陳守明

　　北京冶金設(shè)備研究設(shè)計(jì)院

　　非高爐煉鐵是鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能增效可靠措施。中國(guó)非高爐煉鐵發(fā)展困難主要由于工程投資大、生產(chǎn)成本高，應(yīng)該通過工藝和設(shè)備優(yōu)選優(yōu)化促進(jìn)其發(fā)展。

　　1、發(fā)展非高爐煉鐵是鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)一項(xiàng)可靠措施

　　我國(guó)大陸鋼鐵產(chǎn)量連年高速發(fā)展,目前已占全球一半，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不甚合理，鐵鋼比高、電爐鋼比低,高爐煉鐵產(chǎn)能過剩、非高爐煉鐵幾乎為零。這種結(jié)構(gòu),能源資源消耗和環(huán)境污染大,經(jīng)濟(jì)效益差。近年來鋼鐵產(chǎn)業(yè)成本高、鋼價(jià)低、利潤(rùn)低，不少企業(yè)甚至虧損，經(jīng)營(yíng)發(fā)展困難，與此不無關(guān)系。

　　國(guó)內(nèi)鋼鐵冶金傳統(tǒng)工藝是高爐煉鐵-轉(zhuǎn)爐煉鋼。轉(zhuǎn)爐煉鋼主要原料是鐵水,能耗低,做好余熱回收，可實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”;能耗、污染最大的是鐵前系統(tǒng),燒結(jié)、煉焦、高爐煉鐵占噸鋼綜合能耗85%以上,可比能耗近90%,環(huán)境污染也最大。電爐鋼品種多、質(zhì)量好、附加值高,以廢鋼為主要原料時(shí)噸鋼能耗約72kgce，只有高爐煉鐵-轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝12%左右，減少CO2排放約2噸。故控制總量、優(yōu)化結(jié)構(gòu)，是鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能增效、轉(zhuǎn)型升級(jí)可靠措施?，F(xiàn)在歐美鋼鐵生產(chǎn)國(guó)都減少高爐、焦?fàn)t數(shù)量，發(fā)展電爐短流程鋼廠,發(fā)展中國(guó)家多采用非高爐煉鐵-電爐煉鋼工藝。我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量大、廢鋼累積量不足，長(zhǎng)期以高爐煉鐵-轉(zhuǎn)爐煉鋼為主?，F(xiàn)在生鐵、普鋼產(chǎn)能過剩，發(fā)展重點(diǎn)由規(guī)模轉(zhuǎn)向質(zhì)量、品種、效益，控制鋼鐵生產(chǎn)總量、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)型升級(jí)，發(fā)展非高爐煉鐵和電爐煉鋼勢(shì)在必行。

　　廢鋼是電爐鋼主要原料，也是轉(zhuǎn)爐煉鋼、鑄造、鐵合金等工藝重要爐料，冶金發(fā)展重要物質(zhì)基礎(chǔ)。但隨著連鑄發(fā)展，質(zhì)量較好的生產(chǎn)廢鋼減少，社會(huì)積累廢鋼資源有限且化學(xué)成分復(fù)雜，市場(chǎng)上廢鋼質(zhì)次價(jià)高量少,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)電爐鋼成本高、電爐鋼比低。一些本應(yīng)以廢鋼為主要原料的電爐鋼廠，也大量使用鐵水和生鐵作原料, 廢鋼利用率下降。有的大型電爐鋼廠為了保證原料供應(yīng)，建設(shè)中小高爐,甚至原來配置DRI生產(chǎn)線的也改建高爐。

　　國(guó)家工信部《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》、發(fā)改委《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》、中國(guó)金屬學(xué)會(huì)、中國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)《2011-2020鋼鐵工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展指南》都限制、淘汰2000m3以下中小高爐，鼓勵(lì)發(fā)展非高爐煉鐵。電爐鋼用生鐵為原料，建高爐，失去了電爐鋼節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)，也與高爐煉鐵爭(zhēng)奪能源資源，不利于鋼鐵產(chǎn)業(yè)降本增效、持續(xù)發(fā)展。

　　直接還原鐵(DRI),是廢鋼主要代用品，而且有些鋼種必須加入部分DRI才能確保成分合格。同時(shí)，DRI也是轉(zhuǎn)爐煉鋼、高爐煉鐵、鑄造、鐵合金等工藝優(yōu)質(zhì)鋼鐵原料，還可作為一些有色金屬冶煉還原劑、水處理和食品藥品脫氧劑等工業(yè)原料，市場(chǎng)需求大、性價(jià)比合理產(chǎn)品供不應(yīng)求。更重要的是，主要能源不用焦炭，如工藝優(yōu)選優(yōu)化，節(jié)能減排效果顯著。

　　發(fā)展以廢鋼和DRI為原料短流程電爐鋼廠,有助于我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能增效、轉(zhuǎn)型升級(jí),走出“一高二低”困境。

　　2、“非高爐”煉鐵工藝影響了中國(guó)非高爐煉鐵發(fā)展

　　國(guó)外DRI和電爐短流程鋼廠發(fā)展很快，發(fā)達(dá)國(guó)家電爐鋼比例多占一半以上，但由于能源資源和技術(shù)條件，DRI生產(chǎn)主要在發(fā)展中國(guó)家。1973年全世界DRI產(chǎn)量190萬噸;83年790萬噸，翻二番;93年2365萬噸，是83年3倍;2003年4945萬噸，是93年2倍;2013年7719萬噸，是03年1.56倍，占生鐵產(chǎn)量6-7%.是冶金大宗產(chǎn)品中增長(zhǎng)最快的。

　　然而，這些年我國(guó)生鐵產(chǎn)量增至7億噸左右，DRI產(chǎn)量卻始終在幾十萬噸徘徊，只占鐵產(chǎn)量0.05%左右;熔融還原僅試生產(chǎn)幾年。原因何在，理應(yīng)反思。

　　眾所周知，辦任何事情，“方向”確定之后，效果如何與“路線”關(guān)系甚大。影響中國(guó)非高爐煉鐵發(fā)展的,主要是以往采用工藝投資大、成本高，經(jīng)濟(jì)效益不理想，企業(yè)沒有積極性。

　　DRI目前比較成熟的工藝，按主要能源用煤或氣體分為煤基法、氣基法，按主體設(shè)備，有豎爐法、隧道窯法、回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法等。理論和實(shí)踐證明，煤是最廉價(jià)冶金能源，豎爐是最佳還原設(shè)備，DRI采用煤基豎爐工藝經(jīng)濟(jì)效益最好。

　　高爐煉鐵技術(shù)先進(jìn)可靠，它實(shí)質(zhì)上就是煤基豎爐煉鐵，上部2/3左右爐膛DRI，下部熔分為鐵水。為了擴(kuò)大爐容、提高效率，將煤先煉成焦炭，促進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)的同時(shí)也帶來資源、環(huán)境方面諸多問題，業(yè)內(nèi)公認(rèn)，降低焦比是鋼企節(jié)能增效、持續(xù)發(fā)展主要技術(shù)措施。由于高爐煉鐵以焦炭為主要能源，不用或少用焦炭的煉鐵新工藝稱為非高爐煉鐵，鐵氧化物在固態(tài)直接還原的技術(shù)稱直接還原，產(chǎn)品是鐵水稱熔融還原。其實(shí)非高爐煉鐵技術(shù)核心是主要能源以煤代焦，稱非焦冶金更恰當(dāng);而主體設(shè)備在豎爐基礎(chǔ)上改進(jìn)，技術(shù)起點(diǎn)高、投入少、效果好。

　　遺憾的是，以前我們未重視高爐煉鐵經(jīng)驗(yàn)，誤以為“非高爐煉鐵”就是“非高爐”煉鐵，沒有在煤基、豎爐這兩個(gè)基點(diǎn)上改進(jìn)、創(chuàng)新，DRI主體設(shè)備采用隧道窯、回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐;或主體設(shè)備采用豎爐，但主要能源改為氣基。熔融還原雖使用豎爐,但采用二步法，把原來一步法煉鐵的高爐分成氣基DRI爐和熔分爐2座。這些工藝技術(shù)上可行,但投資大、成本高，經(jīng)濟(jì)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，影響到推廣。在當(dāng)前鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩、經(jīng)濟(jì)效益不佳形勢(shì)下，非高爐煉鐵發(fā)展更加困難。

　　3、非高爐煉鐵能耗不一定高于高爐煉鐵

　　有人認(rèn)為目前中國(guó)非高爐煉鐵產(chǎn)業(yè)的落后，是因?yàn)槠淠芎母哂诟郀t煉鐵，呼吁我國(guó)不宜再上非高爐煉鐵項(xiàng)目。根據(jù)是“高爐內(nèi)的鐵礦石是有45%以上進(jìn)行的是間接還原。鐵礦石間接還原反應(yīng)在煉鐵學(xué)是個(gè)放熱反應(yīng)，不需要熱量……直接還原是需要吸熱的反應(yīng)。”

　　實(shí)際上，煉鐵理論中將鐵氧化物與固體碳反應(yīng)生成Fe和CO的反應(yīng)稱作直接還原反應(yīng)，鐵氧化物和CO反應(yīng)生成Fe和CO2稱作間接還原反應(yīng)。直接還原反應(yīng)消耗燃料多但消耗還原劑少，間接還原消耗燃料少但消耗還原劑多。還原劑也是能源，而且熱值比燃料高。熱量是能量，但能量不僅僅是熱量，不是熱耗低就能耗低。況且，直接還原鐵是指氧化鐵在固相直接還原為金屬鐵，反應(yīng)其實(shí)是以間接還原反應(yīng)為主。煉鐵學(xué)中有一直接還原度rd和碳素消耗關(guān)系圖，碳耗最低點(diǎn)既非rd 45%(這時(shí)間接還原占55%左右)的高爐煉鐵，也非rd 0%、間接還原占100%的氣基法豎爐，而是直接還原度約rd25%、間接還原占75%左右。氣基法豎爐DRI爐料中無單質(zhì)碳，溫度低，不能發(fā)生直接還原反應(yīng)，完全是間接還原反應(yīng)，能耗與高爐煉鐵接近;煤基法豎爐DRI溫度10000C左右，爐料中有單質(zhì)碳，能發(fā)生一些直接還原反應(yīng)，又以間接還原為主，技術(shù)條件更接近碳耗最低點(diǎn)。煤基隧道窯、回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐則因還原爐窯技術(shù)性能，能耗高于豎爐。

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