COSRED铁水新工艺的技术方案及综合优势

 　　周  强 李森蓉 李建涛 唐  恩 陈泉锋 汪  朋 付邦豪
武汉科思瑞迪科技有限公司

　　1  前言

 

　　炼铁工艺不仅是钢铁工业的基础和关键环节，而且还是钢铁工业中的能耗和排放大户。高炉炼铁工艺经过300多年的发展，体现出了规模大、效率高等优点，特别是经过近30年明显的技术进步，该工艺各个系统的工艺方案、生产指标、装备水平、节能环保等方面都已经十分完善，高炉炼铁工艺再进步和提高的空间已经非常有限了，不仅如此，在资源条件越来越差、环保要求越来越高的前提下，该工艺已在环境保护、资源利用及能效成本等方面体现出越来越明显的缺点。

 

　　为了避免或减少高炉炼铁工艺固有的缺点和严重依赖焦煤资源的局限性，人们一直在努力开发非高炉炼铁工艺，非高炉炼铁工艺分为熔融还原工艺和直接还原工艺。各国近50年来研发的熔融还原工艺有20多种，目前进入商业生产的仅为COREX和FINEX两种工艺，这两种在环保方面具有明显优势，然而经过20多年的推广，这两种工艺在世界范围内的应用业绩仍然十分有限，究其根本原因在于这两种工艺在生产成本和工程投资上与高炉炼铁工艺比较没有竞争力。
 

　　2高炉炼铁工艺存在的主要问题
 

　　1）该工艺的生产流程太复杂和庞大：该工艺需要建设大量的配套设施，由烧结厂、焦化厂、球团厂、热风炉、制氧站和高炉等20多个系统设施组成的铁前系统是一个复杂、庞大的生产系统，流程长、环节多、占地大、能耗大、人员多、环保差；

        2）该工艺生产过程中的排放物对环境影响很大：该工艺在生产过程中，由烧结、焦化和高炉的生产过程中排放的SOX、NOX和粉尘远高于没有烧结和焦化的非高炉炼铁工艺；高炉工艺的CO2排放量是煤基竖炉直接还原工艺的一倍；

        3）该工艺的高炉使用冷料，热量损失大：生产过程中，需要将铁精粉加工成烧结矿和球团矿，焦煤需要炼成焦炭，高炉使用的这些原料和燃料必须经过反复的加热和冷却，原料和燃料的热能白白浪费，能耗损失很大，而且物流运输环节多、运距长、运行成本增大很多；

        4）该工艺料柱很高对原料和焦炭的质量要求高、能耗也大：该工艺在生产过程中，由于还原和熔化集于一体造成料柱很高，这样不仅对原料和焦炭的质量提出了很高的高温强度要求，而且造成鼓风机的鼓风电耗高很多，生产成本增大；

        5）该工艺产生的大量低热值高炉煤气的利用效率低：该工艺在生产过程中，产生了大量的低热值高炉煤气，尽管该工艺本身消耗了一部分高炉煤气，但是约55%的大量低热值煤气自身使用不了，只能外供一般作为锅炉燃烧发电，热能利用效率低；

        6）该工艺需要消耗的大量焦煤资源已经成为生产铁水的瓶颈：该工艺在生产过程中，需要使用大量焦炭，焦炭的消耗在铁水成本中占有很大的比例，然而焦煤资源已经越来越紧张，焦炭的价格已经呈现越来越高的趋势，这使得今后高炉炼铁的成本必将越来越高，这一问题不仅将成为高炉工艺生产铁水的瓶颈，而且一定会为不使用焦煤的非高炉炼铁工艺带来很好的发展机会；

        7）该工艺生产中对操作和维护的要求十分苛刻：该工艺核心环节在于高炉炉体系统，在高炉炉体中要完成原料的还原、熔化和造气，还原和融化两大生产功能集于一体，对生产过程中的精细布料、炉料透气性、燃烧充分、热量交换、还原效果、渣铁分离和稳定顺行等方面的生产操作和维护都提出了很高的要求；稍有不慎就会带来悬料、崩料、管道、结瘤、设备烧损或漏水、炉缸烧穿等生产事故，而且一旦出现生产事故，恢复的难度和代价都很大；同时生产组织的灵活性也很差。

　　8）该工艺的备品备件的数量大种类多：该工艺包括烧结和焦化在内的20多个系统设施，备品备件数量很大和种类很多，增加了生产成本和生产维护难度。
 

　　3COSRED铁水新工艺的技术方案
 

　　3.1 工艺流程
 

　　COSRED铁水新工艺的工艺流程见图1。

 

　　

　　  　　图1  COSRED铁水新工艺的工艺流程

　　COSRED铁水新工艺的主要工艺流程：
 

　　（1）铁精粉和粘结剂经过混匀、压块和烘干后与还原剂和脱硫剂混合形成混合料，混合料通过运输装置运至还原炉的顶部；

       （2）在还原炉的顶部通过布料装置将混合料装入还原炉中的还原室，混合料在还原室的下行过程中，经过预热段、还原段后完成还原；

       （3）还原完成后，将混合料冷却至700℃，通过还原炉的排料装置排出炉外，经过筛分和／或磁选后得到金属化率达到90%以上的海绵铁；

       （4）温度控制在600℃的海绵铁通过炉顶装置热装进入熔分炉，同时将煤块和溶剂装入熔分炉，通过热风炉向熔分炉内送入1000℃的热风，并且向熔分炉中喷入煤粉；

       （5）将熔分炉中产生的高温煤气经过热量回收和煤气净化后，用作还原炉中燃烧室的燃料，还作为热风炉的燃料。
 

　　（6）在熔分炉中最终得到温度达到1500℃的合格铁水，从熔分炉中排出后，铁水运往转炉或电炉使用，同时炉渣从熔分炉中排出，经过处理后作为水泥厂的原料。
 

　　3.2 工艺参数
 

　　COSRED铁水新工艺的主要工艺参数见表1。

 　　表1  COSRED铁水新工艺的主要工艺参数

　　

 

　　COSRED铁水新工艺根据不同的含铁原料和还原剂种类，选择不同的工艺参数，最终都能得到高品质的铁水。

　
　    3.3 原料条件
……

 
 

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