周  強 李森蓉 李建濤 唐  恩 陳泉鋒 汪  朋 付邦豪
武漢科思瑞迪科技有限公司

　　1  前言

 

　　煉鐵工藝不僅是鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且還是鋼鐵工業(yè)中的能耗和排放大戶。高爐煉鐵工藝經(jīng)過300多年的發(fā)展，體現(xiàn)出了規(guī)模大、效率高等優(yōu)點，特別是經(jīng)過近30年明顯的技術(shù)進步，該工藝各個系統(tǒng)的工藝方案、生產(chǎn)指標、裝備水平、節(jié)能環(huán)保等方面都已經(jīng)十分完善，高爐煉鐵工藝再進步和提高的空間已經(jīng)非常有限了，不僅如此，在資源條件越來越差、環(huán)保要求越來越高的前提下，該工藝已在環(huán)境保護、資源利用及能效成本等方面體現(xiàn)出越來越明顯的缺點。

 

　　為了避免或減少高爐煉鐵工藝固有的缺點和嚴重依賴焦煤資源的局限性，人們一直在努力開發(fā)非高爐煉鐵工藝，非高爐煉鐵工藝分為熔融還原工藝和直接還原工藝。各國近50年來研發(fā)的熔融還原工藝有20多種，目前進入商業(yè)生產(chǎn)的僅為COREX和FINEX兩種工藝，這兩種在環(huán)保方面具有明顯優(yōu)勢，然而經(jīng)過20多年的推廣，這兩種工藝在世界范圍內(nèi)的應用業(yè)績?nèi)匀皇钟邢?，究其根本原因在于這兩種工藝在生產(chǎn)成本和工程投資上與高爐煉鐵工藝比較沒有競爭力。
 

　　2高爐煉鐵工藝存在的主要問題
 

　　1）該工藝的生產(chǎn)流程太復雜和龐大：該工藝需要建設(shè)大量的配套設(shè)施，由燒結(jié)廠、焦化廠、球團廠、熱風爐、制氧站和高爐等20多個系統(tǒng)設(shè)施組成的鐵前系統(tǒng)是一個復雜、龐大的生產(chǎn)系統(tǒng)，流程長、環(huán)節(jié)多、占地大、能耗大、人員多、環(huán)保差；

        2）該工藝生產(chǎn)過程中的排放物對環(huán)境影響很大：該工藝在生產(chǎn)過程中，由燒結(jié)、焦化和高爐的生產(chǎn)過程中排放的SOX、NOX和粉塵遠高于沒有燒結(jié)和焦化的非高爐煉鐵工藝；高爐工藝的CO2排放量是煤基豎爐直接還原工藝的一倍；

        3）該工藝的高爐使用冷料，熱量損失大：生產(chǎn)過程中，需要將鐵精粉加工成燒結(jié)礦和球團礦，焦煤需要煉成焦炭，高爐使用的這些原料和燃料必須經(jīng)過反復的加熱和冷卻，原料和燃料的熱能白白浪費，能耗損失很大，而且物流運輸環(huán)節(jié)多、運距長、運行成本增大很多；

        4）該工藝料柱很高對原料和焦炭的質(zhì)量要求高、能耗也大：該工藝在生產(chǎn)過程中，由于還原和熔化集于一體造成料柱很高，這樣不僅對原料和焦炭的質(zhì)量提出了很高的高溫強度要求，而且造成鼓風機的鼓風電耗高很多，生產(chǎn)成本增大；

        5）該工藝產(chǎn)生的大量低熱值高爐煤氣的利用效率低：該工藝在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生了大量的低熱值高爐煤氣，盡管該工藝本身消耗了一部分高爐煤氣，但是約55%的大量低熱值煤氣自身使用不了，只能外供一般作為鍋爐燃燒發(fā)電，熱能利用效率低；

        6）該工藝需要消耗的大量焦煤資源已經(jīng)成為生產(chǎn)鐵水的瓶頸：該工藝在生產(chǎn)過程中，需要使用大量焦炭，焦炭的消耗在鐵水成本中占有很大的比例，然而焦煤資源已經(jīng)越來越緊張，焦炭的價格已經(jīng)呈現(xiàn)越來越高的趨勢，這使得今后高爐煉鐵的成本必將越來越高，這一問題不僅將成為高爐工藝生產(chǎn)鐵水的瓶頸，而且一定會為不使用焦煤的非高爐煉鐵工藝帶來很好的發(fā)展機會；

        7）該工藝生產(chǎn)中對操作和維護的要求十分苛刻：該工藝核心環(huán)節(jié)在于高爐爐體系統(tǒng)，在高爐爐體中要完成原料的還原、熔化和造氣，還原和融化兩大生產(chǎn)功能集于一體，對生產(chǎn)過程中的精細布料、爐料透氣性、燃燒充分、熱量交換、還原效果、渣鐵分離和穩(wěn)定順行等方面的生產(chǎn)操作和維護都提出了很高的要求；稍有不慎就會帶來懸料、崩料、管道、結(jié)瘤、設(shè)備燒損或漏水、爐缸燒穿等生產(chǎn)事故，而且一旦出現(xiàn)生產(chǎn)事故，恢復的難度和代價都很大；同時生產(chǎn)組織的靈活性也很差。

　　8）該工藝的備品備件的數(shù)量大種類多：該工藝包括燒結(jié)和焦化在內(nèi)的20多個系統(tǒng)設(shè)施，備品備件數(shù)量很大和種類很多，增加了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)維護難度。
 

　　3COSRED鐵水新工藝的技術(shù)方案
 

　　3.1 工藝流程
 

　　COSRED鐵水新工藝的工藝流程見圖1。

 

　　

　　  　　圖1  COSRED鐵水新工藝的工藝流程

　　COSRED鐵水新工藝的主要工藝流程：
 

　?。?）鐵精粉和粘結(jié)劑經(jīng)過混勻、壓塊和烘干后與還原劑和脫硫劑混合形成混合料，混合料通過運輸裝置運至還原爐的頂部；

       （2）在還原爐的頂部通過布料裝置將混合料裝入還原爐中的還原室，混合料在還原室的下行過程中，經(jīng)過預熱段、還原段后完成還原；

       （3）還原完成后，將混合料冷卻至700℃，通過還原爐的排料裝置排出爐外，經(jīng)過篩分和／或磁選后得到金屬化率達到90%以上的海綿鐵；

       （4）溫度控制在600℃的海綿鐵通過爐頂裝置熱裝進入熔分爐，同時將煤塊和溶劑裝入熔分爐，通過熱風爐向熔分爐內(nèi)送入1000℃的熱風，并且向熔分爐中噴入煤粉；

       （5）將熔分爐中產(chǎn)生的高溫煤氣經(jīng)過熱量回收和煤氣凈化后，用作還原爐中燃燒室的燃料，還作為熱風爐的燃料。
 

　?。?）在熔分爐中最終得到溫度達到1500℃的合格鐵水，從熔分爐中排出后，鐵水運往轉(zhuǎn)爐或電爐使用，同時爐渣從熔分爐中排出，經(jīng)過處理后作為水泥廠的原料。
 

　　3.2 工藝參數(shù)
 

　　COSRED鐵水新工藝的主要工藝參數(shù)見表1。

 　　表1  COSRED鐵水新工藝的主要工藝參數(shù)

　　

 

　　COSRED鐵水新工藝根據(jù)不同的含鐵原料和還原劑種類，選擇不同的工藝參數(shù)，最終都能得到高品質(zhì)的鐵水。

　
　    3.3 原料條件
……

 
 

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