熔融还原炼铁技术分析与发展建议

作者简介：赵中秋（1964-），男，北京人，大学本科，研究方向：钢铁炉料。
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第2期
图 1 COSRI 流程示意图 （2）宝钢 COREX-3000。2005 年宝钢引进奥钢联 COREX 技术并进一步扩容为 C-3000，将其设计产能从 80 万 t 扩大到 150 万 t/年，于 2007 年出铁，这是世界上 第一座大型的 COREX 炼铁炉，2011 年第二座 COREX3000 型 COREX 装置投产。 （3）20 万 t 纯氧非高炉炼铁工业试验装置。2007 年 中钢研集团等单位开展了年产 20 万 t 熔融还原工业试 验装置的开发和工业试验研究，命名为 POSRI，在理论 研 究 、工 艺 、设 备 设 计 上 有 了 重 大 突 破 ，热 试 阶 段 工 艺 流程顺畅，设备运转良好（见图 2），但由于试验炉高热 值煤气的输出问题而被迫停炉。
许多国家都在积极开发、研究熔融还原炼铁新工 艺。如奥钢联的 COREX、韩国 POSCO 和奥钢联联合开 发的 FINEX、澳大利亚的 HIsmelt 等。我国早在上世纪 60 年代就开始展开熔融还原炼铁工艺的研究。作为一 个钢铁大国，我国的钢铁总量、资源特点和环境压力使 熔融还原工艺有着非常广阔的应用前景。我国应该在 熔融还原工艺方面有长远的发展规划和相应的投入。
（1）工业化的 COREX 工艺。目前可以进行商业化 生产的只有 COREX，主体装置是预还原竖炉和熔融气 化炉。块矿和球团加入到竖炉中，还原率到 90%以上， 通过螺旋排料器再进入熔融气化炉进一步还原和熔 化，最终生产出合格铁水。
COREX 技术缺点，生产效率偏低，对煤种有严格的 限制，需要 10%~20%焦炭；只能使用高品位块矿或球团 矿，不能使用粉矿；铁水质量和炉龄与大型高炉比溶剂
预
煤气 850℃
还 原
干 式
炉
布
热
旋 风
氧气、煤
终 还 原 预热空气 炉 铁水
袋 空气预热器
塔 文
加压煤气
煤气加压机
图 2 POSRI 工艺流程图
（4）8 m3 一步法熔融还原试验装置。该装置由中钢
研集团设计，其氧气高炉炉缸和炉身各设一排风口，炉
缸风口喷吹氧气和煤粉，炉身风口喷吹预热的焦炉煤
第 39 卷 第 2 期 2019 年 4 月
冶 金冶 金与 与材材料料
Metallurgy and materials
Vol.3第9 3N9o卷.2 April 2019
熔融还原炼铁技术分析与发展建议
赵中秋
（北京首钢铁合金有限公司，北京 100023）
摘 要：开发熔融还原的目的就是向传统高炉流程提出挑战，降低碳排放和降低能源消耗，使炼铁生产变得更 加清洁环保。我国应该在熔融还原工艺方面有长远的发展规划和相应的投入，集中精力，深入研究，争取开发出 我国具有自主知识产权的新一代熔融还原炼铁流程。 关键词：炼铁；非高炉炼铁；熔融还原；COREX；FINEX；HIsmelt
熔融还原技术更趋于采用二步法：预还原装置主要 是竖炉、流化床、转底炉；终还原装置有半焦填充床、铁 浴炉、电炉。熔融还原技术 3 大类型：一是以较高预还 原度和半焦填充床为终还原炉相连接，低二次燃烧率 的 COREX、FINEX；二是低预还原度和竖式铁浴炉相连 接、高二次燃烧率的 HIsmelt；三是以铁碳球团通过转底 炉还原，连接电弧终还原炉的 Fastmelt、Itmk3 技术等。
（3）FINEX 技术。FINEX 工艺技术由韩国浦项公司 和奥钢联公司联合开发，第一座年产 150 万 t 的 FINEX 商业化于 2007 年在浦项钢铁公司开始运行。FINEX 是 一种直接用烧结用粉矿原料和非炼焦煤冶炼铁水的新 工艺。FINEX 工艺的关键技术是在流化床反应器内将 粉铁矿还原成粉状 DR（I 直接还原铁）以及使用熔融气 化炉将 DRI 熔融还原为铁水。FINEX 工艺主要特点有： 直接使用粒度<8 mm 的烧结用粉铁矿；使用煤；铁水质 量可以与高炉及 COREX 产出的铁水质量媲美。省去了 焦化、烧结和球团工艺，减少了污染排放和资源及能源 的消耗。
1 国际熔融还原技术发展
熔融还原工艺分为一步法和二步法：一步法工艺： Romelt，HIsmelt 和 HIsarna 工艺。这些工艺几乎都没有 预还原过程，不能实现理想的逆向流动，而且由于压力 有限，要求气体量要大，设备的容积要大。两步法工艺： 这些工艺生产金属化率达 100%的海绵铁，然后在一个 独立的熔化炉里或一个整合的熔融段将海绵铁熔化。 这些工艺中以 Fastmelt，ITmk3 和以前的 KR 工艺较典 型。采用的是逆向流动操作。
气。试验结果表明：氧气高炉可以实现全氧大喷煤炼铁
生产，吨铁喷煤量可以达到 450 kg；炉身喷吹 180 Nm3/
2 国内熔融还原技术发展现状
（1）2 t/h 的半工业联动热态试验装置-COSRI。借鉴 COREX 和日本 DIOS 两种典型技术路线的优点，COSRI 工艺采用中等预还原度和低二次燃烧率的两步法熔融 还原技术路线，具有以下技术特点：
以冷固结含碳球团为原料；采用液体渣-焦流动床 进行终还原；熔渣中浸没喷吹煤氧制造还原煤气；熔池 在强搅拌条件下实现渣铁分离。1999 年在承德炼钢试 验厂建成了 COSRI 的 2 t/h 的半工业试验装置 （见图 1），进行了中试热态试验。使我国成为继德国、日本和 澳大利亚后，第四个具有吨级熔融还原联动试验装置 的国家。半工业试验初步证明了该工艺技术路线是合 理的，在许多方面优于 COREX、HIsmelt 等工艺。
（2）HIsmelt 技术。HIsmelt 工艺由德国开发并建了 中间试验厂。HIsmelt 反应器装的是预热的未预还原的 矿石。铁水从前炉连续排出，渣是定期从炉缸上部的渣 口 排 出 ；最 大 优 点 是 可 以 直 接 使 用 粉 煤 、高 磷 矿 ，炉 体 设备比较简单，可以采用高炉的同类设备如：热风炉、 煤粉喷吹等。但存在大量高温（1450 益）低热值煤气未 利用、炉衬侵蚀较快等问题。