王太炎

　　原鞍鋼副總工程師
 

　　習(xí)近平主席在全國經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議上，明確的指出;中國的鋼鐵工業(yè)要全面化解鋼鐵產(chǎn)過剩問題，同時(shí)要積極探索鋼鐵發(fā)展的新方向。習(xí)主席一針見血的指出鋼鐵工業(yè)中的嚴(yán)重問題，并指出鋼鐵工業(yè)未來的發(fā)展方向。如何貫徹，落實(shí)習(xí)主席的指示,首先要認(rèn)識(shí)創(chuàng)新到問題是創(chuàng)新的原點(diǎn)，要給問題找到答案，進(jìn)行工藝的開發(fā)和裝備研制創(chuàng)新開發(fā)出前沿技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù),當(dāng)今鋼鐵業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)在哪里?即鋼鐵先進(jìn)工藝流程的開發(fā)和創(chuàng)新(長(zhǎng)流程向短流程轉(zhuǎn)型),創(chuàng)新，探索鋼鐵發(fā)展新工藝，能化解鋼鐵產(chǎn)能過剩問題嗎?因?yàn)槎塘鞒炭梢曰忾L(zhǎng)流程的高能耗，高成本，高排放三高的‘瓶頸’，工藝落后的產(chǎn)能自然消退。

　　實(shí)現(xiàn)直接還原電爐煉鋼短流程的關(guān)鍵技術(shù)又是什么呢?主要有二;(1)找到資源充足，高化學(xué)能 的還原性氣源，(2)選擇合理的，先進(jìn)的技術(shù)工藝，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。

　　在天然氣，頁巖氣豐富的國家和地區(qū)，多采用天然氣或頁巖氣作為直接還原的氣源，天然氣短缺地區(qū)，鋼鐵長(zhǎng)流程占主導(dǎo)地位的國家(中國)采用焦?fàn)t煤氣作為直接還原的氣源是合理的選擇。

　　一、 用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵可行性研究

　　中國工程院王國棟院士說：應(yīng)積極主動(dòng)整合和利用好全球創(chuàng)新資源，從我國現(xiàn)實(shí)需求，發(fā)展需求出發(fā)有選擇，有重點(diǎn)參與國際大科學(xué)建設(shè)和利用。用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵即是利用世界上直接還原煉鐵技術(shù)的新資源與我國鋼鐵工業(yè)實(shí)際合理融合與整合。焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵技術(shù)可行嗎?回答如下：

　　1、美國NUCOR 250萬噸，埃及195萬噸，阿聯(lián)酋160萬噸，直接還原鐵工廠的相繼投產(chǎn)，為直接還原煉鐵技術(shù)奠定了工業(yè)性技術(shù)基礎(chǔ)。美國頁巖氣革命超常規(guī)地推動(dòng)直接還原煉鐵的新發(fā)展，預(yù)計(jì)2020年全球的直接還原鐵產(chǎn)量將達(dá)到2.0億噸。

　　2、經(jīng)研究和半工業(yè)性、工業(yè)性試驗(yàn)表明：利用天然氣生產(chǎn)直接還原鐵的裝置，裝備，不加任何改變，完全適用于采用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵的裝置上。由此可見，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵工藝是完全可行的。

　　3、經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，由于焦?fàn)t煤氣具有還原介質(zhì)的特性(含H2 在60%以上)用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵大大優(yōu)越于用天然氣生產(chǎn)直接還原鐵，流程短，設(shè)備簡(jiǎn)捷，耗能，耗氧低，是焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)還原鐵最大特點(diǎn)之一。

　　4、傳統(tǒng)長(zhǎng)流程(高爐+轉(zhuǎn)爐)中，有高爐存在，當(dāng)然必有焦?fàn)t存在，焦?fàn)t發(fā)生大量的焦?fàn)t煤氣，以中國為例，每年發(fā)生焦?fàn)t煤氣2000億立方米，可為直接還原鐵生產(chǎn)提供高化學(xué)能的，資源充足還原性氣源。常年煉焦工作者都知道，焦?fàn)t煤氣不僅成分穩(wěn)定(年平均幾乎不變)，焦?fàn)t煤氣小時(shí)發(fā)生量穩(wěn)定不變，最適合氣基豎爐還原爐的生產(chǎn)要求，是其他還原性氣體不能比擬的。(如煤制氣等)

　　5、大型聯(lián)合鋼鐵廠的焦?fàn)t煤氣用到哪里了呢?多少年來，焦?fàn)t煤氣全部用做燃料或發(fā)電等低價(jià)值使用，維持鋼鐵廠的燃?xì)馄胶饣蚰芰科胶?。我們知道，?0%H2的 焦?fàn)t煤氣不應(yīng)用作燃料(H2的發(fā)熱值為2586KCAL/M3)而應(yīng)用作還原劑生產(chǎn)還原鐵，代替焦炭，這是鋼鐵廠中的能源革命或稱焦?fàn)t煤氣革命。

　　6、有人要問，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)還原鐵，鋼鐵廠中的燃?xì)饽芷胶鈫?實(shí)行鋼鐵廠中燃?xì)饨Y(jié)構(gòu)的變革，實(shí)行燃?xì)?lsquo;五聯(lián)供’即天然氣，高爐氣，轉(zhuǎn)爐氣，煤制氣及焦?fàn)t煤氣，聯(lián)合供應(yīng)，頂替出寶貴的焦?fàn)t煤氣(高化學(xué)能的)全部用于生產(chǎn)直接還原鐵，并保持鋼鐵廠中的燃?xì)馄胶?。特別是天然氣，不應(yīng)用作生產(chǎn)還原鐵的還原劑，而應(yīng)該用作燃料(其熱值為9500-10000 KCAL/M3)維持鋼鐵廠中的燃?xì)馄胶饣蚰芰科胶?，這項(xiàng)變革，又成為工業(yè)節(jié)能技術(shù)的重大創(chuàng)新。

　　7、墨西哥HYL-SA公司與首鋼設(shè)計(jì)院，首鋼研究院，聯(lián)合協(xié)作，耗時(shí)八年，共同完成首鋼50萬噸直接還原鐵項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的層面，全面分析了用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵的可行性，認(rèn)為用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)上合理的。由于特殊的原因，項(xiàng)目被擱淺，令人惋惜。

　　8、采用HYL-ZR工藝生產(chǎn)直接還原鐵，由于焦?fàn)t煤氣中存在BTX等碳?xì)浠衔?，在加熱過程中會(huì)產(chǎn)生碳沉積，影響生產(chǎn)順行。經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)采用如下工藝，碳沉積問題可以消除。

　　A：增設(shè)離線重整裝置

　　B：合理運(yùn)用MIDREX技術(shù)決竅。

　　以上不難得出結(jié)論;用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵或改變我國鋼鐵業(yè)的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，創(chuàng)新引領(lǐng)先進(jìn)技術(shù)發(fā)展，早日步入常態(tài)化發(fā)展。

　　二、頁巖氣革命或改變?nèi)蜾撹F發(fā)展新格局

　　頁巖氣革命將引發(fā)能源革命與鋼鐵工藝革命。特別對(duì)能源消耗最大的煉鐵工序，產(chǎn)生重大的影響和變革。頁巖氣是高爐煉鐵的代替燃料又是直接還原電爐煉鋼短流程的氣體原料，中國的頁巖氣中黏土含量高于美國，導(dǎo)致壓裂困難，可見，有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)還需加以突破，成功的應(yīng)用，還需多年。

　　由此引發(fā)鋼鐵業(yè)的變革和 轉(zhuǎn)型升級(jí)是必然的，特別注意到直接還原鐵可以作為高爐的原料，從而降低高爐燃料消耗，提高高爐的生產(chǎn)效率，降低生鐵的生產(chǎn)成本。將熱還原鐵熱送到電爐中大大降低電耗，從而推動(dòng)全球直接還原電爐煉鋼技術(shù)快速發(fā)展。

　　由于北美擁有豐富的頁巖氣資源，未來美國將成為直接還原鐵的主導(dǎo)生產(chǎn)國，歐州由于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格，歐州可能成為直接還原鐵的重要市場(chǎng)。

　　奧地利奧鋼聯(lián)在美國搶占市場(chǎng)的先機(jī)，成為在美國用頁巖氣高速發(fā)展還原鐵第一家外國鋼鐵企業(yè)，該公司投資5億歐元正在德克薩斯州建設(shè)直接還原鐵廠，年直接還原鐵產(chǎn)能為200萬噸。權(quán)威專家稱，如果頁巖氣革命發(fā)展到全球直接還原鐵產(chǎn)量將占全球鐵產(chǎn)量的16%，屆年產(chǎn)量將達(dá)到2億噸，預(yù)測(cè)未來12-17年即可成為現(xiàn)實(shí)。

　　三、三個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)大型直接還原鐵項(xiàng)目的投產(chǎn)構(gòu)建全球鋼鐵發(fā)展的新版圖，分別描述如下：

　　1、阿布扎比酋長(zhǎng)鋼鐵公司(EMIRATES STEEL)

　　EMIRATES STEEL建設(shè)在阿布扎比MUSSAFAH兩個(gè)160萬噸直接還原鐵廠，兩個(gè)140萬噸電弧爐煉鋼車間，該工廠由達(dá)涅利包建，設(shè)備由達(dá)涅利提供。兩個(gè)直接還原電爐煉鋼短流程工廠，分別于2009年,2011年先后投產(chǎn)。投產(chǎn)以來，生產(chǎn)一直保持良好狀態(tài)，設(shè)備性能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)不斷改善和提高，近年，工廠鋼的總產(chǎn)能已由年產(chǎn)350萬噸提高到400萬噸。

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