多國(guó)煉鐵技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)

1、多國(guó)煉鐵技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)歐洲德國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)的Lungen博士對(duì)高爐煉鐵原料和高爐煉鐵過程進(jìn)行了綜述。他指出，安賽 樂米塔爾鋼鐵集團(tuán)的燒結(jié)機(jī)在2010年生產(chǎn)率達(dá)到了 53.8t/m2d。提高燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)率的措 施一方面在混合物（混合燒結(jié)礦）的造球、使用新的點(diǎn)火爐、減少使用熱篩和低溫優(yōu)化;另一方 面在于使用合適的隔離板，隔離板的設(shè)計(jì)要有利于將混合物放在燒結(jié)機(jī)上，包括放在橫耙和所 謂的強(qiáng)化篩選式給料機(jī)上。關(guān)于鋼鐵廠氣體排放問題，由于目前歐盟國(guó)家高爐煉鐵工藝已代表世界頂級(jí)水平,Lungen 博士認(rèn)為，其設(shè)置的煉鐵工藝CO2目標(biāo)排放值是不合理的。歐盟鋼鐵廠CO2目標(biāo)排放值與操 作水平對(duì)比如表1所示。中國(guó)在中國(guó)，

2、大型高爐的建造普遍加快，同時(shí)高爐噴煤技術(shù)、高風(fēng)溫技術(shù)、高爐煤氣干洗技術(shù) 等得到普遍應(yīng)用。2012年沖國(guó)焦炭產(chǎn)量達(dá)到4.43億噸，搗碎裝料能力和干法熄焦技術(shù)提高了焦炭的質(zhì)量 燒結(jié)能力也得到增強(qiáng)。同時(shí)，厚料層燒結(jié)技術(shù)、強(qiáng)化制粒技術(shù)、復(fù)合燒結(jié)技術(shù)（即綠球和高堿 度顆粒形成技術(shù),CAP）和低溫余熱回收技術(shù)得到了發(fā)展。在球團(tuán)礦產(chǎn)能方面，鏈算機(jī)-回轉(zhuǎn)窯技 術(shù)生產(chǎn)球團(tuán)最多,其次是高爐燒結(jié)生產(chǎn)，最少的是帶式焙燒生產(chǎn)。2013年中國(guó)國(guó)內(nèi)的鐵礦石產(chǎn) 量為14.51億噸,但是鐵礦石品位只有30%32%。中國(guó)高爐煉鐵面臨的挑戰(zhàn)包括資源有效利用、環(huán)境保護(hù)和持續(xù)淘汰落后低效的生產(chǎn)技術(shù) 等。同時(shí)，中國(guó)面臨著鋼產(chǎn)量過剩的情況

3、。日本日本高爐爐容不斷增大,而生產(chǎn)高爐的數(shù)量不斷減少。增加非焦煤和低質(zhì)量鐵礦石的使 用使得煉鐵原料成本下降。日本煉鐵技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)備的老化（正在努力延長(zhǎng)高爐爐缸 壽命和焦?fàn)t壽命）和原料價(jià)格的上升（尤其是鐵礦石和煉焦煤價(jià)格）。同時(shí)，日本也在極力提高高爐生產(chǎn)率，使其大于2.25t/m3d,并使燃料消耗降低至 500kg/t（鐵焦比小于300kg/t,煤比在200kg/t左右）。新日鐵公司2009年2012年的生產(chǎn)率和 焦比變化如圖1所示。日本煉鐵領(lǐng)域的另一個(gè)研究方向是致力于減少CO2的排放。為此，日本基于煉焦技術(shù) “SCOPE21 ”新建造了一座煉焦廠。另外，日本鋼鐵生產(chǎn)商組成的聯(lián)盟利用“CO

4、URSE50”技 術(shù)研究通過其他操作方式來減少CO2的排放。韓國(guó)韓國(guó)高爐煉鐵面臨著高原料價(jià)格的挑戰(zhàn),浦項(xiàng)公司通過進(jìn)口低成本原料來發(fā)展鋼鐵工業(yè)。 韓國(guó)的鐵水產(chǎn)量急劇增長(zhǎng)，從1970年的0噸增長(zhǎng)到目前的大于60Mt/y（兆噸/年）。表2列出 了韓國(guó)浦項(xiàng)公司（包括Finex生產(chǎn)）和現(xiàn)代鋼鐵公司目前的部分指標(biāo)。印度印度鋼鐵產(chǎn)量和煉鐵工藝多樣性在1991年經(jīng)濟(jì)自由化后急劇增加（其中包括大量使用 感應(yīng)電爐），印度鋼鐵工業(yè)概述如表3所示。印度高爐的生產(chǎn)率為1.52.5t/m3 d，全球基準(zhǔn)值為2.53.5t/m3 d;印度高爐焦比為 400kg/t520kg/t,全球平均水平為350kg/t400kg/t,

5、印度高爐噴吹的煤比大于150kg/t。印度高 爐生產(chǎn)率低的主要原因在于高爐使用本土豐富的高鋁礦（塊礦平均含鋁2%4%，粉礦平均含 鋁4%6%）和高硅礦爐料使?fàn)t料中鋁和硅的含量很高。另外，高爐還使用高灰分的焦炭，導(dǎo)致 煉焦?fàn)t和高爐的燃料比高，鐵礦石里高的鋁和硅含量導(dǎo)致高爐渣黏性增大，嚴(yán)重惡化高爐操作。 因此,選礦對(duì)于印度的高爐操作極為重要，如使用合適的粉礦來擴(kuò)大生產(chǎn)球團(tuán)礦，達(dá)到塊礦的 使用標(biāo)準(zhǔn),塊礦是印度高爐的首選爐料。一些綜合的鋼鐵廠裝備了焦?fàn)t爐料搗碎機(jī)組以增加 中等粒度的焦煤和半軟煤的使用。俄羅斯來自俄羅斯的Kurunov教授全面地介紹了俄羅斯各鋼鐵公司高爐的生產(chǎn)率、燃料比、鼓 風(fēng)溫度、富氧

6、量等冶煉指標(biāo),其生產(chǎn)率和燃料比變化如圖2所示。俄羅斯鋼鐵廠2011年鐵水 產(chǎn)量水平（Mt/y）為:新利佩茨克鋼鐵公司為9.8，馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司為9.5，謝韋爾鋼鐵 公司為8.8，西西伯利亞鋼鐵廠為5.6,下塔吉爾鋼鐵公司為4.7，車鋼為3.7，烏拉爾鋼鐵為2.4, 圖拉鋼鐵為1.9，其他鋼鐵廠為0.8。北美自由貿(mào)易協(xié)定組織來自北美的Poveromo博士對(duì)美國(guó)煉鐵原料和煉鐵技術(shù)進(jìn)行了綜述，指出高爐可以使用 從頁(yè)巖礦床中獲取的廉價(jià)天然氣，并基于海綿鐵的產(chǎn)量，增加通入高爐和從中返回的煤氣量 （目前紐柯鋼鐵公司正在籌建此項(xiàng)目）。目前NAFTA天然氣價(jià)格低廉，煤的使用在高爐生產(chǎn)中近 期內(nèi)不會(huì)有大

7、的發(fā)展。關(guān)于鐵礦石方面,2011年NAFTA球團(tuán)礦的供求關(guān)系如表4所示,球團(tuán)礦 的需求量為68.9Mt，剩余16.33Mt供出口貿(mào)易。圖1三年中新日鐵高爐生產(chǎn)率提高和焦比降低變化圖平均焦比(kgm310JOOn/jr 08 W 12|02 CM 06 OB 1 平均生產(chǎn)率0/3A圖2 2011年俄羅斯各鋼鐵廠高爐的生產(chǎn)率和燃料比4&Q46D襯FJ原&與將定ft半部 商兩的初圖垃用諛瓦垃如:引續(xù)飄快 淼 討柄姑寄孕埒廠7009?D10 熟機(jī)比，kgt 主產(chǎn)率.百表1歐盟鋼鐵廠CO2目標(biāo)排放值與操作水平產(chǎn)品基準(zhǔn)值 （曜產(chǎn)品）歐盟平構(gòu)值（螟COj/t產(chǎn)品）差值蹺結(jié)礦17 1251-3228644L-

8、3513201630-19電那爐硫鋼61 C2S5 + )-39電弧爐高合簽鋼93 C 36* )115-1 5注=本表示直接*間接排放表3印度煉鐵設(shè)備和產(chǎn)能（Mt/y）類型單位產(chǎn)能高爐工轉(zhuǎn)爐流程83 0.0龜巡爐流程（DR I ）310,6感應(yīng)電爐（任I F 廠117 02 9.8電弧/EOF 小廠5 7+29 . 5氣基 D R I生產(chǎn)尊38.0煤基 DRI生產(chǎn)心4 1 82 6,6小型高爐生鐵生產(chǎn)米4 2銖合金工廠1 7 34 一 0總計(jì)（院鐵合金）113.5注韋主要為電孤爐生產(chǎn)，r主要為E I F生產(chǎn)表4 2011年NAFTA球團(tuán)礦供需關(guān)系（Mt/y）鍋鐵廠Demand.Equit 7

9、CliffsIOCABICSin terAHMSA6.75. 1。,50O1, 0AK SteelS.201. 42. 41.40EssarAlgonta4. 104. 10022. 811. 38, 70(3.齡2. 8S-evers talNAm2. 802. 8000RG Steel4. QDL 6k 4L 0US Stgl23. 320. 8Q 600L 8ExportL 131. 4& 75. 1注；包含安賽樂米塔爾的股權(quán)份額剖析新的煉鐵技術(shù)Lungen博士歸納了高爐煉鐵工藝替代技術(shù)在最近幾十年的快速發(fā)展情況72個(gè)直接還原 煉鐵系統(tǒng)和59個(gè)熔融還原煉鐵系統(tǒng)，其中每一種工藝都以某種形式

10、實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。 Lungen博士強(qiáng)調(diào)，建立這些系統(tǒng)冶煉過程的全面的物料平衡和熱平衡至關(guān)重要。雖然Corex 和Finex熔融還原工藝的產(chǎn)能在不斷增長(zhǎng)海綿鐵（DRI）的生產(chǎn)也非常完善（2011年為75.1Mt）, 但高爐煉鐵工藝仍然是煉鐵的主體,2011年高爐煉鐵的產(chǎn)能為1099.9Mt。和其他煉鐵工藝相比，高爐煉鐵在產(chǎn)能上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前高爐最大產(chǎn)能為5.3Mt/y, 而豎爐中DRI的最大產(chǎn)能為2.0Mt/y,如Midrex工藝、HyL工藝和Energiron工藝,Corex和Finex 工藝產(chǎn)能為1.5Mt/y,轉(zhuǎn)底爐產(chǎn)能為0.5Mt/y，回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)能為0.3Mt/y。一個(gè)地區(qū)或一個(gè)公

11、司如何正確地選擇冶煉工藝取決于很多因素，如鐵礦石的價(jià)格和可用 性，礦石的質(zhì)量，煉焦煤的可用性和成本,進(jìn)出口天然氣、焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和電能的價(jià)格, 以及CO2的排放成本等。經(jīng)驗(yàn)和風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)專家指出，從概念的提出,到實(shí)驗(yàn)室研究，到小規(guī)模試驗(yàn)，到工廠試驗(yàn)，再到商業(yè)應(yīng)用，高 爐煉鐵技術(shù)的每一個(gè)過程都非常重要。在進(jìn)入下一個(gè)階段之前,每一個(gè)過程都需要進(jìn)行嚴(yán)格 的評(píng)估。為了緩解科研項(xiàng)目進(jìn)展過程中出現(xiàn)的危機(jī)以下問題值得關(guān)注:這項(xiàng)技術(shù)是否有必要 （市場(chǎng)信息）?技術(shù)是否可以實(shí)現(xiàn)（科學(xué)信息）?技術(shù)是否可以大規(guī)?；üこ绦畔ⅲ?是否有足夠的 設(shè)備、材料和控制手段（工程信息）?是否可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)（商業(yè)信息）。因此，

12、有關(guān)專家對(duì) Midrex、HyL、Corex、Fastmet、Inmetco、IronDynamics 和 ITmk2 等冶煉工藝的發(fā)展歷史進(jìn)行 了詳述。這些工藝的主要信息如表5所示。 HIsarna 工藝印度塔塔研究所和澳大利亞力拓公司共同研究的HIsarna工藝可直接使用煤和粉礦，因 此不需要進(jìn)行煉焦和鐵礦石造塊。HIsarna工藝是結(jié)合印度塔塔鋼鐵公司的冶煉旋風(fēng)轉(zhuǎn)化爐（CCF預(yù)還原）技術(shù)和力拓公司的HIsmelt熔池熔煉技術(shù)產(chǎn)生的。CCF預(yù)還原技術(shù)是由艾默伊登塔塔鋼鐵公司（當(dāng)時(shí)為荷蘭霍高文公司）發(fā)展起來的,該技術(shù) 是在冶煉旋風(fēng)爐中發(fā)生粉礦的預(yù)還原和熔融還原，測(cè)試試驗(yàn)的粉礦注入速度達(dá)到20

13、t/h。 HIsmelt工藝最初是以KOBM底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)為基礎(chǔ)的一種煉鐵改進(jìn)工藝。澳大利亞力拓 公司最終在澳大利亞西部奎納納市建造了商業(yè)工廠其生產(chǎn)率超過了 80t/h。由于市場(chǎng)不景氣，該工廠最終關(guān)閉，但其關(guān)鍵技術(shù)和廣泛的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)使得該熔融還原流程 大規(guī)模發(fā)展。ULCOS（歐洲超低二氧化碳排放煉鋼法組織）于2006年2007年將該系列技術(shù)引 進(jìn)，與力拓公司合作在艾默伊登建立了一座小型試驗(yàn)工廠最后發(fā)展成為Hisarna煉鐵技術(shù)。 Corex工藝和直接還原工藝在奧地利,當(dāng)時(shí)的VAI公司（現(xiàn)在的西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)公司）發(fā)展了一項(xiàng)能同時(shí)生產(chǎn)鐵 水和海綿鐵的Corex煉鐵技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)源自德國(guó)。印度

14、埃薩鋼鐵公司于2011年底建造了兩 座C-2000（1.7Mt/y）X藝項(xiàng)目。部分Corex工廠最初于1995年1997年建立在阿森灣,它們?yōu)?韓國(guó)韓寶鋼鐵公司供應(yīng)產(chǎn)品，在韓寶鋼鐵公司破產(chǎn)后，埃薩鋼鐵公司于2005年買下這些工廠, 并設(shè)立在印度的哈吉拉。Corex工藝產(chǎn)生高熱值的輸出煤氣，這些煤氣供給哈吉拉的Midrex 工藝生產(chǎn)DRI和廠內(nèi)其他耗熱用途。第一座Corex-DRI工廠于2000年在南非的薩爾達(dá)尼亞鋼 鐵公司建立（即現(xiàn)在的南非安賽樂米塔爾公司），同樣,Corex產(chǎn)生的輸出煤氣供Midrex工藝的 DRI生產(chǎn)。印度金達(dá)爾鋼鐵公司的Corex工藝則進(jìn)行了改進(jìn),為現(xiàn)場(chǎng)DRI的生產(chǎn)提供原

15、料煤氣。 Corex輸出煤氣的可使用范圍如表6所示。高爐改制工藝國(guó)際煉鐵科技大會(huì)中有很多論文針對(duì)高爐工藝的改進(jìn)進(jìn)行了研究，既有從設(shè)備的角度，如 高爐頂煤氣循環(huán)利用、爐身煤氣噴吹、純氧噴吹等又有從原料的角度,如人造球團(tuán)礦、鐵礦 石和煤的混合使用。在更改原料方面，技術(shù)人員對(duì)新日鐵住金的高爐中使用一種叫做RCA（活 性煤團(tuán)）的粉礦和煤的混合物進(jìn)行了研究。在大分工廠的2號(hào)高爐上進(jìn)行的長(zhǎng)期試驗(yàn)表明:RCA的最大使用量達(dá)到54kg/t,RCA每帶 入高爐1kg/t,碳消耗量降低0.36kg/t。RCA的鐵含量為37%，碳含量為21%，熔劑含量為12%,熔劑成分主要為氧化鈣。相比于加 工過的塊狀燃料，如球團(tuán)

16、礦和燒結(jié)礦,RCA的冷熱強(qiáng)度有限。因此,在現(xiàn)代大型高生產(chǎn)率的高爐 中,它的使用量最多也只能達(dá)到10%。降低高爐塊狀帶高度也是高爐改制的一種方法。表5各煉鐵技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)工藝號(hào)廠姚1號(hào)廠產(chǎn)能當(dāng)前最大產(chǎn)能胤Fa年數(shù)，數(shù)目擴(kuò)大參皺產(chǎn)能設(shè) vHSffltPa可廷至）腹MB Pa.IW3rS520Q5Q4壯4210.06Q 060.0631DI0.480,250. 25519,5Q 19。190.19 45SL/RN250.2Q20. 203赫Corex1.6 250,30.31.5035Fi rmet0. S5Q5Q551Fiiiex1. 6-2110.60.61.50Q42Midrex81200.2

17、20 171.7620.65HYL I9ClC75Cl糜1.1214HYL in4.522Q50,251.60122EYimus3.85生70.060.06a 1252Hi城厘It2 490. 8Q 430. 06由 發(fā)展時(shí)間從2年到B年不等一般為3年表6 Corex工藝的可能配置高能量的輸出煤氣低能量的輸出煤氣供DRI生產(chǎn)的喝g氣體燃料（千）940 Ckg/tHM)7705S0 (kg/tm)265 (kg/tHM)185 Cks/tM*澈(kg/t)SL氣520 Mel/tHM)455 Wel/tW340 (kg/ti)副產(chǎn)晶+1,3& Cimel/tHM)+ 0.9 Wel/tHM1.

18、0 CtDEtl/tHM)最新技術(shù)多樣化在國(guó)際煉鐵科技大會(huì)上，關(guān)于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和小規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)研究的討論多種多樣,既有地 理層面的，又有技術(shù)層面的,主要包括以下技術(shù)。閃速煉鐵技術(shù)在美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)的資助下，猶他大學(xué)研發(fā)了一項(xiàng)新的技術(shù)，該技術(shù)是在閃速還原過程中將 鐵氧化物直接進(jìn)行氣體還原。相比于現(xiàn)在的高爐技術(shù)該項(xiàng)技術(shù)有望降低32%巧7%的燃料消 耗以及61%96%的CO2排放。該新工藝?yán)脷怏w如天然氣、氫氣、合成氣或者這些氣體的 混合氣體作為還原劑，生產(chǎn)的鐵作為煉鋼工藝的原料或者連續(xù)直接煉鋼工藝的一部分?；剞D(zhuǎn)爐生產(chǎn)Cr-Ni鐵塊在古巴，大規(guī)模的鎳生產(chǎn)帶來大量的金屬副產(chǎn)品。在古巴的尼卡羅曾進(jìn)行過一項(xiàng)研究

19、用 回轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)含鎳和鉻的金屬塊,從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和技術(shù)的角度上都說明這是一個(gè)非?？尚械墓?藝。鎳產(chǎn)品經(jīng)過磁選后，副產(chǎn)品和碳結(jié)合生成一種綠球，進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐（RHF）后生成一種金屬塊。 金屬塊含鉻1.88%,含鎳0.62%,含硅0.65%,含錳0.36%，含鉆0.15%,含釩0.04%。金屬塊可用來 生產(chǎn)富含鉻和鎳的鑄鐵合金。鋅鐵氧化物的還原在巴西里約熱內(nèi)盧的天主教大學(xué),Abreu教授和他的團(tuán)隊(duì)利用含鋅高的殘留物（如轉(zhuǎn)爐和 電爐粉塵）研究了利用CO-CO2混合氣體還原鋅鐵氧化物,在回轉(zhuǎn)爐缸內(nèi)還原類似這種殘留物 的復(fù)合材料中的鋅是一種有效的鋅回收方法，同時(shí)可供煉鐵工藝循環(huán)利用。使用木屑的生物質(zhì)還原巴西圣保

20、羅大學(xué)的研究者用生物質(zhì)（不同類型的木屑，在鋸木廠可獲得）來替代天然焦。將 低品位鐵礦石（43.5%）和木屑（56.5%）混合成一種具有自身還原性的混合物，通過電動(dòng)回轉(zhuǎn)窯生 產(chǎn)生鐵塊，其還原程度達(dá)到99.2%。該結(jié)果為直接運(yùn)用生物質(zhì)作為還原劑高效還原鐵礦石開辟 了新路徑。木炭煉鐵工藝巴西是唯一還利用木炭進(jìn)行煉鐵的國(guó)家。會(huì)議報(bào)告涉及了木炭煉鐵工藝的整個(gè)生產(chǎn)鏈, 從林木的碳化到木炭的生產(chǎn)，再到木炭煉鐵工藝小高爐的設(shè)計(jì)和操作。該項(xiàng)工藝在巴西4個(gè) 地方進(jìn)行，大約50%的產(chǎn)量在巴西東南部礦藏豐富的米納斯吉拉斯州生產(chǎn)。同時(shí)為了地區(qū)平 衡,其他的在北部（馬拉尼昂）、南部（圣埃斯皮里圖）和西部（馬塔格羅索）生產(chǎn)

21、。但是，使用焦炭 的高爐煉鐵工藝仍然是巴西煉鐵的主體（25.5Mt/y），對(duì)于釋放中等程度CO2的木炭煉鐵技術(shù) 是否是環(huán)境友好型的“綠色工藝”還存在爭(zhēng)議。在木炭煉鐵工藝中，一公頃桉樹人工林生產(chǎn)46噸木炭，進(jìn)而生產(chǎn)65噸生鐵。桉樹主要種 植在桉樹人工林中，每7年砍伐1次，在種植兩個(gè)周期后，土壤就會(huì)惡化。因此，堅(jiān)持木炭是可再 生能源的主張是沒有道理的。事實(shí)上,25%的木炭源于天然森林，而且，儲(chǔ)存在土壤里的樹根會(huì) 慢慢腐爛，釋放出甲烷，甲烷造成溫室效應(yīng)的能力比CO2超出20倍。巴西每年生產(chǎn)1000萬噸 的木炭，其中90%用于工業(yè)生產(chǎn)，而其中煉鐵工藝又是消耗大戶。木材的碳化是指木材在隔絕 空氣下，在2

22、80C350C溫度下熱分解為固體碳和揮發(fā)成分。炭化窯也從原始的由土磚堆成的 小堤發(fā)展到現(xiàn)在構(gòu)造精良的鋼制容器，容器大到足夠一輛卡車直接駛?cè)?。木炭煉鐵技術(shù)和焦炭煉鐵技術(shù)的主要不同點(diǎn)在于木炭煉鐵爐容積小，最大爐的有效容積 為568m3;附屬設(shè)備、冷卻系統(tǒng)、耐火材料更加簡(jiǎn)單;穩(wěn)定性高，對(duì)爐料和操作靈活性強(qiáng);額外 支出少，很像“家庭自制”的高爐。在操作上,木炭煉鐵技術(shù)和焦炭煉鐵技術(shù)的不同主要源于木炭需要大量還原劑消耗和少 量礦石消耗的特點(diǎn)。木炭反應(yīng)性高，從而導(dǎo)致更強(qiáng)的碳素溶損反應(yīng)和更高的煤氣熱值 （3800kJ/Nm34200kJ/Nm3）;顆粒的急劇減小導(dǎo)致透氣性變差;減少了礦石在爐中的停留時(shí)間, 即降低了礦石的還原程度;更低的理論燃燒溫度（火焰溫度），爐內(nèi)軟熔帶溫度為800C。巴西木 炭煉鐵技術(shù)和焦炭煉鐵技術(shù)煉鐵產(chǎn)量如表7所示。木炭作為燃料的鋼鐵生產(chǎn)