山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司

　　1 引言

　　世界鋼鐵協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的38個(gè)國(guó)家和地區(qū)2018年高爐生鐵產(chǎn)量為12.39億噸，同比增長(zhǎng)2.2%，世界鋼鐵協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的這38個(gè)國(guó)家和地區(qū)2017年高爐生鐵產(chǎn)量占世界高爐生鐵產(chǎn)量的99%，我國(guó)2018年生鐵產(chǎn)量為7.7億噸，比上年增加3%，占世界鋼鐵總量約：61.6%。2018年全球直接還原鐵(DRI)產(chǎn)量總計(jì)為9980萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)14.5%。

　　全球熔融還原煉鐵裝置的產(chǎn)能約1200萬(wàn)噸，而我國(guó)2018年熔融還原實(shí)際產(chǎn)能約105萬(wàn)噸，約占國(guó)內(nèi)煉鐵總產(chǎn)能的0.14%。

　　上述生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，高爐煉鐵仍為煉鐵生產(chǎn)的主要工藝。但是因?yàn)閭鹘y(tǒng)高爐煉鐵流程正面臨環(huán)保、能耗以及原燃料資源制約等前所未有的壓力，為實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，減輕高爐工藝對(duì)焦煤資源以及長(zhǎng)流程帶來(lái)的環(huán)保和排放壓力，國(guó)內(nèi)在近幾年在非高爐工藝的研究開發(fā)，尤其熔融還原工藝的引進(jìn)、消化吸收、創(chuàng)新方面做了大量的工作，截止目前已有兩座熔融還原煉鐵工廠在運(yùn)行。本文著重對(duì)寶鋼八一鋼鐵歐冶爐工藝、墨龍HIsmelt熔融還原工藝(以下簡(jiǎn)稱ML-HIsmelt)的技術(shù)流程、工藝創(chuàng)新以及運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，并就二者的優(yōu)越性與高爐工藝從多方面進(jìn)行了比較，并對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　2 熔融還原煉鐵工藝概況

　　熔融還原煉鐵工藝以非焦煤為能源，在高溫熔態(tài)下進(jìn)行鐵氧化物還原，渣鐵完全分離后得到鐵水。其目的是以煤代焦和直接用粉礦煉鐵，使煉鐵流程簡(jiǎn)化，污染減少，已經(jīng)受到許多國(guó)家的重視。現(xiàn)已開發(fā)出的熔融還原煉鐵工藝共有30 余種，但到目前為止，只有3 種工藝有較大發(fā)展且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，分別為COREX、HIsmelt 和FINEX 工藝。全球熔融還原煉鐵工廠及生產(chǎn)狀況見表1.

表1 全球熔融還原煉鐵工廠及生產(chǎn)狀況

　　3 COREX熔融還原工藝

　　3.1 COREX工藝流程

　　COREX 的工藝可以看做是利用了高爐爐缸和氣基直接還原豎爐工藝的聯(lián)合，其實(shí)質(zhì)是把高爐截為兩截，使用塊煤和球團(tuán)礦(塊礦)煉鐵。具體流程程描述如下：熔融氣化爐產(chǎn)生的1050℃高溫還原氣經(jīng)調(diào)溫到850℃后，經(jīng)初除塵后由環(huán)管送入預(yù)還原豎爐，從下向上逆流穿過(guò)下降的礦石層。鐵氧化物、熔劑和焦炭從上面加入向下運(yùn)動(dòng)，在下降過(guò)程中鐵礦石還原成金屬化率大于70%的海綿鐵，然后通過(guò)螺旋排料機(jī)送入熔融氣化爐。熔融氣化爐的任務(wù)是熔化海綿鐵并獲得合格的鐵水，同時(shí)制出滿足上部預(yù)還原豎爐要求的還原氣。從熔融氣化爐頂部加入的煤與1050℃的高溫煤氣相遇并立即被干燥、裂解和干餾焦化，在爐內(nèi)形成半焦床層。在風(fēng)口區(qū)和拱頂空間，鼓入的氧氣與碳燃燒，得到的1050℃的高溫還原煤氣(CO+H2>90%)離開熔融氣化爐。該高溫還原氣兌入凈化后的冷煤氣，調(diào)溫到800～850℃經(jīng)過(guò)熱旋風(fēng)除塵器除塵后，作為還原氣輸入上部預(yù)還原豎爐的煤氣圍管。

　　寶鋼集團(tuán)2007年引進(jìn)了兩套大型COREX-3000煉鐵生產(chǎn)裝置，在上海的羅涇建成單爐年產(chǎn)鐵水百萬(wàn)噸級(jí)熔融還原煉鐵廠，第一套于2007年11月投產(chǎn)，第二套于2010年投產(chǎn)。對(duì)COREX-3000技術(shù)做了大量消化吸收、關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化等工作，改進(jìn)了原設(shè)計(jì)缺陷，但是基于以下幾方面原因致使企業(yè)持續(xù)虧損：1)對(duì)影響產(chǎn)能的關(guān)鍵技術(shù)未能取得合理的解決措施，致使產(chǎn)能僅達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能的74%;2)不能與高爐流程互補(bǔ);3)運(yùn)輸成本高，主要體現(xiàn)在碼頭物流成本高;4)原燃料價(jià)格，包括塊煤、球團(tuán)礦的價(jià)格高。為此，寶鋼集團(tuán)將其搬遷到原燃料(球團(tuán)礦、原料煤)較有優(yōu)勢(shì)的新疆八一鋼鐵公司，在搬遷建設(shè)過(guò)程中充分消化吸取羅涇COREX工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工、生產(chǎn)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，并結(jié)合高爐煉鐵原理和成熟技術(shù)進(jìn)行大量?jī)?yōu)化改造，于2015年7月19日建成投產(chǎn)，成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并命名為歐冶爐[2]。

　　3.2 歐冶爐(COREX改進(jìn))

　　相比COREX，歐冶爐主要在以下幾方面進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)

　　3.2.1 豎爐爐頂煤氣系統(tǒng)的改進(jìn)：原COREX爐頂煤氣為濕法除塵系統(tǒng)，歐冶爐預(yù)還原豎爐爐頂煤氣改為干式布袋除塵器，其除塵效率高、煤氣含塵量降低10~5 mg/Nm3，運(yùn)行能耗和費(fèi)用低，投資少、占地小;新增了與干法除塵系統(tǒng)配套的全干式TRT發(fā)電裝置，由此使得煤氣溫度、壓力均得到提高，使TRT發(fā)電量提高55kw/thm。

　　3.2.2 豎爐底部中心煤氣管： 增設(shè)豎爐底部中心煤氣管，引入煤氣量占還原煤氣量的20%，可有效分布中心氣流。

　　3.2.3 增加槽下篩分設(shè)備：槽下每個(gè)料倉(cāng)增加獨(dú)立篩分、稱量設(shè)備，在原料入爐前最大程度減少粉末，對(duì)歐冶爐豎爐粘接及氣化爐煤氣上升管堵塞都將起到相應(yīng)的緩解作用。

　　3.2.4 歐冶爐頂煤氣反吹入爐：回噴10000Nm3/h歐冶爐頂煤氣可得到高品質(zhì)過(guò)剩煤氣23800萬(wàn)Nm3/h。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)測(cè)試，爐況順行的到改善，鐵水降硅效果明顯。

　　3.2.5 汽化爐優(yōu)化：設(shè)計(jì)拱頂噴煤比達(dá)到350kg/thm，可以使提高豎爐金屬化率提高15%～25%;經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，改進(jìn)后的汽化系統(tǒng)穩(wěn)定，已達(dá)到調(diào)整煤氣質(zhì)量和提高煤氣量的目標(biāo)。

　　3.3 歐冶爐(COREX改進(jìn))生產(chǎn)實(shí)踐

　　歐冶爐2015年連續(xù)生產(chǎn)68天，生產(chǎn)鐵水15.02萬(wàn)噸，在此期間，歐冶爐對(duì)八鋼周邊的煤資源進(jìn)行了充分的試驗(yàn)，創(chuàng)造性地開發(fā)了氣化爐拱頂噴煤造氣的工藝，重新定義了豎爐還原、氣化爐造氣和熔煉功能，大幅提升了各功能區(qū)的效率和穩(wěn)定性，并強(qiáng)化了歐冶爐煤化工功能。

　　歐冶爐2017年連續(xù)生產(chǎn)154天，生產(chǎn)鐵水42.07萬(wàn)噸，通過(guò)完善操作技術(shù)，投入新開發(fā)的煤制氣系統(tǒng)，投入CGD系統(tǒng)，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立了具有與高爐鐵水成本相當(dāng)?shù)脑剂辖Y(jié)構(gòu)體系，充分開發(fā)利用了新疆優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力煤資源。 2018年5月26日，歐冶爐成功點(diǎn)火復(fù)產(chǎn)，隨著新布料器的投入，粉塵線的優(yōu)化及均排壓系統(tǒng)的改造效果逐步體現(xiàn)，開爐5天，達(dá)到2017年生產(chǎn)的最優(yōu)指標(biāo)。至2018年8月，歐冶爐實(shí)現(xiàn)月鐵水產(chǎn)量10.5萬(wàn)噸以上，平均燃料比830kg/t，焦比200 kg/t，燒結(jié)礦配比55%，鐵水平均含硅0.8%。基本實(shí)現(xiàn)歐冶爐設(shè)計(jì)能力和指標(biāo)。

　　4 HISmelt熔融還原煉鐵技術(shù)

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