熔融还原炼铁技术竞争力分析

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1、 第 1 页 共 6 页 世界金属导报/2010 年/3 月/30 日/第 010 版 原料炼铁 熔融还原炼铁技术竞争力分析熔融还原炼铁技术竞争力分析 刘文权 1 概述 COREX、FINEX 和 Hismelt 等熔融还原技术投入商业化运用后，面临高炉流程和熔融还原技 术炼铁竞争力比较的问题。炼铁竞争力主要体现在原料适用性、生产规模、经济性、工序能耗、 环保、运行成本、生铁质量、寿命和 CO2减排等方面。下面从熔融还原炼铁原料特性出发，对熔 融还原和高炉炼铁技术竞争力进行比较和分析。 2 熔融还原炼铁原料特性 在原燃料资源的获取和适用性上，COREX 可使用非炼焦煤，但需使用块矿和球团及部分

2、焦 炭。FINEX 不仅可用非炼焦煤，而且摆脱了对块状原料的依靠，但需块煤和粉煤造块。Hismelt 原燃料全部粉状化，且对原燃料性质无特殊要求，资源面最宽，便于就地取材，并且可使用高磷 铁矿石。不同熔融还原炼铁工艺对含铁原料、煤和焦的具体要求如下: (1)含铁原料 南非 ISCOR 公司萨尔达纳钢厂 COREX C-2000 于 1998 年建成投产， 设计生产能力 65 万 t/a， 采用 80%锡兴块矿和 20%巴西 CVRD 球团矿。印度京达尔钢厂 2 套 COREX C-2000 分别于 1999 年和 2001 年建成投产，设计生产能力 280 万 t/a，采用 85%球团矿和 1

3、5%印度块矿。 COREX 对含铁原料和质量要求见表 1 和表 2。 FINEX 含铁原料可以直接用 0mm8mm 的烧结用粉矿，但 lmm8mm 粒度要占 50%以上， 不能全部使用铁精矿粉(-200 目以下)，FINEX 用矿的典型粒度见表 3。 (2)煤 表 4 列出 COREX 对煤的质量要求。 COREX 用煤对粒度要求较高，要求粒度 0mm50mm，其中+10mm50%，-2mm50%，-6.3mm-5%，lmm1%；煤压块含水要求小于 5%。 FINEX 对燃料的要求:采用烟煤为主要燃料。FINEX 用煤分为两个部分，一部分和 COREX 一样，经型煤设备压块后从熔融气化炉顶部加

4、入，这部分煤粉要求和 COREX 用煤粉一致；另一 部分煤粉是经过喷吹加入熔融气化炉底部，和高炉喷煤一致，有磨煤和喷煤设备，这部分煤粉质 量要求和高炉喷煤质量要求相同。 (3)焦炭 南非 ISCOR 公司萨尔达纳钢厂配入 20mm40mm 的焦炭是为了提高炉温、提高产量，投产 时使用 30%，现在使用 13%。多加焦炭可改善料层透气性，多富氧并可提高产量。 印度京达尔钢厂 COREX 由于煤的块度和抗热爆裂性难保证， 多使用焦炭(20%)， 用质量较差 的焦炭，块度有 6mm70mm 和 6mm30mm 两种。 从以上分析可以看出，不同熔融还原炼铁工艺对原、燃料要求如下: (1)COREX 工

5、艺对原、 燃料的要求苛刻； 不能 100%直接使用粉煤、 粉矿， 必须使用块状原料； 对入炉块状原料的理化性能有很高的要求，提高了原料成本，使铁水成本升高。依赖稳定的焦炭 床保护炉缸，目前运营的 COREX 焦比约在 130kg/t250kg/t。 (2)FINEX 工艺采用资源丰富、廉价的铁粉矿(平均粒度在 lmm3mm，最大粒度8mm)，采 用粉煤压块技术，但不能使用精矿粉，仍需要 10%焦炭，未能实现全煤作业。 第 2 页 共 6 页 (3)Hismelt 可全部适用粒-度 6mm 以下的粉矿粉煤，便于推广应用，适合于冶炼高磷矿。 3 熔融还原炼铁竞争力比较 熔融还原与高炉炼铁在生产规模

6、、投资、原燃料消耗、工序能耗、生产成本、环保、生铁质 量、寿命和 CO2减排等方面竞争力分析如下: (1)生产规模 根据西门子奥钢联公司提供的资料，C-2000(相当于 1000m3级高炉生产规模)采用 100%块矿 年产铁水 70 万 t；采用 40%块矿和 60%球团矿年产铁水 100 万 t；C-3000(相当于 2000m3级高炉 生产规模)采用 40%块矿和 60%球团矿年产铁水 140 万 t。由此可见，熔融还原炼铁原料同样需要 精料，通过增加球团矿的配比来提高铁水产量和生产效率。 而目前世界上最大高炉容积 5800m3，炼铁生产能力 480 万 t，同等生产规模是熔融还原炼铁 所

7、达不到的。 (2)投资 高炉建设绝大多数设备可立足于国内，投资相对较低。 COREX 需要引进生产工艺技术，部分工艺设备和配套建设的大型制氧机需要进口，建设投 咨较高。 FINEX 投资高于 COREX，因为前者增加了直接还原铁及粉煤压块设备，并增加了煤气脱除 CO2及再循环利用的设施。氧气站的投资约为 FINEX 本身投资的二分之一。 Hismelt 由于完全不需要烧结、球团、炼焦设备，原料处理设备简单。并且由于反应效率高， 设备相对较小。但采用低纯氧，增加了制氧投资。 (3)原、燃料消耗 如果 COREX 使用烧结矿，其环保优势与高炉相比将大打折扣。事实上，COREX 只能采用 球团矿和块

8、矿作原料，同时为提高产量和效率，需增加球团矿比例。如果高炉全部以球团矿和块 矿作原料，富氧量达到 COREX 用氧量 550Nm3/t，高炉炼铁焦比无疑低于 250kg/t，煤比超过 200kg/t。 COREX 的初衷是不使用焦炭，但是随着设备的大型化，焦炭加入量逐步提高。随着熔融还 原设备大型化后，COREX 在环保上的优势逐步丧失。不同熔融还原装置和焦比情况见图 1。而随 着高炉大型化，燃料比和入炉焦比呈下降的趋势，2008 年全国重点钢铁企业不同高炉容积和入炉 焦比情况见图 2。 目前运转的 COREX 设备的焦比为 130kg/t250kg/t。南非萨尔达纳钢厂焦比约占总燃料比 15

9、%，印度京达尔约占 20%。 (4)工序能耗 电按等量值0.1229kgce/kWh计算， COREX C-2000炼铁工序能耗(焦炭比例15%)499.75kgce/t， 球团配比在 80%，折算为炼铁系统总工序能耗 531.83kgce/t(工序能耗计算见表 5)。 同等生产规模的1000m3级高炉(烧结配比80%， 球团配比20%)工序能耗399.31kgce/t(见表6)。 烧结工序能耗在 47.99kgce/t(见表 7)，球团工序能耗 26.73kgce/t(见表 8)，焦化工序能耗 123.1 lkgce/t。折算炼铁系统工序能耗 513.95kgce/t。比熔融还原炼铁低 17

10、.88kce/t。若按焦炭比例 13% 计算，熔融还原和高炉的工序能耗基本相等。随着熔融还原设备大型化，熔融还原工序能耗将超 过高炉流程(含烧结、焦化)工序能耗，其主要原因是 COREX 工艺所产生的大量高热值副产煤气 尚没有得到完全有效的利用。由此推断，降低熔融还原工序能耗的途径在于降低焦炭消耗比例和 增加球团矿配比，但这与熔融还原装备大型化相矛盾，影响其生产规模和效率的发挥。 FINEX 炼铁燃料比在 740kg/t 铁水750kg/t 铁水。 其生产最好月份燃料比 71 1kg/t 铁水(其中 焦比 10%)，工序能耗 523.3kgce/t 铁水。 Hismelt 工艺的煤耗 900k

11、g/t，电耗 350kWh/t，工序能耗 682kgce/t 铁水。 (5)生产成本 第 3 页 共 6 页 熔融还原炼铁采用球团矿和块矿作原料，将影响其生产成本和经济性的竞争力。国内部分都 市型钢铁厂由于环保原因采用高比例的球团矿或全球团冶炼等就是采用高比例球团矿冶炼，带来 的主要问题是生产成本和经济性的竞争力问题。 近年来，国内大型高炉配加高比例块矿来降低生产成本。如宝钢 4000m3级高炉块矿配比在 18%左右，首钢 2000m3级高炉块矿配比在 15%左右。 因此，随着熔融还原大型化，因其必须采用块矿和球团矿，与大型高炉相比，不具备成本竞 争力。 (6)环保 对高炉炼铁环保提出质疑主要

12、在焦化和烧结环节，如果不考虑成本因素，炼铁全部使用球团 矿和块矿，高富氧率(超过 5%)，其燃料比，尤其是焦比和煤比无疑具有更强竞争力。扣除经济因 素，高炉应推广高配比球团或全球团(熔剂性球团矿)、高富氧率喷煤(或全氧高炉)或减少 CO2排 放的 ULCOS 等(炉顶煤气 CO2洗涤后回收循环利用)技术路线，可明显改善高炉环保条件，并大 幅度降低 C02的排放。 若考虑烧结和高炉装备大型化要求，烧结机全部采用新建烟气脱硫装置，烧结脱硫的成本为 2000 元/t S025000 元/tS02， 国内 SO2产生量为 2kg/t 铁水3kg/t 铁水， 相应增加 4 元/t 铁水15 元/t 铁水

13、成本。烧结烟气脱硫成本一般在 20 元/t 铁水25 元/t 铁水；而 COREX 炼铁所需新建制 氧机和发电等辅助设备与 COREX 本体设备(熔融还原本体与同等生产规模高炉 投资相近)投资相当，投资为 400 元/t 铁水520 元/t 铁水，扣除考虑到煤气发电或生产直接 还原铁等效益，与烧结脱硫的费用相当。 (7)寿命 高炉生产工艺成熟、可靠，现代大型高炉的一代炉龄在 12 年以上，甚至达 15 年20 年，这 有利于钢铁厂均衡生产和降低维修费用。 COREX 作业率 92%94.7%，比高炉要低(97%98.5%)。 Hismelt 渣中的(FeO)高达 16%，炉衬寿命短，作业率低，

14、设备故障率较高。 (8)生铁质量 高炉具有较好的脱硫动力学条件， 采用低硅操作技术， 生铁一级品较高(Si0.3%、 s0.03%)。 COREX、FINEX 铁水含 Si(0.2%0.8%)和 S(0.01%0.05%)较高。 Hismelt 脱硫能力差，铁水中含 S 高(0.15%0.25%)，但含 Si(0.01%)、P 较低，需进行炉外 铁水脱硫。 (9)C02减排 由于熔融还原技术燃料比高并要大量使用煤炭， 目前 COREX 流程的 C02排放高于高炉炼铁； Hismelt 流程 CO2排放量低于高炉； FINEX 工艺开发应用了炉顶煤气循环和氧气风口喷吹技术后， 燃料和煤的消耗显著

15、下降，达到降低 CO2排放的目的。在全球日益重视低碳经济的今天，熔融还 原炼铁技术未来的发展不能忽视降低 C02排放的技术。 (10)操作灵活性 高炉由于连续性生产，开停炉对其工序能耗影响较大。COREX、FINEX 和 Hismelt 等熔融还 原操作灵活性强(如生产能力、生产中断、原料改变等)、生产调节方便。印度京达尔钢厂同时配 有熔融还原和高炉炼铁流程就在于发挥在原料和能源方面的互补，实现生产调节方面的互补。 4 结论 熔融还原技术处于技术成长期，在解决工程、技术、经济等方面的许多细节问题后，长期、 稳定、低成本运行，并达到较高的设备利用率，才能发挥其与高炉炼铁在生产规模、投资、原燃 料

16、消耗、工序能耗、生产成本、生铁质量、寿命和 CO2减排等方面的市场竞争力。 (1)熔融还原技术在生产规模、投资、生产成本、寿命和生铁质量等方面竞争力与高炉炼铁相 比不占优势，而工序能耗、环保性、经济性等方面的竞争力则取决于原燃料条件。提高熔融还原第 4 页 共 6 页 炼铁的竞争力在于解决熔融还原原料供应的可靠性、适应性和经济性。 (2)熔融还原在技术成熟度、生产效率、作业率等方面的竞争力将随着时间的推移，经过不断 发展和完善而逐渐达到高炉的水平。熔融还原炼铁生产的灵活性(开停炉方面)可以同高炉炼铁互 补。 (3)熔融还原炼铁提高产量和扩大规模，需要满足原料精料的要求。以资源条件为前提，审慎 选择炼铁工艺方法，熔融还原炼铁适宜在缺乏焦煤和环保要求苛刻的地区发展。有铁精矿资源如 铁精矿粒度偏细(-325 目大于 90%)地区可考虑全球团(熔剂性球团矿)或全氧喷煤高炉冶炼的技术 路线。 (4)在同等规模条件下，高炉流程采用烧结烟气脱硫、提高球团矿的比例、富氧率和炉顶煤气 洗涤后循环使用等措施，有助于提高高炉环保性和经济性的竞