比較分析高爐煉鐵與非高爐煉鐵技術(shù)

張二利

摘要：隨著鋼鐵行業(yè)的不景氣，而相對應(yīng)的高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)出停滯狀態(tài)。但目前仍是全世界范圍內(nèi)，進行鋼鐵生產(chǎn)主要的技術(shù)內(nèi)容，然而這就意味著其利用焦炭生產(chǎn)造成的污染環(huán)境問題仍處在不斷深化的狀態(tài)。針對這一問題，相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)加大非高爐煉鐵技術(shù)的研究應(yīng)用，進而改進我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。然而，非高爐煉鐵技術(shù)的研究成果存在一定局限性，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)從能耗、技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來發(fā)展角度，對高爐煉鐵與非高爐煉鐵兩種技術(shù)進行對比，以找出優(yōu)化控制的節(jié)點，進一步提高非高爐煉鐵技術(shù)的應(yīng)用研究效率。

關(guān)鍵詞：高爐煉鐵和非高爐煉鐵；能耗比較；發(fā)展方向

1 高爐煉鐵和非高爐煉鐵

1.1 高爐煉鐵

高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出，高爐生產(chǎn)是連續(xù)進行的，一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。

1.2 非高爐煉鐵

非高爐煉鐵是指以鐵礦石為原料并使用高爐以外的冶煉技術(shù)生產(chǎn)鐵產(chǎn)品的方法。在當(dāng)今焦煤資源缺乏，非焦煤資源豐富的情況下，非高爐煉鐵以非焦煤為能源，不但環(huán)保，而且省去了燒結(jié)、球團等工序，縮短了流程。因此非高爐煉鐵一直被認(rèn)為是一種環(huán)保節(jié)能、投資小、生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)工藝。非高爐煉鐵可分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。直接還原煉鐵工藝是一種以天然氣、煤氣、非焦煤粉為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度下，將鐵礦石中鐵氧化物還原成鐵的生產(chǎn)工藝。據(jù)統(tǒng)計直接還原冶煉工藝多達40余種，大部分已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。熔融還原工藝以煤、粉礦進行冶煉，無需煉焦、燒結(jié)、球團等工序，使煉鐵流程簡化，是煉鐵技術(shù)的重要發(fā)展方向。

2 能耗比較

2.1 高爐煉鐵能耗

通過對2009年重點鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)的能耗分析，2009年我國重點鋼鐵企業(yè)高爐工序能耗為410.65kgce/t，燒結(jié)工序為54.95kgce/t，焦化工序為112.28kgce/t，球團工序為29.96kgce/t。計算冶煉1t生鐵所需要的煉鐵系統(tǒng)能耗（包括燒結(jié)、焦化、球團、高爐四個工序），得出結(jié)論，2009年全國重點鋼鐵企業(yè)冶煉1t生鐵，煉鐵系統(tǒng)所需要消耗的能源為529.11kgce/t；同期我國先進水平的太鋼生產(chǎn)1t生鐵，煉鐵系統(tǒng)所消耗的能源為443.82kgce/t。這兩個數(shù)據(jù)均比目前非高爐煉鐵工藝的能耗要低。由于高爐煉鐵設(shè)備是一種高效化的豎爐，因此，高爐生產(chǎn)的過程是個爐料與煤氣逆向運動的反應(yīng)器。具體來說，爐料在豎爐中能夠得到充分的預(yù)熱、還原、熔融、生鐵滲碳以及生鐵改性等物理化學(xué)過程。但其生產(chǎn)過程產(chǎn)生出的塵泥是有害物質(zhì)。爐料在高爐中作用時，會面臨間接與直接還原反應(yīng)問題選擇，研究表明，鐵礦石進行直接還原是吸熱反應(yīng)，而間接還原則是放熱反應(yīng)。因此，爐料在高爐內(nèi)部中，有將近50%的爐料是進行間接還原反應(yīng)的。這就意味著其要比直接還原鐵工藝過程降低一部分的能源使用。而且，高爐還是一種高效的能源轉(zhuǎn)化器，即焦炭填充爐缸、焦炭滲碳、焦炭起骨架作用以及與氧氣反應(yīng)生產(chǎn)CO、CO2和放出熱量。當(dāng)高爐休風(fēng)時，爐缸被焦炭填滿，從而使?fàn)t缸內(nèi)部具有較大空間，以加快生產(chǎn)恢復(fù)。

2.2 非高爐煉鐵能耗

2008年5月是寶鋼COREX-3000燃料比較好水平，為987.1kg/t（其中焦炭占20%）。2009年C3000的燃料比平均為1057kg/t。C2000的燃料比的情況：印度京德1號為997kg/t，京德2號為994kg/t，焦比在燃料比的15%～20%.南非薩爾達納為1020～1050kg/t焦比在燃料比的13%～15%。2008年4～7月韓國FINEX煤氣得到回收利用后，燃料比由780～850kg/t降到700kg/t左右。日本神戶制鋼與美國克里夫蘭克里夫斯公司結(jié)盟，建設(shè)了ITmk3設(shè)施，實際是轉(zhuǎn)底爐的改進和延伸，產(chǎn)品為冷態(tài)的渣鐵，能耗是高于高爐煉鐵。融熔還原的生產(chǎn)還需要消耗大量氧氣、電力等能源介質(zhì)。如果加上這些能量，它們的工序能耗還要高。上述的數(shù)據(jù)表明，非高爐煉鐵的能耗是要比高爐煉鐵系統(tǒng)的能耗高250～650kgce/t。

3 發(fā)展方向

3.1 高爐煉鐵技術(shù)未來的發(fā)展

在鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)的資源消耗和能耗消耗約占70%，在煉鐵系統(tǒng)中削減CO2排放量是迫切的任務(wù)。理論上一噸鐵水最少需要414kg的碳，或者465kg的焦炭，其中333kg的碳或者80%的焦炭將用于化學(xué)反應(yīng)。各廠高爐采取了降低燃料比、焦比，提高熱效率、還原效率，噴吹煤粉、噴吹塑料，回收一切可能回收的熱量等等降低CO2排放的一系列措施。高爐大型化除了對高爐爐內(nèi)現(xiàn)象進行了更精細(xì)的研究外，還必須弄清各種爐內(nèi)現(xiàn)象，合理控制循環(huán)區(qū)及死料堆的形成行為、焦炭粉化及產(chǎn)生堆積的行為，這些行為對爐料透氣性和下料有重大的影響。

3.2 非高爐煉鐵技術(shù)未來的發(fā)展

我國非高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展應(yīng)是直接還原、熔融還原并重。直接還原應(yīng)以建設(shè)有一定規(guī)模的骨干生產(chǎn)廠，迅速形成規(guī)模生產(chǎn)能力為主。熔融還原應(yīng)在引進、消化的基礎(chǔ)上，開發(fā)適宜我國資源條件和我國國情的獨立自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)為主要方向。熔融還原是正在開發(fā)和發(fā)展的技術(shù)，在引進、消化的基礎(chǔ)上，開發(fā)適應(yīng)我國的資源條件，我國國情的自有知識產(chǎn)權(quán)的熔融還原技術(shù)是最重要的方向。熔融還原技術(shù)的開發(fā)應(yīng)汲取我國直接還原開發(fā)的經(jīng)驗和教訓(xùn)，必須集中人力、物力，開展大協(xié)作，組織國家級的攻關(guān)隊伍進行攻關(guān)，必須以有經(jīng)濟實力、有強大技術(shù)實力的大型鋼鐵企業(yè)為依托，實施產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，同時爭取國家給予充分的經(jīng)濟和政策的支持。

4 結(jié)語

高爐煉鐵技術(shù)在未來的發(fā)展不容樂觀，但其在目前仍使我國鋼鐵行業(yè)進行生產(chǎn)建設(shè)主要采用的技術(shù)內(nèi)容。為保證其作用的低能耗，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)通過高爐大型化以及應(yīng)用節(jié)能減排設(shè)備裝置，來實現(xiàn)工業(yè)發(fā)展可持續(xù)性的目標(biāo)。而非高爐煉鐵技術(shù)雖發(fā)展前景廣闊，但因其使用成本高且效果不突出問題，使其難以在短期內(nèi)代替高爐煉鐵技術(shù)服務(wù)于我國的鋼鐵行業(yè)。事實證明，無論是高爐煉鐵技術(shù)還是非高爐煉鐵技術(shù)，均要結(jié)合市場環(huán)境需求來確定自身的發(fā)展方向，只有這樣才能真正起到促進我國工業(yè)建設(shè)快速穩(wěn)定發(fā)展進程的作用。

參考文獻：

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（作者單位：河鋼宣鋼煉鐵廠）