【正文】 與終還原爐連接系統(tǒng)的開發(fā) ⑵ 純氧非焦煤一步熔融還原煉鐵新工藝： ? 一步熔融還原爐本體合理爐型設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的開發(fā) ? 爐頂煤氣 CO2 脫除與加熱技術(shù)和裝備的開發(fā) ? 爐頂煤氣循環(huán)與噴吹技術(shù)與設(shè)備的開發(fā) ⑶ 熔融還原爐渣的干法?；c余熱回收： ? 低動(dòng)力消耗的爐渣 干法?；墓に嚺c裝備的開發(fā) ? 高效換熱技術(shù)與設(shè)備的開發(fā) ? 爐渣余熱利用技術(shù)的開發(fā) ⑷ 熔融還原煤氣新型干法除塵技術(shù) ? 新型干法除塵器的材質(zhì)與結(jié)構(gòu)形式 ? 熔融還原煤氣的溫度調(diào)控技術(shù) 22 干法除塵的反吹、破損檢測和控制技術(shù) 中試基地 的近期和中期目標(biāo) “十一五”期間： 中試基地的建設(shè)以純氧非焦煤熔融還原煉鐵新工藝的半工業(yè)試驗(yàn)裝置為 紐帶 ，將在半工業(yè)試驗(yàn)線中融入冶金渣干法?；c余熱回收、高效長壽集約型新式冶金煤氣干法除塵技術(shù)。擬建的中試基地將主要具有如下功能： （１）開發(fā)高效二步熔融還原非焦煤煉鐵新工藝，驗(yàn)證該工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性； （２）開發(fā)高效純氧一步熔融還原煉鐵新工藝，驗(yàn)證該工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性； （３）開發(fā)冶金渣干法?；c余熱回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程化； （４）開發(fā)高效長壽集約型新式冶金煤氣干法除塵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工 21 程化。這些課題的研究與開發(fā)對(duì)于我國鋼鐵生產(chǎn)節(jié)約焦煤資源、降低能耗和減少新水 消耗都具有重大的現(xiàn)實(shí)和長遠(yuǎn)意義。 中試基地 將建立長效發(fā)展機(jī)制，努力建立 熔融還原新工藝、節(jié)能減排 技術(shù)的研發(fā)、實(shí)施和推廣體系，成為 熔融還原煉鐵新工藝和節(jié)能減排技術(shù) 應(yīng)用研究成果向工程技術(shù)轉(zhuǎn)化的有效渠道、產(chǎn)業(yè)技術(shù)自主創(chuàng)新的重要源頭和提升企業(yè)創(chuàng)新能力的支撐平臺(tái)。 第三章 中試基地 主要方向、任務(wù)與目標(biāo) 中試基地的 主要發(fā)展方向 中試基地的建設(shè) 將緊密配合鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需求，通過產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的方式，整合 熔融還原煉鐵新工藝和節(jié)能 減排新技術(shù)開發(fā)力量的 優(yōu)化，加強(qiáng)組織協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮 企業(yè)、科研院所的 各 自 優(yōu)勢，以項(xiàng)目為紐帶，各盡所能、各用所長、分工協(xié)作，打造國際一流的 熔融還原新工藝和節(jié)能減排技術(shù)的開發(fā) 平臺(tái)和工程化試驗(yàn)環(huán)境，支持 鋼鐵生產(chǎn)流程的簡化與 高效運(yùn)行、節(jié)能減排和優(yōu)化控制，為提升鋼鐵企業(yè)的國際競爭能力而努力。國外開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的初衷是解決含鐵廢料的回收，如作為鋼鐵大生產(chǎn)中的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，其經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性仍有待觀察。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。而且煤氣的熱值也很低，二次利用較為困難。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。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。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。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)。 （ 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。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。 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。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。 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 17 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。 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， 16 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。于 1999年 11 月 3 日始開展了第二階段的試驗(yàn)工作。 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。 第一階段熱試歷時(shí) 14 天，主要成績?nèi)缦拢? ? 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。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。 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(jí)熔融還原聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)裝置的國家。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。 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。 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)。 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。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。 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)。美國Midrex公司的 Fastmelt技術(shù)、美國 Dynamics 公司的 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。但 Finex 以粉礦取代塊礦和球團(tuán)，以壓塊煤替代大部分焦炭是對(duì) COREX 最重要的發(fā)展。 但 POSCO 對(duì)該技術(shù)嚴(yán)格保密，只公布了其成功的業(yè)績，是否遇到了技術(shù)問題不得而知。投產(chǎn)后的運(yùn)行狀況非常好，產(chǎn)量可達(dá)到 80 萬噸 /年水平，其余指標(biāo)也達(dá)到或超過預(yù)定的目標(biāo)，于是在 2021 年 8 月 POSCO 決定建造 150 萬噸 /年 Finex 以取代其原有的中型高爐，計(jì)劃于 2021 年投產(chǎn)，實(shí)際直到 2021 年 4 月才正式投產(chǎn)。韓國 POSCO 的 Finex 以 4 級(jí)流化床的 Finmet 工藝取代 COREX 工藝中的還原豎爐，用流化床還原粉礦、壓塊成熱壓鐵塊再加入 COREX 的熔融氣化爐，克服了 COREX 爐不能使用粉礦的缺點(diǎn)。 1995年 CRA公司和 RTZ公司合并，組建了 Rio Tinto 集團(tuán)公司，于 1997 年 1999 年以爐缸直徑 的豎式熔融還原爐取代了臥式爐，經(jīng)歷了 132 天各種各樣的試驗(yàn)，其中最長的連續(xù) 運(yùn)行 時(shí)間為 38 天，先后共生產(chǎn)鐵水 2 萬多噸，為 HIsmelt 技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 在此基礎(chǔ)上 1984~1990年開發(fā)出了臥式熔融還原爐（簡寫 SRV），仍在德國 Maxhutte 建成并投入小型試驗(yàn)。 COREX 技術(shù)發(fā)展至今移植大型高爐的成熟技術(shù)逐漸增多，如耐材配置、冷卻裝置、局部的爐型、布料方式等使其生產(chǎn)的穩(wěn)定性大為提高，爐齡也有明顯延長，產(chǎn)能進(jìn)一步擴(kuò)大，技術(shù)正逐步走向成熟 （ 2）進(jìn)入示范性工廠試驗(yàn)的 Hismelt和 Finex 技術(shù) 現(xiàn)在正在進(jìn)行商業(yè)示范性規(guī)模生產(chǎn)圖 21 COREX 熔融還原工藝流程 圖 23 Hismelt 工藝 圖 22 COREX C－ 2021外景 10 的有 2 家 —— 澳大利亞的 Hismelt（見 圖 23）和韓國浦項(xiàng) Finex（見圖 24 和圖 25）。目前，除了第一套C1000 因原料運(yùn)輸成本過高而關(guān)閉外 ，其余 4 套 C2021 型 COREX 裝置 都 在 生產(chǎn) 運(yùn)行中。經(jīng)過約一年半實(shí)踐，生產(chǎn)漸趨穩(wěn)定，從 1991 年 3 月起已經(jīng)可以高于設(shè)計(jì)能力 10%穩(wěn)定地運(yùn)行。 1985 年 4 月 VAI 與南非依斯科爾公司簽約決定在 Pretoria 廠建造一座 C1000 型的 COREX 裝置，年產(chǎn)鐵水 30 萬噸，1989 年 11 月 10 日正式投產(chǎn)。 第二章 技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 8 國家開發(fā)熔融還原的歷史和現(xiàn)狀分析 上 世紀(jì) 80 年代， 德國、日本、美國、澳大利亞、荷蘭、奧地利以及前蘇聯(lián)等國 為謀求技術(shù)壟斷地位，搶占 21 世紀(jì)鋼鐵工業(yè)技術(shù)制高點(diǎn)，相繼投入大量人力、物力和財(cái)力，在國際上掀起開發(fā)煤基熔融還原煉鐵新工藝 的浪潮。并 實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)新，促進(jìn)鋼廠生產(chǎn)流程的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升鋼鐵 行業(yè)自主研發(fā)能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。只有建立中試基地， 集中 科研院所和企業(yè)的 人力、 物力和 技術(shù)和軟硬件資源， 充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，建立產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的研發(fā)隊(duì)伍，以企業(yè)創(chuàng)新為主體，共同開發(fā)我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的熔融還原工藝，才能使實(shí)驗(yàn)室的成果真正 實(shí)現(xiàn) 工程化和產(chǎn)業(yè)化。 “先進(jìn)鋼鐵流程及材料”國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 認(rèn)真總結(jié)了“九五”攀登計(jì)劃項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，進(jìn)一步完善了工 藝方案， 在實(shí)驗(yàn)室 對(duì)關(guān)鍵的技術(shù)難 點(diǎn) 進(jìn)行了 基礎(chǔ)性研究 。因此，當(dāng)時(shí)建設(shè)的半工業(yè)試驗(yàn)裝置規(guī)模偏小，功能不配套，試驗(yàn)設(shè)備簡單，一些關(guān)鍵設(shè)備的可靠性較差，試驗(yàn) 7 中由于非技術(shù)原因而中斷運(yùn)行的現(xiàn)象比較普遍。在當(dāng)時(shí)的承德冶金部試驗(yàn)廠建成了 2T/h 的半工業(yè)聯(lián)動(dòng)熱態(tài)試驗(yàn)裝置，先后進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，突破了一些關(guān)鍵技術(shù)難題，取得了階段性成果，在某些技術(shù)指標(biāo)上達(dá)到了當(dāng)時(shí)的世界領(lǐng)先水平。1995~1998 年開展了單元技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究。原冶金部組織了全國熔融還原專家，實(shí)行舉國體制，開展了這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)研究。所以，熔融還原工藝尤其適合該公司的實(shí)際生產(chǎn)狀況。 有限責(zé)任公司 是一家具有 300 萬噸生產(chǎn)規(guī)模的國有控股的聯(lián)合鋼鐵企業(yè)。 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 6 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。由于取消了焦化和燒結(jié)工序，污染物排放量大幅度降低。 目前世界上已經(jīng)工業(yè)化 的熔融還原技術(shù)，如 COREX 和 FINEX，雖然還沒有實(shí)現(xiàn)理論目標(biāo)，但已經(jīng)顯現(xiàn)出比傳統(tǒng)高爐煉鐵流程的巨大優(yōu)勢，基本擺脫了對(duì)焦煤的依賴、取消了焦化和燒結(jié)工序，簡化了工藝流程，大幅度減少了污染物的排放。 熔融還原煉鐵技術(shù)正是這樣一種能夠從根本上改變傳統(tǒng)煉鐵工藝的煉鐵新技術(shù)。盡管高爐 轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝幾近完善，但流程長、必須依賴焦煤資源、污染物排放大是其致命的弱點(diǎn)，這已經(jīng)成為我國鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，而且日益凸顯。 熔融還原工藝 是 節(jié)能減排的重要措施 我國的鋼鐵生產(chǎn)主要是以 高爐 轉(zhuǎn)爐流程 為主，即 以礦石為原料， 5 要經(jīng)過選礦、燒結(jié)、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐、精練、連鑄和軋鋼等一系列工序，才能最終生產(chǎn)出產(chǎn)品。若采用煙氣脫硫處理，則噸鋼 SO2將 降到 。 鋼鐵工業(yè)能否進(jìn)一步降低生產(chǎn)能耗和減少污染物排放量對(duì)我國能否實(shí)現(xiàn)總體節(jié)能減排目標(biāo) 的影響是十分巨大的，也直接影響到我國鋼鐵工業(yè)能否可持續(xù)發(fā)展。鋼鐵工業(yè)總能耗約占全國的 15%，二氧化硫排放量占全國的 %，耗水量占工業(yè)總量的 14%。 鋼鐵行業(yè)是資源、能源、新水資源消耗的大戶，同時(shí)也是污染物排放的大戶 。工程概算總投資 648 萬。建設(shè)占地面積約 38 28 米。 熔融還原 半工業(yè)試驗(yàn)線的規(guī)模為每小時(shí)產(chǎn) 3 噸鐵水。 中試基地的建設(shè)以純氧非焦煤熔融還原煉鐵新工藝的半工業(yè)試驗(yàn)裝置為 紐帶 ，將在半工業(yè)試驗(yàn)線中融入冶金渣干法粒化與余熱回收、高效長壽集約型新式冶金煤氣干法除塵技術(shù)。中試基地將采用 集成式設(shè)計(jì)和建設(shè)方案，在一條半工業(yè)試驗(yàn)線上，同時(shí)可以開發(fā)多項(xiàng)冶金新工藝和新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)裝置的多功能化。 ２、 中試基地建設(shè)的主要內(nèi)容和規(guī)模 熔融還原煉鐵新工藝、 冶金渣干法?；c余熱回收、高效長壽集約型新式冶金煤氣干法 除塵技術(shù)等 已被列為 國家科技部重點(diǎn)支撐計(jì)劃項(xiàng)目