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1、非高炉炼铁工艺最新进展炼铁是为炼钢提供台格原料的重要工序。随着炼钢工艺技术的革命，炼铁工艺技术也有了新的发展和突破。目前，钢铁工业已经形成了高炉一转炉与熔融还原一转炉流程并存，以及转炉、电炉、煤氧废钢熔化炼钢同时并存的局面。炼铁工艺则形成了以高炉炼铁为主，同时发展直接还原、熔融还原为辅的工艺路线。面临不同技术特点的炼铁工艺，应如何选择，是发展我国钢铁工业、确定产品大纲的重要环节。a.直接还原工艺。近年来,直接还原工艺仍保持持续稳定地增长, 2006年世界直接还原铁总产量达到5980万t。其中,以天然气为能源的气基直接还原的产量占8013%(MIDREX: 5917%, HYL: 1814% ,
2、 FINMET:212%),各种煤基直接还原工艺的产量占1917%。转底炉直接还原工艺是近年来的研究开发热点,国外已建成多座不同规模的生产装置。但据报道,北美建成的数个转底还原铁厂都在闲置,日本建设的几座转底炉直接还原装置也是作为专门处理钢铁厂内粉尘来使用的。b.熔融还原工艺。国外正在运行的4套COREX熔融还原装置保持良好的生产状态。2006 年, 在南非SALDANHA 钢厂的COREX直接还原联合装置连续生产了75万t铁水和75万t直接还原铁。该装置为气基直接还原铁的生产开辟了新路。除新投产的宝钢CORECC - 300装置外,原韩国韩宝公司10年前建设的2套C - 2000装置正在搬迁
3、到印度的HA2IRA钢铁厂。2007年,浦项150万t F INEX装置的投产反映了开发者对该技术的信心。据宣传,F INEXT投资成本和运行成本比高炉流程分别低20%和15%左右。HISMELT已开发了25 年。第一套80万t工业生产装置于2005 年10 月投产,工艺和操作上所取得的突出成果包括:生产率达到设计能力的75% 80%,煤比最低达到820kg/ t;反应炉实现最高富氧率操作;操作对原料、喷吹和生产率等方面的适应性,验证了装置在开动、停止、闲置的灵活机动能力。以下详细说明该法的最新进展。1 COREX、COREX /DR 熔融还原技术COREX 技术是世界上唯一已实现工业生产的熔
4、融还原炼铁技术。它采用块矿或球团矿和非炼焦煤, 而不需用炼焦设备或焦炭。到目前为止, 先后已有5 套COREX 设备投入运转, 设备型号由C- 1000 提升为C- 2000, 年产能力从30 万t 提高到60 80 万t。COREX 生产工艺流程: 块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的混合物, 通过一个封闭漏斗系统装入到还原竖炉中, 在此, 这些原料被逆向流动的还原气体还原成金属化程度大约93%的直接还原铁(DR1) 。螺旋卸料器将DRI 从还原竖炉传送到熔融气化炉中, 在此, 除了进行其他冶金和炉渣反应外, 还进行最终还原和熔化。然后, 像在普通高炉上的操作一样, 进行出铁和出渣。从用煤流程的
5、观点来看, 这种方法可通过一个封闭漏斗系统直接将非炼焦煤装入熔融气化炉中, 与喷入熔融气化炉中的氧气燃烧, 生成高效还原气。由于熔融气化炉圆顶中的温度超过1 000 , 因此在脱除挥发分期间从煤中释放出来的碳氢化合物, 立即分解为一氧化碳和氢, 不需要的焦油和酚等副产品被消除了, 因此也就不可能释放到大气中。熔融气化炉中存在的还原气主要含有煤粉、灰尘和铁尘的CO 和H2 组成, 灰尘大部分可在热煤气旋风除尘器中从气流中去除, 通过添加冷煤气,还原气温度可调整到最佳工作范围800 850 。离开热煤气旋风除尘器之后, 还原气通过一个环形风管被吹入到还原竖炉中, 以对流方式来还原铁矿石。炉顶煤气随
6、后在洗涤器中进行冷却和净化, 经过洗涤器冷却和净化之后的煤气可作为一种高价值的输出气体, 广泛用于发电、生产DR1, 钢铁厂内设备加热以及生产合成气体等。2 FINEX 熔融还原技术FINEX 工艺是一种直接使用煤和粉矿的熔融还原炼铁技术, 由浦项制铁和奥钢联联合开发。直接使用粉矿生产铁水和直接还原铁是未来炼铁新工艺开发的驱动力之一。FINEX 工艺的基础: 一是直接利用烧结用的铁精矿( - 8 mm) ; 二是利用COREX 技术的优点, 即比高炉路线更经济; 由于节约资源和能源, 污染排放少, 对环境比较友好; 直接用煤; 输出煤气价值高, 可在冶金生产和能源企业广泛利用; 熔化气化炉技术
7、成熟, 可直接用煤; 所产铁水的质量与高炉基本相同; 操作灵活。在F1NEX 工艺中, 铁矿粉在4 级或3 级流化床反应器中被预热并还原成直接还原铁粉( 见图2) 。上面一级反应器主要作为预热段, 在接下来的几级反应器中, 铁矿粉被逐级还原成直接还原铁粉, 直接还原铁粉可直接加入、也可先压成块以热压块铁(HBI) 的形式加入到熔化气化炉中, 然后被还原成金属铁并熔化。冶金还原和熔化所需热量由煤氧燃烧气化提供,煤气化产生的还原煤气输人到流化床反应器中。FINEX 工艺的输出煤气是高价值产品, 可以进一步用来生产DRI /HBI、发电或者用作加热用煤气。熔化气化炉产生的铁水和炉渣同高炉、CORKX
8、 炉操作一样, 从炉缸排出。FINEX 工艺的吸引力在于, 由于直接使用了粉矿( 而不是烧结矿和球团矿) 、直接用煤( 而不象高炉那样需要焦炭) 来生产铁水。经计算, 其生产成本比同等规模的高炉要低15%20%。由于可以使用各种廉价铁矿粉( 目前占所有开采量的大约60%)和非焦煤, FINEX 工艺的工业化应用前景光明。图2. FINEX 工艺流程3.HISMELT 熔融还原技术HISMELT 法商业规模工厂于2005 年5 月建成投产, 为该工艺的发展迈出了新的步伐。HISMELT 法用原燃料种类很广泛, 粉矿和钢厂废弃均在内的各种含铁料都可以使用, 燃料可用非焦煤煤粉, 原燃料及熔剂均被喷
9、射到铁浴中, 铁浴充当主要还原反应介质, 因而反应速度很高, 尤其是氧化铁的还原反应, 这就加强了熔池的搅拌。它与COREX 和FINEX 装置不同之处还在于不用纯氧( 使用空气或富氧率30% 的空气) , 可以节约大量基建投资并降低成本, 但它的炉气利用价值也因而较低。HISMELT铁水不含硅, 对炼钢有好处, 而且当使用高磷矿时90% 95% 的磷进入炉渣, 也能生产出低磷铁水。它在试验室和10 万t /a 试验工厂取得数据基础上, 2001 年澳大利亚RITINTO 集团、美国纽柯公司、日本三菱集团和中国首都钢铁集团公司四方组成合资公司, 在澳大利亚西部建设商业规模的HISMELT 工艺
10、炼铁厂, 年产能力为80 万t, 现经过多方努力, 该厂已于2005年5 月正式投产, 经过12 年试产后可以积累必要的数据和经验, 进一步作为新型炼铁工艺推广使用。我国山东莱芜钢铁公司曾和前述公司签订协议, 如果澳大利亚商业规模HISMELT工艺炼铁厂生产实践证明可行, 将在莱钢建设第2 座HISMELT 炼铁厂, 年产能力亦为80 万t。图3 为HISMELT 工艺流程简图。此法优点突出: 设施体积较小; 矿粉及煤粉直接喷吹入炉, 无需造块; 矿石不受限制;可用精矿粉, 也可用( 处理) 钢铁生产废料;主要是用高温热风, 可用富氧提高冶炼效果;污染较轻。这是较好的炼铁方法。它唯一缺点是渣中
11、含铁量较高, 如使用贫矿, 渣量大, 铁损失将增加。它的生产费用( 制造成本) 较低,建设投资较少, 是高炉最有力的竞争者, 是有希望革高炉命的新技术。图三. HISMELT 工艺流程作为一种可以直接使用煤粉和铁矿粉, 而且在以熔融还原( 还原速度快) 为主要特点的炼铁工艺, 对冶金学家来说是一种长期追求的理想工艺。熔融还原的研究自20 世纪40 年代就已开始, 而且方法很多, 如HISMELT、CIOS、DIOS、AISI 法等。该类技术共同的技术特点有: 采用纯氧鼓风; 铁浴煤气( 向炉缸中吹入煤粉生成煤气) ; 流化床传热升温和还原;高温高压; 还原煤气的净化和有效利用等。理论研究的成果
12、很多, 实验室研究和小型工业试验较多, 但进行工业性试验的仅有COREX、FINEX、HISMELT 等少数。熔融还原应用于工业生产尚有许多问题需解决, 如各种耐高温同时又耐磨的材料和设备( 包括喷枪、阀门等) ;高温煤气的除尘、回收和再利用; 流化床对原料的粒度的严格要求; 以及在较小规模时, 投资较省和获得较好和稳定的技术经济指标等问题需要进一步研究解决和开发。因而融熔还原作为一项炼铁的新技术真正进入工业性大规模生产还要走较长的路。在某一个地区, 采用某项工艺生产DRI 或铁水、矿石、能源的成本最低, 经营费用最少,则该工艺在当地就最有前途。针对我国绝大多数地区缺油少气, 非焦煤资源供应充
13、足, 而相对廉价的条件, 发展主要以煤为燃料和还原剂的高效冶炼工艺最有前途。例如CORER 熔融还原炼铁设备及利用CORER 输出煤气进行直接还原的竖炉或流态化炉, 就是这类可以首选的工艺。此外, 可以直接使用较廉价的粉矿、铁精矿粉和粉煤的冷固结含碳球团, 氧化球团作原料的炼铁新工艺, 如FINEX, FASTMET 等工艺如能大型化并实现经济生产也将是很有竞争力的新炼铁技术。随着电炉短流程及小型紧凑型钢铁厂的迅速发展, 作为高炉炼铁工艺的补充及就近向炼钢炉供应优质炉料的生产设备,非高炉炼铁技术将迅速发展和进步。参考文献：1. 黄雄源.金属材料与冶金工程第36卷第1期 20082. 孙泰鹏.沈阳工程学院学报(自然科学版)第三卷第1期 20073. 曾节胜.马钢技术 2001年第4期4. 储满生, 赵庆杰.中国冶金 第18卷第9期2008
