐵易于運輸和儲存。試驗室研究表明，Comet工藝生產(chǎn)的海綿鐵金屬化率可達90%，生產(chǎn)率低的損失可由不安裝造塊設(shè)備來補償。而硫含量僅為0.04%0

21、.05%,解決了產(chǎn)品硫含量過高的問題。由于傳熱條件不如Inmetco和Fastmet工藝，物料將在爐內(nèi)停留更長時間，影響產(chǎn)量。Comet法至今難于實現(xiàn)工業(yè)化。盧森堡PaulWurth公司已獲得將此工藝用于商業(yè)性開發(fā)的許可證，后續(xù)的工業(yè)化研究正在進行。2煤基直接還原煉鐵現(xiàn)狀及問題2.1 煤基直接還原鐵生產(chǎn)現(xiàn)狀2.1.1 世界煤基直接還原鐵生產(chǎn)概況據(jù)統(tǒng)計，1980年全球直接還原鐵（海綿鐵）的產(chǎn)量僅為728萬t,2006年約為5980萬t。平均年增長率在8%以上。印度連續(xù)四年為最大的直接還原鐵生產(chǎn)國，2006年產(chǎn)量接近1500萬t，同比增長35%,占世界總產(chǎn)量的25%,委內(nèi)瑞拉以產(chǎn)量860萬t位居第

22、二，伊朗以產(chǎn)量690萬t位居第三，墨西哥以產(chǎn)量620萬t位居第四，沙特阿拉伯以產(chǎn)量360萬t位居第五。2006年上述5國直接還原鐵產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的2/3。到2008年底還有一些新增產(chǎn)能將投放市場。同時還醞釀再建幾個大型直接還原鐵廠，全球直接還原鐵廠家數(shù)量不斷壯大。6500S55045U）3534）25年份圖1國際鋼協(xié)統(tǒng)計的19942006年世界直接還原鐵產(chǎn)量2.1.2 我國煤基直接還原鐵生產(chǎn)概況我國直接還原鐵需求量如果按電爐鋼產(chǎn)量占鋼總產(chǎn)量的20%十，則我國電爐鋼產(chǎn)量應(yīng)達到8000萬t以上，電爐鋼原料中按使用20%t接還原鐵計算，則年需直接還原鐵1600萬t以上，約為目前世界直接還原鐵總產(chǎn)量

23、的1/31/4。我國DRI產(chǎn)量從2002年開始以每年約10萬t的速度增長，大于2001年以前的增長速度，但總產(chǎn)量仍較低，2005年DRI產(chǎn)量僅為50萬t,與印度2006年的1492.0萬tDRI產(chǎn)量相比，仍有很大差距。2002年，我國從國外進口直接還原鐵（海綿鐵）130萬t,2003年進口量達250萬t。但目前國外普遍控制海綿鐵出口，進口量逐漸減少。2006年，我國進口直接還原鐵及其他海綿鐵塊團31.37萬t，比去年同期下降了58.08%。而我國的直接還原鐵的需求量巨大，國內(nèi)直接還原廠不能滿足國內(nèi)巨大的需求量。2.2煤基直接還原煉鐵的綜合分析主要煤基直接還原煉鐵工藝的特點和技術(shù)參數(shù)見表1。用長

24、期穩(wěn)定工業(yè)生產(chǎn)珠鐵的實踐證明其技術(shù)經(jīng)濟可行性。表1各種煤基直接還原煉鐵工藝指標(biāo)項目回轉(zhuǎn)窯隧道窯Fastmet處理原料球團、冷固結(jié)球團粉礦含碳球團粉料處理設(shè)備氧化球團或冷固結(jié)球團工序無制備含碳球團工序主體還原設(shè)備回轉(zhuǎn)窯隧道窯轉(zhuǎn)底爐氣體溫度/c1000118014001600礦的溫度/C1000100012501350尾氣熱能利用換熱器無換熱器金屬化率/%>90>9380全鐵/%約86約886070金屬鐵/%>80>825060噸鐵煤耗/kg100015001100產(chǎn)品用處電爐、轉(zhuǎn)爐煉鋼電爐、轉(zhuǎn)爐煉鋼專門電爐、或少量加入轉(zhuǎn)爐、電爐產(chǎn)能(海綿鐵)最大達15萬t目前最大2萬t目

25、前最大20萬t作業(yè)率中高低投資大小大由表1可見，目前的各種煤基直接還原煉鐵的能耗都是相當(dāng)高的，因此，目前只作為氣基海綿鐵的補充，全球產(chǎn)量不足600萬to其根本原因是目前的各種工藝并不是完善的，存在不少問題?；剞D(zhuǎn)窯反應(yīng)溫度低(由于結(jié)圈等原因不能高)，導(dǎo)致動力學(xué)條件變差，停留時間長，散熱大，噸鐵煤耗達到1000kg左右。從能量利用角度，過多的煤氣還需換熱加以利用。隧道窯通過罐裝礦粉，可省去造球工藝，但是罐子傳熱只能通過對流與傳導(dǎo)換熱方式，因此，停留時間長，熱損失大，同時罐子、海綿鐵的余熱、廢氣熱量尚未得到利用，導(dǎo)致煤耗高達1500kg/t海綿鐵。轉(zhuǎn)底爐由于溫度高，反應(yīng)速度快，但熱能利用率差，噸鐵實

26、際煤耗居高不下。諸多原因?qū)е旅夯苯舆€原煉鐵的發(fā)展受到挫折，發(fā)展煤基直接還原煉鐵工藝任重而道遠。2.3煤基直接還原煉鐵工藝的現(xiàn)狀主要結(jié)果如下：(1)現(xiàn)有各種煤基直接還原煉鐵工藝都存在反應(yīng)速度慢、能耗高的問題，目前只作為氣基海綿鐵生產(chǎn)的補充。(2)目前煤基直接還原煉鐵最大的問題是固態(tài)條件下的還原反應(yīng)效率過低，提高鐵礦低溫反應(yīng)性能是煤基直接還原煉鐵走向成功、高效、環(huán)保的關(guān)鍵所在。(3)現(xiàn)有的煤基直接還原煉鐵工藝，距低能耗、低污染的煉鐵目標(biāo)相差甚遠，發(fā)展節(jié)能減排型煤基直接還原煉鐵任重而道遠。3非高爐煉鐵與高爐煉鐵能耗對比3.1 高爐能耗分析（1）高爐是個高效化的豎爐。高爐生產(chǎn)是個煤氣和爐料逆向運動的

27、反應(yīng)器。高熱值的煤氣從爐缸均勻地上升，而爐料從爐頂按一定規(guī)律布料后連續(xù)下降。由于高爐是具有一定高度的豎爐，爐料在這個豎爐中可以得到充分地預(yù)熱、還原、熔融、滴落、生鐵在爐缸內(nèi)滲碳以及爐渣和生鐵的改性等物理化學(xué)過程。在高爐內(nèi)能源得到合理充分利用。所以，目前我國高爐煉鐵的能耗可以在410kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t左右。在轉(zhuǎn)底爐中被還原的球團，大多數(shù)是中上層受到煤氣加熱和還原，而在底部接觸煤氣就較弱。所以，在轉(zhuǎn)底爐中，只能布一層球團。如果有球團布二層以上的現(xiàn)象，在底部的球團就幾乎接觸不到還原氣和熱量，也就不能被充分還原。因此，轉(zhuǎn)底爐的能耗要比高爐高，且球團的質(zhì)量是不均勻，生產(chǎn)規(guī)模也有限制。但是，作為處理含有害物質(zhì)

28、的塵泥是有利的。（2）爐料在高爐內(nèi)有一半左右是進行間接還原，有利于節(jié)能。煉鐵學(xué)理論說明，鐵礦石進行直接還原是吸熱反應(yīng)，間接還原是放熱反應(yīng)。爐料在高爐內(nèi)約有50%的爐料是進行間接還原反應(yīng)。所以，高爐煉鐵要比直接還原鐵工藝要少用能源。（3）高爐是個高效能源轉(zhuǎn)化器。在高爐內(nèi)焦炭是起5個作用：一是與氧氣反應(yīng)生成CO,CO2,同時放熱，是煉鐵的主要熱量來源；二是也為鐵礦石還原提供充足的碳和CO,是還原劑的來源；三是焦炭在高爐內(nèi)是起骨架作用，支撐著爐料，同時起著透氣窗的作用，使煤氣在高爐內(nèi)可以均勻、阻力較小地運動；四是焦炭還對生鐵起到滲碳作用，可以使生鐵質(zhì)量合格，實現(xiàn)生鐵中的鐵、碳平衡；五是焦炭在爐缸中有

29、填充作用。高爐休風(fēng)時，爐缸是被焦炭填滿，使?fàn)t缸內(nèi)有較大的空間，有利于快速恢復(fù)生產(chǎn)。焦炭在高爐內(nèi)少部分轉(zhuǎn)換為煤氣，熱風(fēng)爐的熱風(fēng)熱量是依靠燃燒45%左右高爐煤氣而獲得的。熱風(fēng)熱量占高爐煉鐵所需熱量的19%左右。所以說高爐是個高效能源轉(zhuǎn)化器，有能源轉(zhuǎn)換功能。高爐煤氣得到充分回收利用（去燒熱風(fēng)爐）是高爐能源利用效率高的表現(xiàn)。3.2 非高爐煉鐵工藝能耗分析非高爐煉鐵工藝的能耗高主要問題是大量高熱值煤氣如合科學(xué)合理充分利用。煤氣去發(fā)電的能源利用率只有32%42%,在能源利用率和成本核算上是不合適的，且增加較大投資和運行費。我國一些企業(yè)擬采用煤造氣，建設(shè)直接還原生產(chǎn)線。煤造氣在技術(shù)上是過關(guān)了，但是在能源利用率和成本核算上是不合適的。富余煤氣去發(fā)電的能源利用率只有32%-42%,在總能耗上降不下來，成本上升，經(jīng)濟上要虧本。目前，我國大多數(shù)直接還原生產(chǎn)線的能耗和成本較高，經(jīng)營困難，說明尚有較多要改進的地方。非高爐煉鐵所用的氣源需另外供應(yīng)。煤基直接還原工藝是要建設(shè)專門的造氣裝置，