HISMELT熔融还原炼铁工艺节能减排分析

514.80
首钢
47.18
①
161.01
419.01
543.93
攀钢
50.13
103.57
①
514.62
625.85
新余
39.45
96.58
412.58
508.89
全国重点钢铁企业
55.04
123.41
430.59
553.66
工艺 HISMELT
434
①2005 年数据，来自钢铁协会统计数据；其他为 2006 年统计数据，来自中国冶金报社 2006 年我国高炉炼铁技术评述。
表 3 HISMELT 工艺和我国主要钢铁企业铁前工序能耗对比
企业
烧结工序
标煤 烧结矿 kg
/t
焦化工序
标煤 焦炭 kg
/t
炼铁工序
标煤 铁 kg
/t
折算能耗
标煤 铁 kg
/t
宝钢
56.5
91.17
385.21
500.36
鞍钢
45.14
109.50
①
447
554.02
武钢
50.41
99.33
404.51
2007 中国钢铁年会论文集
表 2 熔融还原炼铁和传统高炉工艺能源消耗对比
铁 GJ/t 煤
FASTMELT HISMELT（早期卧式） HISMELT（最近竖式）
12.25
19.47
16.02
焦炭
天然气
2.68
2.2
电能①
6.11
3.38
2.02
燃气、蒸汽
4.10
小计
21.03
25.05
22.14
2.17 6.65
23.67 <5.1> 18.56
高炉
8.67 6.45
5.44 2.8 23.36 <5.35> 18.01
从表 2 可见，在 HISMELT 工艺刚研制出来的时候，其能源消耗要比传统高炉和其他熔融还原工艺高， 这主要是由于在 HISMELT 工艺初期采用的是卧式炉，没有二次燃烧，还原率和传热效率低，用煤量比较大， 没有回收余热，回收的煤气热值也比较低。经过改进的 HISMELT 工艺采用竖炉工艺，有充分的二次燃烧， 回收烟气显热用于矿粉预热和预还原，回收煤气用于联合发电，因此能耗显著下降。
注：全国平均球团新水消耗量按照 0.4m3，折算比例同能耗。 ①来自 2005 年冶金环保统计；②来自中国冶金报社 2006 年我国高炉炼铁技术评述。
全国重点钢铁企业
8.6
从表 4 可见，HISMELT 熔融还原工艺消耗新水小于国内钢铁企业吨钢耗水，与国内重点钢铁企业 2006 年铁前工序吨铁消耗水指标相比，吨铁消耗水小于 1.25m3，但比全国先进企业铁前工序消耗水指标略高。
从表 3 可见，HISMELT 熔融还原工艺在能耗上低于传统高炉工艺（包括铁前工序），甚至低于单独的炼 铁工序。 3.3 铁元素利用效率对比
熔融还原工艺铁元素利用率一般在 87%~92%之间，传统高炉系统铁料利用率一般在 93%~95%之间，可 见，熔融还原系统的铁元素利用率要低于传统高炉系统，这主要是熔融还原产生的铁渣中铁分离不彻底，但 考虑到铁前系统的球团和烧结铁元素损失，两者相差不大。
HISMELT 熔融还原炼铁工艺节能减排分析
3.4 水资源利用效率对比 熔融还原炼铁工艺和传统高炉工艺水耗数据对比见表 。4
表 4 熔融还原炼铁工艺和传统高炉系统用水情况对比
宝钢 鞍钢 武钢 首钢 攀钢 新余
2005 年吨钢耗水①
7.11
8.14
20.64
4.98
15.86 13.22
HISMELT 工艺吨铁耗水
煤
5～40mm 煤粉 煤块 8～22mm −2mm
块或粉 −2mm
还原剂
焦炭 CO
CO
CO、炭 CO、炭
炭 CO、炭
燃 料 焦粉炭、、热煤风 煤、氧(+空气) 煤、氧(空气) 煤、氧气 煤、空气 煤、氧(+空气) 煤、氧气
铁矿球石团、
煤粉 炭 煤、氧(空气)
3 资源与能源利用效率
3.1 能源消耗对比 熔融还原炼铁工艺和传统高炉工艺能源消耗数据对比见表 。2
直和寿高接矿命使粉短用，，粉耐煤煤材耗直煤风铁铁，厂接，矿用废使可，料用处可12粉理处00矿高理℃粉磷钢热炉用铁污子于泥大熔型炼化处，理可含
煤侵直废钢钢厂耗蚀接钢水粉高快还生，尘、，原产可炉可铁低处衬用和碳理主铁废要料处理含
原料要求
铁矿
烧球结团矿+ m1块m0～、矿1球65~m团3m0矿 −8mm 矿粉 −8mm 矿粉 −6mm 矿粉 所有含或铁粉材料块 −2mm 矿粉
预流熔融热化炉还床原、两铁段浴原循风制氧料环炉机破流、碎化熔、床融系、炉统热、
预铁制脱硫还浴氧、原熔机碳竖化、设炉炉连备、、续R化H铁F炉炉+电
设备能力/万 ·t a−1
60
60
15
80
15
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
15
14
预还原
竖炉 流化床 鼓泡流化床 循环流化床
旋流器
预还原温度/℃
800
850
850
750
预还原率
>90
～20 30
约 22
0
<30
终还原 高炉 熔融气化炉 熔融气化炉 熔融还原炉 熔融还原炉 熔融还原炉 熔融还原炉 熔融还原炉 炉 RHF
传热效率/%
>80
85
80
二次燃烧
氧气 氧气 氧气 热空气鼓风 氧气和冷空气 氧气
二次燃烧率/%
0
～40 60
～60 90
40
主要特点
不矿燃率生煤非常能粉烧高产气大用，，，铁，煤无预可和耗粉二还同输氧、次原时出量
Abstract Hismelt smelting reduction iron-making technology is the third era and has been carried out in Australia. The
article analyzes the differences of production equipment, technics, resources using, contamination letting, the quality and the waste recycling between Hismelt technology and the traditional blast furnace technology. The results shown that Energy consumption and production cost can be reduced, and steel quality and environment can be improved by Hismelt technology, and accords with standard of economizing on energy in “eleventh five-years planning”. It is the trend of iron-making technology.
熔融还原铁技术采用矿粉和煤粉直接生产铁水，没有烧结、球团和焦化工序，不同于传统高炉工艺，在 节能减排方面有良好的效果，下面对澳大利亚的 HISMELT 工艺与其他熔融还原工艺及传统高炉工艺在生产 工艺与技术装备、资源与能源利用效率、污染物排放、产品指标、废物利用效率等方面进行分析对比。
HISMELT 熔融还原炼铁工艺节能减排分析
根据目前研究，多数熔融还原工艺还处于开发和试验阶段，只有 COREX 和 HISMELT 工艺有实际应用。 COREX 工艺采用块矿、球团矿和煤块做原料生铁还原铁水，目前在浦项、南非、印度等已经投产，截至 2002 年末累计生产铁水 440 万 t，但不能直接使用矿粉和煤粉进行生产，未能彻底取代铁前工艺。HISMELT 工艺 是直接使用粉矿或其他含铁粉料和非焦煤粉生产铁水的一项新技术，20 世纪 80 年代初由澳大利亚 CRA 公 司研制成功，1989 年在澳大利亚昆纳纳兴建了一座卧式反应炉，后来又研制成功了竖式反应炉，目前澳大 利亚的昆纳纳已经建成一个年产 80 万ｔ铁水的工业厂。
2.15
COREX 工艺吨铁耗水
1.5～2
全国重点钢铁企业 2006 年铁前系统吨铁耗水② 烧结 0.6×1.2+球团 0.4×0.5+焦化 1.6×0.3+炼铁 1.9×1.0 = 3.4
全国先进钢铁企业 2006 年铁前系统吨铁耗水② 烧结 0.3×1.2+球团 0.4×0.5+焦化 0.32×0.3+炼铁 0.5×1.0 = 1.16
3.5 煤气回收利用效率对比
熔融还原炼铁工艺和传统高炉工艺回收煤气利用数据对比见表 。5
3.2 工序能耗对比
由于 HISMELT 工艺无烧结、球团、焦化工序，直接生产铁水，与传统高炉能耗指标无法进行直接对比， 应当将烧结、球团、焦化工序的能耗折算叠加到高炉工序能耗中进行对比。按照每生产 1t 铁水投加 1.2t 烧 结矿和 0.5t 球团矿（球团矿占 30%）、0.3t 焦炭计算，HISMELT 工艺和我国主要钢铁企业铁前工序能耗对比 见表 3（球团工序能耗统一按照 40kg 标煤/t 球团矿来计算）。
2007 中国钢铁年会论文集
HISMELT 熔融还原炼铁工艺节能减排分析 魏有权 戴京宪 （中国京冶工程技术有限公司环保分公司，北京 ） 100088
摘 要 HISMELT 熔融还原炼铁是第三代还原炼铁技术，目前在澳大利亚已经得到实际应用， 本文从生产装备与 操作工艺、资源与能源利用、污染物排放、产品质量、废物回收利用方面分析了 HISMELT 工艺与其他熔融炼铁及 传统高炉炼铁工艺区别，结果证明，HISMELT 技术是资源能源消耗少、污染物排放少、生产操作可行的新型炼铁 技术，符合我国“十一五”期间钢铁工业节能减排的目标和要求，是炼铁技术发展的趋势。 关键词 熔融还原 节能减排 炼铁
（2）熔融还原炼铁工艺可直接使用高杂质含量矿粉以及其他含铁工业废料，原料使用范围广，适应性 强，使大量原来炼铁工艺不能使用的高杂质矿等废弃资源得以有效利用。
（3）熔融还原炼铁工艺缩短了钢铁生产流程，可节省建设钢铁厂的投资，具有较好的经济效益。 从表 1 中可见，HISMELT 熔融还原炼铁工艺可以直接使用矿粉、煤粉以及含铁废料生产铁水，而且已 经有实际工程运行，工艺和装备与其他熔融还原炼铁工艺相比较更成熟可行。
2 生产工艺装备与技术指标
从熔（表融1）还1传原可统炼见的铁，高工熔炉艺融炼和还铁传原工统炼艺高铁采炉技用生术烧产与结设传矿备统、工高球艺炉团及比矿原有和料如焦要下炭求技，对术对比优原见势料表：使1用。要求比较严格，要求使用含铁高、 杂质低的铁矿粉和稀缺的炼焦煤，尤其是我国炼焦煤资源比较少，焦炭成为发展钢铁工业的制约条件。而熔 融还原炼铁工艺可以直接使用不同挥发分的煤作为能源炼铁，打破了焦炭对钢铁工业的制约，扩展了钢铁工 业的能源范围。
表 1 熔融还原炼铁工艺和传统高炉工艺对比
项目
传统高炉 COREX FINEX
DIOS
HISMELT ROMELT CCF
AISI FASTMELT
生产设备及工艺
现 状 工业化 工业化 实验中 实验中 工业化 实验中 实验中 实验中 实验中
主要设备 筛备热制、氧风分高机炉炉、设、还融氧机原气竖化炉炉、、熔制
， ， Key words smelting reduction reducing energy consumption iron-making
1 引言
熔融还原法是指一切不用高炉法生产液态铁水的方法，以非焦煤作为主要能源，使用块矿、球团矿或者 直接使用铁矿粉等原料，在高温熔融状态下用碳把铁氧化物还原成金属铁的冶炼方法，工艺简单、资源和能 源利用效率高、对环境污染小。该项技术的发展已经历了三代。第一代技术以竖炉为基础，如 COREX 法、 FINEX 法等。第二代技术是深炉渣法，如日本的 DIOS、美国的 AISI、俄罗斯的 ROMELT、荷兰的 CCF 等。 第三代技术是金属熔池熔融法，如澳大利亚的 HISMELT 法。
Hismelt Smelting Reduction Technology for Reducing Energy Consumption
（ ） Wei Youquan Dai Jingxian Environment Dept, China Jingye Engineering Corporation Limited, Beijing,100088
尾气能量回收 <4.56>
<3.38>
<9.44>
总能量
16.48
21.67
12.7
注：表中数据取自 James M.Mc clell and,Jr.P2004 年的研究报告。 ①包括空气、氧气、水等耗电在内。
COREX 30.77
0.5 0.83
32.10 <13.2> 18.9
REDMELT 14.85