熔融還原煉鐵技術(shù)分析與發(fā)展建議

2019-02-13 作者：佚名網(wǎng)友評論 0 條

現(xiàn)階段熔融還原技術(shù)更加趨于成熟、理性，技術(shù)的趨向更加集中。開發(fā)熔融還原的目的就是向傳統(tǒng)高爐流程提出挑戰(zhàn)，降低碳排放和降低能源消耗，使煉鐵生產(chǎn)變得更加清潔環(huán)保。

　　龐建明，潘聰超，趙志民，邸久海，宋耀欣

　　中國鋼研科技集團有限公司資源應(yīng)用與合金材料事業(yè)部

　　目前，歐盟啟動了ULCOS項目、新一代熔融工藝Isarna、ULCORED先進的直接還原工藝流程以及鐵礦石電解的研究[1]；日本則啟動了COURE50項目研究[2]。新一代煉鐵技術(shù)的研究是以環(huán)境友好、節(jié)能減排、煤氣循環(huán)利用為核心的。

　　與傳統(tǒng)的高爐煉鐵方式相比，非高爐煉鐵工藝具有投資小、能耗低、流程短、環(huán)保等特點。因此人們研究開發(fā)了多種非高爐煉鐵法，這些方法包括直接還原法和熔融還原法。

　　許多國家都在積極開發(fā)、研究熔融還原煉鐵新工藝[3-5]。如奧鋼聯(lián)的COREX、韓國POSCO和奧鋼聯(lián)聯(lián)合開發(fā)的FINEX、澳大利亞的Ausiron和Hismelt、俄羅斯的ROMELT、日本的DIOS、美國的AISI、歐洲的CCF和CLEANMELT等。我國也早在上世紀60年代就開始展開熔融還原煉鐵工藝的研究[6]。

　　作為一個鋼鐵大國，我國應(yīng)該在熔融還原工藝方面有長遠的發(fā)展規(guī)劃和相應(yīng)的投入。我國的鋼鐵總量、資源特點和環(huán)境壓力使熔融還原工藝有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

　　1 國際熔融還原技術(shù)發(fā)展

　　早在20世紀20年代世界上已經(jīng)開始對熔融還原技術(shù)的研究，早期的研究大多采用一步法，由于難以克服在熔煉過程中高FeO熔渣對爐襯的嚴重侵蝕和能耗高的原因，所以都以失敗告終。

　　20世紀80年代，發(fā)達國家（如德國、日本、美國等國）為謀求技術(shù)壟斷地位，搶占21世紀鋼鐵工業(yè)技術(shù)制高點，相繼投入大量人力、物力和財力，在國際上掀起開發(fā)煤基熔融還原煉鐵新工藝的浪潮。

　　熔融還原工藝分為一步法和二步法：

　　一步法工藝：Romelt，Ausiron，Hismelt和Hisarna工藝是采用一步法的典型工藝。這些工藝幾乎都沒有預(yù)還原過程，不能實現(xiàn)理想的逆向流動，而且由于壓力有限，要求氣體量要大，設(shè)備的容積要大[7-10]。

　　在這些工藝中，礦石、熔劑和燃料被裝進同一反應(yīng)器。所有的反應(yīng)及礦石和熔劑的熔融都在這一反應(yīng)器中發(fā)生。所需的能量大多數(shù)是通過含碳燃料氣化獲得。在反應(yīng)器中礦石被還原，渣和鐵水靠重力分離。由于采用的是單一反應(yīng)器，熔化和還原反應(yīng)及氣化反應(yīng)是發(fā)生在反應(yīng)器的不同位置的。由于礦石被連續(xù)加入反應(yīng)器中，渣中會含有很高的FeO，這抑制了脫硫，造成鐵損。渣中FeO含量高，對耐火材料的侵蝕也很嚴重，由于采用水冷卻板，導(dǎo)致了熱量損失，這些都是一步法工藝存在的問題。

　　兩步法工藝：這些工藝生產(chǎn)金屬化率達100%的海綿鐵，然后在一個獨立的熔化爐里或一個整合的熔融段將海綿鐵熔化。這些工藝中以Fastmelt，ITmk3和以前的KR工藝較典型。采用的是逆向流動操作。

　　熔融還原技術(shù)更趨于成熟、理性，技術(shù)的趨向更加集中，這就是主要采用二步法：預(yù)還原裝置主要是豎爐、流化床、轉(zhuǎn)底爐；終還原裝置主要有半焦填充床、鐵浴爐、電爐。熔融還原技術(shù)主要形成3大類型：一是以較高預(yù)還原度和半焦填充床為終還原爐相連接，低二次燃燒率的COREX、FINEX；二是低預(yù)還原度和豎式鐵浴爐相連接、高二次燃燒率的HIsmelt；三是以鐵碳球團通過轉(zhuǎn)底爐還原，連接電弧終還原爐的Fastmelt、Itmk3技術(shù)等[10-14]。

　　1.1 工業(yè)化的COREX工藝

　　迄今為止，可以進行商業(yè)化生產(chǎn)的只有COREX，上世紀70年代末形成該工藝的概念流程，由德國Korf公司和奧鋼聯(lián)（VAI）合作開發(fā)，1981年在德國克爾(Kehl/Rhine)建成了年產(chǎn)6萬噸鐵水的半工業(yè)性試驗裝置(即KR法)，先后進行了6000小時的各種試驗，證明了工藝的可行性。1985年4月VAI與南非依斯科爾公司簽約決定在Pretoria廠建造一座C-1000型的COREX裝置，年產(chǎn)鐵水30萬噸，1989年11月10日正式投產(chǎn)。這是世界上第一套COREX熔融還原生產(chǎn)裝置。經(jīng)過約一年半實踐，生產(chǎn)漸趨穩(wěn)定，從1991年3月起已經(jīng)可以高于設(shè)計能力10%穩(wěn)定地運行。接著這一技術(shù)在世界上進一步推廣：第二套C-2000型COREX裝置（見圖1）于1995年11月在韓國浦項（POSCO）建成投產(chǎn)；第三套C-2000型于1998年12月在南非薩爾達納建成投產(chǎn)；第四、第五套C-2000型分別于1999年8月和2001年4月在印度京德爾公司建成投產(chǎn)。目前，除了第一套C-1000因原料運輸成本過高而關(guān)閉外，其余4套C-2000型COREX裝置都在生產(chǎn)運行中。2005年寶鋼向奧鋼聯(lián)引進COREX技術(shù)并進一步擴容為C-3000，將其設(shè)計產(chǎn)能從80萬噸擴大到150萬噸/年，于2007年11月8日出鐵，這將是世界上第一座大型的COREX煉鐵爐，也是第六套COREX-3000型COREX裝置（見圖3）；2011年3月28日第二座COREX-3000型COREX裝置投產(chǎn)，這也是世界上第七座COREX-3000型COREX裝置。但是由于原料存儲、投資、技術(shù)掌握熟練程度等原因，其成本高于高爐。

　　COREX技術(shù)發(fā)展至今移植大型高爐的成熟技術(shù)逐漸增多，如耐材配置、冷卻裝置、局部的爐型、布料方式等使其生產(chǎn)的穩(wěn)定性大為提高，爐齡也有明顯延長，產(chǎn)能進一步擴大，技術(shù)正逐步走向成熟。工藝流程如圖2所示。主體裝置是預(yù)還原豎爐和熔融氣化爐。塊礦和球團加入到豎爐中，還原到90%以上的還原，通過螺旋排料器再進入熔融氣化爐進一步還原和熔化，最終生產(chǎn)出合格鐵水。主要指標為：綜合煤耗500～650公斤固定碳/噸鐵水，氧氣消耗500～600立方米/噸鐵，輸出煤氣的總能量為13G焦耳/噸鐵水。