非高爐煉鐵技術及在我國發(fā)展的展望

非高爐煉鐵技術及在我國開展的展望東北大學鋼鐵研究所趙慶杰儲滿生王治卿董文獻

2008年4月1主要內(nèi)容非高爐煉鐵技術及開展現(xiàn)狀我國非高爐煉鐵現(xiàn)狀我國開展非高爐煉鐵的展望結語2

傳統(tǒng)煉鐵流程存在的主要問題傳統(tǒng)煉鐵流程長，工藝復雜；資源、能源循環(huán)使用率低；對焦炭和焦煤資源的依賴；環(huán)境污染嚴重鐵礦石燒結廠焦煤焦爐高爐轉爐連鑄熱軋機精軋機31.非高爐煉鐵技術及開展的現(xiàn)狀非高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)開展的前沿技術之一，是鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)性開展、節(jié)能減排、環(huán)境友好的前沿技術之一，是鋼鐵工業(yè)開展擺脫焦煤資源的羈絆，改善鋼鐵生產(chǎn)的能源結構、促進鋼鐵產(chǎn)品結構調(diào)整、提高產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)資源綜合利用的重要途徑之一。直接復原已成為世界鋼鐵工業(yè)不可缺少的組成局部，DRI的年產(chǎn)量已超過6500萬噸，粗鋼產(chǎn)量的5.0%。熔融復原實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其環(huán)境優(yōu)越性得以公認，但低能耗、低本錢、低投資等優(yōu)點還有待實踐證實，仍然是鋼鐵生產(chǎn)技術開展的最熱門話題。

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1.1直接復原技術及開展現(xiàn)狀5年份1980199020002001200220032004200520062007產(chǎn)量714176843784032450849455460569959796569產(chǎn)量持續(xù)增加，氣基豎爐占主導地位世界直接復原鐵產(chǎn)量〔萬噸〕工藝199920002001200220032004200520062007Midrex法67.368.266.366.664.664.161.359.760.4HYL-III20.618.617.118.418.418.919.718.419.6HYL-I2.33.22.71.31.31.9Finmet3.02.84.53.65.22.92.32.22.1其它氣基2.32.61.00.20.4<0.10.040.00.0煤基4.64.78.49.810.212.116.519.717.9各工藝直接復原鐵的產(chǎn)量〔wt%〕67

煤制氣-豎爐直接復原為開展DRI生產(chǎn)的新途徑由Midrex公司提出并在南非實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)的COREX熔融復原尾氣作為Midrex豎爐復原氣的工藝，以及直接使用焦爐煤氣、合成氣、煤制氣為復原氣的HYL-ZR工藝，為天然氣資源缺乏的地區(qū)以天然氣以外的能源開展氣基直接復原工藝開辟了新途徑。8轉底爐法是煤基直接復原技術的開發(fā)熱點能源來源廣泛，對原料的適應性強，在鋼鐵廠粉塵綜合利用，以及復合礦利用有明顯的優(yōu)勢。產(chǎn)品的定位不明確，含鐵品位低、含S高，以及轉底爐設備運轉部件龐大，運行維護難度大是該工藝的缺乏。流化床法的開展受挫流化床法在復原機理上是氣基法中最合理的工藝方法—采用粉狀原料、鐵礦粉單體顆粒在高溫復原氣流中進行復原，復原速度快。但流化需要的氣體流量遠大于復原所需要的氣量，造成復原氣的一次通過的利用率極低〔約10%〕，氣體循環(huán)消耗的能量高；流化床是全混床，產(chǎn)品復原程度不均勻；“失流〞及粘結問題至今未得到有效的解決，流化床的開展受挫。91.2熔融復原技術及開展現(xiàn)狀按其能源可分為：氧煤工藝〔COREX，F(xiàn)INEX，HISMELT，DIOS，ROMELT〕；電煤工藝〔INRED，ELRED，PLASMASMELT等〕。按其復原反響完成的過程可分為：一步法：鐵礦物在一個反響器中完成復原及熔化的全過程，如：DIOS，HISMELT，ROMELT，AUSMELT等。二步法：復原與熔化分為兩步進行，即鐵礦物在一個反響器中預復原后，再在另一個反響器中進行終復原和熔化，如：COREX，F(xiàn)INEX。按其終復原反響器的形式可分為：鐵浴法：DIOS，HISMELT，AUSMELT，ROMELT;填充床法：川崎法;殘焦〔CHAR〕沸騰床法：COREX，F(xiàn)INEX。隨著世界鋼鐵生產(chǎn)的增加，焦煤和鐵礦石價格的持續(xù)飛漲，環(huán)境保護、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)及投資本錢壓力的不斷增長，近年來再次激發(fā)了熔融復原技術的開發(fā)熱潮，先進適用的熔融復原煉鐵技術成為國外一些鋼鐵企業(yè)開發(fā)應用的熱點，熔融復原仍是鋼鐵技術開發(fā)的熱點之一。COREX是唯一實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)的熔融復原方法。FINEX實現(xiàn)了連續(xù)性工業(yè)化試生產(chǎn)，Hismelt仍在進行工業(yè)化試生產(chǎn)，還存在有待解決的問題。10COREX實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)

奧鋼聯(lián)開發(fā)的COREX工藝是第一個實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的熔融復原工藝〔1989年11月第一臺COREX裝置投產(chǎn)〕。目前，全世界有5臺〔南非一臺C-2000，韓國一臺C-2000，印度兩臺C-2000，中國一臺C-3000〕COREX裝置在運行中。鐵水與爐渣

塊礦/球團/熔劑熱旋風除塵器爐頂煤氣洗滌塔輸出煤氣預還原豎爐熱還原氣煤冷煤氣粉塵洗滌塔氧氣熔融氣化爐煤倉煤螺旋加料器海綿鐵螺旋加料器粗煤氣冷煤氣加壓機

沉降池水塵泥11HIsmelt熔融復原進展緩慢HIsmelt的優(yōu)點是結構簡單，爐體體積和高度較小，投資本錢和維修本錢低，工藝無需燒結和煉焦，環(huán)保水平較高。遇到的主要問題是：爐襯的侵蝕過快、噴槍的磨損、廢氣的處理和利用等。12FINEX熔融復原技術開發(fā)取得進展采用廉價普通煤和粉礦作為原材料，省去煉焦和燒結工藝，以流化床為預復原方法，熔融造氣爐與COREX相同，是COREX法的開展和變種。但流化床能否使用精礦粉，運行的穩(wěn)定性，預復原礦粉的壓塊，以及生產(chǎn)本錢和投資問題還有待生產(chǎn)的檢驗。13我國開展直接復原鐵的目的及意義2.我國非高爐煉鐵現(xiàn)狀1〕廢鋼短缺是影響我國鋼鐵工業(yè)開展、降低噸鋼能耗、調(diào)整鋼鐵產(chǎn)品結構的重要因素；2〕開展電爐鋼，改善鋼鐵產(chǎn)品結構和能源結構，擺脫焦煤資源對鋼鐵生產(chǎn)開展的羈絆，開展直接復原鐵是重要的途徑；3〕鋼鐵產(chǎn)品的升級換代和產(chǎn)品結構的調(diào)整需要純潔的鐵源材料，直接復原鐵是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、純潔鋼的重要原材料；4〕開展直接復原鐵，以直接復原鐵為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)純潔鋼鑄鍛件坯料，將有效的促進我國裝備制造業(yè)的開展；5〕開展直接復原鐵是鋼鐵工業(yè)開展節(jié)能減排的重要途徑。142.1我國直接復原技術的開展現(xiàn)狀受資源條件的限制，我國直接復原生產(chǎn)廠全部是煤基隧道窯罐式法或回轉窯法，開展極為緩慢。2007年我國DRI產(chǎn)量僅50萬噸，占世界總產(chǎn)量的0.80%，且多數(shù)產(chǎn)品含SiO2高，體積密度小，質(zhì)量不穩(wěn)定，已成為影響我國鋼鐵工業(yè)和制造業(yè)的健康開展的因素。新隧道窯罐式法通過改變復原罐材質(zhì)〔炭化硅、耐熱鋼〕，以燃氣替代手燒煤等技術改造，燃料消耗下降，單機產(chǎn)量提高，污染明顯改善。但單窯產(chǎn)能難以大幅度擴大，總能耗高，產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性差，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證。隧道窯法不能成為我國DRI生產(chǎn)的主體方法回轉窯法通過我國技術人員的努力，克服了“結圈〞、再氧化、作業(yè)率低、運行不穩(wěn)定等問題，實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。但煤基回轉窯法能耗高，單機產(chǎn)能小，操作控制難度大，生產(chǎn)的穩(wěn)定性差，對原料要求苛刻?；剞D窯法也不能成為我國直接復原鐵開展的主體方法。15氣基豎爐直接復原是國內(nèi)研究和應用的熱點。目前，曹妃店工業(yè)園區(qū)、唐鋼青龍、遼寧海城、遼寧盤錦、山西、內(nèi)蒙等地都在規(guī)劃或籌建豎爐直接復原鐵廠。規(guī)模一般大于50萬噸/年。復原氣的來源有天然氣、煤制氣、焦爐煤氣。據(jù)了解：河北秦皇島青龍縣以焦爐煤氣為氣源的MIREX豎爐DRI廠〔50萬噸/年〕，遼寧海城東四型鋼公司采用以煤制氣為氣源的HYL-ZR豎爐DRI工程〔50萬噸/年〕已分別得到相關部門的批準。含碳球團快速復原工藝〔轉底爐法〕由于對原料的適應性強，復原速度塊，倍受關注是當前我國直接復原開發(fā)的熱點，除以該工藝處理粉塵和復合礦綜合利用外，利用該工藝生產(chǎn)的金屬化產(chǎn)品入高爐冶煉降低焦比，提高高爐產(chǎn)量、擴大生鐵產(chǎn)能是該工藝開展的重要動力。該工藝的產(chǎn)品定位、產(chǎn)品后續(xù)處理、裝備的大型化以及生產(chǎn)穩(wěn)定性是該工藝開展的核心問題。四川龍蟒正在試運行，天津榮城將在今年底前投產(chǎn)一座50萬噸/年產(chǎn)品的轉底爐。162.2我國直接復原鐵開展的問題及對策1〕生產(chǎn)規(guī)模過小DRI廠大于5.0萬噸/年僅4個，單機產(chǎn)量不超過15萬噸/年。開展可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的氣基豎爐直接復原是我國開展直接復原的主要出路。2〕缺乏穩(wěn)定的原料供給渠道原料供給渠道不暢、來源不穩(wěn)是嚴重影響我國直接復原生產(chǎn)的重要原因。建立以國外資源和國內(nèi)資源兩種渠道的穩(wěn)定的原料的供給基地是我國直接復原鐵穩(wěn)定開展的根底。東北大學等開發(fā)的磁鐵礦精選技術和設備為解決我國直接復原鐵的原料奠定了根底。3〕氣基直接復原開展緩慢隨著我國天然氣資源的開發(fā)、焦炭工業(yè)的改造整合及焦爐煤氣集中回收利用、煤制氣技術的成熟，中國一些地區(qū)具備了開展氣基直接復原的條件。4〕缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，未能建設大型商品DRI生產(chǎn)企業(yè)制訂我國直接復原開展的整體規(guī)劃，制訂我國的直接復原鐵質(zhì)量標準和直接復原鐵生產(chǎn)企業(yè)的準入標準，支持和扶植大型骨干型商品直接復原鐵生產(chǎn)企業(yè)的建設是我國開展直接復原鐵生產(chǎn)的重要途徑。172.3我國熔融復原的開展現(xiàn)狀我國早在上世紀50年代，就開始了旋渦爐熔融復原，轉爐鐵浴熔融復原〔當時稱轉爐煤粉直接煉鋼〕開發(fā)研究，并進行了工業(yè)性試驗。在上世紀80年代與世界同步進行了熔融復原技術的開發(fā)研究，先后進行了大量的根底性研究，以及以煤為能源的流化床-豎爐、鐵浴法熔融復原；鐵浴法生產(chǎn)含鉻鐵水；含碳球團豎爐預復原-豎爐等工藝開發(fā)。世界第一臺年設計生產(chǎn)能力150萬噸鐵水的COREXC-3000熔融復原裝置于2005年9月在寶鋼羅涇開工建設，于2007年11月順利投產(chǎn)。該裝置以進口塊礦/球團為原料，燃料采用國內(nèi)次煙煤，COREX尾氣經(jīng)過燃氣輪機發(fā)電。該裝置投產(chǎn)順利，雖然目前生產(chǎn)指標還未完全到達預期的目標，但該裝置的投產(chǎn)標志著我國熔融復原進入了一個新的階段，對我國非高爐煉鐵的快速開展起到巨大的促進。183.我國開展非高爐煉鐵的展望國內(nèi)對直接復原鐵的需求旺盛，市場容量大我國廢鋼短缺，電爐鋼的產(chǎn)量占總鋼產(chǎn)量比例低，鋼鐵產(chǎn)品的結構調(diào)整和升級換代的需要，以及鋼鐵生產(chǎn)能源結構的調(diào)整的需要等因素決定了我國在一個相當長的時期內(nèi)對直接復原鐵的需求旺盛。氣基直接復原豎爐是我國直接復原鐵生產(chǎn)主要方向氣基直接復原豎爐由于技術成熟高，單機產(chǎn)能大，工序能耗低，單位產(chǎn)能投資低將可能成為我國直接復原鐵生產(chǎn)的主要方法。由于受天然氣資源條件和國家能源政策的限制，以及焦爐煤氣資源的區(qū)域性的限制，我國氣基豎爐直接復原的氣源應以煤制氣為主，煤制氣技術是成熟的，是我國化工生產(chǎn)的常規(guī)技術。19建設大型化直接復原鐵生產(chǎn)線和生產(chǎn)基地是我國直接復原開展的重要內(nèi)容立足于國內(nèi)資源，采取國內(nèi)外資源并重的方針開展我國直接復原鐵生產(chǎn)汲取我國直接復原50年開展的經(jīng)驗和教訓，建設大型直接復原鐵生產(chǎn)線，在資源條件和運輸條件適宜的地區(qū)建設大型化商品DRI生產(chǎn)基地，產(chǎn)品滿足合理銷售半徑內(nèi)特鋼生產(chǎn)及裝備制造業(yè)對DRI的需求，將是我國今后直接復原開展的重要內(nèi)容之一。利用國內(nèi)自有技術和資源條件，生產(chǎn)直接復原專用球團，建立由國外進口的直接復原用塊礦/球團以及由國內(nèi)鐵精礦生產(chǎn)的直接復原專用球團共同組成的、穩(wěn)定暢通的原料供給渠道是完全可行的。20熔融復原是我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)開展的重要途徑之一開發(fā)我國自有知識產(chǎn)權的熔融復原技術是我國熔融復原開展的重要課題熔融復原是我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)開展的重要途徑之一，減輕鋼鐵生產(chǎn)對環(huán)境的壓力，改善鋼鐵生產(chǎn)的能源結構，降低能耗及使資源綜合利用是我國熔融復原開展的主要動力，可以預計熔融復原在我國必將得到迅速開展。作為世界鋼鐵第一大國，依據(jù)我國原燃料的特點，開發(fā)適宜我國的資源和技術條件的熔融復原技術是促進我國熔融復原開展的重要課題。21

4.結語制約我國直接復原鐵產(chǎn)業(yè)開展的重要因素之一是資源問題，以國內(nèi)技術和資源為主，建立國內(nèi)外兩種資源組成的穩(wěn)定的原料供給渠道是我國直接復原鐵穩(wěn)定開展的根底。建設以煤為能源，大型煤制氣-豎爐直接復原裝置是我國直接復原開展的主要方向。非高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)的重要前沿技