熔融还原炼铁发表评论(0)编辑词条

　　熔融还原炼铁 （iron making by smelting reduction）　　
　　熔融还原炼铁新工艺是钢铁冶金工作者多年来的梦想，因为它不用焦碳或用焦碳很少，可以用煤和铁精矿为原料生产铁水，流程很经济规模可以很小，对环境的污染极小。
　　根据含铁原料预还原的程度不同，熔融还原炼铁工艺可分为一步法和二步法两类。一步法是将含铁原料先熔化然后还原，早期的熔炼发明专利大多数为一步法，因为它流程短、投资少，可以处理高磷铁矿。一步法遇到两个困难，一是熔融氧化铁的腐蚀性极强，可使任何耐材迅速腐蚀成炉渣，炉衬寿命很短，生产普通铁水不经济；二是熔融氧化铁碳热还原产生大量含一氧化碳很高的1500qE以上的高煤气的能量无法有效回用于炼铁，吨铁煤耗达3000千克，煤气净化输利用的热效率不高。如果将高温煤气在炉内部分二次燃烧，煤耗可以降低一些，但由于煤气在炉内二次燃烧氧化反应与熔融氧化铁碳热还原反应在一个反应器内同时进行，渣中氧化铁较高使炉衬侵蚀加快，铁的回收率也大大降低，使炼铁成本上升。二步法利用熔融氧化铁碳热还原产生的含大量一氧化碳的高温煤气，将含铁原料预还原成金属化率较高的海绵铁(DRl)，然后DRI在熔融还原炉中完成终还原和渣铁分离，有效地解决了一步法遇到的两个难题，COREX是典型的二步法熔融还原炼铁工艺，此外还有FASTMELT、REDSMELT、nNEX等。目前还在试验的一步法熔融还原炼铁工艺有澳大利亚研制的H1SMELT、AUSMELT、俄罗斯的ROMELT、欧洲的CCF等。
　　熔融还原炼铁新工艺经过人们数十年研究开发，目前仅有COREX实现了工业化生产，现在全世界有4座COREX C2000型设备生产，累计已生产出优质铁水1300万吨。COREX开停炉容易，特别适合与电炉或转电炉短流程钢厂配套。COREX炼铁工艺的主要特点是除了生产铁水外，每吨铁还产出1750立方米热值、2000KcaIZ立方米、含二氧化硫很低的洁净煤气，产出的大量COREX煤气可以梯级循环利用，如：可以供氧化球团厂作燃料以铁精矿粉为原料生产氧化球团自用；其输出煤气可以供Mi&ex竖炉生产直接还原铁DRI，代替废钢供电炉使用；Midrex竖炉使用后输出的一部分煤气可供钢铁厂自用作加热燃料；大量Mi&ex使用后输出的煤气可以用于自备电厂发电供给制氧和炼钢；COREX煤气联合梯级循环利用工艺使COREX生产成型30万吨／a提高到C2000型的80万吨／a，印度Jindal钢铁厂已有几个月达到过月产7．83万吨铁水，已超过设计产能20％。已设计出的C3000型COREX产能可达120万吨一140万吨／a(炉缸直径由7．5米扩大到8．7米)。只要按需要的产能进行设计(炉子直径、供氧能力)单台COREX炉产铁能力就可达到140万吨／a(相当于2000立方米本大幅降低，COREX--Midrex炼铁流程的产值／投资率、单位产品的成本和经济效益都已可以与高炉——转炉流程媲美。

　　FINEX熔融还原工艺

　　FINEX针对COREX必须使用块矿或球团作原料以保证还原竖炉透气性的特点加以改进。其特点是采用多级（4级）流态化床反应器代替还原竖炉。在反应器中加入铁矿粉，利用熔融气化炉产生的热还原气体，呈一定速度与矿粉反向流动。因反应器内炉料呈流态化状态，不存在炉料透气性问题，所以炉料可全部使用粉矿。

　　多级反应器出来的细颗粒的直接还原铁（DRI）在热状态下压制成块，然后装入熔融气化炉。<80mm的块煤直接加入熔融气化炉，小于8mm的粉煤加入有机粘结剂压制成块入炉。

　　熔融气化炉从下部风口鼓入氧气，进行熔炼。

　　熔融气化炉产生的热还原气体依次通入4级反应器最后排出。排出的煤气约41%通过加压变压吸附除去CO2，使煤气中的CO2从33%降到3%，再通入反应器作为还原气体再利用。其余煤气输出供发电或其他用途。

　　FINEX的技术优势是：

　　（1）FINEX可以100%使用非炼焦煤，而且对煤种和成分没有严格限制。

　　浦项在试验过程中采用过的煤种固定碳54.49%~72.26%，挥发分18.37%~38.72%，灰分7.32%~16.67%，都可以冶炼出合格生铁。目前，采用30%半软质煤和70%动力煤混合。又因为粉煤可压块入炉，对入厂的煤炭利用比较充分。浦项公司目前使用压制型煤60%~70%，喷煤粉15%~20%，其余为块煤。因冷压块煤强度高，可以达到焦炭的75%，而块煤只有30%，因此FINEX可以不用焦炭。FINEX对使用的粉状矿石成分和粒度也无严格要求。粉矿直接入炉拓宽了资源范围，也节省了加工费用。这两点都优于COREX工艺。

　　（2）也像COREX一样，开停炉十分便利，污染少，环保水平高。

　　FINEX由于省去了污染严重的烧结、球团和炼焦工厂，使工厂水环境和和大气环境得到极大改善。又因冶炼用纯氧进行，煤气中NOx很少。而煤中硫在熔融气化炉中生成H2S，随还原气体进入反应器，在流态化状态下与熔剂生或CaS和MgS入渣排出。所以SOx排出量与高炉相比，减少许多。而铁水中的含硫量则与高炉近似（0.015%~0.025%）。因为熔融气化炉中的煤是在高温下燃烧气化的，所以不会产生二恶英。并且，FINEX是一个紧凑、密闭系统，烟尘的排放量很小。

　　实践显示，FINEX流程的SOx、NOx、粉尘的排放量与高炉流程相比，只有6%、4%和21%。并且没有焦化含酚、氰等污水排放，是一种清洁生产工艺。

　　（3）关于FINEX的能耗

　　FINEX的优势是用贮量丰富的普通煤种代替焦煤，但流态化反应器的还原效率不如竖炉，其金属化率只有80%~85%，增加熔融气炉的还原负担使得每吨生铁耗用的煤量要比高炉燃料比高得多。目前，先进的大型高炉燃料比约500kg/t，而FINEX约850kg/t（也有报导是1050kg/t），还有500Nm3/t的氧气消耗。但高炉工艺要考虑焦化、烧结、球团等铁前工序的能耗，则二者的差距明显减少。加上FINEX从煤气回收的能量远高于高炉，有计算表明FINEX的工序能耗还略低于高炉工艺（含铁前工序）。

　　（4）关于FINEX建设投资

　　由于取消了焦化、烧结和球团工厂，FINEX投资将大为降低。但FINEX庞大的制氧系统和昂贵的技术引进费用，又使其投资增加。需要配套的自备电厂也要较多的投资。国内有研究指出，年产300万吨铁水的两座FINEX装置约比同等产量的1座3800m3高炉（含配套系统）的投资多7.1亿人民币，相当于22.8%。

　　FINEX与COREX相比，无需建设球团厂和焦炉，但要增加粉煤压块和煤气脱除CO2循环再利用设施。庞大的制氧和自备电厂则是相同的。

　　（5）关于FINEX的生产成本

　　FINEX原燃料价格低廉。高炉生铁成本中原料占60%左右，而FINEX只占45%左右。高炉成本中燃料和动力占30%左右，扣除煤气回收约28%。而FINEX燃料和动力因使用大量氧气约占55%，扣除煤气回收仍占约41%，其中氧气每吨铁消耗约500m3，其费用为成本的20%，有专家估算，在国内情况下，FINEX与大型高炉相比（如1座3800m3高炉与2座年产150万吨铁的FINEX），高炉比FINEX生铁成本低12.5%。

　　从以上分析可见，影响FINEX成本的主要因素有二：

　　一是煤气回收。因此，一定要完全回收，并充分地使用。

　　二是氧气消耗高。降低煤比也相应降低氧耗，是降低成本的重要途径。浦项的目标是将吨铁煤耗降到720kg/t以下。

　　（6）关于FINEX大型化及其发展前景

　　虽然FINEX目前只有60万t/年规模的示范工厂，但从其工艺特点分析，流化床的能力可以扩大，目前世界上已有年产200万吨规模的流化床直接还原厂。熔融气化炉在结构上类同于高炉的下半部，大型化也无大问题。所以FINEX大型化的前景是可观的。