我国非高炉炼铁发展前景与建议
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我国非高炉炼铁 发展前景与建议
许力贤 赵庆杰 孟繁明 储满生 王治卿 董文献
（东北大学 材料与冶金学院 钢铁研究所 ）
我国非高炉炼铁发 展前景与建议
❖ 世界非高炉炼铁的现状 ❖ 我国非高炉炼铁的现状 ❖ 我国非高炉炼铁发展的前景 ❖ 近年来我们的工作 ❖ 我国发展非高炉炼铁技术的设想
世界非高炉炼铁的现状
➢ 生产直接还原用氧化球团
国内无可以直接使用的块矿 国内球团品位很低 需要生产供直接还原铁使用的氧化球团。
我国非高炉炼铁发展前景
❖ 熔融还原
➢ 发展前景
局部焦炭昂贵和短缺：鞍本地区 环境保护要求：上海地区 短期内发展规模有限
➢ 工艺
Corex法：唯一工业化的工艺 ▪ 发展要点： ✓ 煤耗高 ✓ 氧耗高 ✓ 对矿石和煤性能有要求 ✓ 大量煤气过剩 ✓ 开发时间短，工艺不够成熟。
我国非高炉炼铁发展前景
FINEX工艺 ：
▪ Corex的改进，流化床预还原，可以直接使用粉矿， 尚未工业化。
HISMELT工艺：
▪ 带有预还原的类似转炉的工艺，工艺难度大，实现 工业化尚需时日。
AUSMELT工艺：
▪ 一步法工艺。工艺难度大，实现工业化尚需时日。
近年来我们的工作
❖ 回转窑直接还原方面的工作
配合天津直接还原厂的工作 ▪ 矿石选择、工艺参数等
❖ 快速床粉尘（含碳球团）综合利用
合适的含碳量、温度、时间、气氛、粒径等工艺参数 渣铁分离的条件 产品质量考察。
❖ 竖炉型熔融还原炉熔融和造气的试验研究 ❖ 围绕Corex工艺进行的工作
预还原竖炉还原试验 熔融还原炉熔融和造气试验 Corex尾气流化床生产碳化铁的研究 快速循环流化床还原铁矿石的研究
Midrex法 64.10%
其它气基法 0.1%
煤基法 12.10%
世界非高炉炼铁的现状
❖ 重要的直接还原工艺
➢ Midrex：天然气，竖炉 ➢ HYLIII/HYLI：天然气、煤气，竖炉 ➢ SL/RN：煤，回转窑 ➢ Finmet：天然气，流化床 ➢ FASTMET/FASTMELT：煤，含碳球团、熔分 ➢ ITmk3：煤，含碳球团，渣铁分离
▪ 目前状态： ✓ 日本已经完成工业试验，正在美国建设生产厂。
▪ 类似工艺： ✓ 日本FEE（前川崎钢铁）开发的工艺。
我国非高炉炼铁发展前景
利用其它还原气体的直接还原工艺 ▪ 利用熔融还原富裕煤气的竖炉：南非 ▪ 碳化铁工艺：利用粉矿。
➢ 可用于综合利用的直接还原工艺
FASTMET /FASTMELT 法 ▪ 处理含铁、Zn、Pb的粉尘 ▪ 产品为高炉用金属化炉料 ▪ 副产品为高锌粉尘，可以回收。
❖ 世界直接还原铁产量
➢ 2005年：4490万吨（国际钢协统计） 5800万吨（俄罗斯钢铁矿业集团）
➢ 1994-2004年产量从2737万吨增长到5460万吨。 ➢ 直接还原铁产量占世界粗钢产量的5.5％
1995~2005全球直接还原铁产量
直接还原铁产量,万吨
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005*
我国发展非高炉炼铁 技术的设想
➢适合我国国情的直接还原工艺的工业化
完善回转窑直接还原工艺 各种煤气的竖炉直接还原工艺的工业化 含碳球团渣铁分离直接还原工艺的工业化 低质量煤气流化床生产碳化铁工艺的工业化 国内直接还原级氧化球团的制造
世界非高炉炼铁的现状
❖ 熔融还原工艺及产量
➢ Corex工艺：竖炉预还原，已工业化。
年产400万吨，占世界钢产量不足0.5%。
➢ FINEX工艺 ：
Corex工艺的改进工艺，采用流化床预还原，直接使用 粉矿，尚未工业化。
➢ HISMELT：
具有预还原的类似转炉的熔融还原装置。
➢ Ausmelt：
焦炉煤气竖炉还原工艺（冀东、山西）
▪ 焦炉煤气处理：脱硫（荒煤气含硫4～7g/Nm3）。 ▪ 炉顶煤气重整的还原竖炉 ▪ 要点：煤气处理费用、质量；焦炉煤气耗量和成本。
我国非高炉炼铁发展前景
渣铁高温分离的旋转炉膛炉工艺
▪ 要点： ✓ 快速升温； ✓ 1400～1450℃，渣铁分离； ✓ 脱硫，目标[S]<0.03%； ✓ 防止再氧化。 ✓ 产品是粒状铁。
6000
5800 5460
4945
5000 4000
3696
4378
4508
3619
3859
4032
3330 3067
3000 2737
2000
1000
0
世界非高炉炼铁的现状
2004年各工艺产量百分比(总产量5460万吨_)
HYLIII法 18.90%
HYLI法 1.90% Finmet法
2.90%
➢ 发展前景和问题
缺乏天然气，只能以煤为主。 部分地区有焦炉煤气或煤层气可以利用。 国内缺乏直接还原级铁矿石。
我国非高炉炼铁发展前景
➢有发展前途的直接还原工艺
煤基回转窑工艺：
▪ 逐步完善 ▪ 提高产量
煤制气竖炉工艺（鞍山某厂）
▪ 水蒸气+氧气+煤生产煤气 ▪ 炉顶煤气重整的还原竖炉 ▪ 要点：煤制气价格和质量
一步法，直接使用矿石、氧气和煤。
世界非高炉炼铁的现状
❖ 发展非高炉炼铁的原因
➢ 焦煤短缺 ➢ 优质废钢短缺问题 ➢ 环境问题：
焦炉：有毒烟气、废水、粉尘污染环境。 烧结机：烟气的SO2、NOX等污染环境。 综合利用：回收废弃物、粉尘。
我国非高炉炼铁的现状
❖ 我国非高炉炼铁的特点
煤基为主：回转窑、隧道窑。 规模小：大于5万吨的厂只有4个。 产量低：总设备能力80万吨/年。
❖ 我国直接还原铁产量和进口量
年份
2002
直接还原铁产量，万吨 35
进口DRT/Hห้องสมุดไป่ตู้ ，万吨
2003 2004 2005 42 50 55 168 138 120
我国非高炉炼铁的现状
❖ 我国目前正在应用的工艺
➢ 回转窑：单机能力小，操作要求高
天津钢管公司还原铁厂的DRC法（二步法） 北京密云冶金矿山公司还原铁厂（一步法）
➢ 隧道窑罐式法：
能耗高 单机产量低 污染严重
➢ 含碳球团快速还原法（转底炉、连续炉）
产品硫高 灰份高 不能用于电炉炼钢。
我国非高炉炼铁发展前景
❖ 直接还原法
➢ 市场预测：发展空间很大
我国是钢铁大国，年钢产量达到3.49亿吨，需要废钢。 我国是发展中国家，缺乏废钢。 冶炼优质钢需要直接还原铁。 电炉厂缺乏废钢。
许力贤 赵庆杰 孟繁明 储满生 王治卿 董文献
（东北大学 材料与冶金学院 钢铁研究所 ）
我国非高炉炼铁发 展前景与建议
❖ 世界非高炉炼铁的现状 ❖ 我国非高炉炼铁的现状 ❖ 我国非高炉炼铁发展的前景 ❖ 近年来我们的工作 ❖ 我国发展非高炉炼铁技术的设想
世界非高炉炼铁的现状
➢ 生产直接还原用氧化球团
国内无可以直接使用的块矿 国内球团品位很低 需要生产供直接还原铁使用的氧化球团。
我国非高炉炼铁发展前景
❖ 熔融还原
➢ 发展前景
局部焦炭昂贵和短缺：鞍本地区 环境保护要求：上海地区 短期内发展规模有限
➢ 工艺
Corex法：唯一工业化的工艺 ▪ 发展要点： ✓ 煤耗高 ✓ 氧耗高 ✓ 对矿石和煤性能有要求 ✓ 大量煤气过剩 ✓ 开发时间短，工艺不够成熟。
我国非高炉炼铁发展前景
FINEX工艺 ：
▪ Corex的改进，流化床预还原，可以直接使用粉矿， 尚未工业化。
HISMELT工艺：
▪ 带有预还原的类似转炉的工艺，工艺难度大，实现 工业化尚需时日。
AUSMELT工艺：
▪ 一步法工艺。工艺难度大，实现工业化尚需时日。
近年来我们的工作
❖ 回转窑直接还原方面的工作
配合天津直接还原厂的工作 ▪ 矿石选择、工艺参数等
❖ 快速床粉尘（含碳球团）综合利用
合适的含碳量、温度、时间、气氛、粒径等工艺参数 渣铁分离的条件 产品质量考察。
❖ 竖炉型熔融还原炉熔融和造气的试验研究 ❖ 围绕Corex工艺进行的工作
预还原竖炉还原试验 熔融还原炉熔融和造气试验 Corex尾气流化床生产碳化铁的研究 快速循环流化床还原铁矿石的研究
Midrex法 64.10%
其它气基法 0.1%
煤基法 12.10%
世界非高炉炼铁的现状
❖ 重要的直接还原工艺
➢ Midrex：天然气，竖炉 ➢ HYLIII/HYLI：天然气、煤气，竖炉 ➢ SL/RN：煤，回转窑 ➢ Finmet：天然气，流化床 ➢ FASTMET/FASTMELT：煤，含碳球团、熔分 ➢ ITmk3：煤，含碳球团，渣铁分离
▪ 目前状态： ✓ 日本已经完成工业试验，正在美国建设生产厂。
▪ 类似工艺： ✓ 日本FEE（前川崎钢铁）开发的工艺。
我国非高炉炼铁发展前景
利用其它还原气体的直接还原工艺 ▪ 利用熔融还原富裕煤气的竖炉：南非 ▪ 碳化铁工艺：利用粉矿。
➢ 可用于综合利用的直接还原工艺
FASTMET /FASTMELT 法 ▪ 处理含铁、Zn、Pb的粉尘 ▪ 产品为高炉用金属化炉料 ▪ 副产品为高锌粉尘，可以回收。
❖ 世界直接还原铁产量
➢ 2005年：4490万吨（国际钢协统计） 5800万吨（俄罗斯钢铁矿业集团）
➢ 1994-2004年产量从2737万吨增长到5460万吨。 ➢ 直接还原铁产量占世界粗钢产量的5.5％
1995~2005全球直接还原铁产量
直接还原铁产量,万吨
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005*
我国发展非高炉炼铁 技术的设想
➢适合我国国情的直接还原工艺的工业化
完善回转窑直接还原工艺 各种煤气的竖炉直接还原工艺的工业化 含碳球团渣铁分离直接还原工艺的工业化 低质量煤气流化床生产碳化铁工艺的工业化 国内直接还原级氧化球团的制造
世界非高炉炼铁的现状
❖ 熔融还原工艺及产量
➢ Corex工艺：竖炉预还原，已工业化。
年产400万吨，占世界钢产量不足0.5%。
➢ FINEX工艺 ：
Corex工艺的改进工艺，采用流化床预还原，直接使用 粉矿，尚未工业化。
➢ HISMELT：
具有预还原的类似转炉的熔融还原装置。
➢ Ausmelt：
焦炉煤气竖炉还原工艺（冀东、山西）
▪ 焦炉煤气处理：脱硫（荒煤气含硫4～7g/Nm3）。 ▪ 炉顶煤气重整的还原竖炉 ▪ 要点：煤气处理费用、质量；焦炉煤气耗量和成本。
我国非高炉炼铁发展前景
渣铁高温分离的旋转炉膛炉工艺
▪ 要点： ✓ 快速升温； ✓ 1400～1450℃，渣铁分离； ✓ 脱硫，目标[S]<0.03%； ✓ 防止再氧化。 ✓ 产品是粒状铁。
6000
5800 5460
4945
5000 4000
3696
4378
4508
3619
3859
4032
3330 3067
3000 2737
2000
1000
0
世界非高炉炼铁的现状
2004年各工艺产量百分比(总产量5460万吨_)
HYLIII法 18.90%
HYLI法 1.90% Finmet法
2.90%
➢ 发展前景和问题
缺乏天然气，只能以煤为主。 部分地区有焦炉煤气或煤层气可以利用。 国内缺乏直接还原级铁矿石。
我国非高炉炼铁发展前景
➢有发展前途的直接还原工艺
煤基回转窑工艺：
▪ 逐步完善 ▪ 提高产量
煤制气竖炉工艺（鞍山某厂）
▪ 水蒸气+氧气+煤生产煤气 ▪ 炉顶煤气重整的还原竖炉 ▪ 要点：煤制气价格和质量
一步法，直接使用矿石、氧气和煤。
世界非高炉炼铁的现状
❖ 发展非高炉炼铁的原因
➢ 焦煤短缺 ➢ 优质废钢短缺问题 ➢ 环境问题：
焦炉：有毒烟气、废水、粉尘污染环境。 烧结机：烟气的SO2、NOX等污染环境。 综合利用：回收废弃物、粉尘。
我国非高炉炼铁的现状
❖ 我国非高炉炼铁的特点
煤基为主：回转窑、隧道窑。 规模小：大于5万吨的厂只有4个。 产量低：总设备能力80万吨/年。
❖ 我国直接还原铁产量和进口量
年份
2002
直接还原铁产量，万吨 35
进口DRT/Hห้องสมุดไป่ตู้ ，万吨
2003 2004 2005 42 50 55 168 138 120
我国非高炉炼铁的现状
❖ 我国目前正在应用的工艺
➢ 回转窑：单机能力小，操作要求高
天津钢管公司还原铁厂的DRC法（二步法） 北京密云冶金矿山公司还原铁厂（一步法）
➢ 隧道窑罐式法：
能耗高 单机产量低 污染严重
➢ 含碳球团快速还原法（转底炉、连续炉）
产品硫高 灰份高 不能用于电炉炼钢。
我国非高炉炼铁发展前景
❖ 直接还原法
➢ 市场预测：发展空间很大
我国是钢铁大国，年钢产量达到3.49亿吨，需要废钢。 我国是发展中国家，缺乏废钢。 冶炼优质钢需要直接还原铁。 电炉厂缺乏废钢。