我国熔融还原炼铁技术发展现状及生产实践

　　山东省冶金设计院股份有限公司

　　1 引言

　　世界钢铁协会统计的38个国家和地区2018年高炉生铁产量为12.39亿吨，同比增长2.2%，世界钢铁协会统计的这38个国家和地区2017年高炉生铁产量占世界高炉生铁产量的99%，我国2018年生铁产量为7.7亿吨，比上年增加3%，占世界钢铁总量约：61.6%。2018年全球直接还原铁(DRI)产量总计为9980万吨，同比增长14.5%。

　　全球熔融还原炼铁装置的产能约1200万吨，而我国2018年熔融还原实际产能约105万吨，约占国内炼铁总产能的0.14%。

　　上述生产数据表明，高炉炼铁仍为炼铁生产的主要工艺。但是因为传统高炉炼铁流程正面临环保、能耗以及原燃料资源制约等前所未有的压力，为实现钢铁工业可持续发展，减轻高炉工艺对焦煤资源以及长流程带来的环保和排放压力，国内在近几年在非高炉工艺的研究开发，尤其熔融还原工艺的引进、消化吸收、创新方面做了大量的工作，截止目前已有两座熔融还原炼铁工厂在运行。本文着重对宝钢八一钢铁欧冶炉工艺、墨龙HIsmelt熔融还原工艺(以下简称ML-HIsmelt)的技术流程、工艺创新以及运行现状进行了阐述，并就二者的优越性与高炉工艺从多方面进行了比较，并对未来发展趋势进行了简要说明。

　　2 熔融还原炼铁工艺概况

　　熔融还原炼铁工艺以非焦煤为能源，在高温熔态下进行铁氧化物还原，渣铁完全分离后得到铁水。其目的是以煤代焦和直接用粉矿炼铁，使炼铁流程简化，污染减少，已经受到许多国家的重视。现已开发出的熔融还原炼铁工艺共有30 余种，但到目前为止，只有3 种工艺有较大发展且已经实现商业化，分别为COREX、HIsmelt 和FINEX 工艺。全球熔融还原炼铁工厂及生产状况见表1.

表1 全球熔融还原炼铁工厂及生产状况

　　3 COREX熔融还原工艺

　　3.1 COREX工艺流程

　　COREX 的工艺可以看做是利用了高炉炉缸和气基直接还原竖炉工艺的联合，其实质是把高炉截为两截，使用块煤和球团矿(块矿)炼铁。具体流程程描述如下：熔融气化炉产生的1050℃高温还原气经调温到850℃后，经初除尘后由环管送入预还原竖炉，从下向上逆流穿过下降的矿石层。铁氧化物、熔剂和焦炭从上面加入向下运动，在下降过程中铁矿石还原成金属化率大于70%的海绵铁，然后通过螺旋排料机送入熔融气化炉。熔融气化炉的任务是熔化海绵铁并获得合格的铁水，同时制出满足上部预还原竖炉要求的还原气。从熔融气化炉顶部加入的煤与1050℃的高温煤气相遇并立即被干燥、裂解和干馏焦化，在炉内形成半焦床层。在风口区和拱顶空间，鼓入的氧气与碳燃烧，得到的1050℃的高温还原煤气(CO+H2>90%)离开熔融气化炉。该高温还原气兑入净化后的冷煤气，调温到800～850℃经过热旋风除尘器除尘后，作为还原气输入上部预还原竖炉的煤气围管。

　　宝钢集团2007年引进了两套大型COREX-3000炼铁生产装置，在上海的罗泾建成单炉年产铁水百万吨级熔融还原炼铁厂，第一套于2007年11月投产，第二套于2010年投产。对COREX-3000技术做了大量消化吸收、关键设备国产化等工作，改进了原设计缺陷，但是基于以下几方面原因致使企业持续亏损：1)对影响产能的关键技术未能取得合理的解决措施，致使产能仅达到设计产能的74%;2)不能与高炉流程互补;3)运输成本高，主要体现在码头物流成本高;4)原燃料价格，包括块煤、球团矿的价格高。为此，宝钢集团将其搬迁到原燃料(球团矿、原料煤)较有优势的新疆八一钢铁公司，在搬迁建设过程中充分消化吸取罗泾COREX工程设计、设备制造、施工、生产实践的经验及教训，并结合高炉炼铁原理和成熟技术进行大量优化改造，于2015年7月19日建成投产，成功实现了工业化生产，并命名为欧冶炉[2]。

　　3.2 欧冶炉(COREX改进)

　　相比COREX，欧冶炉主要在以下几方面进行了优化改进

　　3.2.1 竖炉炉顶煤气系统的改进：原COREX炉顶煤气为湿法除尘系统，欧冶炉预还原竖炉炉顶煤气改为干式布袋除尘器，其除尘效率高、煤气含尘量降低10~5 mg/Nm3，运行能耗和费用低，投资少、占地小;新增了与干法除尘系统配套的全干式TRT发电装置，由此使得煤气温度、压力均得到提高，使TRT发电量提高55kw/thm。

　　3.2.2 竖炉底部中心煤气管： 增设竖炉底部中心煤气管，引入煤气量占还原煤气量的20%，可有效分布中心气流。

　　3.2.3 增加槽下筛分设备：槽下每个料仓增加独立筛分、称量设备，在原料入炉前最大程度减少粉末，对欧冶炉竖炉粘接及气化炉煤气上升管堵塞都将起到相应的缓解作用。

　　3.2.4 欧冶炉顶煤气反吹入炉：回喷10000Nm3/h欧冶炉顶煤气可得到高品质过剩煤气23800万Nm3/h。经实际生产测试，炉况顺行的到改善，铁水降硅效果明显。

　　3.2.5 汽化炉优化：设计拱顶喷煤比达到350kg/thm，可以使提高竖炉金属化率提高15%～25%;经实践检验，改进后的汽化系统稳定，已达到调整煤气质量和提高煤气量的目标。

　　3.3 欧冶炉(COREX改进)生产实践

　　欧冶炉2015年连续生产68天，生产铁水15.02万吨，在此期间，欧冶炉对八钢周边的煤资源进行了充分的试验，创造性地开发了气化炉拱顶喷煤造气的工艺，重新定义了竖炉还原、气化炉造气和熔炼功能，大幅提升了各功能区的效率和稳定性，并强化了欧冶炉煤化工功能。

　　欧冶炉2017年连续生产154天，生产铁水42.07万吨，通过完善操作技术，投入新开发的煤制气系统，投入CGD系统，形成了自主知识产权的工艺技术标准，建立了具有与高炉铁水成本相当的原燃料结构体系，充分开发利用了新疆优质的动力煤资源。 2018年5月26日，欧冶炉成功点火复产，随着新布料器的投入，粉尘线的优化及均排压系统的改造效果逐步体现，开炉5天，达到2017年生产的最优指标。至2018年8月，欧冶炉实现月铁水产量10.5万吨以上，平均燃料比830kg/t，焦比200 kg/t，烧结矿配比55%，铁水平均含硅0.8%。基本实现欧冶炉设计能力和指标。

　　4 HISmelt熔融还原炼铁技术

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