【文章內(nèi)容簡介】 IDI 技術(shù)和美國 Midrex 公司與日本神戶制鋼合作開發(fā)的 Itmk3 技術(shù)都在不斷進(jìn)行試驗(yàn)并取得了一些成功 ,IDI 的 50 萬噸 /年轉(zhuǎn)底爐連接電爐煉鋼一直在生產(chǎn) ,Itmk3 技術(shù)尚處在小試和中試階段。 熔融還原技術(shù)更趨于成熟、理性 ,技術(shù)的趨向更加集中 ,這就是主要采用二步法 :預(yù)還原裝置主要是豎爐、流化床、轉(zhuǎn)底爐 。終還原裝置主要有半焦填充床、鐵浴爐、電爐 ,主要形成 3 大 類型 :一是以較高預(yù)還原度和半焦填充床為終還原爐相連接 ,低二次燃燒率的 COREX、 Finex。二是低預(yù)還原度和豎式鐵浴爐相連接、高二次燃燒率的 HIsmelt。三是以鐵碳球團(tuán)通過轉(zhuǎn)底爐還原 ,連接電弧終還原爐的 Fastmelt、 Itmk3 技術(shù)等。 我國熔融還原工藝的開發(fā)狀況 在“八五”和“九五”期間 ,原冶金部、科技部等部門就組織我國科研院所和大專院校及相關(guān)企業(yè)開展了熔融還原技術(shù)研究與開發(fā) ,并形成了多項(xiàng)專利技術(shù)。特別是“九五”攀登計(jì)劃項(xiàng)目“熔融還原技術(shù)基礎(chǔ)研究” ,在充分吸收了國外各種流程的經(jīng)驗(yàn) 和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上 ,形成了適合于我國資源與能源結(jié)構(gòu)具有中國特色的煤氧熔融還原工藝 ,而且完成了半工業(yè)試驗(yàn) ,并在一些重大關(guān)鍵技術(shù)與環(huán)節(jié)上取得了突破 ,同時(shí)申報(bào)并獲批了多項(xiàng)發(fā)明專利。從試驗(yàn)結(jié)果看 ,其能耗指標(biāo)、投資和運(yùn)行成本都明顯優(yōu)于 COREX。只是由于缺乏后續(xù)的資金支持 ,沒能繼續(xù)進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn)。 我國鋼鐵工業(yè)正處在一個(gè)非常關(guān)鍵的發(fā)展時(shí)期 ,《國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》中已經(jīng)明確指出 ,今后鋼鐵工業(yè)的重點(diǎn)是研究開發(fā)以熔融還原和資源優(yōu)化利用為基礎(chǔ) ,集產(chǎn)品制造、能源轉(zhuǎn)換和社會(huì)廢棄物再資源化三大功能于一體的新一代可循 環(huán)鋼鐵流程 ,作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的典型示范。因此 ,開發(fā)熔融還原技術(shù)將是我國鋼鐵工業(yè)非常緊迫的現(xiàn)實(shí)任務(wù)和長期的發(fā)展趨勢。 國內(nèi)熔融還原及相關(guān)技術(shù)的研究始于 20 世紀(jì) 60 年代 ,在基礎(chǔ)研究、模擬試驗(yàn)和相關(guān)技術(shù)開發(fā)方面 ,曾取得許多基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的成果 ,為后續(xù)開發(fā)工作奠定了基礎(chǔ)。 1984 年在原冶金部的支持下東北大學(xué)開始了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的流化床預(yù)還原 ??豎爐熔融還原法的研究 ,經(jīng)過 2 年多的時(shí)間研究了 16 項(xiàng)課題 ,做了13 次實(shí)驗(yàn)室小型豎爐熱模擬試驗(yàn) ,最終煉出了合格生鐵 ,可是這一工作沒有繼續(xù)進(jìn)行下去 ,到 5kg 的實(shí)驗(yàn)室裝置為止 ,1987 年完成了結(jié)題報(bào)告后就偃旗息鼓了。 1994 年 ,通過原冶金部向國家科委申請國家“攀登計(jì)劃”項(xiàng)目 ,在國內(nèi)開展熔融還原技術(shù)開發(fā)工作 ,并獲得支持。 在實(shí)施“攀登計(jì)劃”的五年中 ,圍繞我國提出的煤氧熔融還原煉鐵工藝 (中國專利 )主體流程 ,開展了大量基礎(chǔ)研究和工程化研究。借鑒 COREX 和 DIOS 兩種典型技術(shù)路線的優(yōu)點(diǎn) ,采用中等預(yù)還原度 (金屬化率 70%左右 )和低二次燃燒率(1015%)的兩步法熔融還原技術(shù)路線 . 以冷固結(jié)含碳球團(tuán)為原料 。 采用液體渣 焦流動(dòng)床進(jìn)行終還原 。 熔渣中浸沒噴吹煤氧制造還原煤氣 。 熔池在強(qiáng)攪拌條件下實(shí)現(xiàn)渣鐵分離。 在實(shí)施“攀登計(jì)劃”中取得基礎(chǔ)研究成功后 ,1999 年鋼鐵總院在承德煉鋼試驗(yàn)廠建成了 2噸 /小時(shí)的半工業(yè)試驗(yàn)裝置 (見圖 27和圖 28),進(jìn)行了中試熱態(tài)試驗(yàn)。使我國成為繼德國、日本和澳大利亞之后 ,第四個(gè)具有噸級熔融還原聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)裝置的國家。 熔融還原半工業(yè)試驗(yàn)分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段工作的主要目的是打通工藝流程 ,認(rèn)真總結(jié)試驗(yàn)結(jié)果 ,解決試驗(yàn)中暴露出的各種問題 ,進(jìn)行改進(jìn)和完善。第二階段的主 要目的是實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行 ,全面實(shí)現(xiàn)攻關(guān)目標(biāo)。 第一階段熱試歷時(shí) 14 天 ,主要成績?nèi)缦?: 基本打通了預(yù)還原 終還原工藝流程 ,實(shí)現(xiàn)了出渣出鐵 ,將概念流程轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓪?shí)際操作的工程化流程 。 實(shí)現(xiàn)了密閉帶壓操作和安全操作 。 驗(yàn)證了主要設(shè)備和結(jié)構(gòu)基本合理 :終還原和預(yù)還原設(shè)備和構(gòu)造、水冷螺旋排料及動(dòng)密封裝置、氣動(dòng)鎖氣閥、煤氧槍結(jié)構(gòu)、安全檢測裝置、煤氣分析系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。 驗(yàn)證了終還原工藝原理 ,積累了工藝控制經(jīng)驗(yàn)。 出現(xiàn)的主要問題 : 設(shè)備管道系統(tǒng)容易堵塞 。 煤氧槍浸沒噴吹時(shí)穩(wěn)定性差 ,容易堵塞 。 前爐渣鐵過道太長 ,造成渣鐵不易分離 。 含碳球團(tuán)耐磨性差 ,造成預(yù)還原爐內(nèi)粉塵增加 ,透氣性變差。 針對第一階段的問題 ,對設(shè)備進(jìn)行了全面改進(jìn)和完善。于 1999 年 11 月 3日始開展了第二階段的試驗(yàn)工作。第二階段工作主要由烘爐開爐、 72 小時(shí)連續(xù)試驗(yàn)和全煤煉鐵等構(gòu)成。 第二階段試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo) ,獲得了大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)、資料 ,積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn) ,驗(yàn)證了該工藝的技術(shù)可行性 ,在熔融還原煉鐵技術(shù)上取得較大的技術(shù)突破。試驗(yàn)結(jié)果歸納如下 : 設(shè)備連續(xù)熱運(yùn)行 10 天 ,其中無故障運(yùn)行 82 小時(shí) ,超過規(guī)定的 72 小時(shí)的考核指標(biāo) 。 累積產(chǎn)鐵量 120噸 ,平均產(chǎn)鐵率 /小時(shí) ,接近 2噸 /小時(shí)產(chǎn)鐵率的考核指標(biāo) ,利用系數(shù)達(dá)到 。 氧氣消耗 525m3/t,優(yōu)于 600~650Nm3/t 的考核指標(biāo) 。 綜合煤耗 1271kg/t,按 AISI 同口徑算法推算出工業(yè)化后所能達(dá)到的綜合煤耗水平為 780 kg/t,低于當(dāng)時(shí)同等規(guī)模的各種熔融還原工藝的能耗指標(biāo) 。 終還原爐爐襯平均侵蝕速度 (最低侵蝕速度 ),比日本 DIOS法和美國 AISI 法的終還原爐爐襯侵蝕速度 (35mm/h)明顯降低 ,有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 。 終還原正常煤氣成分和變化規(guī) 律基本滿足預(yù)還原要求 ,CO/CO+CO292%。 解決煤氧槍在渣焦床中大量噴煤的關(guān)鍵技術(shù) ,累計(jì)噴煤 92 噸 ,安全可靠 。 進(jìn)行了全煤煉鐵試驗(yàn) ,試驗(yàn)證明在維持一定的渣焦床可以穩(wěn)定運(yùn)行 。 正常冶煉條件下 ,鐵水可以滿足質(zhì)量要求 :%、 %、 %。 雖然由于資金的問題 ,沒能進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)化試驗(yàn) ,但通過兩次半工業(yè)試驗(yàn) ,初步證明了該工藝技術(shù)路線是合理的 ,在許多方面優(yōu)于 COREX、 Hismelt 等工藝 ,預(yù)示了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的可能性。試驗(yàn)中存在的問題 ,主要來自設(shè)備的選型不盡合理 ,如除塵器的除塵 效率低 ,造成粉塵堵塞管道等。這些問題都是在今后的工業(yè)化試驗(yàn)中能夠克服解決的。 我國經(jīng)過 20 多年的開發(fā)研究 ,培養(yǎng)了一批熔融還原的專門人才 ,積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ,為今后的工業(yè)化試驗(yàn)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展趨勢 從國外已經(jīng)商業(yè)化的 COREX 熔融還原技術(shù)和正在向商業(yè)化靠近的HIsmelt 熔融還原技術(shù)的發(fā)展趨勢看 ,有以下特點(diǎn)值得關(guān)注 : (1)副產(chǎn)煤氣的高效利用 熔融還原過程副產(chǎn)煤氣如何高效利用成為其經(jīng)濟(jì)上能否具有競爭力的關(guān)鍵。根據(jù)傳統(tǒng)高爐煉鐵系統(tǒng)與 COREX 熔融還原煉鐵系統(tǒng)一次能耗 對比發(fā)現(xiàn) ,單位鐵水的能耗分別為 和 ,意味著 COREX 過程副產(chǎn)煤氣比傳統(tǒng)高爐煤氣載能高出 (相當(dāng)于 277 公斤標(biāo)煤 /噸鐵 )。這部分高出的能量不能被充分利用 ,很難替代高爐 ,也很難在經(jīng)濟(jì)上站住腳。目前比較簡單的方法是直接用于燃?xì)獍l(fā)電 ,從副產(chǎn)煤氣使用的經(jīng)濟(jì)性看 ,直接用于發(fā)電似乎不是最佳使用方法。 (2)直接使用粉礦技術(shù) 積極開展直接用粉礦進(jìn)行熔融還原的嘗試。煉鐵過程直接使用粉礦或部分使用粉礦 ,并逐步取消燒結(jié)或球團(tuán)過程 ,是煉鐵界長期夢寐以求的目標(biāo)。韓國在引進(jìn)奧鋼聯(lián) COREX 技術(shù)的基礎(chǔ) 上 ,推出 FINEX 技術(shù)。它是利用 COREX 過程副產(chǎn)煤氣對部分粉礦進(jìn)行預(yù)還原 ,得到一定金屬化率的海綿鐵粉 ,經(jīng)熱壓塊后 ,再返回送入 COREX 的熔融氣化爐中。韓國浦項(xiàng)先后在 15 噸 /天和 150 噸 /天規(guī)模的試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了熱態(tài)試驗(yàn) ,并在原有 COREX C2021裝置的旁邊 ,建設(shè)了 150萬噸 /年的FINEX 裝置。但這是一種中間環(huán)節(jié)造塊的方式 ,難度更大。因?yàn)轭A(yù)還原礦的溫度在 700 度以上 ,勢必造成運(yùn)行成本更高 ,設(shè)備耐熱性和耐磨性要求也非常高。 (3)利用熱風(fēng)替代純氧 ,降低煉鐵成本 利用熱風(fēng)替代純氧 (如 HIsmelt 技術(shù) ),降低生產(chǎn)成本。如前所述 ,用純氧進(jìn)行熔融還原煉鐵時(shí) ,必須解決副產(chǎn)高熱值煤氣的高效利用。但利用熱風(fēng)代替純氧必須走一步法還原的路子 ,因?yàn)?,用熱風(fēng)代替純氧使煤氣的化學(xué)能和還原勢很低 ,使預(yù)熱還原的效率很低。而且煤氣的熱值也很低 ,二次利用較為困難。 (4)直接還原鐵接熔分爐的工藝技術(shù) 2021 年日本新日鐵建成世界第一套商業(yè)化轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線 ,生產(chǎn)直接還原鐵 (DRI),每年可回收 19 萬噸軋鋼鐵皮、轉(zhuǎn)爐塵泥等鋼廠廢棄物 ,還可以用來回收含鋅粉塵 ,變廢為寶。它是將含鐵廢料粉碎后與煤粉或焦粉、粘結(jié)劑等混合制成生球 ,進(jìn)入 轉(zhuǎn)底爐 ,也可直接將含鐵粉料和煤粉混合后直接進(jìn)入轉(zhuǎn)底爐 ,在1300~1350℃溫度下發(fā)生鐵氧化物的快速還原 ,得到海綿鐵。據(jù)報(bào)道 ,轉(zhuǎn)底爐流程的能耗 (按噸鐵水折算 )為 ,比目前高爐