周強，李森蓉，李建濤，唐恩，汪朋，陳泉鋒
（武漢科思瑞迪科技有限公司，湖北省武漢市，430223）

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，不僅工藝復雜、技術難度大，而且由于制造合格還原氣的生產成本高，使其經濟性很難被市場接受。

       煤基直接還原工藝中的RK（回轉窯）、TK（隧道窯）及RHF（轉底爐）等三種工藝均具有技術成熟、適應不同資源等優(yōu)點，但均難以實現(xiàn)單條線50萬噸以上大規(guī)模生產。

       COSRED（科思瑞迪）煤基豎爐工藝（以下簡稱COSRED工藝）結合了氣基豎爐和隧道窯兩種工藝中的優(yōu)點，經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，承接了國內外多個工程項目，今年剛剛投產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特點：

       1）、原料經過混勻、造塊和烘干后與還原劑和脫硫劑混合，再經過布料加入煤基豎爐中的還原室。原料混勻時可以根據工藝需要內配煤粉，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過兩級換熱器后，分別用來加熱助燃空氣和預熱塊狀物料，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爐；

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

2.2 工藝參數

         COSRED工藝的主要工藝參數見表1。
 

 

　　COSRED工藝根據不同的含鐵原料和還原劑種類，選擇不同的工藝參數，最終都能得到高金屬化率的DRI產品。

　　2.3 原燃料條件

　　COSRED工藝對原燃料的適應范圍很大，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指標，一般情況下COSRED工藝要求TFe 達到65-68%，粒度-100目≥85%；

　　2）還原劑：COSRED工藝對還原劑的適應范圍很廣，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3-15mm。

　　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≤3mm。

　　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、轉爐煤氣、生物質氣、液化氣或頁巖氣等。

　　2.4 關鍵技術

　　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和關鍵技術：

　　1）工藝技術： 煤基豎爐的工藝參數、工藝流程、設備選型、工藝布置等均需在嚴謹的理論研究基礎上，充分結合工業(yè)實驗的數據和經驗才能得到合理和完善的工藝技術。

　　2）結構技術：煤基豎爐結構的穩(wěn)定性涉及到還原室和燃燒室的大小、形狀、高度、結構和隔墻厚度和材質等，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：煤基豎爐內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雜和關鍵，工藝要求其具備高導熱、耐高溫、抗氧化、抗還原及耐磨損，以實現(xiàn)復雜工況下的長壽命和傳熱效率。

　　4）控制技術：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實現(xiàn)很好的控制和調整，這就是所謂的“COSRED工藝用溫度時間贏得了質量”。

　　5）布料和排料技術：煤基豎爐爐頂的布料非常重要，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€原后的排料技術和設備也是該工藝的關鍵技術和設備，通過該設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：COSRED工藝原料系統(tǒng)中有造塊和干燥兩個重要環(huán)節(jié)，造塊技術關鍵在于合理的配比、粘結劑的選擇、混勻后的效果以及造塊設備的選型。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量”。

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

　　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

　　COSRED工藝的工序能耗為377.3kgce/t，達到了直接還原工藝（包括氣基豎爐工藝）的領先水平，這得益于該工藝的資源利用充分和余熱回收效率高。

　　2.7環(huán)境保護

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