非高炉炼铁工艺发展现状_王振智

2011.01
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摘要：
文章阐述了非高炉炼铁技术的发展现状及分类，并对主要工艺流程法作了较为详细的介绍，并对各种工艺流程的特点进行了分析，展望了非高炉炼铁技术在新世纪的发展前 景。

关键词：
非高炉炼铁；直接还原；熔融还原；二步法熔融还原；转底炉法中图分类号：
TF557 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）03-0057-02非高炉炼铁工艺发展现状
王振智
（中冶天工上海十三冶建设有限公司设备安装分公司，上海 201900）
高炉炼铁发展至今，因其必须使用储量有限的焦炭为主要燃料，需要以一定粒径的块状铁矿石入炉冶炼等原因，面临着能源、环境、投资等方面的困扰。

近几十年来世界各国的冶金工作者们一直致力于研究和改进各种非高炉炼铁技术。

一、非高炉炼铁生产工艺技术
直接还原和熔融还原是两种最主要的非高炉炼铁思路，他们较高炉炼铁具有更多的优势，因而具有较大的发展空间。

直接还原分为气基和煤基直接还原，其中气基直接还原主要是气基竖炉法、气基流化床法，是利用天然气经裂化产出的H 2和CO作为还原剂，在竖炉中将铁矿石在固态温度下还原而成海绵铁，目前主要方法有Midrex和HYL法两种。

煤基直接还原是用煤作还原剂在回转窑或循环流化床中将铁矿石在固态温度下还原成海绵铁，其中回转窑工艺是最成熟、应用最广的方法，具有代表性的是SL/RN法。

熔融还原法是以煤炭为主要能源，使用天然富矿、人造富矿（烧结矿或球团矿）取代高炉生产液态生铁的方法。

二、直接还原工艺
（一）气基直接还原工艺
Midrex技术和HYL-III技术占直接还原铁产量的85％以上，是直接还原铁的两大主流技术。

两者均采用逆流移动床作为反应器，还原气为天然气，天然气经转化炉变成H 2+CO的混合气，进入还原竖炉与氧化球团矿反应，最终金属化率>90%。

HYL-III技术的特点是其还原温度比Midrex技术高约50℃～100℃（Midrex技术还原温度为800℃～900℃），另外，HYL-III反应器内压力>0.55MPa，其高温、高压、高氢气浓度的条件保证其高的还原速率。

Midrex技术和HYL-III技术具有污染较小，能耗低的特点，但都只解决了不使用焦炭这一个问题，仍必须使用球团矿，另外我国天然气资源严重缺乏，这两
种工艺难以适应我国国情。

图1 Midrex 竖炉结构示意图
F i o r 法和C i r c o f e r 法均采用流化床技术。

Circofer法工艺原理：粉矿经过两段预热后进入反应器，在高于900℃的温度下被还原。

反应器由流化床反应炉、再循环旋风收尘器和气化器组成。

还原反应器中的流态化介质为还原性气体。

在气化器中，煤与氧发生氧化，气体和再循环物料将反应热带入还原反应器内，氧化铁被还原为金属铁。

目前流化床技术存在的问题是粉矿粘结及其对设备带来的损害。

（二）煤基直接还原工艺
煤基直接还原工艺主要包括回转窑法（如SL-RN 法）和转底炉法（如COMET法）。

SL－RN法工艺原理：铁矿石或球团矿与煤粉同时由窑尾加入窑内，借助于炉体的倾斜和转动，使炉料向窑头方向运动，经过预热带、还原带而得到产品。

COMET法是一种转底炉法，1997年由比利时的CRM 公司开发的一种用粉矿和煤生产优质海绵铁的工艺，工艺原理：采用转底炉，将煤层和铁矿粉交替铺在炉床上，通过煤气烧嘴加热。

这样的混合物可使温度很快上升到1300℃以上。

此工艺可以使用粉矿，但煤层和铁矿粉的交替铺层必然导致其生产率低的弱点。

煤基直接还原有着自己的特点，我国煤资源丰富，此工
交流园地
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xchange Field
DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2011.03.015
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艺在我国有着一定的发展前景。

图2 COMET 流程示意图
由于气基直接还原采用天然气作为还原气原料，受地域限制较大，在我国就不宜发展。

虽然煤基直接还原的还原剂为煤，但一般采用煤基球团作为还原物料入炉，因此需外加造球厂及配套设备，因此能耗也较高。

三、熔融还原工艺
熔融还原是炼铁技术的重要发展方向，其目的就是取代高炉，因其煤代焦和直接用粉矿冶炼，因而既无炼焦又无烧结或球团厂，使炼铁流程简化。

根据含铁原料预还原的程度不同，熔融还原炼铁工艺可分为一步法和二步法两类。

（一）一步法熔融还原
一步法是将含铁原料先熔化后还原，早期开发的熔融还原工艺基本上是一步法工艺，如Romelt法，由于一步法有两个缺点：一是熔融态的氧化铁的腐蚀性强，严重损坏炉衬，缩短其使用寿命，生产不经济；二是熔融氧化铁碳热还原产生的大量高CO含量、1500℃以上高温煤气的能量无法有效回用于炼铁，吨铁煤耗达3000kg，煤气净化输出利用的热效率不高。

图3 Romelt 法装置内部结构图
（二）二步法熔融还原
为了有效利用熔融氧化铁碳热还原产生大量焦炉煤气及反应热，在此基础上开发了二步法熔融还原工艺。

即先在竖炉（块矿）或流化床（粉矿）内将矿石进行预还原，然后再加入终还原炉。

同时向终还原炉内加入煤和氧气，煤燃烧产生热和H 2、CO等还原性气体，将经过预还原流程的矿熔化和进一步还原生成铁水和炉渣，H 2和CO则供还原炉作还原剂。

目前最成熟的运用二步法熔融还原的工艺是Corex流程。

二步法熔融还原工艺采用预还原和终还原的形式，预还原有效地利用终还原产生的高附加值炉气，将物
料进行一定程度的还原后入炉，同时可以减小终还原炉生产成品铁的压力。

因此二步法熔融已经成为熔融还原工艺的主要发展方向。

图4 Corex 流程示意图
综上所述，对于预还原竖炉工艺，实践证明，气基竖炉法具有生产技术成熟、设备可靠、单位投资少、生产率高，产品成本低等优点，具有很强的竞争力。

但是，目前气基竖炉法均需采用重整天然气作还原剂，因此其发展受到气源和地区的限制。

同时竖炉法采用的是球团入炉，因此烧结的过程不能避免。

而流化床技术在直接利用粉矿的同时，其热效率利用较高，与煤粉燃烧锅炉相近，煤种适应性广；硫化物及氮化物的排放量较小，比较环保；此外设备投资相对较低。

但是生产率低，还原性气体的利用低。

四、结语
当前我国焦煤来源已明显地显现紧张的局面，另外钢铁工业对环境已造成严重污染也主要源于高炉炼铁系统。

为使我国钢铁工业实现可持续的发展，必须积极面对炼铁新技术。

非高炉炼铁技术自从问世以来发展迅猛，虽然在较短的一段时期内还不能与传统的高炉炼铁工艺相抗衡，但随着其工艺的逐步完善和发展，必将对钢铁工业的发展产生深远影响。

2l世纪必将是铁直接还原技术快速发展的世纪。

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王振智（1966-），男，山西孝义人，中冶天工上海十三冶建设有限公司设备安装分公司高级工程师，研究方向：非高炉炼铁技术。

（责任编辑：耿春芳）。