再过若干年,地球的炼焦煤将近枯竭之时,当人类翻开世界炼铁史,公元2007年5月30日这一天,历史记载的或许不是自6月1日起中国钢材出口加征关税,而是韩国总统卢武铉亲自出席浦项制铁所年产150万吨规模FINEX工厂的竣工仪式。
一、熔融还原法的特点
高炉是当前生产铁水的主体工艺,但高炉冶炼铁水需要有配套的炼焦和烧结工艺。为了满足不断增长的经济和环境要求,在过去4O 年里,熔融还原炼铁(Smelting Reduction—SR)得到了发展,这些工艺都是直接使用煤冶炼铁水,从而避免了炼焦工艺的环境污染。开发的熔融还原炼铁工艺共有3O余种。
熔融还原成为当代钢铁工业前沿技术的原因是:
(1)熔融还原工艺不使用焦炭,不需建焦炉和化工设施,使用块矿和部分球团矿时可不建烧结设施,减少了较大污染源。为实现钢铁厂清洁生产、减少环境污染创造了条件。
(2)焦煤资源少,且分布不均匀,炼铁不用焦煤有利于钢铁工业可持续性发展
(3)熔融还原炼铁流程短,投资少,具有降低生产成本的潜力,许多国家都在积极开发、研究熔融还原炼铁新工艺。如奥钢联的COREX、韩国POSCO和奥钢联联合开发的FINEX、澳大利亚的AUslron和Hlsmelt、俄罗斯的ROMELT、日本的DIOS、美国的AISI、欧洲的CCF和CLEANMELT等。
上述工艺又可分为2类:COREX和FINEX用于原竖炉和熔融气化炉相结合的熔融还原装置; AUslron、Hlsmelt、ROMELT和DIOS等用于铁浴式装置. 其中DIOS为用于将原竖炉和熔融气化炉相结合的铁浴式装置。
但到目前为止,只有3种熔融还原炼铁工艺发展到了工业化规模。
首先实现工业化的熔融还原炼铁工艺是由西门子奥钢联公司开发的COREX工艺,采用块矿或球团矿作原料。第一座年产能4O万tCOREXC一1000工厂在南非伊思科尔(Iscor)厂于1989年开始商业化运行。1995年至1999年间,先后建成四座年产能60~80万t的COREX C一2000生产厂:一座建在韩国的浦项,一座建在南非的撒丹那(Saldanha),两座建在印度的金达尔(JSW)。正在建设的还有宝钢的年产150万t的COREX C一3000工程,计划于2007年下半年开始商业化生产。此外,目前印度Essar Hazira公司的奥里萨邦(Orissa)钢铁厂正在重新安装两台从韩国韩宝(Hanbo)钢铁厂搬迁的COREX C-2000设备,计划于2007年投产。
世界上60%的铁矿资源是粉矿,而且粉矿的价格比块矿的价格要低。FINEX工艺和Hlsmeh工艺可以直接使用粉矿,具有成本和环境优势,可以省去粉矿造球或烧结的造块工艺过程。2005年,第一座年产6O万t的Hlsmeh工厂在澳大利亚的奎纳纳(Kwinana)开始投入运行。FINEX是迄今最先进的直接用粉矿的熔融还原炼铁工艺。
二、POSCO和FINEX
POSCO虽然从1968年创立以来,从海外先进钢铁公司引进技术并使其转换为特有技术,从而创出最高生产效率和成本竞争力,并被认可为世界最具竞争力的钢铁公司,引领世界钢铁产业的源泉技术领域,持续推进与规模和水平相符的特有革新技术的开发。
POSCO为了巩固全球竞争力优势,领先于拥有100年以上钢铁历史的先进钢铁公司,成功开发出能够代替一直被评价为最具竞争力的高炉工艺的技术,把世界钢铁制造技术水平提高到新的高度,进一步巩固了在钢铁行业世界先进技术的领导地位。POSCO在此次150万吨规模FINEX商用设备竣工的同时,今年将通过对光阳3号高炉改造、浦项2炼钢和光阳2炼钢设备合理化投资等,在2008年将达到3,400万吨的粗钢产量,根据WSD针对世界级钢厂的竞争力最近一次的排名,POSCO位居第二,中国宝钢在第四。
环境效益、经济效益和社会效益是韩国POSCO可持续发展必须满足的三大效益。世界的发展趋势是可持续发展。可持续发展意味着企业在经济上的收益、环境上的健全以及社会上的责任,这三项都是重要的。一般认为钢铁企业污染严重,若钢铁企业如不改变这种现状.就不可能可持续发展。正是基于这样一条准则,POSCO开始在众多熔融还原工艺中开发了适合本国国情利于本企业发展的FINEX熔融还原炼铁工艺。
FINEX是一种直接用烧结用粉矿原料和非炼焦煤冶炼铁水的新工艺。FINEX工艺的关键技术是在流化床反应器内将粉铁矿还原成粉状DRI(直接还原铁)以及使用熔融气化炉将DRI熔融还原为铁水。与传统的高炉炼铁工艺相比,FINEX炼铁工艺省去了炼焦和粉矿烧结的工艺过程,产出的铁水质量可以与高炉及COREX工艺生产的铁水质量相媲美。FINEX工艺技术由韩国浦项钢铁公司和奥地利西门子奥钢联公司自1992年联合开发,第一座年产150万t的FINEX商业化工厂于2007年5月30日在浦项钢铁公司的浦项钢铁厂开始运行。
FINEX工艺主要特点有:直接使用粒度<8 mm的烧结用粉铁矿;直接使用煤;节省资源、降低能耗和减少污染排放的;产出有价值的煤气,可用于多种冶金工艺过程或发电;产出的铁水质量可以与高炉及COREX产出的铁水质量媲美。占世界铁矿产量60%以上的烧结用粉铁矿,可以直接作为FINEX工艺的原料;此外,由于铁水冶炼过程中省去了焦化、烧结和球团工艺,减少了污染排放和资源及能源的消耗。在某些地区,与同等规模的高炉生产铁水工艺相比,FINEX工艺生产铁水成本可以降低20%。
三、熔融还原工艺在我国的发展和展望
我国2006年粗钢产量达到4.2亿吨,2007年预计达到4.7-4.8亿吨,占世界粗钢产量的三分之一还多,我国优质焦煤资源短缺、环境污染等问题将会成为我国高炉炼铁工艺发展的主要瓶颈。作为一个钢铁大国,按理我国应该熔融还原工艺方面有长远的发展规划和相应的投入,但实际情况并不是这样,目前国内只有宝钢有实际性的动作,东北大学和重庆钢铁研究院等单位进行过相关的研究和比较,承钢曾经立项做过实验后来资金不足搁浅,沙钢参观和跟踪国外的技术进展。国内其他的钢厂还处在观望阶段,企业的投资重点在规模扩张和轧钢部分的产品结构调整,对于炼铁部分,只是高炉数量和炉容的增加,只是量的变化。还原铁的概念,更多的地方还是采用隧道窑的方法生产热压铁块,作为废钢的替代品,与资源短缺、环境保护和整个炼铁工艺的变革的观念相差深远。
我国的钢铁总量、资源特点和环境压力使熔融还原工艺有着非常广阔的应用前景,应该有更多的有实力的钢铁企业在此方面加大投入。
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