炼钢尘泥外燃管式竖炉直接还原法综合利用技术应用及产业化项目可行性研究报告

.炼钢尘泥外燃管式竖炉直接还原法综合利用技术应用及产业化项目可行性研究报告第一章企业概况某粉末冶金有限公司成立于2006年6月，一期投资600万元人民币，注册资金100万元，公司位于**市高新技术产业园区高梁坪园。

公司是一家拥有核心自主知识产权，致力于钢铁冶金资源与环境、资源高效开发与综合利用工业固体废弃物的国家级创新型技术企业。

2007年，公司雾化铁粉生产线建成投产后，成功开发了粉末冶金用雾化铁粉系列产品，投放市场后，很快得到用户认可；近几年，公司把握住钛白粉行业飞速发展，化工还原剂铁粉需求大增的契机，开发出还原用铁粉系列产品，产品上市后，以其优良的品质和服务赢得客户信赖，2008年公司销售收入1260.60万元，实现快速增长。

该系列产品产销规模已居国内行业前列。

公司以人才为企业发展动力，在以金克和等高工的带领下，以创新为指引，打造了一支具有创新意识强、技术过硬、职业素养高的人才队伍。

公司现有专业化的、经验丰富的研发技术人才共37人，占公司总人数的50%。

公司同时配备了市场开发、试验生产工艺技术人员和熟练的技术生产工人队伍，为新项目的顺利实施提供了充足的人力资源保障。

2010年公司成立了技术中心，相关专业技术人员和设施设备齐全，中心各项经费由公司研发费专项列支。

2010年10月，公司与东北工业大学、四川龙蟒矿冶公司等院校和企业达成产学研合作共识，在煤基竖炉直接还原技术、钒钛资源综合开发利用研究等技术领域开展合作，极力促成产学研一体化系统。

公司深知质量是企业产品的命脉，公司投入大量资金和人力保障质量。

首先，对产品生产线和各个工艺环节进行严格把关，科学的建立全面质量管理体系；其次，公司还从质量和管理等制度上做到规范、合理，公司制定了质量方针、目标，建立质量管理体系，并制订了公司《质量手册》；第三，落实全面质量管理体系，确保产品生产质量合格率为99%；出厂批量检验合格率为100%；不合格产品不得入库。

公司未来发展以“高、精、尖”为原则，以高效节能为方向，以持续创新为手段，不断提高公司的技术开发和生产管理水平，将公司建设成为中国直接还原铁生产领域技术一流和规模领先的知名企业。

第二章国内外技术现状及技术比较优势2.1 项目背景及概况2.1.1 项目背景项目起源于焦煤冶金的固有缺陷、优质钢市场需求强劲、废钢严重短缺以及我国天然气资源不足的现实。

自从1735年英国人亚·德尔比发明了煤炭炼焦的方法，采用焦炭的冶炼方法已经取得巨大进步，提供的金属材料品种齐全、质量优良、数量巨大，为人类进步做出了巨大贡献。

然而，随着全球环境和资源压力的日益增大，传统工艺的弊端日益突出，体现在：严重依赖于焦煤；冶金反应重复进行；优质钢生产严重受限；对复杂的多金属矿处理显得无能为力；工厂生产规模大、工艺环节多、需要巨额投资；焦化、烧结、高炉等铁前系统产生的大量烟气、粉尘及水污染；焦化、烧结、高炉等铁前系统的流程长、工艺复杂，导致热效率低，能源浪费严重等。

近年来，随着我国钢铁产量逐年攀升，每年焦煤开采量至少为47425万吨。

按煤炭详查资源总量估计，2070年以后我国的焦煤资源将面临枯竭，传统的焦煤冶金工艺将无法进行正常生产。

与此相反，大量的非焦煤资源在冶炼工艺中却无法得到充分利用，因此开发和采用非焦煤炼铁工艺已迫在眉睫。

非焦煤炼铁工艺是指不使用焦炭进行炼铁生产的各种工艺方法。

按工艺特征、产品类型及用途，可分为直接还原法和熔融还原法两大类别。

直接还原法（Direct Reduction）是指“以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源和还原剂，在天然矿石（粉）或人造团快呈固态的软化温度以下进行还原获得金属的方法”。

熔融还原（Smelting Reduction）则“以非焦煤为能源和还原剂，在高温熔融状态下进行金属氧化物的还原，得到含碳的液态金属”。

与直接还原的不同之处是，熔融还原的发展目标只是探索和推广用煤炭代替焦炭的冶炼方法，其产品还是与传统冶炼工艺一样的液态产品，如铁水。

目前，全世界工业规模的直接还原法已有十几种，而大多数熔融还原工艺还处于研发阶段，已商业化的只有COREX。

基于这一分析，本项目采用直接还原法。

直接还原法有气基（以CO＋H2为还原剂）和煤基（以非焦煤为还原剂）两种。

气基直接还原法因具有容积利用率高、热效率高、生产率高等优点而成为非焦煤冶金工艺的主流技术。

在所有直接还原铁（Direct Reduced Iron，简称DRI;因还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵，固又称海绵铁）产量中，气基直接还原占到90％以上。

在所有气基DRI工艺中，以天然气为能源的竖炉法生产的直接还原铁占世界总产量的80%以上。

但由于受到天然气资源的限制，我国至今没有一个竖炉法直接还原铁生产工厂，导致每年大量进口昂贵的直接还原铁。

以2005年为例，海绵铁进口的最高价格达到324美元/吨。

本项目通过充分利用钢铁厂自产焦炉煤气和转炉煤气制备还原气，取代天然气用于直接还原炼铁，既弥补了我国天然气资源的不足、又填补了我国气基竖炉直接还原冶金的空白。

属于国家节能环保产业科技成果转化专项重点支持领域，本项目的重心放在废弃资源综合利用与产业化方面，完全符合国家科技产业政策和宏观经济发展要求。

2.1.2 非高炉炼铁技术发展动因1、摆脱焦煤资源短缺对钢铁工业发展的羁绊,改变钢铁生产能源结构。

本项目所在地**市是一座矿产资源极其丰富、以钢铁为主导产业的城市，每年有近40万吨炼钢除尘污泥、炼钢瓦斯泥、瓦斯灰等含铁废料产生；同时周边地区发达的铁矿采选工业，可提供大量的铁精矿粉，因此项目所需原料十分充足。

2、改善传统钢铁生产流程，实现节能、减少CO2、硫化物的排放，适应日益提高的环境保护要求；“十二五”行业规划中要求以节能降耗、污染治理、综合利用为重点，也是本项目产生的重要原因。

3、解决废钢短缺，应对废钢质量不断恶化，发展电炉钢生产，实现钢铁“紧凑化”流程，改善钢铁产品结构，提高钢材质量和品质；4、实现资源的综合利用，促进、实现钢铁工业的可持续发展。

非高炉炼铁（非焦炼铁）是世界钢铁工业技术发展的前沿技术之一，是钢铁工业实现节能、减排、“低碳”生产和可持续发展的重要方向和手段，“十二五”行业规划中要求以节能降耗、污染治理、综合利用为重点，也是本项目产生的重要原因。

5、我国煤基直接还原技术的现状是回转窑法、转底炉法、隧道窑法和竖炉法等并存，各种方法均既有优势也有劣势，谁成为未来的主导工艺至今尚无定论，但无疑高效节能指标将成为最终决定性的因素。

所以高效节能策略不仅影响着公司当前的生存问题，更对公司未来的发展有着深远的意义。

直接还原铁技术是成熟的，推进直接还原铁生产的发展是我国钢铁工业发展的迫切需要。

我国具备发展直接还原铁的资源、技术条件，煤制气—竖炉是我国DRI生产的主导方法，加强行业管理，建设示范性生产线是直接还原铁产业发展的当务之急。

2.2 本项目技术在国内外的研究现状世界直接还原工艺根据使用还原剂的不同，可分为两大类：使用气体还原剂的气基直接还原法和使用固体还原剂的煤基直接还原法。

2.2.1气基直接还原法发展状况也称气体还原剂法，是将矿石装入竖炉、流态床炉或罐式容器中，用还原气体（经过裂化的天然气，主要成分为H2或CO）使氧化铁中的氧以H2O和CO2形式除去，而还原成金属铁。

该法由于采用较纯的还原气体，因此产品较纯，可以获得高质量还原铁。

主要分布在中东、南美等天然气资源丰富的地区，这些地区以电炉短流程为主的钢铁工业也得到迅猛发展。

代表工艺为Midrex竖炉法、HYL反应罐法和流态化法。

(1)产量持续增加，气基竖炉法占主导地位，图2.1、图2.2和表2.1是近年还原铁产量变化情况。

图2.1到2008年世界还原铁产能趋势图图2.2气基竖炉在世界还原铁生产中比例表2.1 近年世界各国直接还原铁产量统计(2)煤制气-竖炉直接还原工艺为DRI生产发展开辟了新途径由Midrex公司提出并在南非实现了工业化生产的COREX熔融还原尾气作为Midrex竖炉还原气的工艺，以及直接使用焦炉煤气、合成气、煤制气为还原气的HYL-ZR工艺，为天然气资源缺乏的地区以天然气以外的能源发展气基直接还原工艺开辟了新途径。

还原气源：天然气重整气煤气化焦炉煤气其它铁矿石气体燃料还原反应渗碳反应天然气或焦炉煤气可选择的直接还原产品电弧炉图2.3煤制气-竖炉工艺原理图（3）气基竖炉实现了热出料、DRI热输送和热DRI直接入电炉炼钢技术工业化例如：HYL开发的热气体输送（HYL-ITEMP）；印度ASSAR钢铁公司密封保温罐输送；Midrex采用的德国AUMUND的热输送。

600～700℃的DRI热送至冶炼车间，热装入电炉炼钢可以节约电能60～80kwh/t 钢，同时，简化了竖炉的出料系统，及DRI出炉后的处理系统，减少DRI在冷却、运输中的再氧化，为降低钢产品总能耗创造条件。

2.2.2煤基直接还原法发展状况主要分布在南非、印度、东亚、南亚、新西兰等地，天然气资源有限，但有优质的铁矿资源和丰富的煤炭资源。

代表工艺有SL-RN法和Krupp法。

我国从能源储量和合理利用考虑，还不能为冶金工业生产提供足够的天然气，即使有气可用，成本也太高，生产一吨直接还原铁（海绵铁），若用天然气要400～500m3，天然气部分的成本就占600～750元；若用煤气，要1600m3，煤气成本1600元。

因此气基直接还原法无法考虑。

目前在国内使用的工艺有隧道窑工艺、回转窑工艺和倒焰窑工艺三种，均为煤基还原法。

1、回转窑法回转窑法是煤基直接还原中最主要方法。

回转窑法对原燃料要求苛刻，能耗高，运行费用高，生产稳定难度大，规模难以扩大（最大15万吨/年·座），投资大等原因，多年来没有得到显著的发展，仅在印度、南非、我国等少数国家应用。

2、隧道窑法在我国发展较快隧道窑法采用铁矿粉、还原煤分层装罐，还原罐在窑内加热进行还原。

技术含量相对较低，适合于小规模生产，投资小，符合民企投资需要，近期我国已建成或正在建设的隧道有100多座，设计年产能约400万吨，但由于原料、产品质量、成本等原因实际正常运行的不多，产量不足50万吨。

隧道窑法热效率低，能耗高（实物煤耗＞800 kg/t· DRI）；生产周期长（48～76小时）；污染严重；产品质量不稳定；单机产能难以扩大，不可能成为直接还原铁发展的方向。

3、转底炉法是煤基直接还原技术开发热点转底炉煤基直接还原技术（Fastmet、Inmetco、Itmk3）因采用含铁原料与还原剂混合造球/压块，还原条件好；能源来源广泛；对原料的适应性强，在钢铁厂粉尘综合利用，以及复合矿利用有明显的优势，受到人们重视。

该工艺存在产品含铁品位低,含S高（TFe＜85％，硫0.10%～0.20％），难以直接用于炼钢生产，不是生产炼钢DRI的方法，产品用于高炉炼铁的经济合理性还有待生产的验证；设备运转部件多，运行维护难度大；生产的稳定性还有待生产的证实等原因，不是DRI发展的主导方向。