非高炉炼铁技术及其在我国的发展

非高炉炼铁技术及其在我国的开展东北大学材料与冶金学院赵庆杰储满生1主要内容世界非高炉炼铁技术现状我国非高炉炼铁技术现状我国开展非高炉炼铁的展望结语21.世界非高炉炼铁技术现状非高炉炼铁开展的动力是：摆脱焦煤资源短缺对钢铁工业开展的羁绊,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，开展电炉钢生产，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开展。非高炉炼铁〔非焦炼铁〕是世界钢铁工业技术开展的前沿技术之一，是钢铁工业实现节能、减排、“低碳〞生产和可持续开展的重要方向和手段。3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复原法在世界复原铁生产中占绝对优势。

1.1直接复原现状42003/Mt2004/Mt2005/Mt2006/Mt2007/Mt2008/Mt08/07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6.907.838.958.67.716.87-10.89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2.873.022.903.12.792.64-5.381.1直接复原现状世界各国直接复原铁产量统计5煤制气-竖炉直接复原工艺为DRI生产开展开辟了新途径由Midrex公司提出并在南非实现了工业化生产的COREX熔融复原尾气作为Midrex竖炉复原气的工艺，以及直接使用焦炉煤气、合成气、煤制气为复原气的HYL-ZR工艺，为天然气资源缺乏的地区以天然气以外的能源开展气基直接复原工艺开辟了新途径。1.1直接复原现状6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。

600～700℃的DRI热送至冶炼车间，热装入电炉炼钢可以节约电能60～80kwh/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。

1.1直接复原现状7回转窑法在印度异常开展回转窑法是煤基直接复原中最主要方法。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开展，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开展，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/t·DRI，生产运行情况不理想。1.1直接复原现状8隧道窑法在中国异常开展隧道窑法采用铁矿粉、复原煤分层装罐，复原罐在窑内加热进行复原。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、本钱等原因实际正常运行的不多，产量缺乏50万吨。隧道窑法热效率低，能耗高〔实物煤耗＞800kg/t·DRI〕；生产周期长〔48～76小时〕；污染严重；产品质量不稳定；单机产能难以扩大，不可能成为直接复原铁开展的方向。1.1直接复原现状9转底炉法是煤基直接复原技术开发热点转底炉煤基直接复原技术〔Fastmet、Inmetco、Itmk3〕因采用含铁原料与复原剂混合造球/压块，复原条件好；能源来源广泛；对原料的适应性强，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〔TFe＜85％，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开展的主导方向。

1.1世界直接复原技术开展现状10流化床法采用粉状原料、铁矿粉单体颗粒在高温复原气流中复原，粉矿不必造块、复原速度快，从机理上是气基法中最合理的工艺，因而在直接复原开展中倍受关注。生产实践中，因物料流化所需要气流量远大于复原所需气量，复原气一次通过利用率低，循环消耗能量高；产品复原程度不均匀；“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复原装置法中只有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%。流化床法的开展受挫1.1直接复原现状11按其能源可分为：氧煤工艺、电煤工艺；按其复原反响完成的过程可分为：一步法：铁矿物在一个反响器中完成复原及熔化全过程；二步法：铁矿物在一个反响器中预复原后，在另一个反响器中进行终复原和熔化，

按其终复原反响器的形式可分为：铁浴法；填充床法;残焦〔CHAR〕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，且仅有五套熔融复原装置在运行。1.2熔融复原现状121.2.1COREX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复原工艺〔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。13FINEX法在COREX根底上开展的以廉价粉矿作为原材料，以流化床为预复原反响器，熔融造气炉与COREX相同的最受关注的熔融复原工艺。但流化床能否使用精矿粉，运行的稳定性，预复原矿粉的压块，以及生产本钱和投资问题还有待生产的检验。1.2.2FINEX熔融复原技术开发取得进展141.2.3HIsmelt熔融复原进展缓慢

HIsmelt的优点是结构简单，炉体体积和高度较小，投资本钱和维修本钱低，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。152.我国非高炉炼铁技术现状

16我国直接复原“开展热〞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技术根底上，进行了大量改造并取得了重大进步，最好年份产量超过设计产量20%，在使用TFe68%球团时，产品TFe>94.0%、金属化率>93.0%、S、P<0.015%、SiO2～1.0%。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900～950kg/tDRI，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开展的主体工艺。直接复原“开展热〞持续强劲，但成效甚微我国回转窑直接复原生产指标世界领先，但开展受阻2.1我国直接复原技术开展现状17含碳球团快速复原工艺〔转底炉〕对原料的适应性强，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，运行本钱高，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复原铁开展的主体方法。隧道窑直接复原铁生产异常开展技术含量低，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开展。从国民经济开展节能减排、保护环境的原那么出发，隧道窑不是我国生产炼钢用直接复原铁的开展方向，应予限制。2.1我国直接复原技术开展现状转底炉开展迅速18我国的天然气资源短缺，缺乏可以直接用于直接复原的高品位块矿和球团，我国至今没有直接复原竖炉工业化生产装置。近年来，煤制气—竖炉直接复原在我国倍受关注，通过对煤制气、竖炉直接复原的调查、研究，获得以下信息：1.煤制气—竖炉直接复原的能耗低。工序能耗为455～485kg标准煤/吨DRI，低于其他直接复原工艺，低于高炉炼铁工序能耗10～17%〔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我国直接复原技术开展现状煤制气-气基竖炉直接复原工艺倍受关注19煤制气-气基竖炉直接复原工艺倍受关注2.比高炉炼铁可减少CO2排放15～20%，硫化物排放～70%。煤制气—竖炉法复原尾气经脱除水、CO2、硫化物后循环利用，复原尾气中的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，及直接复原铁热装电炉冶炼。650～700℃直接复原铁热出料，及热DRI直接装入电炉炼钢，电炉可节约电耗60～80kwh/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-气基竖炉直接复原工艺倍受关注因而，煤制气-竖炉直接复原将成为我国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-竖炉直接复原铁生产线，这些生产线建成将彻底改变我国直接复原铁生产的面貌，为我国钢铁工业的开展开辟新的局面。但由于各种原因，至今还没有一个进入实质性的运作。21我国自主熔融复原技术开发研究活泼针对我国资源条件的新熔融复原工艺开发研究十分活泼，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，竖炉或电炉为终复原反响器生产铁水的方法等。熔融复原〔COREX〕在我国实现了工业化生产宝钢引进COREX熔融复原技术，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、铁水本钱等预期目标，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开展奠定了根底，为我国熔融复原实现工业化生产开创了新的局面。。熔融复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我国熔融复原技术开展现状223.我国非高炉炼铁开展的展望233.1直接复原铁在我国有广阔的开展前景我国生铁产量占世界60%，焦煤短缺压力日益增大；电炉钢产量仅占10%，降低钢铁生产总能耗压力大；减少CO2及硫化物排放，实现低碳经济的压力大；改善产品结构，提高产品质量，减少钢铁产品实物消耗量任务繁重。开展直接复原铁生产是解决我国钢铁工业开展面临这些困扰、压力的有效途径之一。我国钢铁工业开展的迫切需要直接复原铁，我国DRI的市场需求巨大，废钢协会估计年需求量超过2000万吨。直接复原在我国有广阔的开展前景。243.2熔融复原在我国存有一定的生存和开展空间有自主产权、适应我国资源条件的熔融复原作为高炉炼铁的补充在我国存有一定的生存和开展空间。

需要组织国内技术力量,组织跨学科、跨行业的联合开发和技术攻关，开发有自主产权、适应我国资源条件的熔融复原技术。

253.3煤制气—竖炉是我国开展DRI生产的主导方向总结世界直接复原铁的开展历史、我国五十多年直接复原铁技术开发的经验和教训，鉴于直接复原竖炉具有能耗低，CO2、硫化物排放少，单机生产能力大，在产品热出料、热装电炉时可大幅度降低炼钢能耗等特点，煤制气——竖炉将是我国开展直接复原铁生产的主导工艺。

263.4我国具备开展DRI生产的资源、技术条件我国天然气资源短缺，但非结焦煤煤炭资源丰富，煤制气是我国推荐的清洁利用煤炭能源的方法，是我国化工行业成熟的常规技术，有长期工业化生产的经验；利用成熟的煤制气技术制备复原气，在资源、技术、经济上均是可行、可靠的。我国铁矿资源中～50%磁铁矿通过精选〔TFe＞69.5%，SiO2＜2.0%〕—氧化球团可以生产满足竖炉要求的直接复原铁专用球团，生产本钱远低于进口价格。利用我国的铁矿资源为直接复原铁提供原料，通过小型工业化生产证明技术上可行，经济合理。27精选前矿粉，%直接还原专用高品位精矿，%球团成分，%备注TFeSiO2TFeSiO2-0.074mmFe回收率TFeSiO265.438.1870.441.8594＞96.068.4568.521.991.39辽宁166.425.3870.091.7597＞96.0--辽宁265.508.2570.621.4195＞97.068.5568.631.861.81辽宁366.004.9169.521.64-320目7094.4868.021.85山西166.004.9169.940.81-320目8092.4468.281.26山西267.375.8070.3671.361.180.4798.6395.0667.27-3.17-吉林165.508.3570.501.5892.0595.8068.25-1.42-辽宁464.963.4769.391.22～90.096.86--湖北1-164.963.4770.640.60～90.095.03--湖北1-264.963.4769.191.43～90.098.3967.0967.271.931.53湖北1利用国内资源制备直接复原专用球团28典型球团化学成分2930序号项目单价单耗单位成本一原料1.1铁矿粉（TFe65%）700.00（元/t）1.087t/t760.90二能源介质2.1新水4.0（元/m3）3.0m3/t12.002.2电0.58