中國新形勢下非高爐煉鐵的技術(shù)發(fā)展

張文來

（唐鋼國際工程技術(shù)股份有限公司，河北 唐山 063000）

眾所周知，我國鋼鐵工業(yè)在歷史發(fā)展過程中，一直都使用的是高爐煉鐵工藝技術(shù)，但是高爐煉鐵工藝技術(shù)具有一個(gè)非常明顯的特征，這個(gè)特征表現(xiàn)為它必須要使用儲(chǔ)量有限的煉焦煤為主要燃料，且需要以一定粒徑的塊狀鐵礦石進(jìn)行煉鐵工作，所以也就造成了能源、環(huán)境、投資等多方面的困擾。然而在新形勢下，煉鐵工藝應(yīng)當(dāng)更加符合時(shí)代發(fā)展下對(duì)節(jié)約能源提出的要求，如此才能進(jìn)一步提升我國的煉鐵技術(shù)水平，同時(shí)提升資源的利用率。

1 關(guān)于非高爐煉鐵工藝技術(shù)的總體分析

在非高爐煉鐵工藝技術(shù)當(dāng)中，其中具有兩種最為重要的煉鐵思路，其分別是直接還原和熔融還原，這兩種非高爐煉鐵工藝技術(shù)具有較多的優(yōu)勢所在，所以整體上的發(fā)展空間較大。直接還原煉鐵技術(shù)還分為氣基和煤基直接還原技術(shù)，氣基直接還原技術(shù)在煉鐵過程中，采用的主要方法是氣基豎爐法、氣基流化床法，它還可以利用天然氣經(jīng)裂化產(chǎn)出的H2和co作為還原劑，并且在豎爐當(dāng)中將已有的鐵礦石在固態(tài)溫度下直接還原成海綿鐵，當(dāng)前所應(yīng)用的方法主要有Midrex和HYL法兩種。另一方面，分析煤基直接還原煉鐵技術(shù)，煤基直接還原煉鐵技術(shù)主要是利用煤炭資源作為還原劑，在回轉(zhuǎn)窯或者循環(huán)流化床中將鐵礦石在固態(tài)溫度下直接性的還原成海綿鐵，然而回轉(zhuǎn)窯工藝技術(shù)是其中最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的工藝煉鐵技術(shù)，具有明顯代表的是SL/RN技術(shù)。需要注意的是煤基直接還原煉鐵技術(shù)中的熔融還原法，并不是完全的消耗煤炭資源，相關(guān)專家不能通過字面意思進(jìn)行理解，而應(yīng)當(dāng)是明確此項(xiàng)技術(shù)主要是將煤炭作為主要能源，但是使用的卻是天然富礦或者人造富礦，來全方位的取代高爐生產(chǎn)液態(tài)生鐵方法。非高爐煉鐵技術(shù)的未來發(fā)展主流方向，應(yīng)當(dāng)朝著高效、節(jié)能、清潔等方面展開，同時(shí)煉鐵的操作也需要更加簡便以及科學(xué)。

2 關(guān)于非高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展展望以及我國現(xiàn)狀發(fā)展

鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)的相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)明確了解，非高爐煉鐵技術(shù)無論是在技術(shù)成熟程度、技術(shù)可靠性以及生產(chǎn)能力等多個(gè)方面，就目前發(fā)展的實(shí)際情況分析可知，其都不能與高爐煉鐵技術(shù)相提并論，更不要說完全取代它了，相關(guān)行業(yè)人士應(yīng)當(dāng)僅僅將其作為高爐煉鐵技術(shù)的主要補(bǔ)充，但是廣大鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)工作人員始終要牢牢記住，非高爐煉鐵技術(shù)仍然是鋼鐵工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全面節(jié)能減排的前沿技術(shù)之一，所以在未來發(fā)展的過程中，非高爐生產(chǎn)工藝技術(shù)必定會(huì)在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域占據(jù)更加穩(wěn)固的地位，這不僅是技術(shù)發(fā)展的需求，同時(shí)也是整個(gè)時(shí)代對(duì)于煉鐵技術(shù)發(fā)展的規(guī)劃，我國鋼鐵工業(yè)煉鐵人員應(yīng)當(dāng)對(duì)非高爐煉鐵技術(shù)報(bào)以高度的重視。從我國的非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展情況來看，鋼鐵工業(yè)開始蓬勃發(fā)展的時(shí)期主要是21世紀(jì)。在20世紀(jì)的最后10年內(nèi)，國內(nèi)的鐵資源生產(chǎn)量逐年增長，細(xì)致分析國內(nèi)鐵資源增長速度如此迅速的本質(zhì)原因發(fā)現(xiàn)，主要是因?yàn)榉歉郀t煉鐵技術(shù)的出現(xiàn)，時(shí)代發(fā)展到今天，隨著世界范圍內(nèi)越來越重視資源的節(jié)約，因此國內(nèi)鋼鐵行業(yè)呈現(xiàn)出了逐漸減少利用高爐煉鐵技術(shù)的趨勢。

3 關(guān)于非高爐煉鐵技術(shù)的直接還原工藝技術(shù)分析

根據(jù)文章前半部分的分析介紹可知，非高爐煉鐵技術(shù)的直接還原工藝技術(shù)，其主要包括兩個(gè)方面的技術(shù)，分別是氣基直接還原工藝技術(shù)以及煤基直接還原工藝技術(shù)，因此接下來將會(huì)對(duì)這兩種技術(shù)分別展開分析。

3.1 有關(guān)氣基直接還原工藝技術(shù)分析

對(duì)于我國氣基直接還原工藝技術(shù)來講，Midrex技術(shù)以及HYL-III技術(shù)是當(dāng)前兩大主流還原技術(shù)，因?yàn)檫@兩項(xiàng)技術(shù)使得我國鋼鐵的產(chǎn)量上升到了85%。兩種技術(shù)都采用了逆流移動(dòng)床作為反應(yīng)器，所運(yùn)用的還原氣主要為天然氣，天然氣經(jīng)過轉(zhuǎn)化爐又會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成H2+CO的混合氣，進(jìn)入到還原豎爐當(dāng)中與氧化球團(tuán)礦發(fā)生反應(yīng)，最終所形成的金屬化率是大于90%的。HYLIII技術(shù)與Midrex技術(shù)都具有相同的特點(diǎn)，這個(gè)特點(diǎn)表現(xiàn)為污染較小，能源消耗率較低，但是僅僅只是解決了不使用煤炭資源的這個(gè)問題，在實(shí)際煉鐵過程中還是需要使用到球團(tuán)礦，從另一個(gè)角度展開分析可知，我國的天然氣資源通常是較為缺乏的，因此這明確說明了以上所說的兩種技術(shù)難以滿足我國基本國情發(fā)展的需要。

圖1 Hlsmelt熔融還原煉鐵工藝流程圖

氣基直接還原工藝其中還包括Fior法和Circofer法，此兩種方法都是采用了流化床技術(shù)。其中Circofer法的煉鐵工藝原理主要體現(xiàn)為，粉礦將會(huì)經(jīng)過兩個(gè)階段的預(yù)熱工作，當(dāng)兩階段預(yù)熱工作完成之后，再次進(jìn)入到反應(yīng)器當(dāng)中，最終在溫度高于900攝氏度的狀態(tài)下直接被還原，其中反應(yīng)器主要是由流化床反應(yīng)爐、再循環(huán)旋風(fēng)收塵器和氣化器組成。還原反應(yīng)器當(dāng)中的流太化介質(zhì)主要為還原性氣體，在氣化器當(dāng)中，煤與氧將會(huì)發(fā)生氧化，之后氣體與再循環(huán)物料又將反應(yīng)熱帶入到還原反應(yīng)器內(nèi)部，氧化鐵會(huì)被還原成金屬鐵。但是流化床技術(shù)卻存在一個(gè)非常明顯的問題，這個(gè)問題主要表現(xiàn)為煉鐵過程中所產(chǎn)生的粉礦粘結(jié)，會(huì)對(duì)設(shè)備帶來極大的損害。

表1 直接還原煉鐵法的數(shù)據(jù)表格

3.2 有關(guān)煤基直接還原工藝技術(shù)的全面分析

通常情況下來講，煤基直接還原工藝技術(shù)主要包括回轉(zhuǎn)窯技術(shù)以及轉(zhuǎn)底爐技術(shù)，其中回轉(zhuǎn)窯工藝技術(shù)的基本原理是，將鐵礦石或者球團(tuán)礦與煤粉共同從窯尾加入到窯內(nèi)，借助爐體的傾斜以及轉(zhuǎn)動(dòng)，使得爐料向窯頭的方向運(yùn)動(dòng)，最終經(jīng)過預(yù)熱帶、還原帶得到最終的產(chǎn)品。另一方面，分析轉(zhuǎn)底爐技術(shù)，此種技術(shù)的工藝原理與回轉(zhuǎn)窯技術(shù)完全不同，因?yàn)樗鼘⒉捎棉D(zhuǎn)底爐將煤層和鐵礦粉交替鋪在爐床之上，通過煤氣燒嘴加熱。

這樣的混合物也就可以使得溫度很快的上升到1300攝氏度以上，此種工藝技術(shù)可以應(yīng)用粉礦，但是煤層與鐵礦粉的交替鋪層必然會(huì)導(dǎo)致最終的生產(chǎn)率非常的低下。煤基直接還原工藝技術(shù)具有自身獨(dú)特的特點(diǎn)，因?yàn)槲覈拿禾抠Y源儲(chǔ)量是較為豐富的，所以此種煉鐵工藝技術(shù)在我國具有一定的發(fā)展前景。

煤基技術(shù)與其他還原工藝技術(shù)具有極大的不同，煤基還原技術(shù)發(fā)展到幾天，其中每個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工藝都具有自身較為獨(dú)特的一面，但是也不可避免的存在弊端，因此在采用此種技術(shù)時(shí)，需要切實(shí)分析此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢與劣勢，從工藝、效率、費(fèi)用以及現(xiàn)實(shí)條件以及規(guī)模等方面加以綜合考慮，最終提升此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用水平。

4 關(guān)于非高爐煉鐵技術(shù)的熔融還原工藝技術(shù)分析

熔融還原煉鐵工藝技術(shù)是非高爐煉鐵技術(shù)較為重要的一個(gè)技術(shù)分支，它是煉鐵工藝技術(shù)非常重要的發(fā)展方向，其中最為重要的目的是取代高爐煉鐵技術(shù)，因?yàn)榇隧?xiàng)技術(shù)應(yīng)用的是煤代焦和粉礦直接冶煉，所以在煉鐵的過程中并沒有出現(xiàn)煉焦或者球團(tuán)廠的特點(diǎn)，最終也就使得煉鐵基本流程變得更加的簡化，由于含鐵原料預(yù)先還原的程度有所不同，因此熔融還原煉鐵工藝技術(shù)也就主要分為兩種類型，簡單的將其稱作為一步法和二步法兩類。接下來對(duì)這兩種熔融還原法展開具體的分析：（圖1）。

4.1 熔融還原工藝技術(shù)中的一步法分析

有關(guān)鋼鐵冶煉工作人員，需要明確一步法主要是將含鐵原料先進(jìn)行融化之后再展開還原，早期開發(fā)過程中的熔融還原工藝煉鐵技術(shù)主要為一步法工藝技術(shù)，比如RomeLt技術(shù)，值得注意的是一步法具有兩個(gè)較為明顯的缺點(diǎn)：首先處于熔融狀態(tài)下的氧化鐵，其腐蝕性通常情況下都是較強(qiáng)的，更加嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)損壞爐襯，最終也就縮短了使用壽命，實(shí)際生產(chǎn)情況并不是非常經(jīng)濟(jì)的。其次則是熔融氧化鐵碳熱還原還會(huì)產(chǎn)生大量的高CO，1500攝氏度以上的高溫煤氣的能量是絕對(duì)無法有效的回用到煉鐵過程中的，1噸鐵用煤量將會(huì)達(dá)到3000Kg，最終使得煤氣凈化輸出利用的熱效率并不是非常的高。

4.2 熔融還原工藝技術(shù)中的二步法分析

熔融還原工藝技術(shù)中的二步法技術(shù)，其主要是為了能夠有效解決熔融氧化過程中形成的大量焦?fàn)t煤氣以及反應(yīng)熱等。其技術(shù)實(shí)施方法主要是先在豎爐或者是粉礦當(dāng)中將既有的礦石展開預(yù)先還原，之后再次加入到終還原爐中。

與此同時(shí)向終還原爐當(dāng)中加入固定的煤和氧氣，煤燃燒之后還會(huì)產(chǎn)生大量的熱H2、CO等還原性氣體，使得經(jīng)過預(yù)先還原流程的礦融化，進(jìn)一步的形成鐵水和爐渣，最終H2和CO也就能夠作為最終的還原劑。當(dāng)前情況下最為成熟的方法則是Corex流程。二步法熔融還原工藝可以采用預(yù)還原或者是終還原兩種形式，預(yù)還原可以極為有效的利用終還原產(chǎn)生出更高附加值的爐氣，從而使得爐料展開一定程度上的還原，之后再次入爐，與此同時(shí)還可以減小終還原爐生產(chǎn)成品鐵的實(shí)際壓力。所以對(duì)于整個(gè)熔融還原工藝技術(shù)來講，二步法熔融技術(shù)已經(jīng)成為了熔融還原工藝技術(shù)發(fā)展最為主要的方向。

4.3 COREX熔融還原技術(shù)

COREX熔融還原煉鐵技術(shù)，是我國最近幾年逐漸發(fā)展成熟的新型煉鐵生產(chǎn)方法，它的出現(xiàn)不僅能夠適用非煉焦煤直接煉鐵，并且煉鐵工藝的流程往往也是較為短的，在投資、生產(chǎn)成本以及污染、生產(chǎn)鐵水質(zhì)量等方面都能夠與高爐鐵水相媲美。另外一面，此項(xiàng)技術(shù)還可以利用排出過程的煤氣，在豎爐當(dāng)中生產(chǎn)海綿鐵，來科學(xué)替代優(yōu)質(zhì)廢鋼供應(yīng)電爐煉鋼。

圖2 COREX生產(chǎn)流程圖

COREX熔融還原煉鐵過程，通常都是在兩個(gè)反應(yīng)器中得以完成的，即上部的預(yù)還原豎爐，能夠?qū)㈣F礦石還原成金屬化率92%-93%的海綿鐵，而下部的熔融汽化爐能夠?qū)⒑＞d鐵融煉成鐵水，與此同時(shí)發(fā)生還原煤氣，具體的工藝流程圖2主要如下：

依據(jù)本段的分析可知，非高爐煉鐵技術(shù)中的熔融還原工藝技術(shù)，主要包括兩個(gè)方面的技術(shù)方法，即一步法和二步法，同時(shí)具有COREX生產(chǎn)法，其每種方法的應(yīng)用都能夠適應(yīng)當(dāng)前鋼鐵冶煉的發(fā)展需求，但是在運(yùn)用此種技術(shù)的時(shí)候，一定要依據(jù)煉鐵的實(shí)際情況來合理選擇，這樣才能把握好最終煉鐵的質(zhì)量效果。

5 結(jié)語

本篇文章通過四個(gè)部分介紹了非高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展，首先從整體上分析了非高爐煉鐵技術(shù)，之后再次對(duì)非高爐煉鐵技術(shù)作出了一定的展望，最終通過兩個(gè)自然段詳細(xì)的介紹了非高爐煉鐵技術(shù)的兩個(gè)重要分支。

分析完這兩個(gè)重要的技術(shù)分支后，我們可以明確的了解到，雖然非高爐煉鐵技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)還不能與傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝技術(shù)相平衡，但是隨著時(shí)代的不斷向前推移，最終其一定能夠?yàn)殇撹F工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生極其深遠(yuǎn)的影響。