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1、非高炉炼铁技术及其在我国的发展 1 主要内容 p 世界非高炉炼铁技术现状 p 我国非高炉炼铁技术现状 p 我国发展非高炉炼铁的展望 p 结语 2 1. 世界非高炉炼铁技术现状 非高炉炼铁发展的动力是： 摆脱焦煤资源短缺对钢铁工业发展的羁绊,改变钢铁 生产能源结构； 改善传统钢铁生产流程，实现节能、减少CO2、硫化 物的排放，适应日益提高的环境保护要求； 解决废钢短缺，应对废钢质量不断恶化，发展电炉钢 生产，实现钢铁“紧凑化”流程，改善钢铁产品结构，提 高钢材质量和品质； 实现资源的综合利用，促进、实现钢铁工业的可持续 发展。 非高炉炼铁（非焦炼铁）是世界钢铁工业技术发展的 前沿技术之一，是钢铁
2、工业实现节能、减排、“低碳”生 产和可持续发展的重要方向和手段。 3 p 产量持续增加，气基竖炉法占主导地位 产量呈持续上升的趋势，2008 年产量达6845万吨，2009年产 量6200万吨，比上年度仅下降 9.4%。 以Midrex、HYL为代表的气 基竖炉直接还原法在世界还 原铁生产中占绝对优势 。 1.1 直接还原现状 4 2003 /Mt 2004 /Mt 2005 /Mt 2006 /Mt 2007 /Mt 2008 /Mt 08/07增幅 /% 印度7.679.3711.1014.719.0621.2011.23 伊朗5.626.416.856.97.447.440 委内瑞拉6.
3、907.838.958.67.716.87-10.89 墨西哥5.626.545.986.26.266.01-0.04 沙特阿拉伯3.293.413.633.64.344.9714.52 俄罗罗斯2.913.143.343.33.414.5633.72 特立尼达和 多巴哥 2.282.362.052.13.472.78-19.28 埃及2.873.022.903.12.792.64-5.38 1.1 直接还原现状 世界各国直接还原铁产量统计 5 p 煤制气-竖炉直接还原工艺为DRI生产发展开辟了新途径 由Midrex公司提出并在南非实现了工业化生产的COREX熔融还 原尾气作为Midrex竖炉
4、还原气的工艺，以及直接使用焦炉煤气、合成 气、煤制气为还原气的HYL-ZR工艺，为天然气资源缺乏的地区以天 然气以外的能源发展气基直接还原工艺开辟了新途径。 1.1 直接还原现状 6 p 气基竖炉实现了热出料、DRI热输送和热DRI直接入电炉 炼钢技术工业化 HYL开发的热气体输送（HYL-ITEMP）； 印度ASSAR钢铁公司密封保温罐输送； Midrex采用的德国AUMUND的热输送。 600700的DRI热送至冶炼车间，热装入电炉炼 钢可以节约电能6080kwh/t钢，同时，简化了竖炉的 出料系统，及DRI出炉后的处理系统，减少DRI在冷却 、运输中的再氧化，为降低钢产品总能耗创造条件。
5、 1.1 直接还原现状 7 p回转窑法在印度异常发展 回转窑法是煤基直接还原中最主要方法。回转窑法对 原燃料要求苛刻，能耗高，运行费用高，生产稳定难度大 ，规模难以扩大（最大15万吨/年座），投资大等原因， 多年来没有得到显著的发展，仅在印度、南非、我国等少 数国家应用。近年来，回转窑法在印度得到异常发展，到 2009年底印度约有350条回转窑在运行中，总产能约1800 万吨，产量约占世界总量的25%。但这些小型回转窑煤耗 大多超过1000kg/tDRI，生产运行情况不理想。 1.1 直接还原现状 8 p 隧道窑法在中国异常发展 隧道窑法采用铁矿粉、还原煤分层装罐，还原罐在窑 内加热进行还原。
6、技术含量相对较低，适合于小规模生产 ，投资小，符合民营企业投资需要，近期我国已建成或正 在建设的隧道有100多座，设计年产能约400万吨，但由于 原料、产品质量、成本等原因实际正常运行的不多，产量 不足50万吨。 隧道窑法热效率低，能耗高（实物煤耗800 kg/t DRI）；生产周期长（4876小时）；污染严重；产品质 量不稳定；单机产能难以扩大，不可能成为直接还原铁发 展的方向。 1.1 直接还原现状 9 p 转底炉法是煤基直接还原技术开发热点 转底炉煤基直接还原技术（Fastmet、Inmetco、Itmk3） 因采用含铁原料与还原剂混合造球/压块，还原条件好；能源 来源广泛；对原料的适应
7、性强，在钢铁厂粉尘综合利用，以 及复合矿利用有明显的优势，受到人们重视。该工艺存在产 品含铁品位低,含S高（TFe85，硫0.10%0.20），难 以直接用于炼钢生产，不是生产炼钢DRI的方法，产品用于高 炉炼铁的经济合理性还有待生产的验证；设备运转部件多， 运行维护难度大；生产的稳定性还有待生产的证实等原因， 不是DRI发展的主导方向。 1.1 世界直接还原技术发展现状 10 流化床法采用粉状原料、铁矿粉单体颗粒在高温还 原气流中还原，粉矿不必造块、还原速度快，从机理 上是气基法中最合理的工艺，因而在直接还原发展中 倍受关注。生产实践中，因物料流化所需要气流量远 大于还原所需气量，还原气一次
8、通过利用率低，循环 消耗能量高；产品还原程度不均匀；“失流”、粘结 、及生产稳定等问题至今未得到有效解决，造成世界 已建成的多个流化床直接还原装置法中只有Finmet法 和Circored法在生产，但产量仅占生产能力的50%左右 ，2008年流化床法的产量仅占世界总产量的1.5%。 p 流化床法的发展受挫 1.1 直接还原现状 11 按其能源可分为：氧煤工艺、电煤工艺； 按其还原反应完成的过程可分为： 一步法：铁矿物在一个反应器中完成还原及熔化 全过程； 二步法：铁矿物在一个反应器中预还原后，在另 一个反应器中进行终还原和熔化， 按其终还原反应器的形式可分为： 铁浴法；填充床法;残焦（CHAR
9、）沸腾床法等。 至今，世界只有二步法的COREX、FINEX实现了工业 化生产，且仅有五套熔融还原装置在运行。 1.2 熔融还原现状 12 1.2.1 COREX实现了工业化生产 奥钢联开发的COREX工艺是第一个实现工业化生产的熔融还原工艺 （1989年11月投产）。目前，全世界有5台（南非一台C-2000，韩国一台 C-2000，印度两台C-2000，中国一台C-3000）COREX装置在运行中。 13 FINEX法在COREX基础上发展的以廉价粉矿作为原材料，以流 化床为预还原反应器，熔融造气炉与COREX相同的最受关注的熔融 还原工艺。但流化床能否使用精矿粉，运行的稳定性，预还原矿粉
10、的压块，以及生产成本和投资问题还有待生产的检验。 1.2.2 FINEX熔融还原技术开发取得进展 14 1.2.3 HIsmelt熔融还原进展缓慢 HIsmelt的优点是结构简单，炉体体积和高度较小，投资成本 和维修成本低，工艺无需烧结和炼焦，环保水平较高。 遇到的主要问题是：炉衬的侵蚀过快、喷枪的磨损、废气的处 理和利用等。 15 2. 我国非高炉炼铁技术现状 16 我国直接还原“发展热”持续强劲，但至今产量未突破60万吨/年， 且生产能耗高、污染严重、多数产品质量难以满足炼钢的要求。生产 厂全是隧道窑罐式法或回转窑法，至今没有竖炉DRI厂。 天津钢管在引进DRC技术基础上，进行了大量改造并
11、取得了重大 进步，最好年份产量超过设计产量20%，在使用TFe 68%球团时，产 品TFe94.0%、金属化率93.0%、S、P0.015%、SiO21.0%。自 行开发的链箅机-回转窑法（一步法）实现了工业化，煤耗（褐煤）仅 900950kg/t DRI，单机产能达15万吨/年 DRI。回转窑法因对原燃料 的要求苛刻，单位产能投资高，运行费用高，生产运行的稳定难度大 ，生产规模难以扩大，难以成为我国DRI发展的主体工艺。 p 直接还原“发展热”持续强劲，但成效甚微 p 我国回转窑直接还原生产指标世界领先，但发展受阻 2.1 我国直接还原技术发展现状 17 含碳球团快速还原工艺（转底炉）对原料
12、的适应性强，是含铁粉尘 处理和复合矿综合利用有效方法。但产品难以满足炼钢的要求，不是 炼钢用DRI生产的主导方法。该工艺投资高，运行成本高，传热效率 低，热利用率低，生产稳定性差，用该工艺替代高炉提高企业产能的 经济可行性、经济性还有待实践结果的验证。 转底炉难以成为我国直接还原铁发展的主体方法。 p 隧道窑直接还原铁生产异常发展 技术含量低，单机产能小，投资小，但能耗高，污染严重，产品 质量差（主要表现为TFe低，SiO2含量高）的隧道窑法在我国得到异 常迅速的发展。从国民经济发展节能减排、保护环境的原则出发， 隧道窑不是我国生产炼钢用直接还原铁的发展方向，应予限制。 2.1 我国直接还原技
13、术发展现状 p 转底炉发展迅速 18 我国的天然气资源短缺，缺乏可以直接用于直接还原的高品 位块矿和球团，我国至今没有直接还原竖炉工业化生产装置。 近年来，煤制气竖炉直接还原在我国倍受关注，通过对煤 制气、竖炉直接还原的调查、研究，获得以下信息： 1.煤制气竖炉直接还原的能耗低。 工序能耗为455485kg标准煤/吨DRI，低于其他直接还原 工艺，低于高炉炼铁工序能耗1017%（2009年上半年全国重点 钢铁企业炼铁系统总能耗为534.97标准煤/吨铁水）。 2.1 我国直接还原技术发展现状 p 煤制气-气基竖炉直接还原工艺倍受关注 19 煤制气-气基竖炉直接还原工艺倍受关注 2.比高炉炼铁可
14、减少CO2排放1520%，硫化物排放70%。 煤制气竖炉法还原尾气经脱除水、CO2、硫化物后循环利用 ，还原尾气中的CO2脱除后可用于制气中煤的输送及供其他工业使 用，硫化物以单质硫形态产品回收，因而可减少CO2、硫化物的 排放。 3.竖炉可进行热出料，及直接还原铁热装电炉冶炼。 650700直接还原铁热出料，及热DRI直接装入电炉炼钢， 电炉可节约电耗6080kwh/t钢，有利于我国扩大电炉钢生产， 降低钢铁生产的总能耗。同时，可简化竖炉出料系统，减少DRI 的再氧化，降低竖炉投资。 4.竖炉可大型化，最大可达180万吨/年座。 20 煤制气-气基竖炉直接还原工艺倍受关注 因而，煤制气-竖炉
15、直接还原将成为我国DRI生产的主要途径 。 具不完全统计，有二十多个单位在筹划、规划、设计建设50 160万吨/年的煤制气-竖炉直接还原铁生产线，这些生产线建 成将彻底改变我国直接还原铁生产的面貌，为我国钢铁工业的发 展开辟新的局面。 但由于各种原因，至今还没有一个进入实质性的运作 。 21 p 我国自主熔融还原技术开发研究活跃 针对我国资源条件的新熔融还原工艺开发研究十分活跃，如 针对难选矿、复合矿，以非结焦为能源，直接生产铁水的方法； 以含碳球团/块为原料，竖炉或电炉为终还原反应器生产铁水的方 法等。 p 熔融还原（COREX）在我国实现了工业化生产 宝钢引进COREX熔融还原技术，并顺利投产、成功运行， 尽管仍未实现完全不用焦碳生产，产能、能耗、作业率、铁水成 本等预期目标，但实践积累了大量经验，揭示了存在的问题，探 索了解决方案，为我国非高炉炼铁的发展奠定了基础，为我国熔 融还原实现工业化生产开创了新的局面。 。 p 熔融还原将成为我国钢铁企业改善能源结构，调节 铁水产能的手段 2.3 我国熔融还原技术发展现状 22 3. 我国非高炉炼铁发展的展望 23 3.1 直接还原铁在我国有广阔的发展前景 我国生铁产量占世界60%，焦煤短缺压力日益增大； 电炉钢产量仅
