发展非高炉炼铁的重要意义及可靠途径

2015-11-11   作者：佚名   网友评论 0 条

　　陈守明

　　北京冶金设备研究设计院

　　非高炉炼铁是钢铁产业节能增效可靠措施。中国非高炉炼铁发展困难主要由于工程投资大、生产成本高，应该通过工艺和设备优选优化促进其发展。

　　1、发展非高炉炼铁是钢铁产业节能增效、转型升级一项可靠措施

　　我国大陆钢铁产量连年高速发展,目前已占全球一半，但产业结构不甚合理，铁钢比高、电炉钢比低,高炉炼铁产能过剩、非高炉炼铁几乎为零。这种结构,能源资源消耗和环境污染大,经济效益差。近年来钢铁产业成本高、钢价低、利润低，不少企业甚至亏损，经营发展困难，与此不无关系。

　　国内钢铁冶金传统工艺是高炉炼铁-转炉炼钢。转炉炼钢主要原料是铁水,能耗低,做好余热回收，可实现“负能炼钢”;能耗、污染最大的是铁前系统,烧结、炼焦、高炉炼铁占吨钢综合能耗85%以上,可比能耗近90%,环境污染也最大。电炉钢品种多、质量好、附加值高,以废钢为主要原料时吨钢能耗约72kgce，只有高炉炼铁-转炉炼钢工艺12%左右，减少CO2排放约2吨。故控制总量、优化结构，是钢铁产业节能增效、转型升级可靠措施。现在欧美钢铁生产国都减少高炉、焦炉数量，发展电炉短流程钢厂,发展中国家多采用非高炉炼铁-电炉炼钢工艺。我国钢铁产量大、废钢累积量不足，长期以高炉炼铁-转炉炼钢为主。现在生铁、普钢产能过剩，发展重点由规模转向质量、品种、效益，控制钢铁生产总量、优化产业结构，转型升级，发展非高炉炼铁和电炉炼钢势在必行。

　　废钢是电炉钢主要原料，也是转炉炼钢、铸造、铁合金等工艺重要炉料，冶金发展重要物质基础。但随着连铸发展，质量较好的生产废钢减少，社会积累废钢资源有限且化学成分复杂，市场上废钢质次价高量少,导致国内电炉钢成本高、电炉钢比低。一些本应以废钢为主要原料的电炉钢厂，也大量使用铁水和生铁作原料, 废钢利用率下降。有的大型电炉钢厂为了保证原料供应，建设中小高炉,甚至原来配置DRI生产线的也改建高炉。

　　国家工信部《钢铁工业“十二五”发展规划》、发改委《产业结构调整指导目录(2011年本)》、中国金属学会、中国钢铁协会《2011-2020钢铁工业科学技术发展指南》都限制、淘汰2000m3以下中小高炉，鼓励发展非高炉炼铁。电炉钢用生铁为原料，建高炉，失去了电炉钢节能减排优势，也与高炉炼铁争夺能源资源，不利于钢铁产业降本增效、持续发展。

　　直接还原铁(DRI),是废钢主要代用品，而且有些钢种必须加入部分DRI才能确保成分合格。同时，DRI也是转炉炼钢、高炉炼铁、铸造、铁合金等工艺优质钢铁原料，还可作为一些有色金属冶炼还原剂、水处理和食品药品脱氧剂等工业原料，市场需求大、性价比合理产品供不应求。更重要的是，主要能源不用焦炭，如工艺优选优化，节能减排效果显著。

　　发展以废钢和DRI为原料短流程电炉钢厂,有助于我国钢铁产业节能增效、转型升级,走出“一高二低”困境。

　　2、“非高炉”炼铁工艺影响了中国非高炉炼铁发展

　　国外DRI和电炉短流程钢厂发展很快，发达国家电炉钢比例多占一半以上，但由于能源资源和技术条件，DRI生产主要在发展中国家。1973年全世界DRI产量190万吨;83年790万吨，翻二番;93年2365万吨，是83年3倍;2003年4945万吨，是93年2倍;2013年7719万吨，是03年1.56倍，占生铁产量6-7%.是冶金大宗产品中增长最快的。

　　然而，这些年我国生铁产量增至7亿吨左右，DRI产量却始终在几十万吨徘徊，只占铁产量0.05%左右;熔融还原仅试生产几年。原因何在，理应反思。

　　众所周知，办任何事情，“方向”确定之后，效果如何与“路线”关系甚大。影响中国非高炉炼铁发展的,主要是以往采用工艺投资大、成本高，经济效益不理想，企业没有积极性。

　　DRI目前比较成熟的工艺，按主要能源用煤或气体分为煤基法、气基法，按主体设备，有竖炉法、隧道窑法、回转窑法、转底炉法等。理论和实践证明，煤是最廉价冶金能源，竖炉是最佳还原设备，DRI采用煤基竖炉工艺经济效益最好。

　　高炉炼铁技术先进可靠，它实质上就是煤基竖炉炼铁，上部2/3左右炉膛DRI，下部熔分为铁水。为了扩大炉容、提高效率，将煤先炼成焦炭，促进钢铁生产的同时也带来资源、环境方面诸多问题，业内公认，降低焦比是钢企节能增效、持续发展主要技术措施。由于高炉炼铁以焦炭为主要能源，不用或少用焦炭的炼铁新工艺称为非高炉炼铁，铁氧化物在固态直接还原的技术称直接还原，产品是铁水称熔融还原。其实非高炉炼铁技术核心是主要能源以煤代焦，称非焦冶金更恰当;而主体设备在竖炉基础上改进，技术起点高、投入少、效果好。

　　遗憾的是，以前我们未重视高炉炼铁经验，误以为“非高炉炼铁”就是“非高炉”炼铁，没有在煤基、竖炉这两个基点上改进、创新，DRI主体设备采用隧道窑、回转窑、转底炉;或主体设备采用竖炉，但主要能源改为气基。熔融还原虽使用竖炉,但采用二步法，把原来一步法炼铁的高炉分成气基DRI炉和熔分炉2座。这些工艺技术上可行,但投资大、成本高，经济上缺乏竞争力，影响到推广。在当前钢铁行业产能过剩、经济效益不佳形势下，非高炉炼铁发展更加困难。

　　3、非高炉炼铁能耗不一定高于高炉炼铁

　　有人认为目前中国非高炉炼铁产业的落后，是因为其能耗高于高炉炼铁，呼吁我国不宜再上非高炉炼铁项目。根据是“高炉内的铁矿石是有45%以上进行的是间接还原。铁矿石间接还原反应在炼铁学是个放热反应，不需要热量……直接还原是需要吸热的反应。”

　　实际上，炼铁理论中将铁氧化物与固体碳反应生成Fe和CO的反应称作直接还原反应，铁氧化物和CO反应生成Fe和CO2称作间接还原反应。直接还原反应消耗燃料多但消耗还原剂少，间接还原消耗燃料少但消耗还原剂多。还原剂也是能源，而且热值比燃料高。热量是能量，但能量不仅仅是热量，不是热耗低就能耗低。况且，直接还原铁是指氧化铁在固相直接还原为金属铁，反应其实是以间接还原反应为主。炼铁学中有一直接还原度rd和碳素消耗关系图，碳耗最低点既非rd 45%(这时间接还原占55%左右)的高炉炼铁，也非rd 0%、间接还原占100%的气基法竖炉，而是直接还原度约rd25%、间接还原占75%左右。气基法竖炉DRI炉料中无单质碳，温度低，不能发生直接还原反应，完全是间接还原反应，能耗与高炉炼铁接近;煤基法竖炉DRI温度10000C左右，炉料中有单质碳，能发生一些直接还原反应，又以间接还原为主，技术条件更接近碳耗最低点。煤基隧道窑、回转窑、转底炉则因还原炉窑技术性能，能耗高于竖炉。

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