熔融还原炼铁技术
摘要随着社会经济的发展，高炉炼铁资源短缺与环境负荷日益加重的局面已经充分显现，开发新技术逐步取代传统技术将迫在眉睫，这其中以熔融还原炼铁技术为主要开发对象。国际钢铁界始终没有停止对熔融还原炼铁技术开发的脚步，本文对现有HIsmelt、COREX和FINEX熔融还原工艺及设备进行了分析研究和综合评价，指出了开发新熔融还原技术的原则，介绍了克服高炉炼铁及COREX、HIsmelt熔融还原法存在的缺点的LSM炼铁工艺。我们应针对目前存在的问题，开发新的熔融还原炼铁技术。
关键词熔融还原；COREX；FINEX；HIsmelt；LSM
SMELTING REDUCTION IRONMAKING TECHNOLOGY ABSTRACT With the economic society developing, it fully shows that the resources shortage and environment of blast furnace ironmaking load have aggravated day by day. It is very urgent to exploit new technology to replace the traditional. The smelting reduction ironmaking technology is one of the main research fields. International Iron and Steel sector has not stopped for smelting reduction ironmaking technology development pace. The development for the smelting reduction ironmaking technology was never stopped in the world. This thesis just generates under this background.This paper analyzes and makes comprehensive evaluation of the existing HIsmelt, COREX and FINEX reduction process and equipment, points out that the principle of developing new smelting reduction technology, introduces LSM ironmaking process ,which overcomes existing shortcomings of blast furnace ironmaking and COREX, HIsmelt smelting reduction method.We should be aiming at the existing problems, develop new smelting reduction ironmaking technology.
KEY WORDS smelting reduction,COREX,FINEX,HIsmelt,LSM
1. 前言
高炉炼铁方法从使用焦炭算起已有三百多年的历史，第二次世界大战后的50年来，钢铁冶金技术获得了重大发展。如今大型高炉的容积已超过4000m3，而且机械化、自动化日臻完善。自20世纪60 年代后期，炼焦煤特别是低硫焦煤日益短缺，加上环境要求不断提高、基建投资费用巨大，致使在发达国家年产百万吨以下而采用传统高炉流程的钢铁企业在经济上常处于困境。特别是二十世纪90 年代以来，可持续发展对环境提出越来越高的要求，钢铁市场竞争愈演愈烈，各国不断强化新工艺的研究，非高炉炼铁技术研发空前活跃，新的煤基熔融
还原炼铁法不断涌现，使钢铁企业有更多的选择余地。
近二十年来，在自然资源日趋紧张与环境负荷日益加重的形势下，国际钢铁界始终没有停止对熔融还原炼铁技术开发的脚步，经过反复探索和不断努力，先后出现了许多有代表性的技术路线。目前，除20世纪80年代末奥钢联开发并实现工业化的COREX 熔融还原炼铁技术外，澳大利亚的HIsmelt 技术和韩国与奥钢联联合开发的FINEX 技术也已接近工业化水平，这些技术极有可能成为未来钢铁工业实现可持续发展的引领技术。钢铁工业正在掀起一场以熔融还原炼铁[1]近终形连铸为主的缩短流程的工艺变革，如图1所示[2]。
熔融还原是以纯氧、原煤和原矿为原料炼铁的一种工艺，它拓宽了钢铁冶金用的煤种，省去炼焦甚至烧结和球团工序，使冶炼速度加快几倍，这降低了投资、节省了能源、改善了环境、增强了生产灵活性。我国是当今世界钢铁大国，国内钢铁工业的迅速发展已经成为国民经济快速发展的重要支撑条件。但是，客观分析国内钢铁工业发展现状，资源短缺与环境负荷日益加重的局面已经充分显现，开发新技术逐步取代传统技术将迫在眉睫；此外，国内钢铁企业普遍采用的先进技术大多来自国外公司，这种局面势必造成先进技术长期受制于人，自主开发的激情长期受到抑制，难以形成自主开发与产业化的良性互动和创新机制的建立，这是制约我国钢铁工业可持续发展更大的隐患。因此，国家把开发熔融还原炼铁新技术明确列入国家中长期科学与技术发展规划纲要中，成为我国钢铁工业未来5~15年在相关重大技术开发方面的重要导向。
图1 钢铁生产的技术变革
2. 熔融还原典型工艺
到目前为止开发出的熔融还原法约有36 种之多，熔融还原工艺按其原理可分为一步法和二步法：一步法有Ausmelt 和Romelt；二步法包含预还原和终还原两段，其中预还原分为竖炉法COREX 和流化床法DIOS，终还原分为熔融气化炉FINEX 和铁浴反应炉HIsmelt。熔融还原发展历程大致可分为3代[3]：第 1 代工艺。从20 世纪20 年代开始，当时主要使用一个反应器（转炉或回转窑），称为一步法，原料使用的是精矿和煤粉。当时所做的几种实验，虽然没有成功，但是暴露出的问题对以后的发展有一定的指导作用。首先，二次燃烧率过高，渣中FeO含量高，对炉衬的侵蚀相当严重，没有找到合适的耐火材料，并且二次燃烧所放出的热量，很难传递到底部的铁浴熔池中，过程难于控制，但精矿向熔池传递由二次燃烧产生的部分热量，在今天也是有意义的。
第2代工艺。有代表性的是瑞典20世纪70年代开发的用电做热源的熔融还原法，它克服了由二次燃烧空间到还原空间传递热量的困难。一些方法是用终还原产生的废气进行二步法的矿石预还原。已进行半工业试验的方法是Elred法、Inred法和等离子熔炼法，但用电还原铁矿石，多数情况下是不经济的，因而第2 代未能推广。第 3 代工艺。特点是放弃电能，立足于煤和氧气的“无焦炭工艺”，而第2 代工艺原有的预还原和终还原二步法在大多数情况下仍然保留。下面简要介绍几种典型的熔融还原工艺：
2.1 COREX工艺
COREX 技术的研究始于20 世纪70 年代末，由奥钢联和西德杜塞道尔科富（Korf）工程公司联合开发[4]，它是一种用煤和球团矿（块矿）生产铁水的新炼铁工艺，COREX装置是由上部还原竖炉和下部熔融气化炉组成。块煤通过密封罐和螺旋加料机加到熔化气化炉的上部，氧气自炉缸上部鼓入，燃烧焦产出高温煤气，并和上部硫化床小粒焦进行反应，再与煤干馏裂解气体汇合生成CO+H2(95%)+CO2(3%)的高温优质还原气体[5-6]，还原气体出熔融气化炉后冷却到850℃进行除尘，再进入上部竖炉还原铁矿石、块矿（球团矿或烧结矿），铁矿石被加热后还原成金属化率为92%的海绵铁，在熔融气化炉内进一步还原、熔化、渗碳，熔剂石灰石、白云石随铁矿石一起加入竖炉，加热分解，并在熔融气化炉内进一步分解、造渣、脱磷、脱硫，铁水和炉渣的性质类似高炉，最后自出铁口一起排出。排出还原竖炉的炉顶煤气经过清洗后与未进入还原竖炉的富余煤气混合成为干净的中等热值煤气加以利用，如图2是COREX 熔融还原炼铁工艺流程示意图。
经过多年的论证，我国宝钢率先引进了2套COREX 技术和设备，其中1台于2007 年11月投产。从韩国浦项、我国宝钢COREX投产运行的情况看，
尽管该工艺能连续稳定生产，但也暴露了一些问题。COREX演化了高炉炼铁技术，取得了商业成功，但同时也继承了高炉炼铁的一些缺点：
（1）从炼铁工艺上讲，COREX是典型的炉床法炼铁工艺，与高炉相比，COREX更多地依靠间接还原，间接还原度越高，工艺进行得越容易，因此无法摆脱料柱透气性问题的困扰。
（2）为保证竖式预还原炉料柱的透气性，必须使用块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的块状混合物，因此必须配有造块设备。而且对入炉块状原料的理化性能有很高的要求，从而提高了原料成本，使铁水成本升高。
（3）COREX的实践证明，要依靠焦炭床来保护炉缸，稳定生产，就无法摆脱对焦炭的依赖（焦比>10%~20%），尤其是大型化后（如宝钢C-3000），焦比会超过200 kg/t。
（4）从熔融气化炉抽出的高温煤气经净化后，从>1 100 ℃降到800～850℃，温度损失了250℃左右，而且这个损失是无法弥补的，因此热效率比不上高炉。
（5）虽然使用了全氧冶炼，但按炉缸面积计算得出的生产率仅为高炉的0.7~0.9[7]。
（6）竖炉预还原炉料的金属化率波动大。
（7）操作影响因素多，在炉体中部的高温区使用了很多排料布料活动部件，使设备维修成本及热损失增加，个别设备还不够成熟，设备利用率降低，工厂设备压力加大。
（8）在高炉冶炼条件下，采用富氧喷吹有一定的限度，传统高炉更不能采用全氧冶炼。COREX工艺虽然采用全氧冶炼，但其生产率并不高，根本原因在于，虽然全氧熔炼速率很快，但受到上部竖炉铁矿还原速率的限制，对于一定产能的COREX熔融还原工艺，要求下部熔融气化炉的操作必须与上部的竖炉铁矿还原情况相匹配，才能达到较好的综合技术经济指标[8]。
尽管COREX工艺还原存在着一些不足，甚至有些冶金专家称其为“半截子”革命，卢维高教授更说它是个“怪胎”[9]，但毕竟COREX法是目前世界上唯一大规模经济运行的熔融还原炼铁生产装置，因此是容易受到冶金界青睐的清洁炼铁技术。
图2 COREX熔融还原炼铁工艺流程示意图
2.2 FINEX法
FINEX[10]是由浦项与澳钢联(V AI)在COREX 基础上开发的、直接使用矿粉(<8mm)和煤粉炼出铁水的工艺。在FINEX 工艺中，铁矿粉在三级或者四级流化床反应装置中预热和还原，如图3 所示。流化床上部反应器主要用作预热段，后几级反应器是铁矿粉的逐级还原装置，可以把铁矿粉逐级还原为直接还原粉。之后，直接还原粉或者直接装入熔融气化炉，或者经热态压实后以热压实铁的形式装入熔融气化炉中。在熔融气化炉中，装入的直接还原粉和热压实铁被还原成金属铁并熔融。FINEX 过程产生的煤气是高热值煤气，可以进一步用作直接还原粉的生产或者发电等。
图3 FINEX流程图
FINEX工艺克服了高炉、COREX炉、直接还原竖炉的一些缺点，其特点为：
（1）FINEX工艺的原料由块矿、球团矿改为粉矿（平均粒度在1~3mm，最大粒度<8mm），粉矿资源丰富。价格低廉的铁粉矿和一般烟煤，为该工艺的发展赋予新的活力。
（2）FINEX炉顶煤气全部循环使用。浦项认为FINEX比高炉制造成本下降15%，宣称总体投资是高炉流程的80%。
（3）FINEX流程的SOx、NOx、粉尘的排放量与高炉流程相比，只有6%、4%和21%，并且没有焦化含酚、氰等污水的排放，是一种清洁生产工艺，因此环境友好。
（4）铁水质量与高炉、COREX炉相当。冶金界最关心的是该工艺的原料、能耗和生产成本。高炉生铁成本中原料占60%左右，而FINEX只占45%左右。高炉成本中燃料和动力占30%，扣除煤气回收约为28%。而FINEX燃料和动力因使用大量氧气约占55%，扣除煤气回收仍占约41%，其中氧气每吨铁消耗约500m3，其费用为成本的20%。有专家估算，在国内情况下，FINEX与大型高炉相比（如1座3800m3高炉与2座年产150万t铁的FINEX），高炉比FINEX生铁成本低12.5%[11]。
2.3 HIsmelt法
HIsmelt[12-13]法是澳大利亚CRA 公司与德国Kloeckner Werke 公司合作开发的，HIsmelt 流程采用循环流化床预还原炉和铁浴式熔融还原炉[14]。预还原炉使铁矿石只还原到浮氏体，旋风除尘器收集后，以热态吹入铁浴中。预还原炉排
出的煤气用于空气的预热。HIsmelt 熔融还原炉的工艺原理是用喷枪向铁浴熔融还原炉溶渣层内喷吹0~6mm 铁矿粉、熔剂和煤粉；富氧的高温热风从炉顶喷入，与熔池里逸出的CO、H2进行二次燃烧，释放出热能在强烈的渣铁喷溅搅动中完成热传递，熔化喷入的固体原料。HIsmelt熔融还原炉在100kPa 的压力下工作，铁水经虹吸排出至感应保温加盖的前炉，定期从渣口出渣。如图4为HIsmelt 的熔融还原炉图。
图4 HIsmelt流程图
HIsmelt熔融还原具有如下特点：
（1）原料来源广泛，可以全部使用粒度6mm以下的粉矿、粉煤，包括无法通过烧结厂回收的废弃物，物料中的C、CaO和MgO也能得到利用；对燃料煤的要求比较宽松，可大幅度减少钢铁生产的资源消耗。
（2）由于HIsmelt熔融还原炉有强氧化性炉渣，有较好的脱磷效果，非常适合于冶炼高磷矿，这是区别于高炉和其他非高炉炼铁工艺的主要特点。
（3）由于氧化性气氛很强，所以它产出的铁水含磷低、碳低、硫高，硅锰含量为0，不适合直接供传统炼钢流程使用。经过炉外脱硫和添加锰铁、硅铁合金或与高炉铁水兑配，可达到炼钢铁水的要求。
（4）操作灵活，反应过程的启动、关闭简便易行，从而使得炼铁和炼钢作业能有效衔接，而不必限产铁水。
（5）由于粉矿预还原度低，炉渣含FeO高，炉衬腐蚀快，一代炉龄仅12~18个月。
（6）由于HIsmelt熔融还原为低压操作，大量高温含尘煤气热能难以回收利用，吨铁能耗高，因此高温低热值尾气便成为该工艺的“鸡肋”。
HIsmelt是典型的“一步法”熔融还原工艺，占地面积很小，直接利用粉矿、粉煤冶炼，对钢铁界的经营者有着较大的吸引力。但该工艺要想实现商业化生产，在热煤气利用、CO二次燃烧并将热量有效传递给熔池，提高设备利用率及降低炉衬成本方面还有很长的路要走。
3. 综合分析评价
（1）从工艺角度看，COREX更多依靠间接还原工艺，保留着高炉炼铁工艺的特点；FINEX则把COREX的预还原竖炉改变成多极流化床反应器，可完全使用粉矿；这两种熔融还原工艺可以说是对高炉的“改良”，只是FINEX的改良深度更深一些[15]。而HIsmelt则完全摆脱了高炉炼铁工艺概念，是炼铁技术的一种“革命”，可有效解决困扰高炉工艺的料柱透气性问题，是真正意义上的熔融还原技术。
（2）在原燃料资源的取用上，COREX可以使用非焦煤，优于高炉，但还须使用块矿和球团及部分焦炭。FINEX不仅可用非炼焦煤，而且摆脱了对块状原料的依靠，这一点优于高炉和COREX，只是还需要块煤和粉煤造块。HIsmelt 则原燃料全部粉状化，且对原燃料性质无特殊要求，资源面最宽，便于就地取材并且可使用高磷矿石。
（3）在流程设备上，COREX还需要球团、块矿等造块设备和部分焦炭；FINEX使用粉矿和粉煤造块，可以不建烧结、球团、炼焦厂；HIsmelt完全免除了烧结、球团、炼焦厂投资，也不需要煤造块。但3种工艺均需配套庞大的制氧设备和较大的自备电厂。
（4）在生产成本上，FINEX和HIsmelt原料成本相对较低，COREX和FINEX 氧气成本较高。燃料消耗前两种高于HIsmelt，因此生铁成本COREX 最高，HIsmelt最低，但3种均高于高炉。
（5）从一次性投资看，COREX要高一些；FINEX投资成本会较低；HIsmelt 冶炼设备相对单一，三者之中投资最低。
（6）现状与前景。COREX工艺最成熟，已有数家投入生产，并取得很好的成绩，完全实现了商业化。FINEX在工艺上优于COREX，但目前仍处在示范工厂试生产阶段，再经过一段时间的调整完善，将具备商业化推广价值，成为COREX的有力竞争者。HIsmelt工艺示范工厂投产较晚，又是一种全新的工艺，估计需要一段时间改进、完善。因其工艺优点多、投资和生产成本低，一旦成功，其竞争优势比较大。我国首钢曾参与澳大利亚合作开发HIsmelt熔融还原技术，但由于HIsmelt的试验尚未取得明确结论，曹妃甸首钢新厂仍按传统的炼焦、烧结和高炉系统建设。莱钢、淮钢原计划建设HIsmelt熔融还原生产装置的规划也
由于上述原因，而没有采取实际行动。沙钢等建设COREX 或HIsmelt的规划或设想，还有待宝钢COREX的实践。工艺不同，各种熔融还原方法均有自己的特点。引进国外先进技术固然必要，因地制宜研制出适合我国国情的低成本熔融还原炼铁工艺更重要。
表1为几种熔融还原工艺概况的介绍。
表1 几种熔融还原工艺概况
铁矿石块矿、球团经过筛选经过筛选<8mm铁所有的钢铁矿的铁矿粉的铁矿粉矿粉原材料
<6mm <8mm
煤10~14mm 煤粉<6mm 煤块8~22mm 煤粉煤块或煤粉煤耗1100~1200 650~700 780~950 1000~1050 1200~1400 金属化率% 90 左右10~25 <27 85
二次燃烧率% 0 50~60 >55 5
传热效率>80 85 >80 60~70
氧耗600~700 270 550 >540 800
设备能力万吨/ 150 80 500t/d 150 35
年
现状已工业生产已投入工业已形成工年产150万共生产1.5 多年生产业化吨工厂已投万吨铁水
入生产
4. 开发熔融还原新技术
4.1 开发熔融还原新技术应遵循的原则
高炉炼铁经过了漫长的技术发展过程，特别是近年来，在各种现代高新科技的支持下，高炉炼铁技术迅速发展，其技术先进水平达到了登峰造极的地步。世界钢铁工业，炼钢生铁的供应90%左右来自高炉，而我国几乎100%来自高炉炼铁。熔融还原开发的目的是避开高炉炼铁的缺点，并具有优于高炉炼铁的技术经济指标和环境保护指标，否则即失去了开发的意义。因此，任何一种熔融还原方法，应该满足一定的技术经济要求：（1）低能耗、低成本，环境友好。（2）单位容积的生产率高于高炉，年产量低于100万t或更低，方法仍然经济。（3）可使用粉矿，无须烧结机和焦炉等用于原料块状化加工的设备。（4）可全部或大部使用非焦煤为燃料，摆脱对冶金焦炭的依赖。（5）设备的开机、停机简单，能提高
生产的灵活性。（6）流程短，无须巨大的配套设备。
遵照上述原则，国内开发了一种新的熔融还原炼铁技术—LSM工艺。COREX 将高炉从软熔带以上移走，构造成了竖式预还原炉，而LSM工艺则将高炉从软熔带以上躺倒构造成为水平预还原炉床，演化而来的LSM工艺设备如图5所示。LSM工艺吸收了日本神户制钢转底炉（Fastmet、ITmk3），日本川琦制钢（HI-QIP）等国外直接快速还原先进技术，总结分析了我国原冶金部钢铁研究总院、北京科技大学、东北大学、重庆大学等的试验研究成果，并根据我国资源特点开发的一种新颖的熔融还原炼铁方法，具有自主知识产权[16]。半工业试验表明，该工艺是一种极具前途的非高炉炼铁技术。
图5 由高炉到LSM熔炼炉
4.2 LSM的特点
LSM 炼铁工艺克服了高炉炼铁，COREX、HIsmelt熔融还原法存在的缺点，具有明显的自身特点。
（1）高炉、COREX工艺是以间接还原为主的生产工艺，间接还原率一般达到65%以上（COREX达到80%以上），所以高炉从加料到出铁的时间一般在6.5~7 h，最现代化的高炉也要4h以上；LSM炼铁工艺采用含碳球团为原料，摒弃了高炉、COREX以间接还原为主的铁矿还原工艺，吸收了神户ITmk3快速还原工艺的特长，从加料到出铁的时间仅在1h之内，所以有较高的生产率。
（2）原料范围广。LSM 只需将铁矿粉（氧化铁皮、硫酸渣、高炉不能使用的所谓垃圾矿及其他含铁氧化物）与还原剂、粘结剂冷压（或热压）成含碳球团即可，可不用焦炭和烧结矿，也就没有必要建焦化厂和烧结厂，因此相对高炉铁前流程短得多。
（3）固态还原区和连接其后的熔分区设计在同一炉膛内。固态预还原炉床上的炉料料层只是100～300 mm的薄料层，因此LSM没有影响高炉生产的料柱透气性问题。连续加料预还原，直接排入熔分炉连续熔分。
（4）特殊设计的熔分炉，有利于炉内气流分布，避免了“管道”形成；而且料柱很短，几乎不存在料柱透气性、结瘤和悬料问题。
（5）LSM工艺的熔分炉可以全氧或高富氧率冶炼，而高炉则不能。
（6）铁矿还原工艺不同，决定了操作工艺的不同，在LSM熔分炉中燃烧1 kg固定碳所产生的热量高达27MJ以上，而高炉只有10MJ左右，相差2.7倍之多，可见LSM工艺更有利于节约能源，减少排放，降低消耗。
5. 展望
经过国内外冶金专家、学者多年的理论研究和试验，以含碳球团为原料的还原工艺，理论上的可行性和科学性均已得到解决。这种快速还原技术既避开了高炉、COREX以间接还原为主所遇到的透气性问题，也避开了HIsmelt工艺所遇到的尴尬。国内外对以含碳球团为原料的熔融还原技术，积累了大量的试验数据和实践经验，成为LSM工艺的技术依托。
炼铁高炉在我国有几百上千座，但在原料准备、环保水平、劳动生产率、物料能耗、装备水平、冶炼指标等方面赶上世界先进水平的并不多。熔融还原技术在我国虽然研究起步比较早，但与世界差距更大。在我国开发一种设备简单、流程短、投资少、成本低、环境友好的非高炉炼铁技术，虽然还有一段很长的路要走，但借鉴高炉炼铁的经验和现有熔融还原技术的实践，在我国专家学者研究的基础上，早日实现这一愿望还是非常有希望的。
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[16] 李振洪，李同仲.含碳铁团块生产铁水的熔融还原炼铁法：中国，CN200410023995.X[P].2007-09-12
熔融还原炼铁技术分析评估 人们用“有无预还原”将熔融还原分为“一步法”熔融还原和“二步法”熔融还原。“一步法”熔融还原只有熔态还原，矿石预还原率接近0，是真正意义上的熔融还原炼铁法，如HIsmelt、Romelt、Ausmelt等低预还原率工艺均属于此；而“二步法”熔融还原，即预还原加终还原，如COREX、FINEX工艺等，严格讲“二步法”应该称为还原熔融炼铁法。 COREX工艺 COREX工艺演化了高炉炼铁技术，将高炉从概念的软熔带部分分为两部分。一部分利用成熟的高炉长寿炉缸技术（包括焦炭床和碳砖结合冷却壁技术）构造成了造气煤炭流化床即熔融气化炉；而另一部分借鉴了成熟的大型MIDREX气基还原技术，构造成了预还原竖炉，使用块煤和块厂炼铁，成功地实现了工业化生产。 COREX的基本工艺流程为：块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的块状混合物，通过封闭漏斗系统装入到预还原竖炉中，在原料下行的过程中，被逆向流动的还原气体还原成金属化率约80%～90%的直接还原铁（DRI）。螺旋卸料器将DRI从预还原竖炉中传送到熔融气化炉中，进行终还原和熔化。熔融气化炉产生的煤气由于含有煤粉、灰尘和铁尘、CO 和H2等，且温度高于1100℃，不能直接进入预还原竖炉，必须在旋风除尘器中净化，混入冷煤气降温，调整到最佳工作范围800～850℃后作为还原气从下部送入竖式预还原炉。 COREX演化了高炉炼铁技术，取得了商业成功，但同时也继承了高炉炼铁的一些缺点： 1. COREX是典型的炉床法炼铁工艺，与高炉相比，COREX更多地依靠间接还原，间接还原度越高，工艺进行得越容易，难以摆脱料柱透气性问题的困扰。 2. 为保证竖式预还原炉料柱的透性必须使用块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的块状混合物，因此必须配有造块设备。对入炉块状原料的理化性能有很高的要求，从而提高了原料成本。 3. COREX的实践证明，要依靠焦炭床来保护炉缸，稳定生产，就无法摆脱对焦炭的依赖（焦比＞10%～20%），尤其是大型化后，焦比会超过200kg/THM。 4. 从熔融气化炉抽出的高温煤气经净化后，从＞1100℃降至800～850℃，温度损失了250℃左右，热效率比不上高炉。 5. 虽然使用了全氧冶炼，但按炉缸面积计算的生产率仅为高炉的0.7～0.9。 6. 竖炉预还原炉料的金属化率波动大。 7. 操作影响因素多，在炉体中部的高温区使用了排料布料活动部件，使设备维修成本及热损失增加，个别设备还不够成熟，利用率不高。 8. 在高炉冶炼条件下，采用富氧喷吹有一定的限度，传统高炉更不能采用全氧冶炼。COREX工艺虽然采用全氧冶炼，但其生产率并不高，根本原因在于，虽然全氧熔炼速率很快，但受到上部竖炉铁矿还原速率的
回转窑直接还原法(direct reduction process with rotary kiln) 以连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把铁矿石炼成铁的直接还原炼铁方法。回转窑直接还原是在950～1100℃进行的固相碳还原反应，窑内料层薄，有相当大的自由空间，气流能不受阻碍的自由逸出，窑尾温度较高，有利于含铁多元共生矿实现选择性还原和气化温度低的元素和氧化物以气态排出，然后加以回收，实现资源综合利用。由于还原温度较低，矿石中的脉石都保留在产品里，未能充分渗碳。由于还原失氧形成大量微气孔，产品的微观类似海绵，故也称海绵铁。 高炉炼铁法有久远历史，已发展成高效、节能的冶金方法，是生产铁的基本方法，但它有一定局限性。随着人类对钢铁需求的增长和技术进步，早在18世纪又提出开发直接还原技术的想法，直到20世纪初才出现了工业化生产。20世纪60年代后，由于石油和天然气的大量开发，为钢铁工业提供了丰富和廉价的新能源；选矿技术进步，为直接还原生产提供了优质精矿原料；电力工业开发，电炉技术和能力的迅速发展，导致优质废钢供应紧张；而高新技术发展需要大量优质钢和纯净钢，这又需要纯净的优质炼钢炉料。总之，诸方面均为直接还原的开发开创了有利条件。70年代起，直接还原技术，工业规模，实际产量都取得重大进步和稳步发展。1975年世界直接还原炼铁的生产能力为436万t，实际产量为281万t，占生铁产量的0.6％，到1995年分别跃增到4460万t，3075万t和5.7％。至今气基直接还原炼铁法的生产能力和实际产量都占主导地位，约占总生产能力和总产量的90％，其中以米德莱克斯Midrex法和希尔(HYL)法占绝对优势。煤基直接还原法仅占10％左右，其中主要为回转窑直接还原法。回转窑直接还原法开发于50～60年代。60年代末发展较快，世界各地建设了一批工业生产窑，但由于工艺不够成熟，技术和装备上遇到一系列困难。如入窑料粉化严重，频繁出现窑衬粘结，无法实现正常运行，一度限制了该工艺发展。70年代中，重视对原料、燃料的性能研究，开发和改进送煤、送风技术，改革操作工艺，完善和提高设备，开发废热回收技术，保证了窑的正常操作，使生产率提高，能耗大幅度下降；同时，加强生产过程监测和自动化管理，促使回转窑直接还原技术步入成熟；此外70年代能源危机，天然气价格大幅度上涨，天然气又是重要化工原料，资源有限等，由此也促进了回转窑直接还原法的发展。1980～1995年期间，生产能力从216.2万t增加到365.5万t，直接还原铁产量从37万t增长到246万t。印度生产能力达151万t，南非为108万t。 筒史 1907年琼斯(J．T．Jones)最早提出回转窑直接还原法。在回转窑卸料端设煤气发生炉，热煤气从卸料端入窑，在距窑加料端1／3窑长处导入空气，与热煤气燃烧形成氧化加热带。铁矿石和还原煤从加料端加入，被高温废气干燥、预热、氧化去硫，随窑体转动铁矿石向卸料端前移，同时被热煤气和还原煤还原，然后从卸料端排出。后来改进为两台窑作业，一台氧化加热，另一台窑内铁矿石被油或煤粉不完全燃烧产生的还原气所还原，但因这样作业不经济，1912年停产。1926年鲍肯德(Bourcond)、斯奈德(Snyder)在实验室进行了用发生炉煤气的回转窑直接还原实验成功。同年还出现了用回转窑进行还原、增碳、得到熔融铁水的巴塞特(Basset)法。1930年克虏伯(krupp)公司开发了克虏伯一雷恩(krupp—Renn)法，用低质
直接还原炼铁 在低于矿石熔化温度下，通过固态还原，把铁矿石炼制成铁的工艺过程。这种铁保留了失氧时形成的大量微气孔，在显微镜下观察形似海绵，所以也称为海绵铁；用球团矿制成的海绵铁也称为金属化球团。直接还原铁的特点是碳、硅含量低，成分类似钢，实际上也代替废钢使用于炼钢。习惯上把铁矿石在高炉中先还原冶炼成含碳高的生铁。而后在炼钢炉内氧化，降低含碳量并精炼成钢，这项传统工艺，称作间接炼钢方法；而把炼制海绵铁的工艺称作直接还原法，或称直接炼铁（钢）法。 直接还原原理与早期的炼铁法（见块炼铁）基本相同。高炉法取代原始炼铁法后,生产效率大幅度提高,是钢铁冶金技术的重大进步。但随着钢铁工业大规模发展，适合高炉使用的冶金焦的供应日趋紧张。为了摆脱冶金焦的羁绊，18世纪末提出了直接还原法的设想。20世纪60年代，直接还原法得到发展，其原因是：①50～70年代，石油及天然气大量开发，为发展直接还原法提供了方便的能源。②电炉炼钢迅速发展，海绵铁能代替供应紧缺的优质废钢,用作电炉原料,开辟了海绵铁的广阔市场。③选矿技术提高,能提供高品位精矿,使脉石含量可以降得很低，简化了直接还原工艺。1980年全世界直接还原炼铁生产量为713万吨，占全世界生铁产量的1.4％。最大的直接还原工厂规模达到年产百万吨，在钢铁工业中已占有一定的位置。 海绵铁中能氧化发热的元素如硅、碳、锰的含量很少，不能用于转炉炼钢，但适用于电弧炉炼钢。这样就形成一个直接还原炉－电炉的钢铁生产新流程。经过电炉内的简单熔化过程，从海绵铁中分离出少量脉石，就炼成了钢，免除了氧化、精炼及脱氧操作，使新流程具有作业程序少和能耗低的优点。其缺点是：①成熟的直接还原法需用天然气作能源，而用煤炭作能源的直接还原法尚不完善，70年代后期，石油供应不足，天然气短缺，都限制了直接还原法的发展。②直接还原炉－电炉炼钢流程，生产一吨钢的电耗不少于600千瓦·时,不适于电力短缺地区使用。③海绵铁的活性大、易氧化，长途运输和长期保存困难。目前，只有一些中小型钢铁厂采用此法。 现在达到工业生产水平或仍在继续试验的直接还原方法约有二十余种，主要分为两类：使用气体还原剂的直接还原法按工艺设备来分，有三种类型，包括竖炉法、反应罐法和流态化法。作为还原剂的煤气先加热到一定温度（约900）,并同时作为热载体，供还原反应所需的热量。要求煤气中H、CO含量高,CO、H O含量低；CH在还原过程中分解离析的碳要影响操作,含量不得超过3％。用天然气转化制造这样的煤气最方便；也可用石油（原油或重油）制造，但价格较高。用煤炭气化制造还原气，是正在研究的课题。 竖炉法在竖炉中炉料与煤气逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热和还原，传热、传质效率较高。竖炉法以Midrex法为代表，是当前发展最快、应用最广的直接还原炼铁法，其改进的生产流程示意见图1[ Midrex法生产流程示意]
转底炉直接还原炼铁工艺的发展 2010-02-24 17:02:19 作者：phpcms来源：浏览次数：571 网友评论 0 条 一、前言 为了满足冶炼高纯净钢的要求, 炼钢生产对纯净铁资源的需求越来越大。与此同 时, 优质废钢与铁资源却日益短缺其价格不断升高, 对炼钢生产影响很大, 为此，各国冶金工作者开发了许多直接还原或熔融还原工艺来为炼钢生产提供质优价廉的纯净铁资源。但由于技术、投资等方面的原因，真正具有市场竞争力、适合于工业应用的并不多见。同时，钢铁厂每年生产的大量含铁废弃物也给环保带来很大的压力。如何对其进行回收利用是困扰冶金行业的一个难题。 直接还原工艺中气基法虽然具有生产效率高，生产规模大，能耗低和容易操作等优点，但必须以一次能源---天然气为还原剂，因此该工艺只能在天然气资源丰富的国家得以发展。而煤基法以煤作为还原剂，较好的解决了气基法的不足。目前世界上很多国家都在开发煤基直接还原新技术，有些技术已经应用于工业生产。其中，转底炉法以其原料适应性强和操作工艺的零活性等优点，引起冶金界的高度重视。但由于原料条件和对产品质量要求的不同，转底炉直接还原炼铁又发展为FASTMET，ITKM3和DRYIRON等不同工艺路线。 二、FASTMET工艺 早在50年代Midex的前身Ross公司就发明了转底炉含碳球团直接还原法。1964~1966年进行了2t/h规模试验。1974年Inco公司开始研究把转底炉用于处理电炉生产不锈钢产生的氧化物粉尘的方法，并建立了一座年处理2.5万吨废料的工厂。经转底炉预还原的球团，通过运输罐热装入电炉。1978年美国Inmetco在宾州埃尔伍德市建成一座年处理5.6万吨电炉钢厂粉尘能力的转底炉，回收锌及可用作电炉原料的含Cr，Ni的还原铁。1982年Mid ex公司将转底炉法命名为FASTMET，用于煤基直接还原。神户制钢收购Midex公司后，199 5年开始建设2.5t/h示范装置，经过两年半试验后，认为Fastmet技术成熟可靠，已达到商业水平化水平。神户制钢与三井公司合资对在美国建设年产DRI50~100万吨项目进行报价，1998年9月神户钢铁公司报价年产DRI50万吨的转底炉装置，每套售价1亿美元。 世界上首次利用FASTMET工艺以含铁废料为原料的商业化直接还原铁厂，于2000年二季度在日本新日本制铁株式会社广火田厂投产，年产能力19万吨，其中14万吨将直接装入广火田厂的氧气转炉。神户制钢株式会社新加古川厂是第二个用该工业建设的直接还原铁厂。2002年5月，日本神户制钢株式会社和尼日利亚签订基本协议，日方将帮助AJAOKUTA 钢公司建设一座年产50万吨的FASTMET直接还原铁工厂。 2.1 工艺流程 FASTMET法的工艺流程见图1。铁精矿(或含铁废料)、煤粉和粘结剂经混合搅拌器后进入造球机造球，生球可装入干燥器，也可直接装入转底炉。在转底炉中，球团矿均匀地铺在炉底上，料层为1~3层球的高度。随着炉底的旋转，球团矿被加热到1250℃~1350℃。同时，约90%~95%的氧化铁被球团内部的固体碳还原成DRI。球团矿在炉底停留时间一般为8~30分钟，它取决于原料的特性、球团矿层数及其他因素。从转底炉出来的煤气经过焚化炉和热交换器将转底炉烧嘴助燃空气预热，并将高温废气用来干燥球团，生产用水循环使用，生产中产生的粉末回收利用。 2.2 工艺特点
目录 1.概述 (1) 2.国际熔融还原技术发展 (3) 2.1.工业化的COREX工艺 (5) 2.2.进入示范性工厂试验的Hismelt技术 (7) 2.3.FINEX技术 (8) 2.4.第三代炼铁法--ITmk3 (9) 3.国内熔融还原（非高炉炼铁）技术发展现状 (11) 3.1.概述 (11) 3.2.2T/h的半工业联动热态试验装置-COSRI (11) 3.3.宝钢Corex 3000 (14) 3.4.20万吨纯氧非高炉炼铁工业试验装置 (14) 3.5.8m3一步法熔融还原试验装置 (18) 3.6.基于氢冶金的熔融还原炼铁新工艺 (20) 3.6.1.万吨级两级循环流化床示范装置-营口中板厂 (21) 3.6.2.宝钢万吨级两级冷态循环流化床装置建设 (24) 3.7.直接还原在国内的发展 (24) 3.8.几种非高炉炼铁的综合分析 (26) 4.炼铁技术的发展方向 (28) 4.1.欧盟——ULCOS超低CO2排放钢铁技术研究 (28) 4.2.日本——COURSE50技术研究 (30) 4.3.中国——新一代可循环钢铁流程工艺技术技 (30) 5.具有自主知识产权的熔融还原炼铁技术发展建议 (31) 5.1.建立长期开发组织机构与募集资金 (31) 5.2.加强合作、充分利用现有成果深入研究 (31) 5.3.新一代具有自主知识产权的熔融还原流程建议 (32)
熔融还原炼铁技术综述 全强 1.概述 改革开放30年来，中国钢铁冶炼技术取得了巨大的进步。在炼铁领域，技术进步的主要表现是装备的大型化、操作的自动化信息化、生产的高效与清洁化，高风温技术、富氧技术、喷煤技术、煤气干式除尘技术、煤气余压发电、煤气燃气技术、高炉长寿技术、与高炉废弃物的综合利用等方面的应用取得明显的进步。 据2010年的统计，国内炼铁产量已超过5.9亿吨，约占世界产量的40%。其中大于1000m3以上高炉的产量约为60%，也就是说，按照国家产业政策的要求，有40%的产能需要进行技术改造。 近几年，以沙钢5800m3高炉、曹妃甸5500m3为代表的特大高炉的建设提高了我国炼铁的技术装备水平，但是我国的炼铁业发展还很不平衡，整体产业技术仍然很落后，中国的炼铁只是产量大国，但决不是技术大国，与发达国家还存在较大差距。 中国的钢铁工业发展的道路是一条引进、模仿、消化、吸收的发展道路，我国目前高炉技术装备的平均水平与国外先进高炉相比还有一定差距，节能减排压力巨大；对炼铁前沿技术的投入和核心装备的自主创新能力不足，技术发展尚处于追随阶段，直到我们成为世界第一产钢大国，仍然没有自己的技术优势。 目前我国虽然掌握了各种级别高炉设计、制造及操作技术，但对大型高炉关键设备还需要引进。在炼铁领域，我国的创新多是局部的二次创新或是应用创新，原始创新很少。 特别是在非高炉炼铁方面，我们还没有属于自己的成熟技术。宝钢集团引进了两套Corex C3000 技术，并成功投产。可是这次引进到目前还没有起到促进国内熔融还原发展的作用，且引来了很多人的疑问，认为熔融还原不适合中国，原因是对该技术的掌握和物流体系等造成成本高于高炉成本。 我国优质焦煤资源短缺、环境污染等问题将会成为我国高炉炼铁工艺发展的主要瓶颈。环境效益、经济效益和社会效益是韩国钢铁工业持续发展必须满足的三大效益。可持续发展意味着企业在经济上的收益、环境上的健全以及社会上的责任，这三项都是重要的。国内钢铁企业污染严重，若钢铁企业如不改变这种现状．就不可能可持续发展。 作为一个钢铁大国，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，但实际情况并不是这样，目前国内只有宝钢有实际性的动作。 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。由于国家产业政策明确鼓励熔融还原项目，十一五期间国内很多企业规划中的炼铁项目都搭上了熔融还原，但是由于熔融技术在国内发展还不成熟，所以，国内很多企业还处在观望阶段，甚至很多企业冒着违法、违规的风险，将批准的熔融项目改成了高炉项目。 国内由于产业政策缺乏与之配套措施与法律法规，因此，企业追求的是利润第一，而对环保、对资源短缺以及节能减排的目标仍然没有提到日程上来。 目前我国大中钢铁企业中，只有少数几家有技术研发能力。据统计，我国用于研发的投入不足销售收入的0.5%，而韩国为1.75%，日本为1.25-2%。在这样少的投入情况
FINEX熔融还原工 FINEX针对COREX必须使用块矿或球团作原料以保证还原竖炉透气性的特点加以改进。其特点是采用多级（4级）流态化床反应器代替还原竖炉。在反应器中加入铁矿粉，利用熔融气化炉产生的热还原气体，呈一定速度与矿粉反向流动。因反应器内炉料呈流态化状态，不存在炉料透气性问题，所以炉料可全部使用粉矿。 多级反应器出来的细颗粒的直接还原铁（DRI）在热状态下压制成块，然后装入熔融气化炉。<80mm的块煤直接加入熔融气化炉，小于8mm的粉煤加入有机粘结剂压制成块入炉。 熔融气化炉从下部风口鼓入氧气，进行熔炼。 熔融气化炉产生的热还原气体依次通入4级反应器最后排出。排出的煤气约41%通过加压变压吸附除去CO2，使煤气中的CO2从33%降到3%，再通入反应器作为还原气体再利用。其余煤气输出供发电或其他用途。 FINEX的技术优势是： （1）FINEX可以100%使用非炼焦煤，而且对煤种和成分没有严格限制。 浦项在试验过程中采用过的煤种固定碳54.49%~72.26%，挥发分18.37%~38.72%，灰分7.32%~16.67%，都可以冶炼出合格生铁。目前，采用30%半软质煤和70%动力煤混合。又因为粉煤可压块入炉，对入厂的煤炭利用比较充分。浦项公司目前使用压制型煤60%~70%，喷煤粉15%~20%，其余为块煤。因冷压块煤强度高，可以达到焦炭的75%，而块煤只有30%，因此FINEX可以不用焦炭。FINEX对使用的粉状矿石成分和粒度也无严格要求。粉矿直接入炉拓宽了资源范围，也节
省了加工费用。这两点都优于COREX工艺。 （2）也像COREX一样，开停炉十分便利，污染少，环保水平高。 FINEX由于省去了污染严重的烧结、球团和炼焦工厂，使工厂水环境和和大气环境得到极大改善。又因冶炼用纯氧进行，煤气中NOx很少。而煤中硫在熔融气化炉中生成H2S，随还原气体进入反应器，在流态化状态下与熔剂生或CaS和MgS入渣排出。所以SOx排出量与高炉相比，减少许多。而铁水中的含硫量则与高炉近似（0.015%~0.025%）。因为熔融气化炉中的煤是在高温下燃烧气化的，所以不会产生二恶英。并且，FINEX是一个紧凑、密闭系统，烟尘的排放量很小。 实践显示，FINEX流程的SOx、NOx、粉尘的排放量与高炉流程相比，只有6%、4%和21%。并且没有焦化含酚、氰等污水排放，是一种清洁生产工艺。 （3）关于FINEX的能耗 FINEX的优势是用贮量丰富的普通煤种代替焦煤，但流态化反应器的还原效率不如竖炉，其金属化率只有80%~85%，增加熔融气炉的还原负担使得每吨生铁耗用的煤量要比高炉燃料比高得多。目前，先进的大型高炉燃料比约500kg/t，而FINEX约850kg/t（也有报导是1050kg/t），还有500Nm3/t的氧气消耗。但高炉工艺要考虑焦化、烧结、球团等铁前工序的能耗，则二者的差距明显减少。加上FINEX从煤气回收的能量远高于高炉，有计算表明FINEX的工序能耗还略低于高炉工艺（含铁前工序）。 （4）关于FINEX建设投资 由于取消了焦化、烧结和球团工厂，FINEX投资将大为降低。但FINEX庞大的制氧系统和昂贵的技术引进费用，又使其投资增加。需要
武汉科思瑞迪科技有限公司（以下简称“科思瑞迪”）坐落于武汉市东湖新技术开发区，是以武汉桂坤科技有限公司为主体，整合相关社会资源，汇集了冶金、工业炉、机电技术等各专业技术人才，集数十年研发、工程及生产经验，组建的一家专业从事煤基竖炉直接还原技术的开发、推广及应用的科技公司。该公司的技术及成套核心设施已经在中国、越南、缅甸等国的工程项目中得到了应用，取得了良好的社会及经济效益。 煤基竖炉直接还原技术 李森蓉李建涛 （武汉科思瑞迪科技有限公司） 摘要：本文对煤基竖炉直接还原技术从工艺流程、技术指标、技术特点等方面进行了较为详实的介绍和分析；该技术生产海绵铁的质量有保证，市场发展前景可期，市场竞争力强。 关键词：煤基竖炉直接还原铁技术特点产品质量 直接还原是指铁矿石或含铁氧化物在低于熔化温度下还原成金属产品的炼铁过程；其所得的产品称为直接还原铁，简称DRI（Direct Reduction Iron），也称海绵铁。优质DRI由于其成分稳定，有害元素含量低，粒度均匀,不仅可以补充废钢资源的不足，而且还可以作为电炉炼钢的原料以及转炉炼钢的冷却剂，对保证钢材的质量特别是合金钢的质量，起着不可替代的作用，是冶炼特钢的优质原料；同时，高品位DRI还可以供粉末冶金行业使用【1】。 直接还原铁生产方法中，主要分为气基法和煤基法。由于我国天然气资源缺乏，但是煤炭资源丰富，煤基直接还原技术成为我国直接还原铁生产的重要工艺方法【2】。煤基直接还原是指直接以廉价的非焦煤作还原剂生产直接还原铁的方法。 在我国煤基直接还原技术主要是回转窑法和隧道窑法【3】，近几年也相继建设了多座转底炉装置，同时也建设了一些煤基连续式竖炉装置。在直接还原技术日益发展、大力提倡环保节能减排的今天，一些新的更先进的直接还原工艺及设备被迫切需要【4,5】。 煤基竖炉直接还原技术是一项符合中国能源结构特点的可大型化生产高品质海绵铁的直接还原铁生产技术【6】，可广泛用于处理高品位铁精粉制取高纯度还原铁粉用于粉末冶金领域，也可用于处理普通品位的铁精粉制取炼钢用海绵铁，处理复合铁矿生产普通铁水及提取钒、钛、硼等高附加值资源。 1发展历程 自2006年至今，已经成功的在中国大陆和国外设计安装了5代炉型五条生产线： 1）一条1000吨/年中试生产线； 2）一条5万吨/年和两条10万吨/年生产线：
流态化还原炼铁技术 流态化(fluidization)是一种由于流体向上流过固体颗粒堆积的床层而使得 固体颗粒具有一般流体性质的物理现象,是现代多相相际接触的工程技术。使用流态化技术的流化床反应器因具有相际接触面积大,温度、浓度均匀,传热传质条件好,运行效率高等优点而应用于现代工业生产。 高炉炼铁技术在矿产资源受限和环保压力增大等形势下,将面临着前所未有的挑战。铁矿石对外依存度过高、铁矿石粒度越来越小和焦炭资源枯竭等状况,迫使人们加快步伐探索改进或替代高炉工艺的非高炉型炼铁工艺。以气固流态化还原技术为代表的非高炉炼铁工艺逐步受到重视。 新工艺的建立和发展需要理论研究作为支撑。目前国内对于流态化还原炼铁 过程中的气固两相流规律的认识还不够深入,特别是对不同属性铁矿粉的流态化特性、不同操作条件下的流态化还原特性,以及反应器结构对流态化还原过程的影响等相关研究还不够充分,基于流态化还原技术的新工艺要成熟应用于大规模工业生产还有明显距离。 发展流态化技术须重视基础研究 流态化技术可以把固体散料悬浮于运动的流体之中,使颗粒与颗粒之间脱离接触,从而消除颗粒间的内摩擦现象,使固体颗粒具有一般流体的特性,以期得到良好的物理化学条件。流态化技术很早就被引入冶金行业,成为非高炉炼铁技术气基还原流程中的一类重要工艺。流态化技术在直接还原炼铁过程中主要有铁矿粉磁化焙烧、粉铁矿预热和低度预还原、生产直接还原铁的冶金功能。 我国从上世纪50年代后期开始流态化炼铁技术的研究。1973年~1982年,为 了开发攀枝花资源,我国进行了3次流态化还原综合回收钒钛铁的试验研究。中国科学院结合资源特点对贫铁矿、多金属共生矿的综合利用,开展了流态化还原过程和设备的研究;钢铁研究总院于2004年提出低温快速预还原炼铁方法(FROL TS),并
熔融还原炼铁技术 摘要随着社会经济的发展，高炉炼铁资源短缺与环境负荷日益加重的局面已经充分显现，开发新技术逐步取代传统技术将迫在眉睫，这其中以熔融还原炼铁技术为主要开发对象。国际钢铁界始终没有停止对熔融还原炼铁技术开发的脚步，本文对现有HIsmelt、COREX和FINEX熔融还原工艺及设备进行了分析研究和综合评价，指出了开发新熔融还原技术的原则，介绍了克服高炉炼铁及COREX、HIsmelt熔融还原法存在的缺点的LSM炼铁工艺。我们应针对目前存在的问题，开发新的熔融还原炼铁技术。 关键词熔融还原；COREX；FINEX；HIsmelt；LSM SMELTING REDUCTION IRONMAKING TECHNOLOGY ABSTRACT With the economic society developing, it fully shows that the resources shortage and environment of blast furnace ironmaking load have aggravated day by day. It is very urgent to exploit new technology to replace the traditional. The smelting reduction ironmaking technology is one of the main research fields. International Iron and Steel sector has not stopped for smelting reduction ironmaking technology development pace. The development for the smelting reduction ironmaking technology was never stopped in the world. This thesis just generates under this background.This paper analyzes and makes comprehensive evaluation of the existing HIsmelt, COREX and FINEX reduction process and equipment, points out that the principle of developing new smelting reduction technology, introduces LSM ironmaking process ,which overcomes existing shortcomings of blast furnace ironmaking and COREX, HIsmelt smelting reduction method.We should be aiming at the existing problems, develop new smelting reduction ironmaking technology. KEY WORDS smelting reduction,COREX,FINEX,HIsmelt,LSM 1. 前言 高炉炼铁方法从使用焦炭算起已有三百多年的历史，第二次世界大战后的50年来，钢铁冶金技术获得了重大发展。如今大型高炉的容积已超过4000m3，而且机械化、自动化日臻完善。自20世纪60 年代后期，炼焦煤特别是低硫焦煤日益短缺，加上环境要求不断提高、基建投资费用巨大，致使在发达国家年产百万吨以下而采用传统高炉流程的钢铁企业在经济上常处于困境。特别是二十世纪90 年代以来，可持续发展对环境提出越来越高的要求，钢铁市场竞争愈演愈烈，各国不断强化新工艺的研究，非高炉炼铁技术研发空前活跃，新的煤基熔融
我国应适度发展直接还原与熔融还原技术 近代高炉已有数百年历史，其工艺已达到相当完善的地步。但是在它日益完善和大型化的同时，也带来了流程长、投资大以及污染环境等问题。随着世界上废钢铁积累日益减少，电炉流程迅速发展，这就要求采用直接还原新工艺，生产出的海绵铁供电炉炼钢。此外，由于炼焦煤资源日渐短缺，焦炉逐渐老化以及人们对焦炉污染日益关注，八十年代以来，各发达国家纷纷谋求开发另外的无焦炼铁工艺——熔融还原，其中Corex流程已实现工业化生产。综合起来看，当前炼铁工艺正朝着少焦或无焦炼铁方向发展，而直接还原与熔融还原技术正适合这种发展方向。所以说我国应适度发展直接还原与熔融还原技术。 直接还原与熔融还原工艺的技术特点 1 直接还原 产品是固态海绵铁，供电炉炼钢用。分为气基和煤基直接还原两大类。 气基直接还原是用天然气经裂化产出的H2和CO作为还原剂在竖炉那将铁矿石中的氧化铁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将铁矿石中氧化铁在固态温度下还原成海绵铁，其中回转窑是已经成熟的方法。气基直接还原效率高，产量大，单体设备能力可达50－100万t/a，在直接还原中占主导地位：煤基直接还原中的主体工艺——回转窑效率低，目前单体设备最大年产量不超过20万t。直接还原的优点是流程短；没有焦炉，污染较少，缺点是对原料要求严，高品味、脉石少、熔点高，有害元素低，高温下不爆裂，还原性好不易粉化。 2 熔融还原 它是一种发展中的新炼铁技术，其目的是以煤代焦和直接用粉矿炼铁，因而既无炼焦又无烧结或球团厂，使炼铁流程简化。受到许多国家的重视。当今引起人们注意的是Corex工艺，已经或正在进行工业试验的有日本DIOS法等。熔融还原的目的是取代高炉。目前熔融还原流程多采用二步法，即先在竖炉（块矿）或流化床（粉矿）内将矿石进行预还原，然后再进入终还原炉。向终还原炉内加入煤和氧气，煤燃烧产生热和H2、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，H2和CO则供还原炉作还原剂。和高炉流程比，熔融还原的第一个特点是用煤不用焦，因而可以不建焦炉；第二，多数用氧而不用风。目前惟一已工业化生产的熔融还原工艺是Corex流程。Corex工艺的优点是用煤不用焦，没有焦炉污染，不足之处是不能直接用粉矿，消耗高。其改进的方向是降低煤耗和氧耗，并经济地利用其输出煤气。 我国发展炼铁技术的策略 目前，我国生产生铁主要的是以高炉炼铁为主，因为高炉产铁能力大，它在
煤基直接还原炼铁技术及非高炉炼铁能耗分析 摘要：非高炉炼铁技术或称非焦炼铁技术是当今钢铁生产工艺中最受关注的技术之一。依产品的形态不同,非高炉炼铁技术可分为熔融还原与直接还原两种工艺方法。直接还原是以非焦煤为能源,在不熔化不造渣的条件下,原料保持原有物理形态,铁的氧化物经还原获得以金属铁为主要成分的固态产品的技术方法。直接还原炼铁工艺分为气基直接还原和煤基直接还原,气基直接还原炼铁工艺是最主要的直接还原炼铁技术，其产量占到直接还原炼铁的90％左右，煤基直接还原炼铁，目前以回转窑为主，也是最主要的煤基直接还原炼铁工艺。 关键词：非高炉炼铁；直接还原；熔融还原；煤基；气基 近代高炉已有数百年历史，其工艺已达到相当完善的地步。高炉反应器的优点是热效率高、技术完善,设备已大型化、长寿化,单座高炉年产铁最高可达400 万t左右,一代炉役的产铁量可达5000万t以上,可以说,没有现代化的大型高炉就没有现代化的钢铁工业大生产。但是在它日益完善和大型化的同时，也带来了流程长、投资大以及污染环境等问题。高炉工艺流程存在以下问题:一是高炉必须要用较多焦炭,而炼焦煤越来越少,焦炭越来越贵;二是环境污染严重,特别是焦炉的水污染物粉尘排放烧结的SO2粉尘排放,高炉的CO2排放很高；三是传统炼铁流程长,投资大；四是从铁、烧、焦全系统看重复加热、降温,增碳、脱碳,资源、能源循环使用率低,热能利用不合理。 高炉法虽然仍是当今炼铁生产的主体流程,但非高炉炼铁法已成为炼铁技术发展的方向。非高炉炼铁技术或称非焦炼铁技术是当今钢铁生产工艺中最受关注的技术之一。依产品的形态不同,非高炉炼铁技术可分为熔融还原与直接还原两种工艺方法。随着世界上废钢铁积累日益减少，电炉流程迅速发展，这就要求采用直接还原新工艺，生产出的海绵铁供电炉炼钢。此外，由于炼焦煤资源日渐短缺，焦炉逐渐老化以及人们对焦炉污染日益关注，八十年代以来，各发达国家纷纷谋求开发另外的无焦炼铁工艺——熔融还原，其中Corex流程已实现工业化生产。综合起来看，当前炼铁工艺正朝着少焦或无焦炼铁方向发展，而直接还原与熔融还原技术正适合这种发展方向。所以说我国应适度发展直接还原与熔融还原技术。 直接还原是以非焦煤为能源,在不熔化不造渣的条件下,原料保持原有物理形态,铁的氧化物经还原获得以金属铁为主要成分的固态产品的技术方法。熔融还原是以非焦煤为能源,铁矿物在高温熔融状态下完成还原过程,获得液态铁水的技术方法。 由于优质废钢资源的短缺，海绵铁作为电炉钢重要的原料之一受到重视与发展。直接还原炼铁工艺分为气基直接还原和煤基直接还原,气基直接还原炼铁工艺是最主要的直接还原炼铁技术，其产量占到直接还原炼铁的90％左右，气基直接还原炼铁使用天然气重整制备高质量的富氢气体（75%H2～25%CO）作为还原剂，以竖炉作为还原反应器，气固充分接触，还原反应与热量交换好，因此，反应器效率高，吨铁能耗低。由于我国的天然气资源短缺，难以用于生产海绵铁。 直接还原的产品直接还原铁(DRD是铁氧化物在不熔化、不造渣且在固态下还原生成的金属铁产品。为提高产品的抗氧化能力和体积密度, DRI热态下挤压成形的产品称为热压块( HBI) , DRI冷态下挤压成形的产品称为DRI压块。 煤基直接还原炼铁，目前以回转窑为主，也是最主要的煤基直接还原炼铁工艺，另外还存在隧道窑直接还原炼铁工艺，近年来，以处理钢铁厂废弃物的转底炉工艺，我国也在尝试变成直接还原炼铁工艺。 1 煤基直接还原炼铁的几种工艺 1.1 回转窑工艺
1 转底炉工艺概述 1.1 前言 转底炉用于生产直接还原铁不过约30年的历史，其设备和结构原本脱胎于轧钢用的环形加热炉，其最初目的就是用于处理钢铁厂生产过程中产生的含铁和其他金属的粉尘和废弃物，实践证明其环保功能和价值甚至超过了金属回收本身。随着规模的扩大，也逐渐形成为一种炼铁新工艺，进入煤基直接还原法的先进行列，但仍处在初始阶段，目前最大的转底炉（美国动力钢公司）的规模年产铁不过50万吨，以铁精矿为原料，生产出的DRI经埋弧电炉熔分后为大电炉供应铁水。其他分布在美国、日本等地的一些转底炉几乎都是处理粉尘，其规模一般年产能力20万吨左右，生产出的DRI金属化率70～85％不等，一般不用作电炉原料，其用途或作为高炉原料，或给转炉作冷却剂，或经埋弧电炉熔分后生产出铁水，给炼钢电炉热装。 转底炉的环保效益是与其工艺特点分不开的，主要特点是高温快速还原。首先是把含金属氧化物的粉尘和废弃物还原成金属；其次是高温下许多有害元素和物质能够挥发或分解，能燃烧的用作燃料；第三是本身是封闭系统，微负压操作，过程中基本无排放，最终的固体产物和经过净化的烟气均符合环保要求，而且烟气余热得到充分利用。因此转底炉在一些发达国家（如美国、日本）已列为处理所在地域冶金厂粉尘和废弃物的有效措施，并要求冶金企业无偿提供，并倒贴一定处理费用。这些厂家因为国家环保要求深埋而要花费更高费用，所以也乐于如此。 1.2 发展状况 最早生产规模的转底炉处理冶金厂粉尘和废弃物的是美国INMETCO，由国际镍集团INCO.Ltd开发，该集团国际金属回收公司1978年在美国宾州Eillwood 城建成第一座转底炉，外径16.7米，炉底宽4.3米，主要是用来处理多种冶金厂含铁粉尘和废弃物，生产出的金属化率85～92％的金属化球团（DRI）进入埋弧电炉熔化，获得铁水和炉渣（作为副产品出售），与此同时还回收Zn、Ni、Cr
低品位铁矿石煤基直接还原铁 摘要：文章介绍介绍了直接还原铁的两种生产方法，并联系国内实际着重介绍煤基直接还原法，联系我国铁矿石的供需现状，通过分析近年来直接还原铁发展状况，提出低品位铁矿石用褐煤半焦做还原剂生产直接还原铁的思路。 直接还原是指用气体或固体还原剂在低于铁矿石软化温度下，在反应装置内将铁矿石还原成金属铁的方法。其产品称直接还原铁，这种铁保留了失氧前的外形，因失氧形成了大量微孔隙，显微镜下形似海绵结构，故又称海绵铁。[4]直接还原铁(DRI)因质地纯净、成分稳定，是一种替代废钢、冶炼优质钢和特殊钢的理想原料。很多用废钢不能生产的特种钢都能用海绵铁生产出来[3]. 一、直接还原铁的生产方法 直接还原工艺根据还原剂不同可分为气基直接还原和煤基直接还原。气基直接还原工艺以天然气为主要还原剂，包括竖炉、反应罐和流化床流程。煤基直接还原以煤为主要能源，主要是使用回转窑为主体设备的流程[1]。 目前运行中的气基直接还原设备有三种。第一种是竖炉，是成熟的主导工艺，以MIDREX 流程为代表，具有容易控制、产品质量好、能耗低、环境污染轻、生产率高等特点，竖炉流程占据了大部分直接还原生产能力[6]。第二种是反应罐，使用反应罐的流程只有HYL法。反应罐采用落后的固定床非连续生产模式，证处于被逐渐淘汰的过程中。第三种是流化床，目前唯一的代表是FIOR法[1]。 煤基直接还原法工艺主要包括回转窑法、转底炉法、隧道窑法。只有回转窑流程拥有可观的生产能力，具有代表性的回转窑流程是SL-RN法。 推动直接还原工艺技术发展的客观原因主要有以下几点； 1）世界多数国家严重缺少焦煤，但其中不少国家拥有优质丰富的铁矿以及天然气和非焦煤资源，可以因地制宜地发展直接还原来解决生铁资源问题。委内瑞拉、墨西哥、伊朗等国具有丰富的天然气及优质铁矿,主要发展竖炉气基直接还原工艺,而南非、印度、新西兰等国家具有丰富的烟煤及优质铁矿,则主要发展回转窑煤基直接还原工艺。 2)随着电炉短流程生产线的兴起,对废钢的需求日益增长,而发展中国家由于废钢量不足,客 观需要发展直接还原铁来补充[12]。与使用废钢相比,电炉使用直接还原铁的好处有:①还原铁有害元素(Cu、Ni、Cr、Mo、Sn、As、Pb、Bi)含量很低,能够稀释、降低钢中的有害元素; ②用直接还原铁可实现连续装料、成渣迅速、连续融化及熔池沸腾,促进脱气,降低钢中N含量,利于快速形成泡沫渣,从而减少钢中夹杂物;③缩短电炉精炼周期,提高Ni、Mo等有价元素的收率。 3)直接还原低碳海绵铁可用于直接生产电工纯铁、铁氧体及工业铁料,有利于电炉钢厂发展精品、提高产品附加值[7]。 4)直接还原—电炉—连铸—轧制的短流程生产规模小、建设周期短、投资省、生产灵活,便于按市场调整产品种类和数量[11]，可为资金和技术缺乏的发展中国家提供可以代替传统资金和技术密集型的高炉—转炉长流程,因地制宜地发展本国的钢铁工业,不仅对发展中国家有极大的吸引力,而且对为解决地区性钢材需求和品种调剂的发达国家也有吸引力。 二、我国铁矿石资源供需现状 2001年我国铁矿石资源量581.19亿吨，居世界第四位，但是铁矿石品位比世界品位低11%，而且难采难选。我国铁矿石资源的特点：一是贫矿多，贫矿储量占总储量的80%；二是多元素共生的复合矿石较多；三是磁铁矿多。此外矿体复杂，有些贫矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。
直接还原炼铁技术的最新发展 作者: 胡俊鸽,吴美庆,毛艳丽, 钢铁研究 摘要撰写人TsingHua 出版日期：2006年4月30日 直接还原铁可以作为电炉、高炉和转炉的炉料。DRI代替优质废钢更适合于生产对氮和有害元素有严格要求的钢种,如用于石油套管、钢丝绳、电缆线等的钢种。近年,由于钢铁市场升温,废钢资源呈现世界性紧缺。2003年,我国钢铁企业生产回收的废钢铁和非生产回收废钢铁合计为1502万t;而全年炼钢消耗废钢与辅助炼钢消耗废钢之和为4 750万t。显然,国内的废钢缺口很大。未来几年,随着国际市场废钢资源的短缺,世界对废钢的需求量将不断增长。当今,在废钢资源全球性紧缺、国际市场价格频频上扬的情况下,对于我国来说,寻找废钢替代品已迫在眉捷。直接还原铁和热压块铁是最好的废钢替代品。1直接还原炼铁技术发展状况2003年世界直接还原铁总量为4900万t。比2002年增加了10%,不同工艺所生产直接还原铁所占份额如下:Midrex 为64.6%,HyLⅢ为18.4%,HyLⅠ为1.3%,Finmet为5.2%,其他气基为0.4%,煤基为10.2%。直接还原工艺根据还原剂不同可分为气基和煤基。气基直接还原工艺中,竖炉Midrex、Arex(Midrex改进型)和HyLⅢ工艺、反应罐法Hy LⅠ、流化床法Fior和Finmet工艺,都已获得了工业应用,流化床法Fior、Cir cored和碳化铁法在工业上应用不久就停产了。煤基直接还原法中,获得工业应用的有回转窑法和转底炉法(Inmet-co、Fastmet、Sidcomet、DRylron),新开发的多层转底炉Primus工艺已于2003年2月投产。 1.1气基直接还原工艺气基还原工艺可分为使用球团矿或者块矿的工艺和使用铁矿粉的工艺。各种气基直接还原铁工艺发展状况如表1所示。表1各种气基直接还原铁工艺发展状况工艺装备工艺特点所用原料目前状况研究发展F ior(委内瑞拉)4个流化床反应器生产能耗高于竖炉Midrex和HyLⅢ铁矿粉Side tur厂于1976年投产,1985年开始,年产量达到35万t~41万t。由于市场原因于2000年停产。由委内瑞拉和奥钢联进一步发展成FinmetFinmet(奥钢联和委内瑞拉)4个流化床反应器铁矿靠重力从较高反应器流向较低反应器直接使用矿粉,是Fior 的进一步改进,比Fior能耗低、人员需求少。与Fior相比,其还原气体中H2含量少,CO没被氧化去。在Finmet工艺中,矿粉在流化床第一段被还原过程产生的热气体预热,其较高的CO含量可以提高热平衡,并使HBI的w(C)达3%。铁矿
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