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　　1直接還原工藝的現(xiàn)狀

　　直接還原工藝分為氣基直接還原和煤基直接還原，氣基直接還原以MIDREX、HYLIII及ENERGIRON三種工藝為代表，均以廉價的天然氣作為還原氣氣源，該工藝具有效率高、規(guī)模大、環(huán)保好、技術(shù)成熟等優(yōu)點，但均有原燃料要求高、投資高、成本高、操作維護復(fù)雜等缺點。如果氣基直接還原工藝采用煤制煤氣或焦爐煤氣作為還原氣氣源，不僅工藝復(fù)雜、技術(shù)難度大，而且由于制造合格還原氣的生產(chǎn)成本高，使其經(jīng)濟性很難被市場接受。

　　煤基直接還原工藝中的RK（回轉(zhuǎn)窯）、TK（隧道窯）及RHF（轉(zhuǎn)底爐）等三種工藝均具有技術(shù)成熟、適應(yīng)不同資源等優(yōu)點，但均有設(shè)備難以大型化、不能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)等缺點。

　　COSRED（科思瑞迪）煤基豎爐工藝（以下簡稱COSRED工藝）結(jié)合了氣基豎爐和隧道窯兩種工藝中的優(yōu)點，經(jīng)過多年的實驗室實驗、小型工業(yè)化裝備和大型工業(yè)化生產(chǎn)三個階段、五代創(chuàng)新和持續(xù)不斷的改進和完善，承接了國內(nèi)外多個工程項目，今年剛剛投產(chǎn)的緬甸工程項目表明：COSRED工藝的特點和作用正在鋼鐵行業(yè)體現(xiàn)出直接還原工藝生力軍的角色。

　　2 COSRED工藝的特點

　　2.1 工藝流程

　　COSRED工藝的工藝流程見圖1。

 　　圖1 COSRED工藝的工藝流程

　　COSRED工藝的工藝流程具有如下技術(shù)特點：

　　1）、原料經(jīng)過混勻、造塊和烘干后與還原劑和脫硫劑混合，再經(jīng)過布料加入煤基豎爐中的還原室。原料混勻時可以根據(jù)工藝需要內(nèi)配煤粉，另外煤基豎爐可以直接使用塊礦；

　　2）、煤基豎爐排出富含大量熱量的煙氣經(jīng)過兩級換熱器后，分別用來加熱助燃空氣和預(yù)熱塊狀物料，煙氣熱量得到充分利用；

　　3）、煤基豎爐排出的DRI可以冷裝或熱裝直接進入電爐，也可以熱壓或冷壓后儲存、外銷或作為很好的冷卻劑裝入轉(zhuǎn)爐；

　　4）、煤基豎爐排出的殘煤經(jīng)過處理，既能作為煤制氣的燃料，也能作為還原劑重復(fù)利用。

　　2.2 工藝參數(shù)

　　COSRED工藝的主要工藝參數(shù)見表1。

 　　表1  COSRED工藝的主要工藝參數(shù)
 

　　COSRED工藝根據(jù)不同的含鐵原料和還原劑種類，選擇不同的工藝參數(shù)，最終都能得到高金屬化率的DRI產(chǎn)品。

　　2.3 原燃料條件

　　COSRED工藝對原燃料的適應(yīng)范圍很大，對原燃料的要求遠低于氣基直接還原工藝，也要低于其它的煤基直接還原工藝，最大程度地實現(xiàn)了原燃料的本地化。

　　1）鐵精粉：COSRED工藝對鐵精粉含鐵品位高低的適應(yīng)能力很強，均能夠得到高金屬化率的DRI，但是為了有好的電爐生產(chǎn)指標，一般情況下COSRED工藝要求TFe達到65-68%，粒度-200目≥90%；

　　2）還原劑：COSRED工藝對還原劑的適應(yīng)范圍很廣，無煙煤、煙煤、褐煤、木炭、蘭炭、焦炭或石油焦等均可以作為還原劑，由于無煙煤的還原性最好，揮發(fā)分較低，COSRED工藝的還原劑首選無煙煤，對無煙煤的具體要求有：C≥60%、揮發(fā)分≤15%、灰分高溫軟化點≥1250℃、含水≤5%、粒度2-10mm。

　　3）脫硫劑：COSRED工藝中的脫硫劑多選用石灰石，具體要求：CaO≥50%、MgO＜4％、SiO2+Al2O3≤3％、粒度≤5mm。

　　4）燃料：COSRED工藝采用的燃料主要有煤制煤氣、天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、液化氣或頁巖氣等。

　　2.4 關(guān)鍵技術(shù)

　　COSRED工藝通過三個階段和五代創(chuàng)新的不斷積累、改進和完善，形成了一系列的專利技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)：

　　1）工藝技術(shù)： 煤基豎爐的工藝參數(shù)、工藝流程、設(shè)備選型、工藝布置等均需在嚴謹?shù)睦碚撗芯炕A(chǔ)上，充分結(jié)合工業(yè)實驗的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗才能得到合理和完善的工藝技術(shù)。

　　2）結(jié)構(gòu)技術(shù)：煤基豎爐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性涉及到還原室和燃燒室的大小、形狀、高度、結(jié)構(gòu)和隔墻厚度和材質(zhì)等，傳熱效果涉及到燃燒室中的燃燒器型式、布置和煙氣的均勻分布、通道走向和隔墻厚度和材質(zhì)等，這些都會直接影響到豎爐的壽命和還原的效果。

　　3）耐材技術(shù)：煤基豎爐內(nèi)的燃燒室和還原室是由很多耐材砌筑而成的，其中還原室的耐材最為復(fù)雜和關(guān)鍵，工藝要求其具備高導(dǎo)熱、耐高溫、抗氧化、抗還原及耐磨損，以實現(xiàn)復(fù)雜工況下的長壽命和傳熱效率。

　　4）控制技術(shù)：還原氣氛與氧化氣氛是完全獨立的互不影響，還原氣氛單純這為混合料的還原創(chuàng)造了比其它煤基直接還原工藝更好的工藝條件。另外，還原溫度和還原時間能夠?qū)崿F(xiàn)很好的控制和調(diào)整，這就是所謂的“COSRED工藝用溫度時間贏得了質(zhì)量”。

　　5）布料和排料技術(shù)：煤基豎爐爐頂?shù)牟剂戏浅Ｖ匾?，原因在于布料工藝和裝置不合理，混合料會出現(xiàn)嚴重的偏析?；旌狭线€原后的排料技術(shù)和設(shè)備也是該工藝的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，通過該設(shè)備能夠很好的控制爐料下行的速度和還原時間。

　　6）造塊和干燥技術(shù)：COSRED工藝原料系統(tǒng)中有造塊和干燥兩個重要環(huán)節(jié)，造塊技術(shù)關(guān)鍵在于合理的配比、粘結(jié)劑的選擇、混勻后的效果以及造塊設(shè)備的選型。造塊后的含鐵原料需要利用煤基豎爐的煙氣熱量來進行干燥，以利于還原效果和降低能耗。

　　2.5 規(guī)模大小

　　COSRED工藝與RK、TK及RHF三種煤基直接還原工藝最大的不同點在于COSRED工藝的爐料是通過自身重力的作用實現(xiàn)了從上到下的連續(xù)運行，這個重要特點為COSRED工藝實現(xiàn)100萬噸以上的大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

　　此外，COSRED工藝煤基豎爐中的還原室可以實現(xiàn)在單個還原室大小、高度等均不改變條件下，實現(xiàn)大量的還原室模塊化組合，整個煤基豎爐的核心工藝參數(shù)并沒有因此而改變。通過模塊化的組合為COSRED工藝實現(xiàn)100萬噸以上的大規(guī)模生產(chǎn)創(chuàng)造了第二條件，這就是所謂的“COSRED工藝用模塊空間贏得了產(chǎn)量”。

　　另外，煤基豎爐前工序的工藝和設(shè)備特別是上料和布料設(shè)備必須能夠滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要。COSRED工藝通過大量的比較和分析，并結(jié)合實際工程的經(jīng)驗和教訓(xùn)，找到了不僅能夠有效避免爐料偏析，而且能夠?qū)崿F(xiàn)100萬噸以上大規(guī)模生產(chǎn)的爐頂布料技術(shù)方案。

　　2.6 工序能耗

　　還原劑和燃料是COSRED工藝的主要能源消耗， COSRED工藝按照典型指標計算的工序能耗具體見表2。

 　　表2  COSRED工藝的工序能耗