1 目前我國(guó)高爐煉鐵技術(shù)現(xiàn)狀

       2012年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐生產(chǎn)情況:

1.1全國(guó)煉鐵生產(chǎn)情況

        2012年全國(guó)生鐵產(chǎn)量為6.579億噸，比上年同期增長(zhǎng)3.70%。全國(guó)生鐵產(chǎn)量增幅減緩，這是因國(guó)家經(jīng)濟(jì)疲軟，鋼鐵企業(yè)出現(xiàn)虧損所造成的。重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)鐵產(chǎn)量為5.762億噸，與上年同期相比增長(zhǎng)2.20%；其它企業(yè)鐵產(chǎn)量為0.817億噸，增長(zhǎng)15.90%。重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)之中有59個(gè)企業(yè)鐵產(chǎn)量是減產(chǎn)，有16個(gè)企業(yè)減產(chǎn)幅度大于10%，降幅最大的企業(yè)達(dá)51.86%。主要原因是煉鐵企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大幅下降，一批企業(yè)出現(xiàn)虧損，迫使煉鐵廠減產(chǎn)、停高爐。

1.2 2012年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)煉鐵、球團(tuán)、焦化、燒結(jié)工序能耗

      與上年相比均有所下降,詳見表1。

表1 重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)工序能耗    單位:kgce/t

       2012年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)加大節(jié)能工作力度,采取綜合措施為完成國(guó)家規(guī)定的節(jié)能減排目標(biāo)努力工作,實(shí)現(xiàn)了煉鐵系統(tǒng)工序能耗全面下降,為我國(guó)鋼鐵工業(yè)完成“十二五”節(jié)能目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)。

        各工序能耗最高值與最低值相差懸殊,說明重點(diǎn)煉鐵企業(yè)之間生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展不平衡，各企業(yè)生產(chǎn)條件差異也較大，計(jì)算方法還有不一致的地方。進(jìn)行對(duì)標(biāo)活動(dòng)要進(jìn)行細(xì)致分析，才能得出正確的結(jié)論。有差距，說明企業(yè)尚有一定的節(jié)能潛力,并還要加大淘汰落后設(shè)備的工作力度。

1.3高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

        2012年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐煉鐵燃料比（部分企業(yè)未含小塊焦比）為515kg/t，比上年度下降7kg/t；入爐焦比為363kg/t，比上年下降11kg/t；噴煤比為150kg/t，比上年升高2kg/t；入爐礦含鐵品位56.73%，比上年下降0.25%；熱風(fēng)溫度為1183℃，比上年升高4℃；利用系數(shù)為2.495t/m3•d，比上年下降0.035t/m3•d。2012年重點(diǎn)企業(yè)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)多項(xiàng)目在好轉(zhuǎn),具體情況見表2。

表2  重點(diǎn)企業(yè)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

        目前，我國(guó)煉鐵企業(yè)是多層次的，先進(jìn)與落后指標(biāo)并存，處于不同發(fā)展水平階段。為促進(jìn)我國(guó)煉鐵生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，提升煉鐵企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，我們應(yīng)當(dāng)加大推廣成熟、先進(jìn)、實(shí)用的煉鐵技術(shù)裝備。同時(shí)，也應(yīng)加大淘汰落后煉鐵能力(國(guó)家已明令要堅(jiān)決淘汰400M3以下小高爐，于2012年前完成淘汰落后任務(wù))。我國(guó)有750多家煉鐵企業(yè)，造成煉鐵產(chǎn)業(yè)集中度低，高爐平均爐容小(我國(guó)約有1500座高爐，大于1000立方米的高爐約有400多座)，煉鐵企業(yè)之間生產(chǎn)指標(biāo)差距大。要加大貫徹落實(shí)國(guó)家公布的“鋼鐵工業(yè)十二五發(fā)展規(guī)劃”的目標(biāo)和任務(wù)，利用產(chǎn)業(yè)政策和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的手段，加快煉鐵企業(yè)的技術(shù)升級(jí)和優(yōu)化重組整合。從2012年發(fā)展形勢(shì)看，我國(guó)煉鐵企業(yè)技術(shù)進(jìn)步有所改善。據(jù)統(tǒng)計(jì),重點(diǎn)企業(yè)中有49個(gè)企業(yè)燃料比有所下降,有22個(gè)企業(yè)燃料比在上升,有3個(gè)企業(yè)沒變化。這是在入爐品位下降，劣質(zhì)礦使用比例加大情況下所取得的成績(jī)。

2 非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展情況

2.1我國(guó)非高爐煉鐵技術(shù)

        總體上講，我國(guó)非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展緩慢，沒有重大的新進(jìn)展，生產(chǎn)技術(shù)水平大大落后于國(guó)際先進(jìn)水平。近年來，我國(guó)還原鐵產(chǎn)量一直低于60萬噸/年。目前，天津大無縫、新疆富藴金山礦業(yè)、密云直接還原鐵廠、山東張家洼礦等企業(yè)的直接還原廠均因能耗高、經(jīng)濟(jì)性不好而停產(chǎn)。隧道窯直接還原鐵廠生產(chǎn)能耗高、污染物排放高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，要逐步淘汰。2007年寶鋼引進(jìn)了COREX，改進(jìn)了許多設(shè)計(jì)和工藝上的重大不足，現(xiàn)已基本上掌握了生產(chǎn)技術(shù)，達(dá)到了比較好的狀態(tài)，仍有許多問題需要進(jìn)一步解決。表3為COREX生產(chǎn)情況。

表3  COREX－3000生產(chǎn)技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

       近年來，我國(guó)建成了一批轉(zhuǎn)底爐，沙鋼、馬鋼、日鋼、萊鋼是處理鋼鐵企業(yè)的含鐵塵泥；攀鋼和四川龍蟒集團(tuán)是用復(fù)合鐵礦生產(chǎn)。轉(zhuǎn)底爐是爐料在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的盤子上進(jìn)行加熱、還原，主要是依靠輻射傳熱，熱效率較低，被還原的球靠盤底部面的加熱和還原均是不充分的。因此，產(chǎn)品金屬化率、工序能耗、生產(chǎn)成本與高爐相比均有不足之處，主要問題是：產(chǎn)品金屬化率低（約65%）、FeO含量高（大于7%）、能耗高、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)不穩(wěn)定等。雖然一些企業(yè)的轉(zhuǎn)底爐通過了專家們的技術(shù)鑒定，還需要進(jìn)一步科學(xué)分析，實(shí)踐檢驗(yàn)，經(jīng)受時(shí)間上的考驗(yàn)，才能得到行業(yè)內(nèi)普遍的認(rèn)同。行業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，轉(zhuǎn)底爐處理含鐵塵泥是合理的，產(chǎn)品金屬化率低，給高爐用可降低焦比，給電爐用是不行的；如用鐵礦石在轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行還原，不用高爐，是不經(jīng)濟(jì)的，成本也高，工藝上行不通。如是處理釩鈦磁鐵礦，回收氧化鈦，雖能耗高，但經(jīng)濟(jì)性好。

       現(xiàn)在，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)研究和跟蹤國(guó)內(nèi)外非高爐煉鐵技術(shù)新進(jìn)展，不要大規(guī)模推廣新建設(shè)非高爐煉鐵設(shè)施，避免造成負(fù)面的影響。

2.2 國(guó)外非高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)展

2.2.1 ENERGIRON 直接還原技術(shù)

        即以原“HYL”直接還原工藝為核心，與達(dá)涅利工程技術(shù)相結(jié)合所形成的直接還原的成套技術(shù)。它是以高品位入爐品位達(dá)67%（即SiO2+Al2O3＜4% ）的球團(tuán)礦和/或塊礦為原料，不能用粉礦，以天然氣裂解后的含有90%左右的H2 和CO 的煤氣為還原劑，通過在豎爐內(nèi)高溫1000℃，干燥氣溫度（970℃）、高壓（6bar）條件下，氣固兩相的相向而行，完成傳熱和鐵礦石的還原反應(yīng)，最終生成溫度約700℃的直接還原鐵，供應(yīng)電爐煉鋼。

        阿聯(lián)酋阿達(dá)涅利在阿聯(lián)酋阿布扎比的ENERGIRON 直接還原技術(shù)是氣基直接還原煉鐵工藝的一種，布扎比直接還原鐵工廠工藝流程ESI 工廠的工藝流程如下圖所示：年產(chǎn)160萬t的DRI,運(yùn)行費(fèi)50-60$/t DRI

圖2  阿聯(lián)酋ESI直接還原鐵工廠流程圖

         該工藝包括：原燃料準(zhǔn)備、豎爐反應(yīng)器、蒸汽重整、二氧化碳脫除、DRI熱送裝置、電爐冶煉等。脫除CO2后的爐氣（含CO2在1.5%～2.0%）與天然氣混合后（要控制氣體成分：CO+H2/CO2+H2O>10），進(jìn)行加熱（約970℃）后，再進(jìn)入豎爐反應(yīng)器。礦石在爐內(nèi)被還原成DRI，約有700℃，在豎爐反應(yīng)器下部排出(有滾動(dòng)給料機(jī))，由管道氣力送往電爐。直接送往電爐的DRI含碳在1.5%左右；電爐檢修、停產(chǎn)，需要落地的DRI含碳在2.5%。是通過調(diào)整還原氣體成分（通過加濕器，來調(diào)整工藝氣體的濕度）可以直接控制直接還原鐵的含碳量。生產(chǎn)一噸DRI約需要1700Nm³的還原氣體。

        阿聯(lián)酋ESI 直接還原鐵工廠原料是使用100%含鐵67%的球團(tuán)礦，生產(chǎn)出的DRI金屬化率94%～97%，礦耗:<1.38t/tDRI。DRI含碳1.5%（熱送DRI）～2.5%（冷DRI），最高可達(dá)5%。

       由于豎爐出來的煤氣進(jìn)行了蒸汽重整，脫除了CO2,其消耗量不應(yīng)很低。這樣可以估算ENERGIRON 工藝的工序能耗在350～400kgce/t 范圍之內(nèi)。

       本人與寶鋼李維國(guó)、東大魏國(guó)、鞍鋼王太炎一行于去年參觀了達(dá)涅利在阿聯(lián)酋阿布扎比的ENERGIRON 直接還原廠。我認(rèn)為該技術(shù)是先進(jìn)、成熟、可靠的非高爐煉鐵技術(shù)。

2.2.2 韓國(guó)浦項(xiàng)FINEX技術(shù)

1）原燃料使用情況

        鐵礦石;入爐品位在61%，粒度在1mm左右，用3～4種礦石(巴西球團(tuán)約50%，品位65%；本溪磁鐵礦約30%；印度礦、新西蘭沙鐵)。添加白云石、石灰石與鐵礦石混均，再進(jìn)入予還原爐。

        煤炭：灰分在6%～8%，動(dòng)力煤占約30%，煉焦煤占1/4，用糖密作粘結(jié)劑在型煤機(jī)內(nèi)壓成14.57mm的煤塊。
                   要用約50kg/t的小塊焦。

        制氧：用濃度99%的氧氣，耗量約是高爐風(fēng)量的1/2.噸鐵氧耗為450～480m³/t.氧槍直徑為26mm。

        噴煤比可達(dá)250～300kg/t，煤粉灰份為13%。

2）反應(yīng)爐（流化床）有4級(jí).用脫除CO2的煤氣（熱值約為1400大卡/M³）在流化床內(nèi)對(duì)鐵礦石進(jìn)行還原。控制爐內(nèi)溫度在720～750℃（生產(chǎn)時(shí)需要對(duì)反應(yīng)爐進(jìn)行補(bǔ)熱，要吹氧10m³/t），礦石還原度為60%～70%。這樣，可以保證礦粉不粘結(jié)。出礦溫度在750℃，進(jìn)入直接還原鐵壓塊機(jī)，進(jìn)行壓塊。壓塊后還原鐵(溫度在650℃)進(jìn)入熔融汽化爐。

3）熔融汽化爐情況

        熔融汽化爐內(nèi)壓力45Bar。有26～28個(gè)風(fēng)口，風(fēng)口直徑26cm。爐內(nèi)礦床高度約7m。風(fēng)口區(qū)得溫度可達(dá)3000℃，料面下部可達(dá)1050℃。向爐內(nèi)吹氧的溫度在25℃，加入熔融汽化爐內(nèi)的塊礦尚有30%～40%沒有在流化床內(nèi)還原，需要在熔融汽化爐內(nèi)完成還原，熔融汽化爐產(chǎn)煤氣量在1600～1700m³/t。渣鐵比為300kg/t左右，灰鐵比在50～60kg/t。

        爐渣成分：CaO為36%，SiO2為30%，MgO為11%，Al2O3為18～20%。

4）煤氣CO2的脫除

      采用變壓吸附方法吸附CO2，可脫除68%的CO2。使煤氣中CO2濃度由33%，降低到3%；CO含量由36%，升到53%。

5）設(shè)備投資比例

4級(jí)流化床占30%，熔融汽化爐占40%，制氧占20%，煤壓塊和脫除CO2占10%。

6）設(shè)備壽命

         風(fēng)口壽命在2～3個(gè)月。熔融汽化爐要每8個(gè)月，定修一次，每次約要18小時(shí)。

7）工序消耗

        在上述原燃料質(zhì)量的前提下，最低原煤耗為710kg/t，其中包括約160kg/t的煤粉，50kg/t的小塊焦（按1.4t原煤/1t焦計(jì)算）。

氧耗為450～480m³/t。

沒有提供電耗的數(shù)據(jù)。

8）點(diǎn)評(píng)

⑴目前FINEX對(duì)原燃料質(zhì)量的要求還是比較苛刻的，并且沒有完全擺脫對(duì)焦炭和焦煤的需求。我國(guó)缺少高質(zhì)量的爐料。

⑵目前FINEX消耗原煤指標(biāo)710kg/t，是在礦品位61%，煤的灰分6%～8%、用50kg/t小塊焦炭、450～480m³/t氧氣條件下實(shí)現(xiàn)的。如原燃料質(zhì)量下降，指標(biāo)還要惡化。浦項(xiàng)高爐燃料比在480kg/t,入爐礦品位在57%。所以說，F(xiàn)INEX能耗要比高爐高。

⑶一般講，F(xiàn)INEX投資要比高爐高。浦項(xiàng)新建設(shè)的200萬噸/年的FINEX設(shè)施投資約79億元。

⑷FINEX風(fēng)口、熔化爐壽命低，遠(yuǎn)低于高爐的15年。FINEX供鐵能力和間斷性，對(duì)煉鋼、軋鋼會(huì)產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響。

2.2.3對(duì)熔融還原生產(chǎn)技術(shù)的評(píng)價(jià)

       熔融還原在理論和生產(chǎn)實(shí)踐上，能耗和成本上是要比高爐高。原因如下：

1)高爐有熱風(fēng)爐，熔融還原設(shè)施沒有熱風(fēng)爐

       高爐煉鐵所需的能源有78%來自碳素（焦炭和煤粉）燃燒，有19%來自熱風(fēng)，3%是爐料化學(xué)反應(yīng)熱。熱風(fēng)爐熱量是依靠燃燒高爐煤氣獲得的。熱風(fēng)爐的熱效率在80%以上。所以，高爐是個(gè)高效的煉鐵設(shè)施。

       熔融還原設(shè)施沒有熱風(fēng)爐，其產(chǎn)生的煤氣用于發(fā)電。煤氣去發(fā)電，能源利用效率小于45%；是工序能耗比高爐高的主要原因。

2）高爐煉鐵鐵礦石是有45%以上是間接還原。間接還原是不需要能量，是放熱反應(yīng)，且反應(yīng)是在爐內(nèi)進(jìn)行。

       熔融還原是利用多級(jí)流化床，實(shí)現(xiàn)鐵礦石的部分還原，需要一定的外來的能量。這樣礦石還原的能量就要高。

3）目前，熔融還原還不能完全擺脫的焦炭的需求，焦化工序的能耗還要計(jì)入熔融還原的能耗。

4）工序能耗比較

        2012年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐煉鐵平均工序能耗401.82kgce/t,有9各企業(yè)的高爐能耗低于390kgce/t；平均煉鐵燃料比為515kg/t,平均入爐焦比363kg/t,首鋼京唐的高爐燃料比457kg/t,入爐焦比305kg/t。
2011年寶鋼COREX的能耗為593.87kgce/t。目前國(guó)內(nèi)外煉鐵能耗見表4。

表4  各種煉鐵工藝能耗情況

5）生產(chǎn)成本比較

        目前，我國(guó)大多數(shù)高爐煉鐵成本已低于2800元/噸，一批高爐低于2500元/噸，個(gè)別企業(yè)有低于2000元/噸。這些高爐使用的原燃料質(zhì)量遠(yuǎn)低于熔融還原要求的質(zhì)量。如重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐入爐品位56.73%，焦炭M40為85.98%，M10為6.47%灰分12.54%，硫分7.7%；而EINEX使用礦石的品位是61%，煤的灰分在6%～8%等。所以高爐煉鐵的成本低。

2.2.4對(duì)高爐使用金屬化爐料節(jié)能的看法

        理論上講，高爐使用金屬化爐料生產(chǎn)，每提高金屬化率1%,可降低燃料比0.5%～0.6%。這里包括直接還原鐵、金屬化球團(tuán)礦和燒結(jié)礦等。但生產(chǎn)直接還原鐵、金屬化球團(tuán)礦和燒結(jié)礦，是需要能耗的。如是利用鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)部的二次能源生產(chǎn)出來的這些產(chǎn)品，煉鐵系統(tǒng)的能耗是會(huì)得到降低。如是利用外來的能源生產(chǎn)這些產(chǎn)品，再加上高爐煉鐵的能耗，煉鐵系統(tǒng)的能耗和成本就要上升。歐美的部分高爐生產(chǎn)實(shí)踐已證明了這一點(diǎn)。