【正文】 據(jù)使用還原劑的不同，可分為兩大類：使用氣體還原劑的氣基直接還原法和使用固體還原劑的煤基直接還原法。 直接還原鐵技術(shù)是成熟的，推進(jìn)直接還原鐵生產(chǎn)的發(fā)展是我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的迫切需要。 我國(guó)煤基直接還原技術(shù)的現(xiàn)狀是回轉(zhuǎn)窯法、轉(zhuǎn)底爐法、隧道窯法和豎爐法等并存，各種方法均既有優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)，誰成為未來的主導(dǎo) 工藝至今尚無定論，但無疑高效節(jié)能指標(biāo)將成為最終決定性的因素。 解決廢鋼短缺，應(yīng)對(duì)廢鋼質(zhì)量不斷惡化，發(fā)展電爐鋼生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵 “ 緊湊化 ” 流程，改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高鋼材質(zhì)量和品質(zhì)； 實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，促進(jìn)、實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 本項(xiàng)目所在地 XX 市是一座礦產(chǎn)資源極其豐富、以鋼鐵為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的城市，每年有近 40 萬噸煉鋼除塵污泥、煉鋼瓦斯泥、瓦斯灰等含鐵廢料產(chǎn)生；同時(shí)周邊地區(qū)發(fā)達(dá)的鐵礦采選工業(yè)，可提供大量的 6 鐵精礦粉，因此項(xiàng)目所需原料十分充足。屬于國(guó)家節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)重點(diǎn)支持領(lǐng)域，本項(xiàng)目的重心放在廢棄資源綜合利用與產(chǎn)業(yè)化方面 ，完全符合國(guó)家科技產(chǎn)業(yè)政策和宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求。以 2021 年為例，海綿鐵進(jìn)口的最高價(jià)格達(dá)到 324 美元 /噸。 在所有氣基 DRI 工藝中，以天然氣為能源的豎爐法生產(chǎn)的直接還原鐵占世界總產(chǎn)量的 80%以上。在所有直接還原鐵（ Direct Reduced Iron，簡(jiǎn)稱 DRI。 5 直接還原法有氣基（以 CO＋ H2為還原劑）和煤基（以非焦煤為還原劑）兩種。 目前，全世界工業(yè)規(guī)模的直接還原法已有十幾種，而大多數(shù)熔融還原工藝還處于研發(fā)階段，已商業(yè)化的只有 COREX。熔融還原（ Smelting Reduction）則“以非焦煤為能源和還原劑，在高溫熔融狀態(tài)下進(jìn)行金屬氧化物的還原，得到含碳的液態(tài)金屬”。按工藝特征、產(chǎn)品類型及用途，可分為直接還原法和熔融還原法兩大類別。與此相反，大量的非焦煤資源在冶煉工藝中卻無法得到充分利用，因此開發(fā)和采用非焦煤煉鐵工藝已迫在眉睫。 近年來，隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量逐年攀升，每年焦煤開采量至少為47425 萬噸。德爾比發(fā)明了煤炭煉焦的方法，采用焦炭的冶煉方法已經(jīng)取得巨大進(jìn)步， 提供的 金屬材料品種齊全、質(zhì)量?jī)?yōu)良、數(shù)量巨大，為人類 進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)。 第二章 國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及技術(shù)比較優(yōu)勢(shì) 項(xiàng)目背景及概況 項(xiàng)目背景 項(xiàng)目起源于焦煤冶金的固有缺陷、優(yōu)質(zhì)鋼市場(chǎng)需求強(qiáng)勁、廢鋼嚴(yán)重短缺以及我國(guó)天然氣資源不足的現(xiàn)實(shí)。首先， 對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)線和各個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)， 科學(xué)的建立 全面質(zhì)量管理 體系 ； 其次， 公司還 從質(zhì)量和管理等制度上做到規(guī)范、合理，公司制定了質(zhì)量方針、目標(biāo)，建立 質(zhì)量管理體系，并制訂了公司《質(zhì)量手冊(cè)》； 第三，落實(shí)全面質(zhì)量管理體系， 確保產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量合格率為 99%；出廠批量檢驗(yàn)合格率為 100%；不合格產(chǎn)品不得入庫 。 2021 年 10 月，公司與東北工業(yè)大學(xué)、四川龍蟒礦冶公司等院校和企業(yè)達(dá)成產(chǎn)學(xué)研合作共識(shí)， 3 在煤基 豎爐直接還原技術(shù)、釩鈦資源綜合開發(fā)利用研究等技術(shù)領(lǐng)域開展合作， 極力促成產(chǎn)學(xué)研一體化系統(tǒng)。公司同時(shí)配備了市場(chǎng)開發(fā)、試驗(yàn) 生產(chǎn)工藝技術(shù)人員和熟練的技術(shù)生產(chǎn)工人隊(duì)伍，為 新 項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了充足的人力資源保障。 公司以人才為企業(yè)發(fā)展動(dòng)力，在以金克和等高工 的帶領(lǐng)下，以創(chuàng)新為指引，打造了一支具有創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)、技術(shù)過硬、職業(yè)素養(yǎng)高的人才隊(duì)伍。 2021年，公司 霧化鐵粉生產(chǎn)線建成投產(chǎn)后，成功開發(fā)了粉末冶 金用霧化鐵粉系列產(chǎn)品，投放市場(chǎng)后，很快得到用戶認(rèn)可 ； 近幾年，公司 把握 住鈦白粉行業(yè)飛速發(fā)展，化工還原劑鐵粉需求大增的契機(jī)，開發(fā)出還原用鐵粉系列產(chǎn)品，產(chǎn)品上市后， 以其優(yōu)良的品質(zhì)和服務(wù)贏得客戶信賴， 2021年公司銷售收入 ，實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。 煉鋼塵泥外燃管式豎爐直接還原法綜合利用技術(shù) 應(yīng)用 及產(chǎn)業(yè)化 項(xiàng)目 可行性研究報(bào)告 XX 市 xx 粉末冶金有限責(zé)任公司 二 O一 二 年 三 月 2 第一章企業(yè)概況 XXxx 粉末冶金有限公司成立于 2021 年 6 月 ， 一期投資 600 萬元人民幣，注冊(cè)資金 100 萬元， 公司 位于 XX 市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園 區(qū)高梁坪園。 公司是一家擁有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，致力于鋼鐵冶金 資源與環(huán)境、 資源高效開發(fā)與綜合利用 工業(yè)固體廢棄物 的國(guó)家級(jí)創(chuàng)新型技術(shù)企業(yè)。該系列產(chǎn)品產(chǎn)銷規(guī)模 已居國(guó)內(nèi)行業(yè)前列。公司現(xiàn)有專業(yè)化的、經(jīng)驗(yàn)豐富的研發(fā)技術(shù) 人才共 37 人，占公司總?cè)藬?shù)的 50%。 2021 年 公司成立了技術(shù)中心， 相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員和設(shè)施設(shè)備 齊全，中心 各項(xiàng)經(jīng)費(fèi)由公司研發(fā)費(fèi)專項(xiàng)列支。 公司深知質(zhì)量是企業(yè)產(chǎn)品的命脈，公司 投入 大量資金和人力保障質(zhì)量。 公司 未來 發(fā)展 以“高、精、尖”為原則，以高效節(jié)能為方向，以持續(xù)創(chuàng)新為手段，不斷提高公司的技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)管理水平，將公司建設(shè)成為中國(guó)直 接還原鐵生產(chǎn)領(lǐng)域技術(shù)一流和規(guī)模領(lǐng)先的知名 企業(yè)。 自從 1735 年英 國(guó)人亞然而，隨著全球環(huán)境和資源壓力的日益增大，傳統(tǒng)工藝的弊端日益突出，體現(xiàn)在：嚴(yán)重依賴 4 于焦煤；冶金反應(yīng)重復(fù)進(jìn)行；優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)嚴(yán)重受限；對(duì)復(fù)雜的多金屬礦處理顯得無能為力；工廠生產(chǎn)規(guī)模大、工藝環(huán)節(jié)多、需要巨額投資；焦化、燒結(jié)、高爐等鐵前系統(tǒng)產(chǎn)生的大量煙氣、粉塵及水污染；焦 化、燒結(jié)、高爐等鐵前系統(tǒng)的流程長(zhǎng)、工藝復(fù)雜，導(dǎo)致熱效率低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重等。按煤炭詳查資源總量估計(jì)， 2070 年以后我國(guó)的焦煤資源將面臨枯竭，傳統(tǒng)的焦煤冶金工藝將無法進(jìn)行正常生產(chǎn)。 非焦煤煉鐵工藝是指不使用焦炭進(jìn)行煉鐵生產(chǎn)的各種工藝方法。直接還原法（ Direct Reduction）是指“以氣體燃料、液體燃料或非焦煤為能源和還原劑，在天然礦石（粉）或人造團(tuán)快呈固態(tài)的軟化溫度以下進(jìn)行還原獲得金屬的方法”。 與直接還原的不同之處是，熔融還原的發(fā)展目標(biāo)只是探索和推廣用煤炭代替焦炭的冶煉方法，其產(chǎn)品還是與傳統(tǒng)冶煉工藝一樣的液態(tài)產(chǎn)品，如鐵水?；谶@一分析，本項(xiàng)目采用直接還原法。氣基直接還原法因具有容積利用率高、熱效率高、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)而成為非焦煤冶金工藝的主流技術(shù)。因還原失氧形成大量氣孔，在顯微鏡下觀察形似海綿 ，固又稱海綿鐵）產(chǎn)量中，氣基直接還原占到90％以上。但由于受到天然氣資源的限制，我國(guó)至今沒有一個(gè)豎爐法直接還原鐵生產(chǎn)工廠，導(dǎo)致每年大量進(jìn)口昂貴的直接還原鐵。 本項(xiàng)目通過充分利用鋼鐵廠自產(chǎn)焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣制備還原氣，取代天然氣用于直接還原煉鐵，既彌補(bǔ)了我國(guó)天然氣資源的不足、又填補(bǔ)了我國(guó)氣基豎爐直接還原冶金的空白。 非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展動(dòng)因 擺脫焦煤資源短缺對(duì)鋼鐵工業(yè)發(fā)展的羈絆 ,改變鋼鐵生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)。 改善傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減少 CO硫化物的排放，適應(yīng)日益提高的環(huán)境保護(hù)要求； “十二五”行業(yè)規(guī)劃中 要求以節(jié)能降耗、污染治理、綜合利用為重點(diǎn)，也是本項(xiàng)目產(chǎn)生的重要原因。 非高爐煉鐵（非焦煉鐵）是世界鋼鐵工業(yè)技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)之一，是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、 “ 低碳 ” 生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的重要方向和手段， “十二五”行業(yè)規(guī)劃中 要求以節(jié)能降耗、污染治理、綜合利用為重點(diǎn)，也是本項(xiàng)目產(chǎn)生的重要原因。所以高效節(jié)能策略不僅影響著公司當(dāng)前的生存問題，更對(duì)公司未來的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義。 我國(guó)具備發(fā)展直接還原鐵的資源、技術(shù)條件，煤制氣 — 豎爐是我國(guó) DRI 生產(chǎn)的主導(dǎo)方法，加強(qiáng)行業(yè)管理，建設(shè)示范性生產(chǎn)線是直接還原鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。 氣基直接還原法發(fā)展?fàn)顩r 也稱氣體還原劑法，是將礦石裝入豎爐、流態(tài)床爐或罐式容器中，用還原氣體（經(jīng)過裂化的天然氣，主要成分為 H2 或 CO）使氧化鐵中的氧以 H2O 和 CO2 形式除去，而還原成金屬鐵。 主要分布在中東、南美等天然氣資源豐富的地區(qū)，這些地區(qū)以電爐短流程為主的鋼鐵工業(yè)也得到迅猛發(fā)展。 (1)產(chǎn)量持續(xù)增加，氣基豎爐法占主導(dǎo)地位 ，圖 、圖 和表 是近年還原鐵產(chǎn)量變化情況。 以 Midrex、 HYL 為代表的氣基豎爐直接還原法在世界還原鐵生產(chǎn)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 還原氣源 ：天然氣重整氣煤氣化焦?fàn)t煤氣其它鐵礦石氣體燃料還原反應(yīng)滲碳反應(yīng)天然氣或焦?fàn)t煤氣可選擇的直接還原產(chǎn)品電弧爐：還原反應(yīng)滲碳反應(yīng) 10 圖 豎爐工藝原理圖 （ 3） 氣基豎爐實(shí)現(xiàn)了熱出料、 DRI 熱輸送和熱 DRI 直接入電爐煉鋼技術(shù)工業(yè)化 例如： HYL 開發(fā)的熱氣體輸送（ HYLITEMP）；印度 ASSAR 鋼鐵公司密封保溫罐輸送； Midrex采用的德國(guó) AUMUND的熱輸送。 煤基直接還原法發(fā)展?fàn)顩r 主要分布在南非、印度、東亞、南亞、新西蘭等地，天然氣資源有限，但有優(yōu)質(zhì)的鐵礦資源和豐富的煤炭資源。 我國(guó)從能源儲(chǔ)量和合理利用考慮，還不能為冶金工業(yè)生產(chǎn)提供足夠的天然氣，即使有氣可用，成本也太高，生產(chǎn)一噸直接還原鐵（海綿鐵），若用天然氣要 400～ 500m3，天然氣部分的成本就占 600～ 750元；若用煤氣，要 1600m3，煤氣成本 1600 元。 目前在國(guó)內(nèi)使用的工藝有隧道窯工藝、回轉(zhuǎn)窯工藝和倒焰窯工藝三種，均為煤基還原法?；剞D(zhuǎn)窯法對(duì)原燃料要求苛刻，能耗高，運(yùn)行費(fèi)用高，生產(chǎn)穩(wěn)定難度大，規(guī)模難以擴(kuò)大（最大 11 15 萬噸 /年 隧道窯法在我國(guó)發(fā)展較快 隧道窯法采用鐵礦粉、還原煤分層裝罐，還原罐在窯內(nèi)加熱進(jìn)行還 原。 隧道窯法熱效率低，能耗高（實(shí)物煤耗＞ 800 kg/t 轉(zhuǎn)底爐法是煤基直接還原技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn) 轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原技術(shù)（ Fastmet、 Inmetco、 Itmk3）因采用含鐵原料與還原劑混合造球 /壓塊，還原條件好；能源來源廣泛；對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)， 在鋼鐵廠粉塵綜合利用，以及復(fù)合礦利用有明顯的優(yōu)勢(shì)，受到人們重視。 流化床法的發(fā)展受挫 流化床法采用粉狀原料、鐵礦粉單體顆粒在高溫還原氣流中還原，粉礦不必造塊、還原速度快，從機(jī)理上是氣基法中最合理的工藝， 12 因而在直接還原發(fā)展中倍受關(guān)注。 熔融還原 法發(fā)展 現(xiàn)狀 按其能源可分為：氧煤工藝、電煤工藝；按其還原反應(yīng)完成的過程可分為：一步法：鐵礦物在一個(gè)反應(yīng)器中完成還原及熔化全過程；二步法：鐵礦物在一個(gè)反應(yīng)器中預(yù)還原后，在另一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行終還原和熔化，按其終還原反應(yīng)器的形式可分為：鐵浴法；填充床法 。至今，世界只有二步法的 COREX、 FINEX實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，且僅有五套熔融還原裝置在運(yùn)行。目前，全世界有 5 臺(tái)（南非一臺(tái) C2021，韓國(guó)一臺(tái) C2021，印度兩臺(tái) C2021，中國(guó)一臺(tái) C3000） COREX 裝置在運(yùn)行中。但流化床能否使用精礦粉，運(yùn)行的穩(wěn)定性，預(yù)還原礦粉的壓塊，以及生產(chǎn)成本和投資問題還有待生產(chǎn)的檢驗(yàn)。主要問題是：爐襯的侵蝕過快、噴槍的磨損、廢氣的處理和利用等。生產(chǎn)廠全是隧道窯罐式法或回轉(zhuǎn)窯法，至今沒有豎爐 DRI 廠。自行開發(fā)的鏈箅機(jī) 回轉(zhuǎn)窯法（一步法）實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，煤耗（褐煤）僅 900～950kg/t DRI，單機(jī)產(chǎn)能達(dá) 15 萬噸 /年 DRI。 (3)隧道窯直接還原鐵生產(chǎn)異常發(fā)展 技術(shù)含量低，單機(jī)產(chǎn)能小，投資小，但能耗高，污染嚴(yán)重，產(chǎn)品質(zhì)量差（主要表現(xiàn)為 TFe 低， SiO2含量高）的隧道窯法在我國(guó)得到異常迅速的發(fā)展。 (4)轉(zhuǎn)底爐發(fā)展迅速 含碳球團(tuán)快速還原工藝（轉(zhuǎn)底爐）對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)，是含鐵粉塵處理和復(fù)合礦綜合利 用有效方法。該工藝投資高，運(yùn)行成本高，傳熱效率低，熱利用率低，生產(chǎn)穩(wěn)定性差，用該工藝替代高爐提高企業(yè)產(chǎn)能的經(jīng)濟(jì)可行性、經(jīng)濟(jì)性還有待實(shí)踐結(jié)果的驗(yàn)證。 （ 5） 煤制氣 氣基豎爐直接還原工藝倍受關(guān)注 我國(guó)的天然氣資源短缺，缺乏可以直接用于直接還原的高品位塊礦和球團(tuán)，我國(guó)至今沒有直接還原豎爐工業(yè)化生產(chǎn)裝置。 工序能耗為 455～ 485kg 標(biāo)準(zhǔn)煤 /噸 DRI，低于其他直接還原工藝，低于高爐煉鐵工序能耗 10～ 17%（ 2021 年上半年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)總能耗為 標(biāo)準(zhǔn)煤 /噸鐵水）。 煤制氣 — 豎爐法還原尾氣經(jīng)脫除水、 CO硫化物后循環(huán)利用，還原尾氣中的 CO2脫除后可用于制氣中煤的輸送及供其他工業(yè)使用，硫化物以單質(zhì)硫形態(tài)產(chǎn)品回收，因而可減少 CO硫化物的排放。 650～ 700℃直接還原鐵熱出料，及熱 DRI 直接裝入電爐煉鋼，電爐可節(jié)約電耗 60～ 80kwh/t 鋼，有利于我國(guó)擴(kuò)大電爐鋼生產(chǎn)，降低鋼鐵生產(chǎn)的總能耗。 ，最大可達(dá) 180 萬噸 /年座。具不完全統(tǒng)計(jì)，有二十多個(gè)單位在籌劃、規(guī)劃、設(shè)計(jì)建設(shè) 50～ 160 萬噸 /年的煤制氣 豎爐直接還原鐵生產(chǎn)線，這些生產(chǎn)線建成將徹底改變我國(guó)直接還原鐵生產(chǎn)的面 貌，為我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展開辟新的局面。 （ 6）我國(guó)熔融還原技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 我熔融還原（ COREX）在我國(guó)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn) ,寶鋼引進(jìn) COREX熔融還原技術(shù)，并順利投產(chǎn)、成功運(yùn)行，盡管仍未實(shí)現(xiàn)完全不用焦碳 17 生產(chǎn)，產(chǎn)能、能耗、作業(yè)率、鐵水成本等預(yù) 期目標(biāo)，但 為我國(guó)非高爐煉鐵的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為我國(guó)熔融還原實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)開創(chuàng)了新的局面。 本項(xiàng)目的