选择非高炉炼铁工艺

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1、选择非高炉炼铁工艺选择非高炉炼铁工艺金咸栋(上海浦东钢铁(集团)有限公司)摘摘 要要 化铁炼钢和逐渐紧缺的生铁、废钢资源正在限制上海钢铁工业 的发展，选择 COREX 工艺取代“二次化铁”，改变落后的原料结构，可 降低能耗和生产成本，提高钢的质量，改善环境。 关键词关键词 化铁炼钢 COREX DRI 降低成本CHOICECHOICE OFOF NON-COKINGNON-COKING IRONMAKINGIRONMAKING PROCESSPROCESSJIN Xiandong(Shanghai Pudong Iron and Steel(Group) Co.,Ltd.)ABSTRACTAB

2、STRACT The development of Shanghai steel industry is resisted by lack of pig iron,steel scrap and energy resources increasingly.The backwardness of raw material structure can be changed,energy consumption and production cost can be reduced,steel quality and environment can be improved by COREX proce

3、ss replacing the process of secondary iron-remelting supplying hot metal for converters. KEYKEY WORDSWORDS steelmaking on molten pig iron,COREX,DRI,cost reduction1 1 前言前言上海冶金控股(集团)公司 1996 年化铁炼钢产量 430 万 t，占上海钢 产量的 64 %，是全国化铁炼钢产量的半壁江山。化铁炼钢工艺不合理， 生产成本高，化铁炉生产环境质量差。供应上海钢铁厂化铁炉用的大高炉生铁资源紧张，小高炉生铁成分 混乱，硫高质差，使

4、炼钢生产被动。华东地区大型电炉数量猛增，废钢资源紧缺加剧，废钢质差价涨。化铁炼钢和生铁、废钢资源紧缺正在制约上海钢铁工业的发展，无 论是生产成本还是钢的质量在钢材市场竞争中均处于不利地位。面对困难和挑战，当前紧要考虑的是，取消“二次化铁”，选择非 高炉炼铁工艺，高起点改变上海钢铁原料的落后状况。2 2 评价各种非高炉炼铁工艺评价各种非高炉炼铁工艺2.12.1 直接还原铁(DRI)生产工艺生产 DRI 的工艺主要有气基法和煤基法。Midrex、HYL 和 Fior 等工艺是以天然气作为还原剂的气基法直接还 原工艺，全世界 92 %的 DRI 是气基法生产的。煤基法直接还原工艺有 SL/RN、DR

5、C、Co-dir 等，煤基法 DRI 的产 量占世界 DRI 总产量的 8 %。由于受到天然气资源的限制，上海无建设气基法直接还原装置的条 件。煤基法工艺投资高，单炉经济规模产量少，故建煤基直接还原装置， 既不能满足钢厂需求又不经济。 2.22.2 熔融还原炼铁工艺直接使用煤和铁矿石(粉)熔融还原炼铁技术是下一世纪(21 世纪)钢 铁工业的发展目标和必然趋势，是当代钢铁工业革命性变革新技术之一。众多的熔融还原炼铁工艺可按铁矿石(粉)预还原程度分类。Romelt 工艺的预还原率是零。DIOS、AISI、Hismelt 等工艺的预还原率在 20 % 左右，COREX 工艺具有高预还原率，铁矿石经预

6、还原后，金属化率达到 92 %。开发于 80 年代后期的 DIOS、AISI、Hismelt 等工艺由于预还原率 低、终还原负担重、还原时间长、煤耗高等原因未能形成工业化生产能 力。Romelt 工艺由于供热需要，还原炉炉底面积只能按 2 t/(m2*h)设计， 炉子大型化只能向长度方面发展，年产量 60 万 t 铁水的炉子要长达 25 m，炉子大型化尚有问题。Romelt 炉用于熔炼处理含铁环保污泥是可行 的。COREX 工艺是当今唯一可以工业化生产的熔融还原工艺，已建成的 两座 COREX 装置生产稳定，生产成本低，环境质量好，已建成生产和在 建的 COREX 装置的年生产能力有 470

7、万 t 铁水。韩国浦项钢铁公司的 C2000 型 COREX 装置于 1995 年 11 月 14 日建成投产，生产情况良好。浦项钢铁公司的 COREX 装置 1996 年 7 月份生产和消耗数据1见表 1。表 1 浦项钢铁公司 COREX 装置生产和消耗数据 Table 1 Data of production and consumption of Poscos COREX plant in July 1996 铁水产量/t*h-181 输出煤气量/m3*h-1145 000 铁矿石或球团/kg*t-11 480 煤/kg*t-1990 添加剂/kg*t-1325 氧气/m3*t-1560

8、碳/%4.204.60硫/%0.010.03 炉渣/kg*t-1约 340 铁水温度/1 5001 5303 3 选择选择COREXCOREX 工艺取代工艺取代“二次化铁二次化铁” COREX 工艺依托成熟的 Midrex 竖炉还原技术和高炉技术，在众多的 熔融还原工艺中首先取得成功，并进行了系列化设计。 3.13.1 COREX 工艺与“二次化铁”比较 3.1.13.1.1 工序能耗比较浦钢公司转炉厂化铁炉的熔化率是 75 t/h，化铁炉余热回收用于预 热鼓风(300350)和生产蒸汽，1996 年全年平均工序能耗(标煤) 124.59 kg/t，化铁炉以载能的高炉生铁为原料“二次化铁”。梅

9、山铁 厂 1996 年炼焦工序、烧结工序和炼铁工序的平均工序能耗(标煤)分别 是 191.571、72.738 和 482.01 kg/t2。吨铁消耗烧结矿 1.755 t，吨 铁焦耗 0.5 t3，以上述数据计算，高炉与化铁炉的工序能耗(标煤) 之和是 830.04 kg/t。以浦项钢铁公司 C2000 型 COREX 装置 1996 年 7 月的生产数据计算 COREX 工艺工序能耗(标煤)是 535.404 kg/t。表 2 是 COREX 工艺工序能耗与(高炉+化铁炉)工序能耗的比较。表 2 炼铁工序能耗(标煤)比较 kg/t Table 2 Comparison of energy

10、consumption per ton of iron in process step of COREX kg/tCOREX高炉(高烧焦) 化铁炉 高炉+化铁炉535.404705.45124.590830.04COREX 工艺的工序能耗比二次化铁(高炉+化铁炉)的工序能耗低 294.636 kg/t。 3.1.23.1.2 生产成本比较浦钢公司转炉厂有铁水产量为 75 t/h 的化铁炉 4 座，四开二轮换 生产，1996 年生产铁水 124.6 万 t，全年平均铁水生产成本为 1 440 元/t。浦钢公司以浦项钢铁公司 1996 年 7 月 COREX 装置的消耗数据为 参考，以浦钢公司的原

11、材料价格为依据，计算了年产 65 万 t 铁水的 C 2000 型 COREX 装置的生产成本是 990 元/t。表 3 是浦 钢公司转炉厂化 铁炉与 C2000 型 COREX 装置的铁水生产成本比较。 表 3 生产成本比较 元/t Table 3 Comparison of production cost of COREX yuan/t 浦钢转炉厂化铁炉平均 生产成本(1996)COREX 生产成本(计算)1 440990COREX 铁水生产成本比化铁炉生产成本低 450 元/t。建设两座以铁 矿石为原料，年生产 65 万 t 铁水的 C2000 型 COREX 装置，铁水产量与化铁炉相近

12、，但是，铁水生产成本可降低 5.85 亿元。 表 4 环境质量比较 kg/t Table 4 Comparison of environmental pollution produced by COREX kg/t 排出物 化铁炉(除尘后) COREX 装置 ISCOR 烟尘0.860.018 SO无去除0.250 NO手段0.0233.1.33.1.3 环境质量和铁水硫含量比较南非依斯科公司的 C1000 型 COREX 装置烟尘实测数据表明， COREX 烟尘含量仅为 0.018 kg/t4，浦钢公司转炉厂化铁炉虽然装有 静电除尘器，但仍有 0.86 kg/t 的烟气排入大气，表 4 是环

13、境质量比较。浦项钢铁公司的 COREX 装置 1995 年 11 月至 1996 年 9 月铁水硫在 0.01 %0.03 %之间，浦钢公司化铁炉的原料质差，铁水硫在 0.05 %0.07 %之间，使炼钢生产被动，对比之下，COREX 铁水质量优良。 3.23.2 COREX 装置输出煤气的利用COREX 装置在生产铁水的同时输出煤气，见表 5。 表 5 COREX 装置输出煤气 Table 5 Gas exported from COREX plantCO/%CO2/%H2/%CH4/%热值/ kJ*m-1 354035152017 000COREX 装置输出煤气可以用作其它冶金炉的能源和发

14、电。得到国际 钢铁界注目的是使用 COREX 装置输出煤气生产 DRI，在生产铁水的同时 生产 DRI。南非依斯科钢铁公司萨达那钢厂在建设 C2000 型 COREX 装 置的同时建造使用 COREX 装置输出煤气生产 DRI 的 Midrex 竖炉。表 6 是 COREX 与 DR 联合装置生产和消耗指标5。 表 6 COREX 与 DR 联合装置生产及消耗指标 Table 6 Data of production and consumption combined COREX plant with DR plant项目COREX C2000DR 竖炉 产品铁水DRI/HBI 年生产能力/万

15、t6080最高达 80 含铁原料球团、烧结矿、块矿球团、块矿 还原剂煤COREX 输出煤气 含铁原料消耗/t*t-11.501.45固定碳(煤)/kg*t-10.500.65 辅料/t*t-10.200.50 水/m3*t-11.501.50 氧气/m3*t-1550650 氮气/m3*t-170100 维修费/美元*t-14.004.00 劳动力/人*h*t-10.200.20浦钢公司估算过使用 COREX 输出煤气生产 DRI 的生产成本是 1 130 元/t。从国外进口 DRI 的到岸价报价在 160 美元/t 左右，国内煤基隧道 窑或回转窑生产的 DRI 出厂价在 1 250 元左右。

16、用 COREX 装置输出煤 气生产 DRI 的效益是明显的。外购 DRI 有运输安全和储存安全问题，自 产自用 DRI 既安全又可以热送电炉而节能。 3.33.3 电炉炼钢使用 COREX 铁水南非依斯科钢铁公司的比勒陀利亚钢厂的电炉使用 46 %的 COREX 铁 水和部分废钢、DRI 为原料炼钢后，电耗降低 181 kW*h，电极耗降至 2.6 kg，通电时间缩短 33 min6。表 7 是该厂全废钢和 46 %铁水取代 废钢后的消耗比较。 表 7 全废钢与 46 %铁水比较 Table 7 Comparison of 100 % scrap and 46 %HM项目名称100 %废钢 46 %铁水 吨钢电耗/kW*h579398 吨钢电极耗/kg3.572.6 吨钢焦炭耗/kg21.6 吨钢石灰耗/kg3965 吨钢氧耗/m31732 通电时间/min9057 吨钢铁矿石耗/kg824浦钢公司估算了用 20 %的铁水