世界炼铁技术现状与发展趋势1

1.3 日本
1.3.1 炼铁技术现状
2013年，日本的粗钢产量上升了3.1%，达到1亿1059万吨
图7 日本粗钢产量的变化
能源与环境：
京都行动计划：日本钢铁工业自愿建立的环境保护行动计划，目标是 2008~2012年的能耗平均值比1990年减少10%（CO2减排9%） 该目标已经实现，粗钢产量削减2.7%，单位能耗下降8.0%，CO2排放 比1990低10.5%
反应效率 在 JFE公司 Keihin 厂建了一座 30 t/d的中试工厂，生产了 2100 t铁焦，用在 JFE公司千叶厂 5153m3的5号高炉中，试验时间共100天，铁焦和传统焦炭的配比=30:70 报道说，还原剂比（即燃料比）如计划的那样减少了，但没有介绍具体数字 日本新日铁-住金公司研究采用传统的顶装焦炉工艺生产铁焦，并在一孔焦炉中做过工业性 试验，证实： - 通过控制炭化室温度，避免炉墙耐火砖被FeO侵蚀，没有发现渣化现象 - 采用N2熄焦，焦炭质量良好：CRI=48.80%，CSR=16.30% 武汉科技大学采用捣固装煤工艺，在5kg实验焦炉上生产铁焦，采用水熄焦，通过控制合理 的入炉煤堆积密度、配煤比、矿石的种类粒度与配比，以及炼焦温度制度，制得的铁焦性 能相当好： - 焦炭质量良好：CRI=64.07%，CSR=21.63%
含铁炉料：
高炉主要使用球团矿，2014年球团矿比92 %，烧结矿7 %，天然块矿1 %。其中，有17 座高炉使用100 %球团矿。球团矿60 %是熔剂性球团，剩余40 %是酸性球团。
球团矿生产能力：目前是7900万吨/年，US Steel and Essar Steel Minnesota LLC的新项目
图8 名古屋SCOPE 21炼焦厂全貌
（2）SCOPE 21 (Super Coke Oven for Productivity and Environment Enhancement toward the 21st century) 它是一个十年的国家计划（1994-2003） 主要特点： 煤料的快速预热和快速炭化 焦炭质量提高（因为快速预热和增加煤堆密度而使煤的结焦性能改进） 通过改进焦炉的加热系统减少烟道气中的NOx含量 第一座SCOPE21类型的新焦炉在Oita工厂建成，2008年投产 第二座 SCOPE21类型的新焦炉 2013年在Nagoya开始操作，焦炭年产 量100万吨
除了节能以外（energy conservation），减少炼铁过程的NOx排放是另 一个重要目标
烧结过程NOx减排是重点
炼焦技术的发展：
（1）煤预干燥技术包括CMC和DAPS 好处除了节能，还可增加焦炉炭化室中煤 的堆密度，从而可以在相同强度的基础上增 加低质量煤和廉价煤的配比 CMC 表示煤湿度控制，煤在蒸汽管式干 燥器中被干燥，湿度从10%减少到5~6% DAPS 过程通过用流化床干燥器，湿度下 限为2%，因此更加节能 NSSMC 公司分别早在 1983 年和 1992 年在 八幡厂引进了CMC和DAPS技术
图9 RCA的流程图
2- 铁焦：实际为碳铁复合压块
铁矿石和煤混合，破碎，成型为小压块，混合比=70%煤：30%铁矿石 压块在一个竖炉中连续被炭化，生产出来成型铁焦
铁焦反应性很高（highly reactive），在较低的温度范围下开始反应，这将通过降低热保存
区温度而提高高炉反应效率 在 JFE公司 Keihin 厂建了一座 30 t/d的中试工厂，生产了 2100 t铁焦，用在 JFE公司千叶厂 5153m3的5号高炉中，试验时间共100天，铁焦和传统焦炭的配比=30:70 报道说，还原剂比（即燃料比）如计划的那样减少了，但没有介绍具体数字
世界炼铁技术的发展现状
武汉科技大学材料与冶金学院
毕 学 工
2017/5/13
一、五大区域的炼铁技术
1.1 北美
1.1.1 概况
仍然没有从 2008 年的世界金融危机中恢复过来。 2014 年北美的生铁产量是 4200万吨，比2006和2007年的水平低14%左右。加拿大和美国关闭了几家容积不
同的高炉工厂，削减的总生产能力达600万吨/年。 因为可获得廉价的天然气，新增了直接还原铁的生产能力。 增加了一些新的炼焦设施，重建并投产了一些老焦炉，但也永久关闭了一些 焦炉。 北美的高炉炼铁者利用低价天然气的优势，扩大天然气喷吹或者天然气和煤 粉混合喷吹。高炉监控方面有某些进展，包括应用过程控制专家系统。 铁矿石的发展包括商业化和开工了几家从铁矿石尾矿中回收精矿的工厂，建 设了新的球团厂。
图1 北美高炉风口喷吹比（按热值的变换值）
图2 北美高炉的月平均焦比和风口喷吹比（2014年）
RMDS计划：
ArcelorMittal 公司的 RMDS 计划：（ Romote Monitoring, Diagnostic and Standardization System），系统取名为：Facebook of ArcelorMittal Blast Furnaces （阿赛罗米塔尔高炉脸书） 该公司在北美有11座高炉，在全世界共有60座高炉。 计划将所有这些高炉通过远程监控、诊断和标准化系统和数据库连接起来。 现在已经有1/4的高炉连接起来了，包括在北美洲的3座高炉在内。 RMDS计划包括每周一次的音频/网络电话会议，在会上参加者可以回顾和分 享安全和操作方面的经验。 RMDS数据还可以被用作地区专家系统服务器的输入数据。 该公司的1/6的高炉在应用SACHEM®专家指导系统，它是ArcelorMittal和Paul Wurth共同提供的，其中两座高炉是在加拿大。 专家系统的好处包括更加稳定的炉子操作，更加均匀一致的铁水温度和硅含 量，以及较低的燃料比。 这些专家系统还用于训练新的操作者。
号和3号高炉的冷压块用量是34kg/t铁。冷压块的配料是高炉瓦斯灰和瓦斯泥，轧钢皮与焦 粉。
燃料：
页岩气技术的进步导致低成本天然气的充足 供应。北美高炉继续利用这个优势。过去5年来天 然气的现场价一直稳定在 4美元 /GJ 的平均水平上。 焦炭价格比起天然气和煤依然太高，所以喷 吹燃料继续提供节约成本的潜力。 加拿大和美国的所有高炉现在都有喷吹天然 气的设施，所有喷煤的高炉也能够喷吹天然气， 喷吹时使用双枪，一个枪喷煤，一个枪喷天然气。 但有些高炉只有一根煤枪，但风口设有天然气的 进口。虽然大多数高炉具有综合喷吹煤粉和天然 气的能力，但 2014年只在某些时候才这样做（即 主要是喷吹煤粉）。 只喷天然气的高炉的焦比有时比大量喷煤粉 或综合喷吹煤粉和天然气的高炉要低一些。 影响焦比的因素还包括：原料和焦炭的质量， 废钢和金属铁的用量，富氧，热风温度，以及装 料设备及方法。 焦炭生产：北美钢厂的焦炭自产率达 70% ， 外购焦占30% 采用热回收技术（不回收化产）的 SunCoke Energy Inc.，年产量380万吨。
燃料：
焦炭和煤粉 焦炭质量要求：CSR在65~68%范围
图7 拉丁美洲和南美洲钢厂的焦炭CSR 指标（5家钢厂的平均值）
高炉生产指标：
图4 拉丁美洲和南美钢厂的高炉渣比 （7个厂的平均值）
图5 拉丁美洲和南美钢厂的高炉燃比 （7个厂的平均值）
2014年平均渣比为303 kg/t铁，燃料比515 kg/t铁，喷煤比124 kg/t铁。 2014年的燃料比比2011年增加了20 kg/t，燃料比变化的趋势和渣比的变 化趋势相同。
1.1.2 高炉炼铁
概况：
到2014年6月，只剩下5家公司运行29座高炉生产铁水，它们是：AHMSA，AK Steel， ArcelorMittal，Essar Algoma，和U. S. Steel。炉型：工作容积=900~4100 m3，利用系数 =1.9~3.9 t/d· m3（工作容积） AK Steel Middletown 3号高炉的利用系数最高达3.9 t/d· m3（工作容积），可能是世界最 高。原因：风量大，富氧率高，天然气喷吹量大，使用200 kg/t的金属化炉料（HBI）。
的开发可能使其增加到8900万吨/年 只有4家工厂拥有烧结机，US Steel Gary厂生产超高碱度烧结矿（R2=2.6~2.7，TFe大约 50 %），主要使用钢铁厂回收料，包括球团矿粉末、轧钢皮、炉渣和废钢粉和高炉瓦斯灰。
某些高炉还使用冷固结压块。U. S. Steel Mon Valley Works Edgar Thomson工厂（ET）1
2）3D-Venus
为了稳定高炉操作，了解随时间变化的 高炉中的现象并采取及时的动作很重要 但是，实际观察高炉内部（the inside of the blast furnace）却非常困难 为支持高炉操作的稳定性，使用 500 个
左右冷却壁（stave coolers）上的热电偶和
20 个炉身压力传感器的采集数据，建立了 3D Venus在线系统 数据一秒一次地被三维显示出来 2007 年开始在 NSSMC 公司名古屋厂和 其他厂被应用 帮助工长清楚客观地了解空间和时间上 的炉身压力波动情况和炉料的填充结构， 快速和定量评估高炉炉况的波动
1.2 南美
1.2.1 概况
面临的挑战： 1）含铁原料的质量持续变差，渣比增加到大约300 kg/t。 2）为降低生铁成本，必须大量喷吹煤粉，要求在180 kg/t以上，同时控制燃料比
在490 kg/t以下。 对策： 1 ）通过好的操作制度来保持操作的稳定性，用 RCM （ Adequate Reliability Centered Maintenance）技术来支撑以足够可靠性为中心的维护来支撑。 2）加强职工培训 南美的钢产量占世界钢产量的3%，而其中70%以上是在巴西生产。
高炉技术的发展：
1）新型炉料 反应性焦炭团块 （RCA，Reactive Coke Agglomerate） 含碳 20% ，虽然名称中有焦炭， 但并未经过炭化 2012年，此技术在NSSMC公司 八幡工厂被投入实际应用 每使用 1kg 焦炭团块中的 C ，高 炉碳比下降0.36kg/t铁 原因：降低热保存区温度，提 高煤气利用，减少碳消耗