熔融還原煉鐵技術(shù)

./熔融還原煉鐵技術(shù)摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,高爐煉鐵資源短缺與環(huán)境負(fù)荷日益加重的局面已經(jīng)充分顯現(xiàn),開(kāi)發(fā)新技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)技術(shù)將迫在眉睫,這其中以熔融還原煉鐵技術(shù)為主要開(kāi)發(fā)對(duì)象。國(guó)際鋼鐵界始終沒(méi)有停止對(duì)熔融還原煉鐵技術(shù)開(kāi)發(fā)的腳步,本文對(duì)現(xiàn)有HIsmelt、COREX和FINEX熔融還原工藝及設(shè)備進(jìn)行了分析研究和綜合評(píng)價(jià),指出了開(kāi)發(fā)新熔融還原技術(shù)的原則,介紹了克服高爐煉鐵及COREX、HIsmelt熔融還原法存在的缺點(diǎn)的LSM煉鐵工藝。我們應(yīng)針對(duì)目前存在的問(wèn)題,開(kāi)發(fā)新的熔融還原煉鐵技術(shù)。關(guān)鍵詞熔融還原；COREX；FINEX；HIsmelt；LSMSMELTINGREDUCTIONIRONMAKINGTECHNOLOGYABSTRACTWiththeeconomicsocietydeveloping,itfullyshowsthattheresourcesshortageandenvironmentofblastfurnaceironmakingloadhaveaggravateddaybyday.Itisveryurgenttoexploitnewtechnologytoreplacethetraditional.Thesmeltingreductionironmakingtechnologyisoneofthemainresearchfields.InternationalIronandSteelsectorhasnotstoppedforsmeltingreductionironmakingtechnologydevelopmentpace.Thedevelopmentforthesmeltingreductionironmakingtechnologywasneverstoppedintheworld.Thisthesisjustgeneratesunderthisbackground.ThispaperanalyzesandmakescomprehensiveevaluationoftheexistingHIsmelt,COREXandFINEXreductionprocessandequipment,pointsoutthattheprincipleofdevelopingnewsmeltingreductiontechnology,introducesLSMironmakingprocess,whichovercomesexistingshortcomingsofblastfurnaceironmakingandCOREX,HIsmeltsmeltingreductionmethod.Weshouldbeaimingattheexistingproblems,developnewsmeltingreductionironmakingtechnology.KEYWORDSsmeltingreduction,COREX,FINEX,HIsmelt,LSM1.前言高爐煉鐵方法從使用焦炭算起已有三百多年的歷史,第二次世界大戰(zhàn)后的50年來(lái),鋼鐵冶金技術(shù)獲得了重大發(fā)展。如今大型高爐的容積已超過(guò)4000m3,而且機(jī)械化、自動(dòng)化日臻完善。自20世紀(jì)60年代后期,煉焦煤特別是低硫焦煤日益短缺,加上環(huán)境要求不斷提高、基建投資費(fèi)用巨大,致使在發(fā)達(dá)國(guó)家年產(chǎn)百萬(wàn)噸以下而采用傳統(tǒng)高爐流程的鋼鐵企業(yè)在經(jīng)濟(jì)上常處于困境。特別是二十世紀(jì)90年代以來(lái),可持續(xù)發(fā)展對(duì)環(huán)境提出越來(lái)越高的要求,鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈,各國(guó)不斷強(qiáng)化新工藝的研究,非高爐煉鐵技術(shù)研發(fā)空前活躍,新的煤基熔融還原煉鐵法不斷涌現(xiàn),使鋼鐵企業(yè)有更多的選擇余地。近二十年來(lái),在自然資源日趨緊與環(huán)境負(fù)荷日益加重的形勢(shì)下,國(guó)際鋼鐵界始終沒(méi)有停止對(duì)熔融還原煉鐵技術(shù)開(kāi)發(fā)的腳步,經(jīng)過(guò)反復(fù)探索和不斷努力,先后出現(xiàn)了許多有代表性的技術(shù)路線。目前,除20世紀(jì)80年代末奧鋼聯(lián)開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的COREX熔融還原煉鐵技術(shù)外,澳大利亞的HIsmelt技術(shù)和國(guó)與奧鋼聯(lián)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的FINEX技術(shù)也已接近工業(yè)化水平,這些技術(shù)極有可能成為未來(lái)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的引領(lǐng)技術(shù)。鋼鐵工業(yè)正在掀起一場(chǎng)以熔融還原煉鐵[1]近終形連鑄為主的縮短流程的工藝變革,如圖1所示[2]。熔融還原是以純氧、原煤和原礦為原料煉鐵的一種工藝,它拓寬了鋼鐵冶金用的煤種,省去煉焦甚至燒結(jié)和球團(tuán)工序,使冶煉速度加快幾倍,這降低了投資、節(jié)省了能源、改善了環(huán)境、增強(qiáng)了生產(chǎn)靈活性。我國(guó)是當(dāng)今世界鋼鐵大國(guó),國(guó)鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要支撐條件。但是,客觀分析國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,資源短缺與環(huán)境負(fù)荷日益加重的局面已經(jīng)充分顯現(xiàn),開(kāi)發(fā)新技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)技術(shù)將迫在眉睫；此外,國(guó)鋼鐵企業(yè)普遍采用的先進(jìn)技術(shù)大多來(lái)自國(guó)外公司,這種局面勢(shì)必造成先進(jìn)技術(shù)長(zhǎng)期受制于人,自主開(kāi)發(fā)的激情長(zhǎng)期受到抑制,難以形成自主開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的良性互動(dòng)和創(chuàng)新機(jī)制的建立,這是制約我國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展更大的隱患。因此,國(guó)家把開(kāi)發(fā)熔融還原煉鐵新技術(shù)明確列入國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要中,成為我國(guó)鋼鐵工業(yè)未來(lái)5~15年在相關(guān)重大技術(shù)開(kāi)發(fā)方面的重要導(dǎo)向。圖1鋼鐵生產(chǎn)的技術(shù)變革2.熔融還原典型工藝到目前為止開(kāi)發(fā)出的熔融還原法約有36種之多,熔融還原工藝按其原理可分為一步法和二步法：一步法有Ausmelt和Romelt；二步法包含預(yù)還原和終還原兩段,其中預(yù)還原分為豎爐法COREX和流化床法DIOS,終還原分為熔融氣化爐FINEX和鐵浴反應(yīng)爐HIsmelt。熔融還原發(fā)展歷程大致可分為3代[3]：第1代工藝。從20世紀(jì)20年代開(kāi)始,當(dāng)時(shí)主要使用一個(gè)反應(yīng)器〔轉(zhuǎn)爐或回轉(zhuǎn)窯,稱(chēng)為一步法,原料使用的是精礦和煤粉。當(dāng)時(shí)所做的幾種實(shí)驗(yàn),雖然沒(méi)有成功,但是暴露出的問(wèn)題對(duì)以后的發(fā)展有一定的指導(dǎo)作用。首先,二次燃燒率過(guò)高,渣中FeO含量高,對(duì)爐襯的侵蝕相當(dāng)嚴(yán)重,沒(méi)有找到合適的耐火材料,并且二次燃燒所放出的熱量,很難傳遞到底部的鐵浴熔池中,過(guò)程難于控制,但精礦向熔池傳遞由二次燃燒產(chǎn)生的部分熱量,在今天也是有意義的。第2代工藝。有代表性的是瑞典20世紀(jì)70年代開(kāi)發(fā)的用電做熱源的熔融還原法,它克服了由二次燃燒空間到還原空間傳遞熱量的困難。一些方法是用終還原產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行二步法的礦石預(yù)還原。已進(jìn)行半工業(yè)試驗(yàn)的方法是Elred法、Inred法和等離子熔煉法,但用電還原鐵礦石,多數(shù)情況下是不經(jīng)濟(jì)的,因而第2代未能推廣。第3代工藝。特點(diǎn)是放棄電能,立足于煤和氧氣的"無(wú)焦炭工藝",而第2代工藝原有的預(yù)還原和終還原二步法在大多數(shù)情況下仍然保留。下面簡(jiǎn)要介紹幾種典型的熔融還原工藝：2.1COREX工藝COREX技術(shù)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)[4],它是一種用煤和球團(tuán)礦〔塊礦生產(chǎn)鐵水的新煉鐵工藝,COREX裝置是由上部還原豎爐和下部熔融氣化爐組成。塊煤通過(guò)密封罐和螺旋加料機(jī)加到熔化氣化爐的上部,氧氣自爐缸上部鼓入,燃燒焦產(chǎn)出高溫煤氣,并和上部硫化床小粒焦進(jìn)行反應(yīng),再與煤干餾裂解氣體匯合生成CO+H2<95%>+CO2<3%>的高溫優(yōu)質(zhì)還原氣體[5-6],還原氣體出熔融氣化爐后冷卻到850℃進(jìn)行除塵,再進(jìn)入上部豎爐還原鐵礦石、塊礦〔球團(tuán)礦或燒結(jié)礦,鐵礦石被加熱后還原成金屬化率為92%的海綿鐵,在熔融氣化爐進(jìn)一步還原、熔化、滲碳,熔劑石灰石、白云石隨鐵礦石一起加入豎爐,加熱分解,并在熔融氣化爐進(jìn)一步分解、造渣、脫磷、脫硫,鐵水和爐渣的性質(zhì)類(lèi)似高爐,最后自出鐵口一起排出。排出還原豎爐的爐頂煤氣經(jīng)過(guò)清洗后與未進(jìn)入還原豎爐的富余煤氣混合成為干凈的中等熱值煤氣加以利用,如圖2是COREX熔融還原煉鐵工藝流程示意圖。經(jīng)過(guò)多年的論證,我國(guó)寶鋼率先引進(jìn)了2套COREX技術(shù)和設(shè)備,其中1臺(tái)于2007年11月投產(chǎn)。從國(guó)浦項(xiàng)、我國(guó)寶鋼COREX投產(chǎn)運(yùn)行的情況看,盡管該工藝能連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),但也暴露了一些問(wèn)題。COREX演化了高爐煉鐵技術(shù),取得了商業(yè)成功,但同時(shí)也繼承了高爐煉鐵的一些缺點(diǎn)：〔1從煉鐵工藝上講,COREX是典型的爐床法煉鐵工藝,與高爐相比,COREX更多地依靠間接還原,間接還原度越高,工藝進(jìn)行得越容易,因此無(wú)法擺脫料柱透氣性問(wèn)題的困擾。〔2為保證豎式預(yù)還原爐料柱的透氣性,必須使用塊礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦或這些原料的塊狀混合物,因此必須配有造塊設(shè)備。而且對(duì)入爐塊狀原料的理化性能有很高的要求,從而提高了原料成本,使鐵水成本升高?！?COREX的實(shí)踐證明,要依靠焦炭床來(lái)保護(hù)爐缸,穩(wěn)定生產(chǎn),就無(wú)法擺脫對(duì)焦炭的依賴(lài)〔焦比>10%~20%,尤其是大型化后〔如寶鋼C-3000,焦比會(huì)超過(guò)200kg/t。〔4從熔融氣化爐抽出的高溫煤氣經(jīng)凈化后,從>1100℃降到800～850℃,溫度損失了250℃左右,而且這個(gè)損失是無(wú)法彌補(bǔ)的,因此熱效率比不上高爐?！?雖然使用了全氧冶煉,但按爐缸面積計(jì)算得出的生產(chǎn)率僅為高爐的0.7~0.9[7]?！?豎爐預(yù)還原爐料的金屬化率波動(dòng)大。〔7操作影響因素多,在爐體中部的高溫區(qū)使用了很多排料布料活動(dòng)部件,使設(shè)備維修成本及熱損失增加,個(gè)別設(shè)備還不夠成熟,設(shè)備利用率降低,工廠設(shè)備壓力加大。〔8在高爐冶煉條件下,采用富氧噴吹有一定的限度,傳統(tǒng)高爐更不能采用全氧冶煉。COREX工藝雖然采用全氧冶煉,但其生產(chǎn)率并不高,根本原因在于,雖然全氧熔煉速率很快,但受到上部豎爐鐵礦還原速率的限制,對(duì)于一定產(chǎn)能的COREX熔融還原工藝,要求下部熔融氣化爐的操作必須與上部的豎爐鐵礦還原情況相匹配,才能達(dá)到較好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[8]。盡管COREX工藝還原存在著一些不足,甚至有些冶金專(zhuān)家稱(chēng)其為"半截子"革命,盧維高教授更說(shuō)它是個(gè)"怪胎"[9],但畢竟COREX法是目前世界上唯一大規(guī)模經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的熔融還原煉鐵生產(chǎn)裝置,因此是容易受到冶金界青睞的清潔煉鐵技術(shù)。圖2COREX熔融還原煉鐵工藝流程示意圖2.2FINEX法FINEX[10]是由浦項(xiàng)與澳鋼聯(lián)<VAI>在COREX基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的、直接使用礦粉<<8mm>和煤粉煉出鐵水的工藝。在FINEX工藝中,鐵礦粉在三級(jí)或者四級(jí)流化床反應(yīng)裝置中預(yù)熱和還原,如圖3所示。流化床上部反應(yīng)器主要用作預(yù)熱段,后幾級(jí)反應(yīng)器是鐵礦粉的逐級(jí)還原裝置,可以把鐵礦粉逐級(jí)還原為直接還原粉。之后,直接還原粉或者直接裝入熔融氣化爐,或者經(jīng)熱態(tài)壓實(shí)后以熱壓實(shí)鐵的形式裝入熔融氣化爐中。在熔融氣化爐中,裝入的直接還原粉和熱壓實(shí)鐵被還原成金屬鐵并熔融。FINEX過(guò)程產(chǎn)生的煤氣是高熱值煤氣,可以進(jìn)一步用作直接還原粉的生產(chǎn)或者發(fā)電等。圖3FINEX流程圖FINEX工藝克服了高爐、COREX爐、直接還原豎爐的一些缺點(diǎn),其特點(diǎn)為：〔1FINEX工藝的原料由塊礦、球團(tuán)礦改為粉礦〔平均粒度在1~3mm,最大粒度<8mm,粉礦資源豐富。價(jià)格低廉的鐵粉礦和一般煙煤,為該工藝的發(fā)展賦予新的活力。〔2FINEX爐頂煤氣全部循環(huán)使用。浦項(xiàng)認(rèn)為FINEX比高爐制造成本下降15%,宣稱(chēng)總體投資是高爐流程的80%?！?FINEX流程的SOx、NOx、粉塵的排放量與高爐流程相比,只有6%、4%和21%,并且沒(méi)有焦化含酚、氰等污水的排放,是一種清潔生產(chǎn)工藝,因此環(huán)境友好?！?鐵水質(zhì)量與高爐、COREX爐相當(dāng)。冶金界最關(guān)心的是該工藝的原料、能耗和生產(chǎn)成本。高爐生鐵成本中原料占60%左右,而FINEX只占45%左右。高爐成本中燃料和動(dòng)力占30%,扣除煤氣回收約為28%。而FINEX燃料和動(dòng)力因使用大量氧氣約占55%,扣除煤氣回收仍占約41%,其中氧氣每噸鐵消耗約500m3,其費(fèi)用為成本的20%。有專(zhuān)家估算,在國(guó)情況下,FINEX與大型高爐相比〔如1座3800m3高爐與2座年產(chǎn)150萬(wàn)t鐵的FINEX,高爐比FINEX生鐵成本低12.5%[11]。2.3HIsmelt法HIsmelt[12-13]法是澳大利亞CRA公司與德國(guó)KloecknerWerke公司合作開(kāi)發(fā)的,HIsmelt流程采用循環(huán)流化床預(yù)還原爐和鐵浴式熔融還原爐[14]。預(yù)還原爐使鐵礦石只還原到浮氏體,旋風(fēng)除塵器收集后,以熱態(tài)吹入鐵浴中。預(yù)還原爐排出的煤氣用于空氣的預(yù)熱。HIsmelt熔融還原爐的工藝原理是用噴槍向鐵浴熔融還原爐溶渣層噴吹0~6mm鐵礦粉、熔劑和煤粉；富氧的高溫?zé)犸L(fēng)從爐頂噴入,與熔池里逸出的CO、H2進(jìn)行二次燃燒,釋放出熱能在強(qiáng)烈的渣鐵噴濺攪動(dòng)中完成熱傳遞,熔化噴入的固體原料。HIsmelt熔融還原爐在100kPa的壓力下工作,鐵水經(jīng)虹吸排出至感應(yīng)保溫加蓋的前爐,定期從渣口出渣。如圖4為HIsmelt的熔融還原爐圖。圖4HIsmelt流程圖HIsmelt熔融還原具有如下特點(diǎn)：〔1原料來(lái)源廣泛,可以全部使用粒度6mm以下的粉礦、粉煤,包括無(wú)法通過(guò)燒結(jié)廠回收的廢棄物,物料中的C、CaO和MgO也能得到利用；對(duì)燃料煤的要求比較寬松,可大幅度減少鋼鐵生產(chǎn)的資源消耗。〔2由于HIsmelt熔融還原爐有強(qiáng)氧化性爐渣,有較好的脫磷效果,非常適合于冶煉高磷礦,這是區(qū)別于高爐和其他非高爐煉鐵工藝的主要特點(diǎn)?！?由于氧化性氣氛很強(qiáng),所以它產(chǎn)出的鐵水含磷低、碳低、硫高,硅錳含量為0,不適合直接供傳統(tǒng)煉鋼流程使用。經(jīng)過(guò)爐外脫硫和添加錳鐵、硅鐵合金或與高爐鐵水兌配,可達(dá)到煉鋼鐵水的要求。〔4操作靈活,反應(yīng)過(guò)程的啟動(dòng)、關(guān)閉簡(jiǎn)便易行,從而使得煉鐵和煉鋼作業(yè)能有效銜接,而不必限產(chǎn)鐵水。〔5由于粉礦預(yù)還原度低,爐渣含F(xiàn)eO高,爐襯腐蝕快,一代爐齡僅12~18個(gè)月。〔6由于HIsmelt熔融還原為低壓操作,大量高溫含塵煤氣熱能難以回收利用,噸鐵能耗高,因此高溫低熱值尾氣便成為該工藝的"雞肋"。HIsmelt是典型的"一步法"熔融還原工藝,占地面積很小,直接利用粉礦、粉煤冶煉,對(duì)鋼鐵界的經(jīng)營(yíng)者有著較大的吸引力。但該工藝要想實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn),在熱煤氣利用、CO二次燃燒并將熱量有效傳遞給熔池,提高設(shè)備利用率及降低爐襯成本方面還有很長(zhǎng)的路要走。3.綜合分析評(píng)價(jià)〔1從工藝角度看,COREX更多依靠間接還原工藝,保留著高爐煉鐵工藝的特點(diǎn)；FINEX則把COREX的預(yù)還原豎爐改變成多極流化床反應(yīng)器,可完全使用粉礦；這兩種熔融還原工藝可以說(shuō)是對(duì)高爐的"改良",只是FINEX的改良深度更深一些[15]。而HIsmelt則完全擺脫了高爐煉鐵工藝概念,是煉鐵技術(shù)的一種"革命",可有效解決困擾高爐工藝的料柱透氣性問(wèn)題,是真正意義上的熔融還原技術(shù)?！?在原燃料資源的取用上,COREX可以使用非焦煤,優(yōu)于高爐,但還須使用塊礦和球團(tuán)及部分焦炭。FINEX不僅可用非煉焦煤,而且擺脫了對(duì)塊狀原料的依靠,這一點(diǎn)優(yōu)于高爐和COREX,只是還需要塊煤和粉煤造塊。HIsmelt則原燃料全部粉狀化,且對(duì)原燃料性質(zhì)無(wú)特殊要求,資源面最寬,便于就地取材并且可使用高磷礦石?！?在流程設(shè)備上,COREX還需要球團(tuán)、塊礦等造塊設(shè)備和部分焦炭；FINEX使用粉礦和粉煤造塊,可以不建燒結(jié)、球團(tuán)、煉焦廠；HIsmelt完全免除了燒結(jié)、球團(tuán)、煉焦廠投資,也不需要煤造塊。但3種工藝均需配套龐大的制氧設(shè)備和較大的自備電廠。〔4在生產(chǎn)成本上,FINEX和HIsmelt原料成本相對(duì)較低,COREX和FINEX氧氣成本較高。燃料消耗前兩種高于HIsmelt,因此生鐵成本COREX最高,HIsmelt最低,但3種均高于高爐?！?從一次性投資看,COREX要高一些；FINEX投資成本會(huì)較低；HIsmelt冶煉設(shè)備相對(duì)單一,三者之中投資最低?！?現(xiàn)狀與前景。COREX工藝最成熟,已有數(shù)家投入生產(chǎn),并取得很好的成績(jī),完全實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。FINEX在工藝上優(yōu)于COREX,但目前仍處在示工廠試生產(chǎn)階段,再經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)整完善,將具備商業(yè)化推廣價(jià)值,成為COREX的有力競(jìng)爭(zhēng)者。HIsmelt工藝示工廠投產(chǎn)較晚,又是一種全新的工藝,估計(jì)需要一段時(shí)間改進(jìn)、完善。因其工藝優(yōu)點(diǎn)多、投資和生產(chǎn)成本低,一旦成功,其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)比較大。我國(guó)首鋼曾參與澳大利亞合作開(kāi)發(fā)HIsmelt熔融還原技術(shù),但由于HIsmelt的試驗(yàn)尚未取得明確結(jié)論,妃甸首鋼新廠仍按傳統(tǒng)的煉焦、燒結(jié)和高爐系統(tǒng)建設(shè)。萊鋼、淮鋼原計(jì)劃建設(shè)HIsmelt熔融還原生產(chǎn)裝置的規(guī)劃也由于上述原因,而沒(méi)有采取實(shí)際行動(dòng)。沙鋼等建設(shè)COREX或HIsmelt的規(guī)劃或設(shè)想,還有待寶鋼COREX的實(shí)踐。工藝不同,各種熔融還原方法均有自己的特點(diǎn)。引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)固然必要,因地制宜研制出適合我國(guó)國(guó)情的低成本熔融還原煉鐵工藝更重要。表1為幾種熔融還原工藝概況的介紹。表1幾種熔融還原工藝概況COREXHismeltDIOSFINEXRomelt鐵礦石塊礦、球團(tuán)經(jīng)過(guò)篩選經(jīng)過(guò)篩選<8mm鐵所有的鋼鐵礦的鐵礦粉的鐵礦粉礦粉原材料<6mm<8mm煤10~14mm煤粉<6mm煤塊8~22mm煤粉煤塊或煤粉煤耗1100~1200650~700780~9501000~10501200~1400金屬化率%90左右10~25<2785二次燃燒率%050~60>555傳熱效率>8085>8060~70氧耗600~700270550>540800設(shè)備能力萬(wàn)噸/15080500t/d15035年現(xiàn)狀已工業(yè)生產(chǎn)已投入工業(yè)已形成工年產(chǎn)150萬(wàn)共生產(chǎn)1.5多年生產(chǎn)業(yè)化噸工廠已投萬(wàn)噸鐵水入生產(chǎn)4.開(kāi)發(fā)熔融還原新技術(shù)4.1開(kāi)發(fā)熔融還原新技術(shù)應(yīng)遵循的原則高爐煉鐵經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的技術(shù)發(fā)展過(guò)程,特別是近年來(lái),在各種現(xiàn)代高新科技的支持下,高爐煉鐵技術(shù)迅速發(fā)展,其技術(shù)先進(jìn)水平達(dá)到了登峰造極的地步。世界鋼鐵工業(yè),煉鋼生鐵的供應(yīng)90%左右來(lái)自高爐,而我國(guó)幾乎100%來(lái)自高爐煉鐵。熔融還原開(kāi)發(fā)的目的是避開(kāi)高爐煉鐵的缺點(diǎn),并具有優(yōu)于高爐煉鐵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境保護(hù)指標(biāo),否則即失去了開(kāi)發(fā)的意義。因此,任何一種熔融還原方法,應(yīng)該滿(mǎn)足一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求：〔1低能耗、低成本,環(huán)境友好?！?單位容積的生產(chǎn)率高于高爐,年產(chǎn)量低于100萬(wàn)t或更低,方法仍然經(jīng)濟(jì)?！?可使用粉礦,無(wú)須燒結(jié)機(jī)和焦?fàn)t等用于原料塊狀化加工的設(shè)備?！?可全部或大部使用非焦煤為燃料,擺脫對(duì)冶金焦炭的依賴(lài)?！?設(shè)備的開(kāi)機(jī)、停機(jī)簡(jiǎn)單,能提高生產(chǎn)的靈活性?！?流程短,無(wú)須巨大的配套設(shè)備。遵照上述原則,國(guó)開(kāi)發(fā)了一種新的熔融還原煉鐵技術(shù)—LSM工藝。COREX將高爐從軟熔帶以上移走,構(gòu)造成了豎式預(yù)還原爐,而LSM工藝則將高爐從軟熔帶以上躺倒構(gòu)造成為水平預(yù)還原爐床,演化而來(lái)的LSM工藝設(shè)備如圖5所示。LSM工藝吸收了日本神戶(hù)制鋼轉(zhuǎn)底爐〔Fastmet、ITmk3,日本川琦制鋼〔HI-QIP等國(guó)外直接快速還原先進(jìn)技術(shù),總結(jié)分析了我國(guó)原冶金部鋼鐵研究總院、科技大學(xué)、東北大學(xué)、大學(xué)等的試驗(yàn)研究成果,并根據(jù)我國(guó)資源特點(diǎn)開(kāi)發(fā)的一種新穎的熔融還原煉鐵方法,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[16]。半工業(yè)試驗(yàn)表明,該工藝是一種極具前途的非高爐煉鐵技術(shù)。圖5由高爐到LSM熔煉爐4.2LSM的特點(diǎn)LSM煉鐵工藝克服了高爐煉鐵,COREX、HIsmelt熔融還原法存在的缺點(diǎn),具有明顯的自身特點(diǎn)?！?高爐、COREX工藝是以間接還原為主的生產(chǎn)工藝,間接還原率一般達(dá)到65%以上〔COREX達(dá)到80%以上,所以高爐從加料到出鐵的時(shí)間一般在6.5~7h,最現(xiàn)代化的高爐也要4h以上；LSM煉鐵工藝采用含碳球團(tuán)為原料,摒棄了高爐、COREX以間接還原為主的鐵礦還原工藝,吸收了神戶(hù)ITmk3快速還原工藝的特長(zhǎng),從加料到出鐵的時(shí)間僅在1h之,所以有較高的生產(chǎn)率?！?原料圍廣。LSM只需將鐵礦粉〔氧化鐵皮、硫酸渣、高爐不能使用的所謂垃圾礦及其他含鐵氧化物與還原劑、粘結(jié)劑冷壓〔或熱壓成含碳球團(tuán)即可,可不用焦炭和燒結(jié)礦,也就沒(méi)有必要建焦化廠和燒結(jié)廠,因此相對(duì)高爐鐵前流程短得多?！?固態(tài)還原區(qū)和連接其后的熔分區(qū)設(shè)計(jì)在同一爐膛。固態(tài)預(yù)還原爐床上的爐料料層只是100～300mm的薄料層,因此LSM沒(méi)有影響高爐生產(chǎn)的料柱透氣性問(wèn)題。連續(xù)加料預(yù)還原,直接排入熔分爐連續(xù)熔分?！?特殊設(shè)計(jì)的熔分爐,有利于爐氣流分布,避免了"管道"形成；而且料柱很短,幾乎不存在料柱透氣性、結(jié)瘤和懸料問(wèn)題?！?LSM工藝的熔分爐可以全氧或高富氧率冶煉,而高爐則不能?！?鐵礦還原工藝不同,決定了操作工藝的不同,在LSM熔分爐中燃燒1kg固定碳所產(chǎn)生的熱量高達(dá)27MJ以上,而高爐只有10MJ左右,相差2.7倍之多,可見(jiàn)LSM工藝更有利于節(jié)約能源,減少排放,降低消耗。5.展望經(jīng)過(guò)國(guó)外冶金專(zhuān)家、學(xué)者多年的理論研究和試驗(yàn),以含碳球團(tuán)為原料的還原工藝,理論上的可行性和科學(xué)性均已得到解決。這種快速還原技術(shù)既避開(kāi)了高爐、COREX以間接還原為主所遇到的透氣性問(wèn)題,也避開(kāi)了HIsmelt工藝所遇到的尷尬。國(guó)外對(duì)以含碳球團(tuán)為原料的熔融還原技術(shù),積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),成為L(zhǎng)SM工藝的技術(shù)依托。煉鐵高爐在我國(guó)有幾百上千座,但在原料準(zhǔn)備、環(huán)保水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率、物料能耗、裝備水平、冶煉指標(biāo)等方面趕上世界先進(jìn)水平的并不多。熔融還原技術(shù)在我國(guó)雖然研究起步比較早,但與世界差距更大。在我國(guó)開(kāi)發(fā)一種設(shè)備簡(jiǎn)單、流程短、投資少、成本低、環(huán)境友好的非高爐煉鐵技術(shù),雖然還有一段很長(zhǎng)的路要走,但借鑒高爐煉鐵的經(jīng)驗(yàn)和