非高炉炼铁技术及其在我国的发展.ppt

1、1.非高炉炼铁技术及其在中国的发展，东北大学材料与冶金学院，赵庆杰，褚满生，2。主要内容，世界非高炉炼铁技术在中国的现状，中国发展非高炉炼铁技术的前景。1.世界非高炉炼铁技术现状，非高炉炼铁发展的动力是摆脱焦煤资源短缺对钢铁工业发展的束缚，改变钢铁生产的能源结构；改进传统钢铁生产工艺，节约能源，减少CO2和硫化物排放，适应日益增长的环保要求；解决废钢短缺，应对废钢质量恶化，发展电炉钢生产，实现钢的“紧凑”过程，改善钢材结构，提高钢材质量；实现资源综合利用，促进和实现钢铁工业的可持续发展。非高炉炼铁(非焦炭炼铁)是世界钢铁工业的前沿技术之一，是钢铁工业实现节能减排、低碳生产和可持续发展的重要方向

2、和手段。4、产量继续增加，以煤气竖炉法为主。产量呈持续上升趋势，2008年达到6845万吨，2009年达到6200万吨，仅比上年下降9.4%。以米德雷克斯和HYL为代表的气体竖炉直接还原法在世界还原铁生产中具有绝对优势。1.1直接还原现状，5.1直接还原现状，世界各国直接还原铁产量统计，6。煤制气竖炉直接还原工艺为DRI生产发展开辟了新的途径。米德雷克斯公司提出的利用COREX熔融还原尾气作为米德雷克斯竖炉的还原气的工艺和南非的工业化生产，以及直接利用焦炉气、合成气和煤制气作为还原气的HYL-ZR工艺，都缺乏天然气资源，1.1直接还原的现状，7。气基竖炉实现了热出料、DRI热输送和热DRI直接

3、进入电炉的产业化，以及HYL公司开发的热气输送(HYL-itemp );印度ASSAR钢铁公司的密封保温罐运输；Midrex采用德国AUMUND公司的传热技术。将600，700 DRI热送至冶炼车间，通过电炉热装可节约6080千瓦时/吨钢。同时，简化了竖炉出料系统和DRI出料后的处理系统，减少了DRI在冷却和运输过程中的二次氧化，为降低钢材的总能耗创造了条件。1.1直接还原的现状8 .回转窑法在印度发展异常，回转窑法是煤基直接还原中最重要的方法。回转窑法由于对原料燃料要求严格、能耗高、运行成本高、难以稳定生产、难以扩大规模(最大15万吨/年)、投资大，多年来发展不明显，仅在印度、南非和中国等少

4、数国家使用。近年来，回转窑法在印度发展异常。截至2009年底，印度约有350座回转窑在运行，总产能约为1800万吨，约占全球总量的25%。然而，这些小型回转窑的煤耗大多超过1000公斤/吨，生产运行不理想。1.1直接还原的现状，9。隧道窑法在中国发展异常。在隧道窑法中，铁矿石粉末和还原煤分层包装，还原罐在窑中加热进行还原。技术含量相对较低，适合小规模生产，投资少，满足民营企业的投资需求。目前，我国已建或在建隧道100多条，设计年生产能力约400万吨，但由于原材料、产品质量、成本等原因，实际正常运营不多，产量不足50万吨。隧道窑法热效率低，能耗高(原料煤消耗为800kg/tdri)；生产周期长(

5、4876小时)；该工艺铁品位低，硫含量高(TFe85，硫含量0.10%-0.20%)，难以直接用于炼钢生产。这不是生产炼钢DRI的方法，高炉炼铁所用产品的经济合理性需要通过生产来验证。设备运行部件多，操作维护困难；生产的稳定性还有待于生产的证实，这不是DRI发展的主导方向。1.1世界直接还原技术的发展现状，11。流化床法利用粉状原料和铁矿石粉末单体颗粒在高温还原气流中进行还原，从机理上讲，这是气基法中最合理的工艺，因此在直接还原的发展中备受关注。在生产实践中，由于物料流化所需的气体流量远大于还原所需的气体流量，单程还原气体利用率低，循环能耗高；产品减少的程度是不均衡的；到目前为止，“流量损失”

6、、粘附、稳定生产等问题还没有得到有效解决，导致世界上已建成的许多流化床直接还原装置仅生产Finmet法和Circored法，但产量仅占生产能力的50%左右，2008年流化床法产量仅占世界总产量的1.5%。流化床法的发展受挫，1.1直接还原的现状，12，按其能量可分为：氧煤法，电煤法；根据还原反应的完成过程，可分为：一步法：铁矿物在一个反应器中完成还原和熔融的全过程；两步法：铁矿物在一个反应器中预还原，然后在另一个反应器中最终还原熔融，根据最终还原反应器的形式可分为铁浴法；填充床法；残余焦炭(CHAR)沸腾床法等。到目前为止，世界上只有两步COREX和FINEX实现了工业化生产，只有五个熔融还原

7、装置在运行。1.2熔融还原现状，13、1.2.1 COREX实现了工业化生产，奥地利钢铁集团开发的COREX工艺是第一个实现工业化生产的熔融还原工艺(1989年11月投产)。目前，世界各地有五个COREX装置在运行(南非有一个C-2000，韩国有一个C-2000，印度有两个C-2000，中国有一个C-3000)。在COREX的基础上，FINEX法是最受关注的熔融还原工艺，它以廉价的粉矿为原料，流化床为预还原反应器，熔融气化炉与COREX相同。然而，流化床能否使用精矿粉、运行的稳定性、预还原矿粉的压块、生产成本和投资还有待检验。1.2.2 FINEX熔融还原技术取得了进展，15、1 . 2 .

8、3 HiS熔融还原进展缓慢。HIsmelt具有结构简单、炉膛体积和高度小、投资成本和维护成本低、无需烧结和结焦、环保水平高等优点。遇到的主要问题有：炉衬侵蚀过快、喷枪磨损、废气处理和利用等。我国非高炉炼铁技术现状，我国直接还原发展势头继续强劲，但产量至今未超过60万吨/年，生产能耗高，污染严重，大部分产品质量难以满足炼钢要求。所有的生产工厂都是隧道窑或回转窑，到目前为止还没有竖炉DRI工厂。在引进DRC技术的基础上，天津钢管进行了大量的改造，取得了很大的进步。最佳年份的产量比设计产量高出20%。当使用TFe 68%颗粒时，生成TFe94.0%，金属化率93.0%，S，P0.015%和SiO21

9、.0%。自行开发的链篦机-回转窑法(一步法)已实现产业化，煤耗(褐煤)仅900950公斤/吨DRI，单机容量达15万吨/年DRI。回转窑法由于对原料燃料要求严格、单位产能投资高、运行成本高、生产运行难以稳定、生产规模难以扩大，很难成为我国DRI发展的主要工艺。直接还原的“发展热”该工艺投资高、运行成本高、传热效率低、热利用率低、生产稳定性差。用该工艺代替高炉提高企业生产能力的经济可行性和经济性需要通过实际结果来验证。转底炉很难成为我国发展直接还原铁的主要方法。直接还原铁隧道窑生产发展异常，技术含量低、单机容量小、投资少、能耗高、污染严重、产品质量差(主要表现为TFe低、SiO2含量高)，在我国

10、发展迅速。基于国民经济发展中节能减排和保护环境的原则，隧道窑不是我国炼钢用直接还原铁的发展方向，应加以限制。2.1我国直接还原技术的发展现状，转底炉发展迅速，19、我国天然气资源短缺，缺乏可直接用于直接还原的高品位块矿和球团矿，目前我国还没有直接还原竖炉的工业化生产装置。近年来，煤制气竖炉直接还原技术在我国引起了广泛关注。通过对竖炉煤制气和直接还原的调查研究，获得以下信息：1 .煤制气竖炉直接还原能耗低。该工艺能耗为455485千克标准煤/吨DRI，比其他直接还原工艺低，比高炉炼铁工艺低10.17%(2009年上半年我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直接还原技

11、术在我国的发展现状，煤制竖炉直接还原工艺备受关注；20、从煤直接还原为煤气的竖炉工艺引起了人们的极大关注；2.与高炉炼铁相比，可减少CO2排放量15.20%，硫化物排放量70%。煤制气竖炉的还原尾气经除水、CO2和硫化物后可循环使用。脱除CO2后，还原尾气可用于煤炭运输等行业，硫化物可作为单质硫回收，从而减少CO2和硫化物的排放。3.竖炉可用于热出料和直接还原铁热装电炉冶炼。650700直接还原铁的热排放和热DRI的直接入炉，可节约6080千瓦小时/吨钢的电耗，有利于扩大我国电炉钢的生产，降低钢铁生产的总能耗。同时，可以简化竖炉出料系统，减少DRI再氧化，减少竖炉投资。4.竖炉最多可扩大到18

12、0万吨/年。21、煤基气基竖炉直接还原技术已经引起了人们的广泛关注，因此，煤基气基竖炉直接还原将成为中国DRI生产的主要方式。据不完全统计，20多家单位正在规划、规划、设计和建设5.016亿吨/年的煤制气和竖炉直接还原铁生产线。这些生产线的建成将彻底改变中国直接还原铁生产的面貌，为中国钢铁工业的发展开辟新的局面。然而，由于种种原因，到目前为止，还没有一家进入实质性运营。22、中国自主的熔融还原技术开发和研究非常活跃，针对中国资源条件的熔融还原新技术开发和研究也非常活跃，如用非焦化能源直接生产铁水的方法用于难处理矿石和复合矿石；以含碳球团/块为原料，竖炉或电炉为最终还原反应器等生产铁水的方法。C

13、OREX在中国实现了工业化生产。宝钢引进COREX熔融还原技术，并成功投入生产运行。虽然没有达到预期的无焦炭生产、产能、能耗、作业率和铁水成本的目标，但积累了大量的经验，揭示了存在的问题，探索了解决的办法，为今后的发展奠定了基础中国钢铁工业的发展迫切需要直接还原铁，DRI在中国的市场需求巨大。废钢协会估计年需求量超过2000万吨。直接还原在中国有着广阔的发展前景。25、3.2熔融还原在中国有一定的生存和发展空间，具有自主知识产权和适应中国资源条件的熔融还原作为高炉炼铁的补充在中国有一定的生存和发展空间。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研究，发展具有自主知识产权、适应中国资

14、源条件的熔融还原技术。26、3.3煤制气竖炉是中国发展DRI生产的主导方向。总结了世界直接还原铁的发展历史和中国50多年直接还原铁技术发展的经验教训。煤制气竖炉能耗低，CO2和硫化物排放量低，单机生产能力大，热出产品和热装电炉时炼钢能耗大大降低，将成为我国发展直接还原铁生产的主导技术。27，3.4中国有发展DRI生产的资源和技术条件。中国天然气资源短缺，但非炼焦煤资源丰富。煤制气是中国清洁利用煤炭能源的推荐方法。这是中国化学工业中一项成熟的常规技术，具有长期的工业生产经验；利用成熟的煤制气技术制备还原气在资源、技术和经济上是可行和可靠的。我国铁矿资源中50%的磁铁矿可通过选择氧化球团(TFe6

15、9.5%，SiO 2 2 2.0%)生产满足竖炉要求的直接还原铁专用球团，生产成本远低于进口价格。利用我国铁矿石资源为直接还原铁提供原料，经小规模工业生产证明，技术上可行，经济上合理。28，利用国内资源制备直接还原专用球团，29，典型球团的化学成分，30，31，普通铁精矿的细磨和精选成本估算，32，33，3.5，加强行业管理是发展直接还原铁、制定发展规划和加强行业管理的重中之重；从产品质量、能源消耗、环境和规模角度制定行业准入标准；选择正确合理的工艺方法；建设中国非高炉炼铁原料生产供应基地；迫切需要建设煤制气竖炉直接还原铁示范生产线，在资源、技术实力和后续炼钢条件较好的大型钢铁企业积累经验，以促进我国生产的健康快速发展。结论：非高炉炼铁是世界钢铁