高炉炼铁与非高炉炼铁技术比较

2013-07-05   作者：佚名   网友评论 0 条

1 目前我国高炉炼铁技术现状

       2012年重点钢铁企业高炉生产情况:

1.1全国炼铁生产情况

        2012年全国生铁产量为6.579亿吨，比上年同期增长3.70%。全国生铁产量增幅减缓，这是因国家经济疲软，钢铁企业出现亏损所造成的。重点钢铁企业铁产量为5.762亿吨，与上年同期相比增长2.20%；其它企业铁产量为0.817亿吨，增长15.90%。重点钢铁企业之中有59个企业铁产量是减产，有16个企业减产幅度大于10%，降幅最大的企业达51.86%。主要原因是炼铁企业经济效益大幅下降，一批企业出现亏损，迫使炼铁厂减产、停高炉。

1.2 2012年重点钢铁企业炼铁、球团、焦化、烧结工序能耗

      与上年相比均有所下降,详见表1。

表1 重点钢铁企业炼铁系统工序能耗    单位:kgce/t

       2012年重点钢铁企业加大节能工作力度,采取综合措施为完成国家规定的节能减排目标努力工作,实现了炼铁系统工序能耗全面下降,为我国钢铁工业完成“十二五”节能目标做出了贡献。

        各工序能耗最高值与最低值相差悬殊,说明重点炼铁企业之间生产技术发展不平衡，各企业生产条件差异也较大，计算方法还有不一致的地方。进行对标活动要进行细致分析，才能得出正确的结论。有差距，说明企业尚有一定的节能潜力,并还要加大淘汰落后设备的工作力度。

1.3高炉炼铁技术经济指标

        2012年全国重点钢铁企业高炉炼铁燃料比（部分企业未含小块焦比）为515kg/t，比上年度下降7kg/t；入炉焦比为363kg/t，比上年下降11kg/t；喷煤比为150kg/t，比上年升高2kg/t；入炉矿含铁品位56.73%，比上年下降0.25%；热风温度为1183℃，比上年升高4℃；利用系数为2.495t/m3•d，比上年下降0.035t/m3•d。2012年重点企业高炉技术经济指标多项目在好转,具体情况见表2。

表2  重点企业高炉技术经济指标

        目前，我国炼铁企业是多层次的，先进与落后指标并存，处于不同发展水平阶段。为促进我国炼铁生产技术进步，实现节能减排目标，提升炼铁企业的市场竞争力，我们应当加大推广成熟、先进、实用的炼铁技术装备。同时，也应加大淘汰落后炼铁能力(国家已明令要坚决淘汰400M3以下小高炉，于2012年前完成淘汰落后任务)。我国有750多家炼铁企业，造成炼铁产业集中度低，高炉平均炉容小(我国约有1500座高炉，大于1000立方米的高炉约有400多座)，炼铁企业之间生产指标差距大。要加大贯彻落实国家公布的“钢铁工业十二五发展规划”的目标和任务，利用产业政策和市场经济的手段，加快炼铁企业的技术升级和优化重组整合。从2012年发展形势看，我国炼铁企业技术进步有所改善。据统计,重点企业中有49个企业燃料比有所下降,有22个企业燃料比在上升,有3个企业没变化。这是在入炉品位下降，劣质矿使用比例加大情况下所取得的成绩。

2 非高炉炼铁技术发展情况

2.1我国非高炉炼铁技术

        总体上讲，我国非高炉炼铁技术发展缓慢，没有重大的新进展，生产技术水平大大落后于国际先进水平。近年来，我国还原铁产量一直低于60万吨/年。目前，天津大无缝、新疆富藴金山矿业、密云直接还原铁厂、山东张家洼矿等企业的直接还原厂均因能耗高、经济性不好而停产。隧道窑直接还原铁厂生产能耗高、污染物排放高、产品质量不稳定，要逐步淘汰。2007年宝钢引进了COREX，改进了许多设计和工艺上的重大不足，现已基本上掌握了生产技术，达到了比较好的状态，仍有许多问题需要进一步解决。表3为COREX生产情况。

表3  COREX－3000生产技术的技术经济指标

       近年来，我国建成了一批转底炉，沙钢、马钢、日钢、莱钢是处理钢铁企业的含铁尘泥；攀钢和四川龙蟒集团是用复合铁矿生产。转底炉是炉料在一个旋转的盘子上进行加热、还原，主要是依靠辐射传热，热效率较低，被还原的球靠盘底部面的加热和还原均是不充分的。因此，产品金属化率、工序能耗、生产成本与高炉相比均有不足之处，主要问题是：产品金属化率低（约65%）、FeO含量高（大于7%）、能耗高、生产成本高、生产不稳定等。虽然一些企业的转底炉通过了专家们的技术鉴定，还需要进一步科学分析，实践检验，经受时间上的考验，才能得到行业内普遍的认同。行业内人士认为，转底炉处理含铁尘泥是合理的，产品金属化率低，给高炉用可降低焦比，给电炉用是不行的；如用铁矿石在转底炉进行还原，不用高炉，是不经济的，成本也高，工艺上行不通。如是处理钒钛磁铁矿，回收氧化钛，虽能耗高，但经济性好。

       现在，我国应加强研究和跟踪国内外非高炉炼铁技术新进展，不要大规模推广新建设非高炉炼铁设施，避免造成负面的影响。

2.2 国外非高炉炼铁技术进展

2.2.1 ENERGIRON 直接还原技术

        即以原“HYL”直接还原工艺为核心，与达涅利工程技术相结合所形成的直接还原的成套技术。它是以高品位入炉品位达67%（即SiO2+Al2O3＜4% ）的球团矿和/或块矿为原料，不能用粉矿，以天然气裂解后的含有90%左右的H2 和CO 的煤气为还原剂，通过在竖炉内高温1000℃，干燥气温度（970℃）、高压（6bar）条件下，气固两相的相向而行，完成传热和铁矿石的还原反应，最终生成温度约700℃的直接还原铁，供应电炉炼钢。

        阿联酋阿达涅利在阿联酋阿布扎比的ENERGIRON 直接还原技术是气基直接还原炼铁工艺的一种，布扎比直接还原铁工厂工艺流程ESI 工厂的工艺流程如下图所示：年产160万t的DRI,运行费50-60$/t DRI

图2  阿联酋ESI直接还原铁工厂流程图

         该工艺包括：原燃料准备、竖炉反应器、蒸汽重整、二氧化碳脱除、DRI热送装置、电炉冶炼等。脱除CO2后的炉气（含CO2在1.5%～2.0%）与天然气混合后（要控制气体成分：CO+H2/CO2+H2O>10），进行加热（约970℃）后，再进入竖炉反应器。矿石在炉内被还原成DRI，约有700℃，在竖炉反应器下部排出(有滚动给料机)，由管道气力送往电炉。直接送往电炉的DRI含碳在1.5%左右；电炉检修、停产，需要落地的DRI含碳在2.5%。是通过调整还原气体成分（通过加湿器，来调整工艺气体的湿度）可以直接控制直接还原铁的含碳量。生产一吨DRI约需要1700Nm³的还原气体。

        阿联酋ESI 直接还原铁工厂原料是使用100%含铁67%的球团矿，生产出的DRI金属化率94%～97%，矿耗:<1.38t/tDRI。DRI含碳1.5%（热送DRI）～2.5%（冷DRI），最高可达5%。

       由于竖炉出来的煤气进行了蒸汽重整，脱除了CO2,其消耗量不应很低。这样可以估算ENERGIRON 工艺的工序能耗在350～400kgce/t 范围之内。

       本人与宝钢李维国、东大魏国、鞍钢王太炎一行于去年参观了达涅利在阿联酋阿布扎比的ENERGIRON 直接还原厂。我认为该技术是先进、成熟、可靠的非高炉炼铁技术。

2.2.2 韩国浦项FINEX技术

1）原燃料使用情况

        铁矿石;入炉品位在61%，粒度在1mm左右，用3～4种矿石(巴西球团约50%，品位65%；本溪磁铁矿约30%；印度矿、新西兰沙铁)。添加白云石、石灰石与铁矿石混均，再进入予还原炉。

        煤炭：灰分在6%～8%，动力煤占约30%，炼焦煤占1/4，用糖密作粘结剂在型煤机内压成14.57mm的煤块。
                   要用约50kg/t的小块焦。

        制氧：用浓度99%的氧气，耗量约是高炉风量的1/2.吨铁氧耗为450～480m³/t.氧枪直径为26mm。

        喷煤比可达250～300kg/t，煤粉灰份为13%。

2）反应炉（流化床）有4级.用脱除CO2的煤气（热值约为1400大卡/M³）在流化床内对铁矿石进行还原。控制炉内温度在720～750℃（生产时需要对反应炉进行补热，要吹氧10m³/t），矿石还原度为60%～70%。这样，可以保证矿粉不粘结。出矿温度在750℃，进入直接还原铁压块机，进行压块。压块后还原铁(温度在650℃)进入熔融汽化炉。

3）熔融汽化炉情况

        熔融汽化炉内压力45Bar。有26～28个风口，风口直径26cm。炉内矿床高度约7m。风口区得温度可达3000℃，料面下部可达1050℃。向炉内吹氧的温度在25℃，加入熔融汽化炉内的块矿尚有30%～40%没有在流化床内还原，需要在熔融汽化炉内完成还原，熔融汽化炉产煤气量在1600～1700m³/t。渣铁比为300kg/t左右，灰铁比在50～60kg/t。

        炉渣成分：CaO为36%，SiO2为30%，MgO为11%，Al2O3为18～20%。

4）煤气CO2的脱除

      采用变压吸附方法吸附CO2，可脱除68%的CO2。使煤气中CO2浓度由33%，降低到3%；CO含量由36%，升到53%。

5）设备投资比例

4级流化床占30%，熔融汽化炉占40%，制氧占20%，煤压块和脱除CO2占10%。

6）设备寿命

         风口寿命在2～3个月。熔融汽化炉要每8个月，定修一次，每次约要18小时。

7）工序消耗

        在上述原燃料质量的前提下，最低原煤耗为710kg/t，其中包括约160kg/t的煤粉，50kg/t的小块焦（按1.4t原煤/1t焦计算）。

氧耗为450～480m³/t。

没有提供电耗的数据。

8）点评

⑴目前FINEX对原燃料质量的要求还是比较苛刻的，并且没有完全摆脱对焦炭和焦煤的需求。我国缺少高质量的炉料。

⑵目前FINEX消耗原煤指标710kg/t，是在矿品位61%，煤的灰分6%～8%、用50kg/t小块焦炭、450～480m³/t氧气条件下实现的。如原燃料质量下降，指标还要恶化。浦项高炉燃料比在480kg/t,入炉矿品位在57%。所以说，FINEX能耗要比高炉高。

⑶一般讲，FINEX投资要比高炉高。浦项新建设的200万吨/年的FINEX设施投资约79亿元。

⑷FINEX风口、熔化炉寿命低，远低于高炉的15年。FINEX供铁能力和间断性，对炼钢、轧钢会产生巨大的负面影响。

2.2.3对熔融还原生产技术的评价

       熔融还原在理论和生产实践上，能耗和成本上是要比高炉高。原因如下：

1)高炉有热风炉，熔融还原设施没有热风炉

       高炉炼铁所需的能源有78%来自碳素（焦炭和煤粉）燃烧，有19%来自热风，3%是炉料化学反应热。热风炉热量是依靠燃烧高炉煤气获得的。热风炉的热效率在80%以上。所以，高炉是个高效的炼铁设施。

       熔融还原设施没有热风炉，其产生的煤气用于发电。煤气去发电，能源利用效率小于45%；是工序能耗比高炉高的主要原因。

2）高炉炼铁铁矿石是有45%以上是间接还原。间接还原是不需要能量，是放热反应，且反应是在炉内进行。

       熔融还原是利用多级流化床，实现铁矿石的部分还原，需要一定的外来的能量。这样矿石还原的能量就要高。

3）目前，熔融还原还不能完全摆脱的焦炭的需求，焦化工序的能耗还要计入熔融还原的能耗。

4）工序能耗比较

        2012年重点钢铁企业高炉炼铁平均工序能耗401.82kgce/t,有9各企业的高炉能耗低于390kgce/t；平均炼铁燃料比为515kg/t,平均入炉焦比363kg/t,首钢京唐的高炉燃料比457kg/t,入炉焦比305kg/t。
2011年宝钢COREX的能耗为593.87kgce/t。目前国内外炼铁能耗见表4。

表4  各种炼铁工艺能耗情况

5）生产成本比较

        目前，我国大多数高炉炼铁成本已低于2800元/吨，一批高炉低于2500元/吨，个别企业有低于2000元/吨。这些高炉使用的原燃料质量远低于熔融还原要求的质量。如重点钢铁企业高炉入炉品位56.73%，焦炭M40为85.98%，M10为6.47%灰分12.54%，硫分7.7%；而EINEX使用矿石的品位是61%，煤的灰分在6%～8%等。所以高炉炼铁的成本低。

2.2.4对高炉使用金属化炉料节能的看法

        理论上讲，高炉使用金属化炉料生产，每提高金属化率1%,可降低燃料比0.5%～0.6%。这里包括直接还原铁、金属化球团矿和烧结矿等。但生产直接还原铁、金属化球团矿和烧结矿，是需要能耗的。如是利用钢铁联合企业内部的二次能源生产出来的这些产品，炼铁系统的能耗是会得到降低。如是利用外来的能源生产这些产品，再加上高炉炼铁的能耗，炼铁系统的能耗和成本就要上升。欧美的部分高炉生产实践已证明了这一点。