氣基豎爐直接還原煉鐵工藝關鍵技術研發(fā)申報

1、 由圖5-2可知，氣基豎爐直接還原煉鐵工藝主要由以下部件或子系統(tǒng)組成：豎爐、工藝氣增濕器、爐頂氣換熱器、爐頂氣激冷洗滌系統(tǒng)、h2o脫除器、CO2脫除器、工藝氣循環(huán)壓縮機、直接還原鐵冷卻子系統(tǒng)、輔助公用設施等。核心設備是豎爐。還原氣制備主要由以下部件或子系統(tǒng)組成：（1）煤氣柜、氧化鐵預脫硫、鐵鉬加氫轉化、鐵錳精脫硫、加熱爐、轉化爐（合成氣中含有甲烷時才需要）等。在豎爐的還原帶，鐵礦石首先通過熱的還原氣的熱量傳遞預熱到還原過程所需的溫度水平。預熱階段過后，還原氣h2和CO與氧化鐵還原反應，礦石中的氧被去除。還原反應的機理包括還原劑氣體在反應界面的吸附催化、固相層內離子和電子的擴散、新相核的形成及長

2、大等。還原過程的機理可描述為：FeOTFeOTFeOTFe334其中氫還原反應過程為：3FeO+HT2FeO+HO232342FeO+HT3FeO+HO422FeO+HTFe+HO22CO還原反應過程為：3FeO+COT2FeO+CO23342FeO+COT3FeO+CO342FeO+COTFe+CO2冷卻過程的滲碳反應為：3Fe+CHTFeC+2H323Fe+2COTFeC+CO323Fe+CO+HTFeC+HO232CHTC+2H4技術要點1氣基豎爐直接還原煉鐵工藝電爐煉鋼短流程取代傳統(tǒng)高爐轉爐煉鋼流程；2焦爐煤氣/轉爐煤氣取代天然氣用于制備還原氣，以適應中國資源特點；3還原氣脫硫方案比較

3、研究；4伴生礦綜合利用研究；5甲烷氣體蒸汽重整與部分氧化比較研究；6還原氣流過豎爐時的分布均勻性問題研究；7爐頂氣循環(huán)利用研究；8爐頂氣和加熱爐煙氣蓄熱式余熱利用研究；9不同滲碳方案滲碳效果的比較研究。技術研發(fā)目標1實現(xiàn)的功能將高溫節(jié)能燃燒技術融入還原氣轉化爐和加熱爐，通過工藝改進和系統(tǒng)設計，實現(xiàn)可將傳統(tǒng)鋼鐵冶金過程中所產氣體（如焦爐煤氣和轉爐煤氣等）凈化、轉換后制備還原氣，用于直接還原煉鐵，提高資源綜合利用率，降低能耗和污染物排放。完成“氣基豎爐直接還原煉鐵工藝關鍵技術”中試裝置的設計、安裝和調試，獲得還原氣制備和氣基豎爐直接還原煉鐵的關鍵工藝參數(shù)。2達到的性能（技術）指標還原氣：（CO+H

4、2）86%,（CO2+H2O）86%,（CO2+H2O）5%,N2v5%,0.8Mpa。直接還原鐵：金屬化率93%，含碳量2.5%。通過引進消化吸收再創(chuàng)新,申請24件發(fā)明專利,在關鍵技術、工藝和設備等方面形成具有自主知識產權的“know-how”，逐漸降低對外商的依存度。2形成行業(yè)和產品標準，提高市場準入門檻值，確保行業(yè)有序、良性競爭。3目前已進入編寫可行性報告和商務談判階段的氣基直接還原項目有以下三個：（1）遼寧省海城市東四型鋼有限公司50萬噸/年氣基（煤制氣）豎爐直接還原煉鐵項目；（2）山東日照鋼鐵有限公司100萬噸/年氣基（煤制氣）豎爐直接還原煉鐵及提釩（V2O5）項目；（3）唐鋼股份有

5、限公司50萬噸/年氣基（焦爐煤氣）豎爐直接還原煉鐵項目。爭取本項目完成之前，至少簽下上述三個項目之一，完成樣板工程施工，并形成項目施工詳細標準和規(guī)范。4在上述3步順利實施的前提下，大規(guī)模推廣應用，迅速占領市場六、投資預算與資金籌措6.1項目預計投資總規(guī)模、依據(jù)及資金用途項目前期投入情況（包括前期投入的資金來源及詳細的資金用途）資金籌措計劃（包括資金來源及目前已落實資金的情況）申請管委會資助資金的詳細使用計劃七、項目承擔單位基本情況7.1項目承擔單位簡介項目承擔單位的知識產權情況序號知識產權名稱知識產權類型目前知識產權狀態(tài)知識產權所有權人其他說明發(fā)明專利實用新型外觀設計著作權國際專利其他知識產權

6、已被受理實審階段已獲授權1大型四腔四通換向閥XX2小型四通旋塞閥XX3小型旋瓣式三通換向閥XX4耐熱耐臟煤氣快速切斷閥XX5單預熱空氣蓄熱式燃燒器XX6單預熱空氣扁平焰蓄熱式燃燒器XX7分隔式雙預熱蓄熱式燃燒器XX8組合式雙預熱蓄熱式燃燒器XX9蓄熱式燃氣輻射管燃燒器XX10髙效長壽蓄熱式燃燒器電子點火槍XX11低熱值燃料玻璃窯爐節(jié)能燃燒裝置和方法XX熱能技術有限公司12髙熱值燃料玻璃窯爐節(jié)能燃燒裝置和方法XX熱能技術有限公司13髙熱值燃料蓄熱式冷凝節(jié)能鍋爐XX熱能技術有限公司14髙熱值燃料蓄熱式節(jié)能鍋爐XX熱能技術有限公司15低熱值燃料單預熱蓄熱式冷凝節(jié)能鍋爐XX熱能技術有限公司16低熱值燃

7、料單預熱蓄熱式節(jié)能鍋爐XX熱能技術有限公司17低熱值燃料雙預熱蓄熱式冷凝節(jié)能鍋爐XX熱能技術有限公司18低熱值燃料雙預熱蓄熱式節(jié)能鍋爐XX熱能技術有限公司19煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)XX熱能技術有限公司20煤基直接還原蓄熱式轉底爐XX熱能技術有限公司21煤基直接還原資源綜合利用蓄熱式轉底爐XX熱能技術有限公司合計111029注：以上表格內涉及的知識產權均指項目承擔單位的知識產權，知識產權所有權人不是項目承擔單位的請說明情況，并在附件中出具相關證明材料。序號技術標準名稱技術標準類型項目承擔單位標準情況其他說明國際標準國家標準企業(yè)標準符合標準參與制定標準12合計注：上表內涉及的技術

8、標準均指項目承擔單位的技術標準。項目承擔單位核心管理團隊人員簡介項目承擔單位實施項目相關領域的成功案例摘要2005年XX公司與四川龍蟒集團合作，開始鐵礦石直接還原轉底爐的設計建造工作。2006年年底，采用XX公司最新蓄熱式燒嘴技術的年產20萬噸直接還原鐵的直接還原轉底爐已在四川省攀枝花市投產。2007年5月，XX公司又與天津榮程鋼鐵集團公司簽定了世界上最大的直接還原轉底爐項目，年產100噸直接還原鐵。在四川龍蟒轉底爐直接還原項目中，XX公司開創(chuàng)性地注入蓄熱式燃燒技術，使直接還原轉底爐能夠使用發(fā)生爐煤氣這種低熱值燃料，為我國推廣應用直接還原新工藝開辟了廣闊前景。蓄熱式燒嘴燃燒技術，利用從爐子排出

9、的廢氣預熱助燃空氣，在爐溫13501的條件下，空氣預熱溫度可髙達1100C，從蓄熱式燒嘴排出的廢氣溫度可降到200C以下，實現(xiàn)了廢氣余熱的極限回收，因此采用蓄熱式燒嘴燃燒技術是最有效的節(jié)能措施。蓄熱式燒嘴燃燒技術還解決了髙溫爐使用低熱值燃料的技術可行性問題。發(fā)生爐煤氣用冷空氣助燃，實際爐溫只能達到1190C,遠達不到直接還原工藝爐溫1350C的要求。即使采用金屬換熱器將空氣預熱到500C,實際爐溫也只有1295C,仍然達不到1350C的要求。而采用蓄熱式燃燒技術，可將助燃空氣預熱到1000C以上,實際爐溫可達1435C以上,完全滿足直接還原工藝的需要。在直接還原的轉底爐采用蓄熱式燒嘴燃燒技術，

10、既可以減少煤氣消耗，又能解決低熱值燃料的燃燒溫度問題，具有雙重意義。XX公司直接還原轉底爐生產工藝流程圖和燃燒系統(tǒng)工作原理圖分別如圖7-1和圖7-2所示。轉底爐分為預熱還原段、加熱還原段、髙溫還原段和控制還原段，此外還有布料區(qū)和出料區(qū)。圖7-1XX轉底爐直接還原鐵生產工藝流程圖排煙燃燒進風燃燒與進風煤氣燒嘴空氣噴嘴備用燒嘴燒嘴噴嘴排煙燃燒進風燃燒與進風煤氣燒嘴空氣噴嘴備用燒嘴燒嘴噴嘴橫截面圖7-2XX直接還原轉底爐燃燒系統(tǒng)工作原理示意圖八、項目經(jīng)濟效益及社會效益8.1經(jīng)濟效益分析對一個工藝的技術經(jīng)濟評價通常包括：工藝原料、能源消耗量、投資、生產成本、效益情況等內容。對于直接還原煉鐵，人們除關注

11、上述數(shù)據(jù)以外，更關心它與傳統(tǒng)的鋼鐵生產流程高爐-氧氣轉爐工藝的比較。8.1.1技術經(jīng)濟指標定義生產指標1利用系數(shù)與高爐有效利用系數(shù)定義相同，即每立方米有效反應器容積每天的產量，按下式計算：8-1)tFe式中，耳為有效容積利用系數(shù)，t/（m3d）；t為爐料在反應器內停V留的時間，h；屮為爐料填充反應器的體積比，%；Fe為單位爐料體積中b含鐵量t/m3；Fe為產品含鐵量，%。p2單位容積出鐵率每立方米反應器容積每天產出的產品中金屬鐵的量。因為不同直接還原煉鐵法的產品中含鐵量有很大差別，故使用該指標來補充利用系數(shù)，以彌補利用系數(shù)不能準確衡量生產效率的不足。q二耳m（8-2）VV式中，耳為單位容積出鐵

12、率，t/（m3d）；m為產品金屬化率，。V3作業(yè)強度每平方米反應器斷面面積上每天的產量。該指標衡量反應器強度。產品質量指標1產品還原度即還原過程中總的失氧率，與氧化度成互補數(shù)。按全部鐵結合成Fe2O3時為氧化度呈100%，則：=1-=1-氧化度=1-1.5Fe3+Fe2+1.5TFe8-3)式中，TFe為全鐵含量，%；Fe3+為三價鐵含量，%；Fe2+為二價鐵含量，%。2產品金屬化率產品中金屬鐵量與全鐵量之比，表示礦石中氧化鐵被還原到金屬鐵的程度。M=-FeX100%(8-4)TFe式中，F(xiàn)e為金屬鐵含量，%；TFe為全鐵含量，%；M為金屬化率，。能量利用指標1還原氣利用率即還原生產物氣體與參

13、與反應的氣體之比。X100%8-5)X100%8-5)22CO+H+CO+HO222該指標表示還原氣化學能利用的程度示為：該指標表示還原氣化學能利用的程度示為：其中H和CO的利用率分別表28-6)8-6)8-7)葉=2X100%H2H+HO22CO葉=2一X100%COCO+CO2式中，H、HO、CO、CO分別表示相應氣體的體積濃度。222還原氣利用率也表示反應前的還原氣質量，此時耳稱為還原氣氧化g度。氧化度越高則還原氣質量越差。2能耗直接還原煉鐵使用多種燃料，無法用統(tǒng)一的燃料比來表示能量的消耗水平，因此把工藝過程使用的一次能源的總熱值作為評價各種方法的能耗指標。這里所說的過程一次能源是指直接

14、還原煉鐵中輸入的用于反應過程的化學消耗、熱量消耗、流體載體需要的熱耗，但不包括動力消耗。表8-1主要直接還原煉鐵工藝的技術經(jīng)濟指標項目MidrexHYL-ZRSR-LDFASTMETHISMELTCOREX關鍵技術及特色豎爐，天然氣及尾氣催化轉化豎爐，天然氣及尾氣水蒸氣轉化，化學吸收法窯溫及氣氛控制技術含碳球團轉底爐底吹煤粉鐵浴熔融氣化爐，髙預還原度豎爐頂還原原料球團礦、塊礦球團礦、塊礦球團礦、塊礦、粉礦含碳球團粉礦、粉煤球團礦、塊礦產品HBIHBIDRIDRI鐵水鐵水單臺最大產量（104t/a）12010015（40）1080耗天然氣（GJ/t）1110.80.2耗非焦煤（kg/t）8003

15、00630900電耗（kWh/t）12013215060投資估算美元/（ta）260220400300150320操作成本美元/（ta）111102120136150130注：小括號內為理論產量。8.1.2鋼鐵生產工藝流程的基本參數(shù)及其比較長期以來，高爐-氧化轉爐流程在冶金生產中一直占有絕對優(yōu)勢，因為該流程的技術成熟性和巨大的生產能力是其它方法所無法比擬的。但是，從冶金原理來分析，高爐-氧化轉爐流程是不盡合理的，尤其是近年來直接還原法和熔融還原法的出現(xiàn)，使得一些新的工藝流程出現(xiàn)在鋼鐵冶金生產中。為便于分析比較，下面列出幾種鋼鐵生產工藝流程以便于比較。1髙爐-氧化轉爐（BF-BOF）流程該流程是

16、包括有焦爐、球團（燒結）設備的傳統(tǒng)鋼鐵生產工藝流程。從用煤煉焦和礦粉造球（或燒結）開始，考慮焦爐、髙爐煤氣的回收，并假定轉爐鋼鐵料由76鐵水和24廢鋼組成。圖8-1所示為這種流程的物料及能源流向。鋼水，1t:ft煤，0.589t鐵礦，0.7B8t焦炭,0.389t球團，0.411tI焦炭，0.0411輸出燃料焦爐煤汽，110m3）鋼水，1t:ft煤，0.589t鐵礦，0.7B8t焦炭,0.389t球團，0.411tI焦炭，0.0411輸出燃料焦爐煤汽，110m3）焦油，30kg輸出的燃料轉爐煤氣，80m3）燒結礦，0.9261球團，0.431tJg鋼，0.263t胡亦1氧氣2GkW-h電氧氣吹

17、頂轉爐球團，0.020t燒結機*高爐輸出的燃料（高爐煤氣，675m3）鐵水，0.823t焦爐圖8-1高爐-氧化轉爐的物料及能源流向示意圖該流程考慮回收和利用過剩能量時，噸生鐵能耗為14.63GJ。如考慮轉爐廢氣回收并向轉爐添加廢鋼時，噸鋼總能耗為19.80GJ。2廢鋼-電弧爐煉鋼流程這種流程采用廢鋼作為主要原料，當電極與廢鋼達到一定距離時產生電弧，利用電弧產生的熱量來熔化廢鋼并完成冶煉任務。當采用理論電熱能量換算值，即1kWh電換算為3.6MJ時，每噸鋼所需能量為1.8GJ；當考慮發(fā)電效率時（1kWh的電需要能量為10.24MJ，發(fā)電熱效率約35%），每噸鋼水所需能量為5.1GJ。物料及能源流

18、向如圖8-2所示。鋼水，1t別鋼水，1t別UkWh電25存氧氣25kW-h電助熔圖8-2廢鋼-電弧爐煉鋼流程物料及能源流向示意圖3豎爐氣基直接還原-電爐（DR-EAF）流程該流程中若采用焦爐煤氣制備氣體還原劑，每噸DRI需焦爐煤氣約675Nm3（熱值為4000kcal/Nm3）。整個過程中循環(huán)氣體增壓消耗電能約120kWh/tDRI。噸直接還原鐵能耗為11.3GJ。電爐煉鋼的爐料構成為DRI77%、廢鋼23%。由于DRI含有脈石，使煉鋼渣量增大，電耗增加。噸鋼總能耗13.83GJ。物料及能源流向如圖8-3所示。氧化球團，1,266t+675m3焦爐煤氣直接還原豎爐:100kW-h電直接還原鐵，

19、O.ezgt0.806tFe（917%）廢鋼、鐵合金，0.269t右k添加碳1kg電爐25m325m3氣電極4kg圖8-3豎爐（焦爐煤氣）直接還原-電爐流程物料及能源流向示意圖4煤基直接還原-電爐（DR-EAF）流程該流程采用回轉窯直接還原。由于回轉窯熱效率低，噸直接還原鐵能耗髙達17.54GJ。如果使用的礦石與氣體還原豎爐法一樣，電爐煉鋼能耗也幾乎相同，即噸鋼的能耗為17.54+(16.8312.10)=22.27GJ。物料及能源流向如圖8-4所示。氧化球團，1,266t”527kg煤直接還原回轉密:66kWh電直接還原鐵，0.879tO.BOBtFe(917%)廢爾，鐵合金，田I5別kWh

20、電添加碳1呦一:電爐25kW-h助設備用電電極4kg2肓rri，氧氣羯水，1t圖8-4煤基直接還原-電爐流程物料及能源流向示意圖從冶金原理來看DR-EAF流程沒有BF-BOF流程反復還原及氧化的缺陷，其工藝流程具有更大的合理性。但在實際生產中不能單看原理是否合理、技術是否先進，更重要的是看經(jīng)濟上是否合理。在上述幾種工藝流程中，使用的能源不同及其經(jīng)濟技術指標的差異，需要做進一步的分析。按噸鋼能耗比較，除廢鋼-電爐流程外，氣基直接還原-電爐流程能耗最低，其次為髙爐-氧化轉爐流程。煤基直接還原-電爐流程能耗最髙。同時應看到，本項目的氣基直接還原-電爐流程使用的是焦化爐副產的焦爐煤氣，可適應我國能源結

21、構多煤、少油、缺氣的特點，不受國際石油、天然氣價格上漲的影響，因而在能耗、物耗上優(yōu)勢更加明顯。表8-2和表8-3分別列出了不同鋼鐵生產流程的煉鐵和煉鋼成本。表8-2不同鋼鐵生產流程的煉鐵成本項目單位單價/BF-BOF流程氣基DR-EAF流程煤基DR-EAF流程美元用量成本/美元用量成本/美元用量成本/美元礦石t350.99134.69燒結礦/球團t48.90.49824.351.4470.421.4470.42焦煤t610.61237.33非焦煤t650.6039.00焦爐煤氣Nm30.05675.0033.75電kWh0.045411.85125.005.6375.003.38輔助材料6.3

22、03.005.00工資14.6010.0017.00折舊23.809.6013.70雜費8.307.4013.40總成本美元151.21139.79161.89表8-3不同鋼鐵生產流程的煉鋼成本項目單位單價/美元BF-BOF流程氣基DR-EAF流程煤基DR-EAF流程用量成本/美元用量成本/美元用量成本/美元生鐵t133.880.823110.183廢鋼t940.26725.0980.26925.2860.26925.286直接還原鐵t0.879123.8000.879130.600燃料0.4000.500氧氣m346.0003.5001.9001.900電kWh0.04526.6001.19

23、7375.00016.875375.00016.875輔助材料4.60016.20017.800工資11.60015.30015.300折舊7.1006.8006.800雜費9.70013.50013.500總成本美元172.978220.061228.561從8-2和表&3可見，煉鐵成本中，煤基DR-EAF流程成本最髙，原因是固定成本高；煉鋼成本中，直接還原-電爐流程較高，原因是用直接還原煉鋼消耗大量的電能。這里假設使用冷態(tài)的DRI。若直接使用熱態(tài)的DRI，直接還原-電爐流程的能耗和成本將更低。就生產成本而言，直接還原-電爐流程在能源（包括電能）費用比較低的地區(qū)與高爐-氧氣轉爐相比具有較大的

24、競爭力。同時必須看到，各種流程的實際成本在很大程度上取決于特點地區(qū)的資源和地理條件。因此，每種流程的適用條件是不同的。概括起來，有以下幾點：髙爐-氧氣轉爐流程適合于鋼鐵產品齊全的大型聯(lián)合企業(yè)，生產規(guī)模應大于200萬噸/年。當規(guī)模小于200萬噸/年時，因固定投資和成本太高，經(jīng)濟效益下降。氣基（焦爐煤氣）直接還原電爐流程比較簡單，在副產焦爐煤氣的鋼鐵企業(yè)具有較大的競爭力。煤基直接還原-電爐流程只適用于較小規(guī)模的生產，特別是廢鋼短缺、煤炭資源豐富、天然氣資源貧乏的地區(qū)。從投資來看，髙爐-氧氣轉爐流程和直接還原-電爐流程有較大的差距：直接還原車間與髙爐車間投資大體相當；煉鋼電爐車間與氧氣轉爐車間投資大

25、致相當；二者的主要區(qū)別在于直接還原有無焦化廠和燒結廠的投資?？傮w來說，直接還原-電爐流程的投資是髙爐-氧氣轉爐流程的57。8.1.3直接還原-電爐流程與高爐-氧氣轉爐流程的技術經(jīng)濟比較多年來，鋼鐵生產一直以傳統(tǒng)的鋼鐵生產工藝流程髙爐-氧化轉爐（BF-BOF）為主?？墒?，由于能耗、資源和鋼材產品質量等原因，進入20世紀80年代后，電爐鋼比例迅速上升，日本、美國、西歐等工業(yè)化國家更是如此。這就促使世界各國鋼鐵生產者向減少環(huán)境污染、充分回收資源、降低能耗、改進工藝流程的方向努力，以期用較少的資本和人力，獲得盡可能髙的經(jīng)濟效益。1工藝參數(shù)比較目前，傳統(tǒng)鋼的生產已受到電弧鋼(ElectricArcFur

26、nace,簡稱EAF)的挑戰(zhàn)，但隨著電爐鋼生產的快速發(fā)展，廢鋼資源日益緊張、市場價格不斷上漲，從而推動了直接還原煉鐵技術的發(fā)展。對于未來鋼鐵業(yè)來說，關鍵性的變革主要是尋找價廉、質優(yōu)、節(jié)能、污染小或接近無污染的方法生產煉鋼原料，同時開發(fā)新的煉鋼工藝和設備。尤其是使用替代鐵料(主要為DRI/HBI)以后，更是如此。在過去30年，電弧爐操作已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟效益、較高的生產效率和高質量的鋼產品。使用替代物使電爐生產獲得了更大的靈活性和競爭性。這些替代物和廢鋼可以以任何比例進行混合，通過靈活裝料來確保最低的成本、最大的生產率和生產效率。表8-4給出了高爐-氧氣轉爐流程和直接還原-電爐流程的主要操作參

27、數(shù)。表8-4高爐-氧氣轉爐流程和直接還原-電爐流程冶煉的工藝參數(shù)工藝全鐵/%含碳量/%熱效率/%石灰/kg氧氣/Nm3電耗/kWh渣量/kg產量/104t89%BF-BOF94.484.091.2254.3056.80-68.27125.810.91280%冷DRI91.852.583.8427.9022.27546.40110.520.88180%熱DRI91.852.585.5127.9022.27407.02110.520.88150%BF94.484.088.3930.7938.65167.1583.330.93350%FASTEEL93.904.489.3235.0042.8489.

28、8394.220.92850%COREX93.814.688.6132.9643.33148.9788.930.92950%HISMELT95.564.088.0822.4835.02192.9056.670.94530%生鐵94.514.085.2433.2927.56429.9485.480.93830%FASTEEL93.904.487.9835.8130.02201.9791.970.93530%COREX93.814.686.9834.5930.32284.7288.830.93630%HISMELT95.474.086.6728.3025.47310.6769.500.945100

29、%廢鋼94.480.0484.4437.0319.09496.6789.230.9452能耗比較一般認為，直接還原-電爐流程的能耗高于高爐-氧氣轉爐流程，其原因是直接還原-電爐流程除消耗天然氣或焦爐煤氣外，還需消耗大量電能。但值得注意的是氣基直接還原-電爐流程消耗的能源與高爐-氧氣轉爐流程消耗的能源是有差別的，尤其當還原氣用焦爐煤氣制備時，流程以傳統(tǒng)鋼鐵流出副產氣為主。因此在能耗比較時，不僅要考慮數(shù)量，同時要考慮所消耗能源的種類及其價值。表&5給出了髙爐-氧化轉爐（BF-BOF）流程的能量平衡：表8-5髙爐-氧化轉爐（BF-BOF）流程的能量平衡種類球團燒結髙爐轉爐能量輸入（MJ/t）冶金焦0

30、1282.414555.70電能652.2342.4243.7255.9重油976.301048.90o2/n200133.4393.4低熱氣047.508.2非焦煤0278.200噴煤002863.10天然氣013.9111.3365.6金屬料0002257.1小計1628.51964.418955.13280.2能量輸出（MJ/t）金屬產物002536.00出售的低熱氣體005509.30小計008045.30表&6給出了直接還原-電爐（DRI-EAF）流程的能量平衡。表8-6直接還原-電爐（DRI-EAF）流程的能量平衡種類直接還原球團直接還原鐵電爐能量輸入（MJ/t）冶金焦009.3電

31、能51.773.1482.5重油000o2/n2015.621.5低熱氣000非焦煤237.22250.00噴煤000金屬料00160.4小計288.92338.7673.7能量輸出（MJ/t）金屬產物0178.7340.0出售的低熱氣體000小計0178.7340.0圖8-5給出了各種工藝條件下的能量對比。圖8-5各種工藝條件下的能量對比3成本比較直接還原-電爐流程和高爐-氧氣轉爐流程的成本比較見表8-7。表8-7成本資料成本價格BF-BOF100%廢鋼CDRI-廢鋼HDRI-廢鋼HBI-廢鋼Al加入量0080%80%50%形成泡沫渣補加C（kg/t）03.5原料加入量（kg/t）159.4

32、2153.89165.07165.07160.15石灰添加量（kg/t）54.3037.0327.9027.9031.48氧氣量（m3/t）56.8019.0922.2722.2719.68熔化Al所需熱量（MJ/t）-143.17197.01379.05257.20429.02熔化廢鋼所需熱量（MJ/t）367.03367.62367.65367.65C-O實際所需熱量（kg/t）-104.61463.26511.28371.91總能量（MJ/t）-68.27496.67546.40407.02561.80熱效率（）91.2284.4483.8485.5183.66液態(tài)鋼價格（美元/t）17

33、0.29165.52183.70177.34178.07基礎設施成本（美元/t）155.37156.45161.87156.26161.72原料價格（美元/t）123.0123.0123.0Al原料成本（美元/t）124.60098.4098.4061.50廢鋼混合料成本（美元/t）12.21114.2122.5622.5656.83渣量（kg/t）125.8089.20110.5110.5102.1氧量（kg/t）56.8019.1022.322.319.7原料碳（kg/t）04.0002.0泡沫渣用碳（kg/t）00.9金屬成本（美元/t）149.94120.83137.27137.271

34、30.29爐體+鋼包（kg/t）1.8526.1927.9321.5629.27總成本（美元/t）170.29165.52183.70177.34178.07Al成本（美元/t）124.60098.4098.4061.50廢鋼成本（美元/t）12.21114.2122.5622.5656.834結論通過在不同條件下的比較，從總體上可以得出如下結論髙爐-氧氣轉爐流程生產成本較低，而直接還原-電爐流程單位投入較低，但直接還原-電爐流程建廠的具體經(jīng)濟環(huán)境、資源條件等對投資和生產成本有較大影響。從判斷經(jīng)濟效果的主要指標投資內部收益率和投資回收期來看，直接還原-電爐流程略優(yōu)于髙爐-氧氣轉爐流程。這主要是

35、由于直接還原-電爐流程規(guī)模小、建設快、達到設計能力時間較短，使投資回收期大大縮短。直接還原-電爐流程經(jīng)濟規(guī)模較小，適合于地方中、小型企業(yè)，并且具有籌資容易、與連鑄容易配合、污染小、達到設計生產能量前未利用的生產能力較小等優(yōu)點，因而具有較大的靈活性和優(yōu)越性。在我國，為滿足特殊鋼廠的需求，生產代替進口廢鋼的直接還原鐵與新建直接還原-電爐工廠生產鋼材的經(jīng)濟效益相當。因而建直接還原廠生產DRI是我國解決廢鋼短缺問題的重要途徑。發(fā)展直接還原法不僅是解決我國廢鋼數(shù)量不足問題的重要途徑，也是促進我國優(yōu)質鋼生產的主要步驟，具有明顯的社會效益。8.2社會效益分析8.2.1優(yōu)化鋼鐵產業(yè)結構的需要社會發(fā)展和科學技術

36、進步對鋼材質量要求越來越高。電爐煉鋼技術的迅速發(fā)展為優(yōu)質鋼生產提供了有效手段，然而日益增加的合金鋼生產和應用，使得多次重復回收的廢鋼中雜質元素得以富集，嚴重影響了廢鋼的質量。例如，美國在25年內，碳素鋼廢鋼的Cu含量增加了20%,Ni含量增加了1.2倍，Sn含量增加了2倍。因此，單純使用廢鋼提髙煉鋼質量將是非常困難的，而使用部分直接還原鐵就避免了這些問題，所以對冶煉優(yōu)質鋼和特種鋼，如石油套管、汽車用鋼、核電站用鋼、軍用鋼等必須配用直接還原鐵。根據(jù)2.1節(jié)的分析我們知道，直接還原鐵在電爐煉鋼、轉爐煉鋼和髙爐煉鐵中都能發(fā)揮重要的作用，因此，直接還原煉鐵工藝被稱為煉鐵發(fā)展的“第三條道路”，日益得到世

37、界各國的重視。據(jù)中國鋼鐵協(xié)會廢鋼協(xié)會的預測我國DRI的年需求量在500萬噸以上，而產量情況卻不容樂觀（詳見表8-8）。因此，我國DRI產量嚴重不足，與國內需求極不相稱，根本無法滿足優(yōu)質鋼鐵生產的需求，導致大量進口直接還原鐵。表&819972005年國內DRI產量時間/年199719981999200020012002200320042005產量/萬t781151122314358因此，如何改變現(xiàn)狀，大力發(fā)展直接還原煉鐵生產，對優(yōu)化鋼鐵工業(yè)產業(yè)結構、提升鋼鐵行業(yè)國際競爭力、改變鋼鐵行業(yè)粗放型增長模式具有重要的戰(zhàn)略意義。8.2.2伴生礦的綜合利用自然界中有用礦物并不都是單獨存在的，常有多種金屬元素

38、共生的情況（地殼在冷卻過程中形成）。鐵礦中大多數(shù)有色金屬，女口Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Hg、Mo,稀散金屬In、Ge、Ga、Ti（與鉛鋅硫化物共存），鉑族金屬（常與Co、Ni共存）等，以硫化物形態(tài)存在。硫化物不能用C直接還原，因此，在傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝中，這些有色金屬硫化物混在鐵水中，不但使鐵水中硫含量增加，給后續(xù)鋼精煉增加了相當?shù)碾y度，且鐵礦資源中寶貴的有色金屬無法得到有效利用，造成資源的極大浪費。此外，冶煉廠含有鐵、釩、鈦、鎳等重要資源的粉塵和渣滓，低品位鐵礦石，選礦場的殘渣等，傳統(tǒng)工藝都無法處理。本項目開發(fā)的氣基（煤制氣）直接還原工藝在處理伴生礦、冶煉廠粉塵和渣滓、低品位鐵礦石、選礦場的殘渣等方面獨具優(yōu)勢：1伴生礦、低品位鐵礦中的塊礦可直接進直接還原豎爐處理；2對冶煉廠粉塵和渣滓、選礦場的殘渣、伴生礦粉、低品位鐵礦粉等進行造球處理后進直接還原豎爐處理；3塊礦或球團礦中還原性好的氧化鐵與還原氣反應生產海綿狀直接還原鐵，而有色金屬硫化物以渣的形式從塊礦或球團礦中分離出來；4根據(jù)渣的特點選擇后續(xù)冶煉方法，獲取有色技術。