几种非高炉炼铁技术现状及其发展

世界金属导报/2010年/6月/15日/第010版

原料炼铁

几种非高炉炼铁技术现状及其发展

王定武

1概述

从20世纪70年代以来，熔融还原炼铁技术开始得到重视和发展，所有熔融还原工艺的目标都是用非焦煤还原铁矿(首选粉矿、低品位铁矿)制造生铁，经过许多国家多年的努力，熔融还原炼铁工艺已开始进行商业化生产，并取得显著成绩和进步。

・Finex

韩国浦项公司和西门子奥钢联合作开发的Finex熔融还原炼铁工艺已经成熟地用于工业化生产，并正在连续运转且初步显示其明显的优越性。

・ITmk3

日本神户制钢开发、由神户制钢和美国动力钢公司合资建立的ITmk3炼铁厂顺利运营，已逐步达到设计产能，预期在2010年中期该厂产能达到50万t/a。

・COREX

奥钢联开发的COREX熔融还原炼铁工艺已有四座工业化生产装置在连续运转，其中产能最高的COREX C-3000装置在上海宝钢集团进行生产。

・Hismelt

Hismelt工艺经两级中试开发后已建成80万t/a工厂，小时产能已达到设计能力的75%～80%，有进一步发展的潜力。

在上述四种进入商业化生产的非高炉炼铁工艺中，以Finex工艺较优越，已经具备替代1000m3～2000m3级高炉的条件，浦项公司将在Finex工艺大型化方面进一步开发。

2 Finex工艺

Finex工艺是在COREX工艺基础上经过创新和改进发展起来的，其主要特点是:

①用铁矿粉经多级流态化床反应器进行还原，浦项对反应器结构和气流分布进行改选，将多级还原反应器的温度降低，将铁矿粉还原度降至60%～70%，解决了反应器易粘结不能连续作业的问题。

②流态化床出来的部分还原的铁矿粉压成密度较实的矿饼后破碎，再加入熔融气化炉。

③将煤粉与结合剂混合后压成煤球和热压铁装入熔融气化炉中，同时向气化炉直接喷射煤粉。

④用熔融气化炉煤气作为多级流态化床反应器的还原剂，为减少煤耗，将部分自流态化床反应器排出煤气返回作还原剂使用。为提升这部分煤气还原能力，在煤气管网中增加CO2变压吸附装置，还原煤气中的CO2质量分数由约33%降至约15%。

图1是浦项150万t Finex厂外景。

浦项公司经过小型试验及半工业性试验后先将已投产的COREX C-2000装置改造为60万t/a 的Finex示范装置，并于2003年6月投产。在示范装置取得成功的基础上，于2007年建成投产一套年产铁水150万t工业化的生产设施。到2008年底，两座装置生产量均达到设计能力，2008年4月～9月150万t/a装置运行指标如表1。

特别要提到的是现在Finex 示范装置已不使用小块焦，150万t/a 装置目前尚使用大约50kg/t 铁小块焦。

Finex 工艺显示出以下优越性:

①用粉矿及非焦煤粉为原燃料，使用很少小块焦，可不建烧结、球团及焦化设施，缩短了流程，减少了投资，降低了成本，节约了紧缺的焦煤资源。

②浦项公司以韩国浦项的价格为基础，以建设年产300万t 炼铁系统为目标，认为Finex 的建设投资比高炉流程节省20%，由于各地区价格基础不同，需根据具体情况进行分析比较。 ③环境状况大为改善，如果将高炉流程系统(高炉、烧结、焦化)定为100%，那么Finex 流程SO 2排放量为3%，NO 2为1%，粉尘为28%，CO 2第一阶段目标为93%，CO 2脱除后为55%。 据浦项公司介绍，它们在印度和越南新建合资钢铁联合企业中，均将采用Finex 工艺建设炼铁厂。

3 ITmk3炼铁工艺

神户制钢命名ITmk3的原意是将其视作第三代炼铁技术，第一代为高炉炼铁，第二代为包括Midrex 等工艺在内的气基直接还原技术。

在ITmk3工艺中，用铁矿粉和煤粉制成复合生球装入转底炉中加热到1350℃～1500℃的高温，复合球团迅速还原成铁，并部分熔化使得铁从球团内生成的液态渣中分离出来。铁粒含铁96%～98%，碳2.5%～4.3%，硅2.0%，锰0.1%，硫和磷为0.05%～0.06%。铁粒可直接装入电炉或转炉中使用。

ITmk3工艺具有以下特点:

①10分钟内就可以生产出

高纯粒铁，流程很短。

②炼铁原料可采用铁矿粉矿和非焦煤粉，不需要烧结(或球团)和焦化等设施。

③由于能源利用效率高，较高炉流程可减排二氧化碳20%。

④生产设备操作简单，生产调整灵活。

⑤粒铁密度高、不易氧化、易于运输和操作。

该工艺的研究工作开始于1986年，后在加古川厂内建成一座04m，产能为3000t/a的转底炉进行中间试验。2002年神户制钢和其他合作方在美国锡尔弗贝建成一个25000t/a示范厂，并顺利经营。由于示范厂生产的粒铁在美国动力钢公司使用良好，2008年美国动力钢公司和神户制钢合资在美国明尼苏达州霍伊特湖建立ITmk3炼铁厂，生产出的粒铁用于炼钢，2009年逐步达到设计产能，预计2010年中期该厂产能达到50万t/a。神户制钢称已经获得投资许可，将在越南义安省黄梅工业区投资1000亿日元(约合10多亿美元)建设一个合资钢铁厂，新钢厂将采用ITmk3炼铁工艺生产块铁用于炼钢。

4 COREX和COREX/DR工艺

COREX炼铁工艺已作为工业化生产装置应用于印度Jindal、南非Saldanha和中国宝钢。实际生产中，印度Jindal公司两座C-2000及南非Saldanha一座C-2000装置经过多年运行均已达到和超过原设计生产能力，铁水质量和高炉铁水相似，均能适应炼钢要求。中国宝钢已投产的C-3000装置是目前全球生产能力最大的一座。C-3000装置于2007年11月投产，月平均日产量及铁水质量均可达到原设计要求。

通过国内外COREX工艺生产实践可以看出:

①与传统高炉工艺相比，COREX工艺最大的特点是可少用焦炭，C-2000装置的焦比一般为燃料比的10%～15%。宝钢C-3000装置因炉容量加大，且投产时间较短，目前仍需焦200kg/t铁水，但对焦炭粒度及质量的要求较大型高炉低。此外，南非将粉煤压制成粒度35mm左右冷固结煤球入炉(强度可达200kg/个以上)。经过在COREX生产中用煤球代替焦炭进行试用，其焦比可由原来的15%降至1%。

②COREX工艺仍需使用块状含铁原料。印度和南非当地有适用的块状铁矿石(南非COREX 装置的炉料结构是60%～80%南非块矿，20%～40%球团。印度COREX装置的炉料结构是40%印度块矿，60%球团)，因而降低了运营成本。此外，印度Jindal COREX装置曾将粒度小于6 3mm 的铁矿粉经过加煤管路直接装入气化炉，创造了用铁矿粉料取代14%总含铁炉料的纪录。

③采用COREX工艺，在钢铁企业内可少建或不建焦化、烧结设施，对环境保护有利。与高炉流程相比，向大气排放的硫化物、氮氧化物、二氧化碳均很大程度地减少。

COREX装置生产中出现的主要问题是:

①还原竖炉中的炉料发生粘结，从炉壁开始愈粘愈厚，最后还原铁完全漏不下去，而不得不停炉清空。

②仍需块状含铁原料。

③离不开小块焦，对煤的要求严格。

④燃料比高，比高炉流程高出近一倍(500kg/t铁水)。

韩国浦项公司在建成投产一座COREX C-2000装置后，为解决前述问题，创造性的采取一系列改进措施，用多级流态化床反应器代替还原竖炉，既解决竖炉粘结问题，又可不使用块状含铁原料，并采取了减少燃料消耗措施，形成了Finex流程。

南非Saldanha厂利用COREX炉气作为直接还原铁竖炉还原剂，形成COREX/DR流程。COREX/DR流程由一座COREX C-2000，一座Midrex-800、120t CONARC转电炉、ISP薄板坯连铸连轧生产线等组成，设计年产能力80万tDRI，65万t铁水和125万t热轧板。扣除COREX 输出煤气能源收益后，吨铁水消耗标煤为550kg，一吨煤可生成一吨铁水和一吨DRI，大大改善了COREX装置煤耗高的状况。

5 Hismelt炼铁工艺

在两级中间试验基础上，在西澳大利亚奎纳纳建成了第一座年产能力80万t的Hismelt工厂。该工厂由澳大利亚力拓公司(持股60%)、美国纽柯公司(持股25%)、日本三菱(持股10%)和中国首钢(持股5%)合资建设。其工艺特征是:向熔池内直接喷吹铁矿粉和煤粉(非焦煤)形成熔炼炉下部的熔炼和上部鼓入富氧热风形成的二次燃烧，喷入的煤粉经加热脱除挥发份后，溶入铁水，使铁水