張春雷 魯 慶

　　中晉太行礦業(yè)有限公司

　　中晉太行礦業(yè)有限公司利用和中國(guó)石油大學(xué)(北京)合作開(kāi)發(fā)的焦?fàn)t煤氣制重整氣生產(chǎn)直接還原鐵的國(guó)家專(zhuān)利技術(shù)，引進(jìn)目前世界最先進(jìn)的氣基豎爐技術(shù)——德國(guó)MME公司波斯還原工藝(以下簡(jiǎn)稱(chēng)PERED)，在著名的革命老區(qū)山西省左權(quán)縣，建設(shè)的30萬(wàn)噸/年直接還原鐵項(xiàng)目，是我國(guó)第一套氣基豎爐直接還原鐵生產(chǎn)裝置，也是世界上第一套以焦?fàn)t煤氣為氣源的直接還原鐵裝置，該項(xiàng)目的實(shí)施是我國(guó)鋼鐵工藝流程的一次革命，具有劃時(shí)代的意義。該技術(shù)將為我國(guó)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排，為我國(guó)高端裝備業(yè)的發(fā)展發(fā)揮重要的作用。

　　一、該技術(shù)破解了我國(guó)煉鐵高污染、高耗能的技術(shù)難題

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)鋼鐵工業(yè)能耗約占全國(guó)工業(yè)總能耗的23%，鋼鐵企業(yè)所排放的二氧化硫、氮氧化物、CO2、煙塵和粉塵的量分別占同期工業(yè)排放量的9.5%、6.3%、9.2%、9.3%和20.7%。其中煉鐵系統(tǒng)能耗和污染物排放占鋼鐵工業(yè)的70%。我國(guó)煉鐵采用高爐工藝，以燒結(jié)礦和球團(tuán)礦為原料，以焦炭和煤粉為燃料，以空氣為助燃風(fēng)，在高溫條件下(高爐內(nèi)最高溫度超過(guò)2000度)將鐵氧化物還原成熱態(tài)鐵水。由于焦炭和煤粉是碳質(zhì)燃料，燃燒過(guò)程不可避免的要排放大量的CO2;焦炭含硫量在0.5-1.2%之間，高爐排放煙氣中的硫化物主要來(lái)源是焦炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的SO2 ;高爐工藝采用空氣助燃，空氣中氮含量79%，燃燒過(guò)程同樣要排放大量的NOx。這些污染嚴(yán)重增加環(huán)境負(fù)荷。由此可見(jiàn)煉鐵高爐系統(tǒng)是節(jié)能減排的關(guān)鍵。而氣基豎爐直接還原鐵技術(shù)具有節(jié)能減排的明顯優(yōu)勢(shì)。這可以從兩者工藝的對(duì)比看出：

　　氣基豎爐與高爐工藝的區(qū)別

　　(1)還原劑和燃料不同：PERED氣基豎爐以焦?fàn)t煤氣為還原劑和燃料代替了高爐使用的焦炭，由于焦?fàn)t煤氣氫氣(以下簡(jiǎn)稱(chēng)H2 )含量高達(dá)60%，H2無(wú)論是做燃料還是還原劑都不產(chǎn)生污染物排放，而焦炭產(chǎn)生一氧化碳(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CO)和二氧化碳(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CO2 )污染排放物;

　　(2)原料不同：PERED氣基豎爐原料為球團(tuán)礦，高爐原料為燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的混合料，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，球團(tuán)礦的能耗低于燒結(jié)礦，因此PERED氣基豎爐的原料加工能耗低于高爐原料制備能耗;

　　(3)鼓入的氣體不同：高爐將1200度風(fēng)溫的空氣吹進(jìn)高爐，爐內(nèi)最高溫度高達(dá)2000度以上，能耗高且產(chǎn)生氮氧化物(以下簡(jiǎn)稱(chēng)NOx)，而PERED氣基豎爐鼓入的是900度的H2/CO=2.0的混合氣體，幾乎無(wú)NOx產(chǎn)生且氣體風(fēng)溫低、能耗低;

　　(4)爐頂煤氣利用不同：高爐煤氣作為燃料燃燒，產(chǎn)生二氧化硫(以下簡(jiǎn)稱(chēng)CO2 )、CO2 、NOx等污染排放物，而氣基豎爐爐頂煤氣的70%與焦?fàn)t煤氣重整后重新進(jìn)入豎爐循環(huán)使用，不外排，只有30%作為燃料使用。因此煙氣污染物排放遠(yuǎn)低于高爐。

　　(5)產(chǎn)品不同：PERED氣基豎爐產(chǎn)品是固態(tài)海綿鐵，硫(S)、磷(P)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鋅(Zn)等雜質(zhì)含量低。而高爐產(chǎn)品為鐵水，S、P、Cu、Ti、Zn等雜質(zhì)含量高。

　　PERED氣基豎爐還原鐵系統(tǒng)與高爐煉鐵系統(tǒng)相比，減少焦炭和燒結(jié)工序，氣基豎爐本體又比高爐本體能耗低，預(yù)計(jì)噸鋼總能耗減少10%。

　　PERED氣基豎爐工藝以氫冶金為主，是清潔冶煉。由于氫氣是清潔能源，在氫冶金過(guò)程中不產(chǎn)生污染物排放，減輕了煉鐵系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)荷，氫冶金是綠色冶金。此外，氣基豎爐不采用空氣助燃、原料中進(jìn)行脫硫處理、大部分煤氣作為工序的循環(huán)氣，不外排，即使是煤氣中的CO2也得到了充分的利用，參與了氣體重整。因此豎爐NOx、CO2、CO2等污染物的排放量大幅度降低30%以上。

　　二、直接還原鐵產(chǎn)品對(duì)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品升級(jí)和我國(guó)高端裝備業(yè)的發(fā)展有重要價(jià)值

　　直接還原鐵產(chǎn)品是電爐煉鋼的重要原料，是我國(guó)高端裝備業(yè)的主要原料。

　　我國(guó)的電爐煉鋼大多采用廢鋼煉鋼的方式，為了稀釋廢鋼中所含雜質(zhì)，我國(guó)需要3000萬(wàn)噸直接還原鐵做稀釋劑和冷卻劑。然而目前每年國(guó)內(nèi)只有60萬(wàn)噸產(chǎn)品，而且大部分是產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定淘汰工藝生產(chǎn)的海綿鐵。因此豎爐工藝生產(chǎn)直接還原鐵是鋼鐵工業(yè)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、發(fā)展高附加值高端產(chǎn)品的迫切需要。

　　在鐵水煉鋼工藝中，由于鐵水中含有的磷、硫等無(wú)法去除，嚴(yán)重影響了鐵水純度、使鋼材脆性增加、降低鋼材質(zhì)量。通常來(lái)講，潔凈度、均勻度、組織細(xì)化度和尺寸精度等是特鋼的本質(zhì)特征。因此采用高爐鐵水很難生產(chǎn)出高端特鋼產(chǎn)品。目前飛機(jī)起落架、高速列車(chē)車(chē)軸、軸承等抗疲勞高強(qiáng)鋼，核電站用耐高溫、抗輻射不銹耐熱鋼管，燃?xì)廨啓C(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫合金葉片等材料，都不能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。從世界范圍來(lái)看，我國(guó)是鋼鐵大國(guó)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是鋼鐵強(qiáng)國(guó)。我國(guó)鋼鐵工業(yè)要實(shí)現(xiàn)高端產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化，首先要提高原料的純度。

　　要改變我國(guó)煉鐵業(yè)的以上現(xiàn)狀，最好的辦法是進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)。而氣基豎爐直接還原工藝是世界最先進(jìn)的煉鐵技術(shù)，與高爐工藝相比，其在節(jié)能、環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面顯現(xiàn)巨大的優(yōu)勢(shì)，被稱(chēng)為優(yōu)于高爐工藝的第二代煉鐵技術(shù)。是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的最好選擇。

　　氣基豎爐工藝的特點(diǎn)確保了其產(chǎn)品S、P、Cu、Zn等有害元素含量低、鐵的純度高，是生產(chǎn)高品質(zhì)鋼材以及高端制造業(yè)的不可缺少的原料。是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊鋼的純凈鐵料，也是高端鑄造、鐵合金、粉末冶金等工業(yè)主要的原料。

　　所以，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本2013年修正)》、國(guó)家工信部發(fā)布的《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》及由中國(guó)金屬學(xué)會(huì)、中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)編寫(xiě)的《中國(guó)鋼鐵工業(yè)科學(xué)與技術(shù)發(fā)布指南(2011-2020)》將其列為重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目和技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目。

　　三、該技術(shù)具有極好的推廣價(jià)值

　　該技術(shù)以焦?fàn)t煤氣為氣源，既解決了我國(guó)缺乏天然氣的工業(yè)瓶頸，又使我國(guó)豐富的焦?fàn)t煤氣獲得了價(jià)值較大的深化利用。在山西、河北、內(nèi)蒙、山東等地具有極大的推廣前景。

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