非高炉炼铁技术与在我国发展的展望.doc

非高炉炼铁技术及在我国发展的展望
赵庆杰,储满生,王治卿,董文献
(东北大学钢铁冶金研究所,辽宁沈阳,110004)
摘要:非高炉炼铁技术是钢铁工业发展的前沿技术之一,直接还原已成为世界钢铁工业不可缺少的组成部分,熔融还原实现了工业化生产,其环境的优越性得以证实,其低能耗、低成本等优点还有待实践证实。发展直接还原铁生产弥补废钢的短缺,是我国钢铁工业、装备制造业的发展的急需。以国内技术为基础,利用国内铁矿资源,以煤制气一竖炉为主导工艺是我国发展直接还原铁生产的主要方向。加强对国外熔融还原技术发展跟踪,强化国内的开发,尤其是对COREX技术的消化、以及装备的国产化是我国熔融还原发展的重要方向。
关键词:非高炉炼铁;直接还原;熔融还原;现状;展望
1 非高炉炼铁技术及发展现状
非高炉炼铁技术发展的起因
钢铁工业为了摆脱焦煤资源短缺对发展的羁绊;适应日益提高的环境保护要求;降低钢铁生产能耗;改善钢铁产品结构,提高质量和品质;寻求解决废钢短缺及废钢质量不断恶化的途径;实现资源的综合利用开发了以非结焦煤为能源的非高炉炼铁技术,或称为非焦炼铁技术。非高炉炼铁依产品的形态不同分为:直接还原与熔融还原两部分。
尽管到目前为止,传统的高炉一转炉流程在钢铁生产中仍占最重要地位,还没有任何一种方法能够取代高炉炼铁,但非高炉炼铁技术是钢铁工业持续发展、实现节能减排、环境友好发展的前沿技术之一。
直接还原技术
直接还原的产品直接还原铁(Direct Reduction Iron缩写为DRI),是铁氧化物在不熔化、不造渣,在固态下还原生成的金属铁产品。由于DRI的结构呈海绵状,固也称为“海绵铁"。为了提高产品的抗氧化能力和体积密度,DRI热态下挤压成型产品称为热压块(HBI),DRI冷态下挤压成型产品称为DRI压块。
直接还原发展是非高炉炼铁中已实现大规模工业化生产的技术,全世界实现工业化生产的直接还原法有数十种。按还原剂的类型,分为气体还原剂法(气基法)、固体还原剂法(煤基法)和电煤法(以电为热源、以煤为还原剂);按反应器的类型,分为竖炉法、流化床法、回转窑法、转底炉法以及罐式法等。
2007年世界直接还原铁(DRI/HBI)的产量约6500万吨,%,%。直接还原铁由于产品纯净、质量稳定、冶金特性优良,成为生产优质钢、纯净钢不可缺少的原料,是世界钢铁市场最紧俏的商品之一,直接还原已成为世界钢铁生产的一个不可缺少的组成部分。
产量持续增加,气基竖炉占主导地位
DRI的产量持续迅速增加,见表1。气基竖炉Midrex法和HYL法是世界上最成功、生产规模最大的直接还原工艺,回转窑是煤基直接还原的主要方法。气基工艺的产量约占世界总产量的80%,%。直接还原各工艺直接还原铁产量所占的比例见表2。
虽然,受到石油、天然气涨价的影响,直接还原的发展速度减缓,但世界DRI仍以10%的速度迅速扩张。俄罗斯、印度、中东等地近年来都有大型气基竖炉直接还原生产厂的建设计划。
拉美、北非及亚洲的一些天然气丰富的地区是直接还原铁的主要产地。值得注意的是,印度已成为世界上直接还原铁产能和产量最大的国家,2007年产量已超过2000万吨。
煤制气一竖炉直接还原为DRI发展开辟了新途径
由Midrex公司提出,并在南非实现了工业化生产的COREX熔融还原尾气作为Midrex还原气的工艺技术,以及墨西哥HYL公司基于HYL法提出的HYL—ZR工艺(示于图1)直接使用焦炉煤气、合成气、煤制气为还原气的技术,为天然气资源不足的地区以天然气以外的能源发展气基直接还原工艺开辟了新途径。世界第一座以煤制气为还原气的160万吨/年竖炉直接还原厂将于今年在印度投产。
转底炉法是煤基直接还原技术开发热点
日本、美国等国家开展的转底炉煤基直接还原技术(Fastmet、Inmetco等)因采用含铁原料与还原剂混合造球,还原条件好;能源来源广泛;对原料的适应性强,在钢铁厂粉尘综合利用,以及复合矿利用有明显的优势,受到人们重视。但该工艺因生产的产品的定位不明确,其产品含铁品位低,含S高(TFe<85%,~%),难以直接用于炼钢生产,用于高炉炼铁的经济合理性还有待生产的验证;以及转底炉设备运转部件庞大,运行维护难度大,投资及运行成本的优势,生产控制和生产产品的稳定性还有待生产的证实等原因,至今,该工艺除北美一个处理钢铁厂含有色金属(铬、镍)尘泥的工厂正常生产多年外,还没有一个生产炼钢用DRI的工业化装置投入正常生产。
流化床法的发展受挫
流化床法由于采用粉状原料、铁矿粉单体颗粒在高温还原气流中进行还原