转炉熔融还原炼铁工艺探讨

转炉熔融还原炼铁工艺探讨

刘文运徐萌

(首钢集团技术研究院)

摘要：本文简要介绍了COREX、HIsmelt、AusIron以及DIOS熔融还原炼铁工艺，并用煤块做了降低熔融还原炉渣中FeO试验，证明炉渣中FeO可以降低到2.0%以下，并可同时回收熔融炉渣中夹带的珠铁。在此基础上，本文提出了利用煤粉和氧气的燃烧喷枪对熔池进行搅拌和在熔池表面二次燃烧，进行转炉熔融还原炼铁的工艺。

关键词：熔融还原转炉COREX HIsmelt AusIron DIOS

Discuss on the BOF

Smelting Reduction Ironmaking Process

LIU Wen-yun, XU Meng

Research Institute of Technology, Shougang Group, Beijing, 100041, China Abstract：In this paper, smelting reduction ironmaking processes including COREX, HIsmelt, AusIron and DIOS are simply introduced. The experiment on decreasing FeO of slag from smelting reduction furnace by coal is carried out. Results has proved that the FeO content of slag is able to be decreased by less than 2.0%, and iron beads entrained into slag can be recovered at the same time. On this basis, the BOF smelting reduction ironmaking process is proposed. The process includes agitating the molten bath and improving post combustion on the surface of molten bath by injecting coal and oxygen into the slag layer.

Key word：Smelting reduction BOF COREX HIsmelt AusIron DIOS

21世纪钢铁工业面临资源、环保、经济等各方面挑战，非高炉炼铁工艺具有高效利用资源、环境友好、生产流程短以及提高生产效率等特点，世界各国纷纷花大力气进行研究和开发。当前，在我国钢铁工业快速发展的条件下，焦煤短缺、环境保护已成为我们参与国际竞争的一大阻力，传统高炉炼铁工艺愈来愈暴露出它的局限性，需要我们及早研究适合我国条件的非高炉炼铁技术，改变我国以焦炭为主的传统高炉炼铁能源结构，促进我国钢铁工业的健康和可持续发展。

1 几种熔融还原炼铁工艺介绍

上世纪80年代以后，德国、日本、美国、

前苏联、澳大利亚等国家非常重视熔融还原

工艺的研发，各自投入大量人力、物力进行

研究开发工作，从基础理论、实验室试验到

半工业、工业试验都取得了许多成果，积累

了丰富的经验。如奥钢联的COREX工艺，韩国

浦项和奥钢联合作开发的FINEX工艺，澳大利

亚的HIsmelt和AusIron工艺，日本的DIOS工

艺等。目前，COREX和FINEX工艺已经得到了

工业应用，HIsmelt工艺年产80万吨的试验厂

正在进行试生产，AusIron工艺年产50万吨规

模试验厂正在筹备之中。

1.1 COREX和FINEX工艺

COREX工艺[1]以天然块矿、烧结矿、球团等为原料，使用块煤和部分焦炭做燃料，采用纯氧操作。原料首先在还原竖炉内进行预还原，再送入熔融气化炉，进行熔化和终还原。

COREX工艺如图1所示，是把高炉从软熔带部位一分为二，其熔融气化炉类似于高炉的下部炉缸和炉腰，内部充填几米厚的焦块或煤块、型煤等，下部喷吹纯氧，熔化预原度为93%的矿石和球团。该工艺对煤、矿石、球团等的要求超过或等同于高炉，并仍需要部分焦块，相对高炉工艺来说只是减少了焦炭的消耗，无法取消烧结、球团和焦化等污染较大的生产环节。

FINEX工艺是COREX工艺的进一步发展，它用流化床代替了预还原竖炉，可以直接使用铁矿粉，但由于熔融气化炉没有改变，仍需要一定量的焦块或型煤。

1.2 HIsmelt工艺

HIsmelt工艺[2]的熔融还原反应是在竖式的

铁浴熔池中进行，如图2所示。破碎后的烟煤或

无烟煤直接通过喷枪喷入熔池中，铁矿粉或其他

含铁原料、钢铁厂的含铁废弃物等经过预热和还

原后通过热矿喷枪直接喷入熔融还原炉内。还原

产生的煤气与上部喷入的高温富氧热风进行二次

燃烧，加热炉内渣和铁，为熔融和还原反应提供

热量。

与COREX和FINEX工艺相比，HIsmelt技术

不使用焦炭，能够直接使用非焦煤、粉矿和钢铁

厂的含铁废料，还可大量使用廉价的高磷铁矿。

采用流化床工艺对矿粉进行预热和预还原，能够大幅度提高系统的产能和降低燃料消耗。工艺存在问题一是炉渣脱硫效果差，原燃料中带入的硫有较大部分进入到煤气粉尘中，烟气需要脱硫处理，同时铁水中硫含量较高，也需要脱除。二是熔融还原过程中炉渣FeO较高，对炉衬浸蚀严重，为此，炉缸砖衬设计寿命仅18个月，但能否达到还是未知数。

HIsmelt工艺示范厂--Kwinana厂经过两年多的热试车和试生产，目前已经达到了50%的设计生产能力，小时产量最高达到了设计值的80%，煤耗最好水平接近了850Kg/t铁水，累计产量近20万吨，初步验证了HIsmelt工艺的可行性，但距工业化生产还有一定距离。

1.3 AusIron工艺

Ausmelt工艺[3]在有色金属冶炼中已应用多年，

Ausmelt公司在此基础上开发出了AusIron熔融还原炼铁

方法。

AusIron熔融还原反应也是在竖式的铁浴熔池中进

行，如图3所示。它直接使用铁矿石和非焦煤。铁矿石、

煤粉和熔剂混合后经炉顶装料口直接装入熔池。系统的

核心设备是浸入熔池中的套筒式喷枪，由喷枪喷入富氧

空气和燃料进行燃烧，并强烈搅动熔池，使加入的矿粉、

熔剂和煤块等在熔池中迅速熔化、还原。同时由喷枪外

部套筒喷入的富氧空气，将反应产生的CO等在熔池表

面全部燃烧，为熔融和还原反应提供热量。通过调节喷

吹的燃料与富氧空气、加入料中矿石与煤粉之比，可以

灵活控制炉内反应气氛，调整熔渣的流动性，脱除硫和

磷。

与COREX和HIsmelt工艺相比，主要用于有色金属冶炼的Ausmelt工艺规模小、冶炼强度低。国内云锡集团直径4.4米Ausmelt炉为世界最大炼锡炉，生产能力仅为3万吨/年，安徽铜陵冶炼厂Ausmelt 炼铜炉的生产能力最大也仅为30万吨/年[4]，其熔融还原最高温度仅为1310℃[5]。他们在此基础上进行