非高炉炼铁的现状及中国钢铁冶炼工艺的发展方向

2018-12-05   作者:佚名   网友评论 0

非高炉炼铁的现状及中国钢铁冶炼工艺的发展方向
   周渝生 储满生 唐珏 柳政根

  东北大学

  1 非高炉炼铁及我国炼铁工艺的现状

  1.1 我国炼铁工艺的现状

  2017年世界粗钢产量为16.91亿吨。中国的粗钢产量为8.32亿吨,占比49.2%。2017年世界高炉生铁的产量为11.74亿吨。中国的生铁产量为7.108亿吨,全世界占比60.54%,非高炉炼铁比例接近于零。中国的铁钢比达0.85,除中国以外的世界平均铁钢比仅为0.539。 由于垄断中国钢铁业的高炉-焦化-烧结长流程铁钢比最高,中国的吨钢能耗、污染物排放量及CO2排放量均为世界第一。

  2017年全球煤炭产量77.3亿吨,中国煤炭年产量为34.2亿吨,占世界总产量的45.6%,还进口2.6亿吨煤炭来满足需求,中国是世界上最大的煤炭生产与消费国。煤炭消费占我国能源消费的61.83% (全世界平均煤炭消费仅占33%)。石油约占我国能源消费的18.95%;我国天然气消费仅占6.2%。中国的发电用煤占比高达60%,钢铁用煤占比约15%,但是由于我国的钢铁产能、产量占了世界的一半以上,CO2及各种污染物的排放量巨大,因此压缩钢铁产能及耗煤量的压力很大。京津冀及周边6省市钢铁产量占了全国的一半,用煤占比达到全国的33%,这是本地区雾霾天非常频繁,钢铁企业不得不经常限产的主要原因。

  1.2 非高炉炼铁工艺的现状

  全世界2017年直接还原铁产量为8700万吨。中国的直接还原铁产量为60万吨,占比仅0.0085%。按生产工艺,气基直接还原铁工艺产量占全球直接还原铁总产量的82.4%,其中采用MIDREX工艺的产量为5645万吨,占总产量的64.8%;HYL/Energiron产量为1468万吨,占比为16.9%;流化床工艺为63万吨,占比为0.7%。煤基回转窑工艺产量为1534万吨,占比为

  目前全世界的熔融还原铁水产能为710万吨,主要是COREX及FINEX工艺,2017年熔融还原生产铁水仅580万吨,世界占比0.5%。

  熔融还原是一种清洁炼铁技术,2007年,宝钢集团引进了两套COREX3000技术设备。宝钢COREX3000炉在罗泾投产运行了四年,其单炉最大产能达到了110万t/a,能够连续稳定生产。宝钢集团公司对COREX3000做了大量消化吸收、关键备件本地化等工作,改进了原设计中的一些局部缺陷,但是关键技术未能实施技术创新,仅达到设计产能的74%,未与高炉流程互补,码头物流成本高,上海地区的块煤、球团矿价格高企等因素使其持续亏损。目前搬迁到新疆八一钢铁厂的一套C3000欧冶炉已经正常生产,而且成本与本厂高炉相当。

  韩国浦项在COREX2000熔融还原炉基础上,与奥钢联合作开发出利用COREX输出煤气预还原粉矿的大型沸腾流化床直接还原装置,并且陆续建成了年产60万吨、150万吨、200万吨铁水(实际产能仅170万吨铁水)FINEX的生产装置,发展了熔融还原炼铁工艺技术。目前FINEX的生产装置处于停产状态 目前熔融还原炼铁生产还不能完全摆脱焦炭,对原燃料价格比较敏感,适用范围不够广泛。

  高炉流程与废钢-DRI-电炉短流程的能耗、环保排放量的比较

  传统的高炉-焦化-烧结炼铁流程中,由于每吨烧结矿排出高温废气量达6000m3以上,烧结烟粉尘(包括PM10、PM2.5)、SO2、NOX排放量占钢铁联合企业排放总量的6成以上;由于焦炉出焦、熄焦过程有大量烟粉尘排放,焦化厂的烟粉尘排放量占钢铁联合企业排放总量的3成以上;而且焦化厂的SO2、氨、苯、苯并吡等对人体、生物有毒害的有机废气排放量占企业排放总量的8成以上,凡是有焦化厂生产的地方,工厂内部及周边土地几乎寸草不生,动物灭绝,植物死光或变异,炼焦对环境具有毁灭性的破坏作用,西方国家已经关停了9成炼焦并通过WTO要求中国生产出口。烧结机、焦化厂的污染物排放量占钢铁联合企业排放总量的一半以上,二者是钢铁生产流程中最大的污染源。参见以下图1-图4

 

 
  图2

  图3

  图4

  因此,降低焦比、提高球团比、降低烧结矿比,提高废钢比是传统钢铁流程节能减排最有效的途径。

  采用废钢-DRI-电炉炼钢,可以节能一半以上,同时减少污染物排放量7成以上,固废产生量也可以减少7成以上。

  2 我国钢铁冶炼工艺的发展方向

  我国虽然是世界产钢第一大国,但我国优质钢、洁净钢的生产无论是数量,还是品种、质量方面与世界先进国家有很大的差距,成为我国钢铁生产的短板,无法满足我国经济发展的需要,高铁、飞机制造工业使用的关键构件、螺栓等大量优质钢材配件仍需进口(如表1、表2所列数据),严重影响我国装备制造、国防等工业发展。从冶金技术和装备层面,我国具备生产优质钢、洁净钢、超洁净钢的能力。当前,我国优质钢材生产的主要问题之一是原材料纯度不高。我国缺乏且难以进口优质重废钢,以高炉铁水、普通废钢为原料生产优质钢材时,钢中残留元素控制难度大,消耗高,钢水化学成分及钢材质量的稳定性难以保证。优质钢、洁净钢、超洁净钢生产需要低碳、低硫、低磷、有害元素及残留元素低铁原材料,而优质直接还原铁(DRI)是冶炼洁净钢、超洁净钢的优质原料和废钢残留元素的稀释剂。国内外大量特钢企业的生产实践表明,只有采用优质竖炉直接还原配合废钢电炉短流程炼钢,

  才能生产出具有国际先进水平的优质、纯净、高质量等级精品钢产品,获得高附加值的经济效益。

  我国2015年进口的优质钢、特种钢1500万吨价值约200亿美元,均价是我国出口钢材的5倍,与我国出口的7800万吨钢材收入相当。

  以下图5-图8。

 

   图5

  图6

  图7

  图8

 

 
  我国发展直接还原铁的有利条件如下:
……
 

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