近代高爐已有數(shù)百年歷史,其工藝已達到相當完善的地步。但是在它日益完善和大型化的同時,也帶來了流程長、投資大以及污染環(huán)境等問題。隨著世界上廢鋼鐵積累日益減少,電爐流程迅速發(fā)展,這就要求采用直接還原新工藝,生產(chǎn)出的海綿鐵供電爐煉鋼。此外,由于煉焦煤資源日漸短缺,焦爐逐漸老化以及人們對焦爐污染日益關(guān)注,八十年代以來,各發(fā)達國家紛紛謀求開發(fā)另外的無焦煉鐵工藝:熔融還原,其中Corex流程已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。綜合起來看,當前煉鐵工藝正朝著少焦或無焦煉鐵方向發(fā)展,而直接還原與熔融還原技術(shù)正適合這種發(fā)展方向。所以說中國應(yīng)適度發(fā)展直接還原與熔融還原技術(shù)。
直接還原與熔融還原工藝的技術(shù)特點
1、直接還原
產(chǎn)品是固態(tài)海綿鐵,供電爐煉鋼用。分為氣基和煤基直接還原兩大類。
氣基直接還原是用天然氣經(jīng)裂化產(chǎn)出的H2和CO作為還原劑在豎爐那將鐵礦石中的氧化鐵在固態(tài)溫度下還原而成海綿鐵。目前主要方法有Midrex和HYL法兩種。煤基直接還原是用煤作還原劑在回轉(zhuǎn)窯或循環(huán)流化床將鐵礦石中氧化鐵在固態(tài)溫度下還原成海綿鐵,其中回轉(zhuǎn)窯是已經(jīng)成熟的方法。氣基直接還原效率高,產(chǎn)量大,單體設(shè)備能力可達50至100萬噸/a,在直接還原中占主導(dǎo)地位:煤基直接還原中的主體工藝:回轉(zhuǎn)窯效率低,目前單體設(shè)備最大年產(chǎn)量不超過20萬噸。直接還原的優(yōu)點是流程短;沒有焦爐,污染較少,缺點是對原料要求嚴,高品味、脈石少、熔點高,有害元素低,高溫下不爆裂,還原性好不易粉化。
2、熔融還原
它是一種發(fā)展中的新煉鐵技術(shù),其目的是以煤代焦和直接用粉礦煉鐵,因而既無煉焦又無燒結(jié)或球團廠,使煉鐵流程簡化。受到許多國家的重視。當今引起人們注意的是Corex工藝,已經(jīng)或正在進行工業(yè)試驗的有日本DIOS法等。熔融還原的目的是取代高爐。目前熔融還原流程多采用二步法,即先在豎爐(塊礦)或流化床(粉礦)內(nèi)將礦石進行預(yù)還原,然后再進入終還原爐。向終還原爐內(nèi)加入煤和氧氣,煤燃燒產(chǎn)生熱和H2、CO等還原性氣體,將經(jīng)過預(yù)還原流程的礦熔化和進一步還原生成鐵水和爐渣,H2和CO則供還原爐作還原劑。和高爐流程比,熔融還原的第一個特點是用煤不用焦,因而可以不建焦爐;第二,多數(shù)用氧而不用風(fēng)。目前惟一已工業(yè)化生產(chǎn)的熔融還原工藝是Corex流程。Corex工藝的優(yōu)點是用煤不用焦,沒有焦爐污染,不足之處是不能直接用粉礦,消耗高。其改進的方向是降低煤耗和氧耗,并經(jīng)濟地利用其輸出煤氣。
中國發(fā)展煉鐵技術(shù)的策略
目前,中國生產(chǎn)生鐵主要的是以高爐煉鐵為主,因為高爐產(chǎn)鐵能力大,它在相當長的時期內(nèi)仍將占統(tǒng)治地位,但高爐煉鐵需要昂貴的焦炭。而直接還原和熔融還原是新興的煉鐵技術(shù),它們完全不用焦炭,必將繼續(xù)受到重視,必然會繼續(xù)發(fā)展和完善。根據(jù)上述情況,中國煉鐵技術(shù)的發(fā)展應(yīng)采取的策略是繼續(xù)完善和改進高爐煉鐵工藝的同時,大力發(fā)展高爐噴煤和逐步實現(xiàn)高爐爐容大型化的基礎(chǔ)上,應(yīng)該適度發(fā)展直接還原和熔融還原技術(shù)。具體作法如下:
1、適度發(fā)展直接還原
中國電爐鋼年產(chǎn)量已超過2000萬噸,國內(nèi)廢鋼已供不應(yīng)求,優(yōu)質(zhì)廢鋼更加短缺,發(fā)展直接還原勢在必行。但是中國缺富塊礦,而煤資源豐富,發(fā)展直接還原只能采用煤基工藝,其原料只能采用氧化球團或進口塊礦。這樣生產(chǎn)的直接還原鐵在投資、能耗和生產(chǎn)成本等方面必然較高。因此直接還原在中國只能作為電爐煉鋼的凈原料在有條件的地方適度發(fā)展,而不宜指望它來作電爐的基本原料。
2、積極研究和發(fā)展熔融還原技術(shù)
熔融還原是煉鐵技術(shù)發(fā)展的方向。世界上焦煤資源有限,中國的焦煤也不足,而且煉焦過程的污染嚴重。中國已是世界鋼鐵生產(chǎn)大國,生鐵產(chǎn)量是世界之首。1995年生鐵產(chǎn)量已超過1億噸,焦炭產(chǎn)量達7200萬噸,不僅每年要消耗1億多噸焦煤,而且如此大量的焦炭生產(chǎn)對環(huán)境的污染更是不可忽視的。因此,積極發(fā)展無焦煉鐵技術(shù):熔融還原應(yīng)是中國的長遠之計。
中國熔融還原的研究已進行過很多工作,有一定的基礎(chǔ),過去進展慢的原因主要是缺乏資金,其次是缺乏有機的組織。像熔融還原這樣難度很大的新開發(fā)項目,必須依靠國家投資;把各方面的技術(shù)力量有機地組織起來,協(xié)調(diào)行動,方能奏效。在技術(shù)思路上,即要考慮中國鐵礦資源的特點(細精礦多),又要借鑒國外不同流程的經(jīng)驗,吸取各方之長,為我所用。這樣熔融還原技術(shù)才能發(fā)展起來。
此外,對已成熟的Corex工藝也可考慮有條件地采用。例如,當Corex煤氣用于直接還原成功后,采用“Corex+DR—(鐵水+DRI+廢鋼)電爐”流程可能是有利的;對于既缺鐵水又缺煤氣的鋼廠,采用Corex工藝可以收到一舉兩得之功效等。
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