选择非高炉炼铁工艺.doc

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。关键词化铁炼钢COREXDRI降低成本CHOICE OF NON-COKING IRONMAKING PROCESSJIN Xiandong(Shanghai Pudong Iron and Steel(Group) Co.,Ltd.)ABSTRACTThe 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 process replacing the process of secondary iron-remelting supplying hot metal for converters.KEY WORDSsteelmaking on molten pig iron,COREX,DRI,cost reduction1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评价各种非高炉炼铁工艺2.1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、DRC、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。2.2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 1Data 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-1145000铁矿石或球团/kg*t-11480煤/kg*t-1990添加剂/kg*t-1325氧气/m3*t-1560碳/%4.204.60硫/%0.010.03炉渣/kg*t-1约340铁水温度/150015303选择COREX工艺取代“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。3.1COREX工艺与“二次化铁”比较3.1.1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/tTable 2Comparison of energy consumption per ton of iron in process step of COREXkg/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。3.1.2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1440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，以浦钢公司的原材料价格为依据，计算了年产65万t铁水的C2000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/tTable 3Comparison of production cost of COREXyuan/t浦钢转炉厂化铁炉平均生产成本(1996)COREX生产成本(计算)1440990COREX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，但是，铁水生产成本可降低5.85亿元。 表 4环境质量比较kg/tTable 4Comparison of environmental pollution produced by COREXkg/t排出物化铁炉(除尘后)COREX装置ISCOR烟尘0.860.018SO无去除0.250NO手段0.0233.1.3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。3.2COREX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 5COREX装置输出煤气Table 5Gas exported from COREX plantCO/%CO2/%H2/%CH4/%热值/kJ*m-1354035152017000COREX装置输出煤气可以用作其它冶金炉的能源和发电。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 6COREX与DR联合装置生产及消耗指标Table 6Data 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1130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1250元左右。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。3.3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 7Comparison 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 %的铁水取代废钢后，可以降低吨钢生产成本42元。电炉使用铁水可以稀释废钢带入炉中的杂质元素，电炉钢的氮含量问题一直困扰着优质板材和管材生产，电炉加入COREX铁水后，在脱碳时，熔池内剧烈搅拌以及气体逸出可以使氮含量保持在(2030)10-6的低水平范围内7。上海钢铁工业选择COREX工艺，取消“二次化铁”，不仅可以高起点改变上海钢铁工业的落后状况，使炼钢生产成本显著降低，而且使炼钢原料有一个质的飞跃，提高钢的质量和在市场经济中的竞争力。 4建立球团生产基地据报道8，世界铁矿石价格将逐步上升，每吨粉矿和块矿的价格约相差10美分(表8)。表 8铁矿石价格预测美分/tTable 8Ore price predictioncent/t年份199519961997199820002005粉矿27.228.828.928.928.933.0块矿35.937.738.538.538.943.0从经济方面考虑，COREX工艺应使用价格便宜的粉矿，但COREX工艺只能使用块矿、球团、烧结矿或其混合矿。因此，选择COREX工艺的同时应考虑选择适当地点建立球团生产基地，用廉价量多的进口粉矿生产球团，集中供应熔融还原装置、直接还原竖炉以及现有的高炉作为炼铁原料，以节省投资和降低生产成本。 5结语化铁炼钢和生铁、废钢资源紧缺正在制约上海钢铁工业的发展，使上海钢铁工业无论是生产成本和钢的质量在钢材市场竞争中处于很不利的地位。选择COREX工艺，取消“二次化铁”，高起点改变上海钢铁工业的落后状况。以浦钢公司转炉厂为例，取消“二次化铁”建设C2000型COREX装置可获得如下效益：(1) 每吨铁水能耗降低294.636 kg标煤；(2) 每吨铁水生产成本降低450元，全年可节约5.85亿元；(3) COREX装置生产环境好，铁水质量优良。建设COREX+DR联合装置，使用COREX输出煤气生产DRI，生产成本低，安全、节能。电炉使用20 %COREX铁水，吨钢成本可降低42元，电炉使用铁水，钢的质量提高。在选择COREX工艺的同时应考虑选择适当地点建立球团生产基地，用价廉量多的进口粉矿生产球团，集中供应熔融还原装置、直接还原竖炉以及现有高炉作为炼铁原料，节省投资和降低生产成本。参考文献1Eberle A,Schiffer W，Siuk