东北大学钢铁研究所非高炉炼铁技术及在我国发展的展望.ppt

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1、1,非高炉炼铁技术及在我国发展的展望,东北大学钢铁研究所,赵庆杰 储满生 王治卿 董文献,2008年4月,2,主要内容,非高炉炼铁技术及发展现状 我国非高炉炼铁现状 我国发展非高炉炼铁的展望 结语,3,传统炼铁流程存在的主要问题,传统炼铁流程长，工艺复杂；资源、能源循环使用率低；对焦炭和焦煤资源的依赖；环境污染严重,4,1.非高炉炼铁技术及发展的现状,非高炉炼铁是钢铁工业发展的前沿技术之一，是钢铁工业实现可持续性发展、节能减排、环境友好的前沿技术之一，是钢铁工业发展摆脱焦煤资源的羁绊，改善钢铁生产的能源结构、促进钢铁产品结构调整、提高产品质量、实现资源综合利用的重要途径之一。直接还原已成为世界

2、钢铁工业不可缺少的组成部分，DRI的年产量已超过6500万吨，粗钢产量的5.0%。熔融还原实现了工业化生产，其环境优越性得以公认，但低能耗、低成本、低投资等优点还有待实践证实，仍然是钢铁生产技术发展的最热门话题。,5,1.1 直接还原技术及发展现状,6,产量持续增加，气基竖炉占主导地位,世界直接还原铁产量（万吨）,各工艺直接还原铁的产量（wt%）,7,8,煤制气-竖炉直接还原为发展DRI生产的新途径,由Midrex公司提出并在南非实现了工业化生产的COREX熔融还原尾气作为Midrex竖炉还原气的工艺，以及直接使用焦炉煤气、合成气、煤制气为还原气的HYL-ZR工艺，为天然气资源不足的地区以天然

3、气以外的能源发展气基直接还原工艺开辟了新途径。,9,转底炉法是煤基直接还原技术的开发热点,能源来源广泛，对原料的适应性强，在钢铁厂粉尘综合利用，以及复合矿利用有明显的优势。产品的定位不明确，含铁品位低、含S高，以及转底炉设备运转部件庞大，运行维护难度大是该工艺的不足。,流化床法的发展受挫,流化床法在还原机理上是气基法中最合理的工艺方法采用粉状原料、铁矿粉单体颗粒在高温还原气流中进行还原，还原速度快。但流化需要的气体流量远大于还原所需要的气量，造成还原气的一次通过的利用率极低（约10%），气体循环消耗的能量高；流化床是全混床，产品还原程度不均匀；“失流”及粘结问题至今未得到有效的解决，流化床的发

4、展受挫。,10,1.2 熔融还原技术及发展现状,按其能源可分为：氧煤工艺（COREX，FINEX，HISMELT，DIOS，ROMELT）；电煤工艺（INRED，ELRED，PLASMASMELT等）。按其还原反应完成的过程可分为：一步法：铁矿物在一个反应器中完成还原及熔化的全过程，如：DIOS，HISMELT，ROMELT，AUSMELT等。二步法：还原与熔化分为两步进行，即铁矿物在一个反应器中预还原后，再在另一个 反应器中进行终还原和熔化，如：COREX，FINEX。按其终还原反应器的形式可分为：铁浴法：DIOS，HISMELT，AUSMELT，ROMELT;填充床法：川崎法;残焦（CHA

5、R）沸腾床法：COREX，FINEX。,随着世界钢铁生产的增加，焦煤和铁矿石价格的持续飞涨，环境保护、节能降耗、降低生产及投资成本压力的不断增长，近年来再次激发了熔融还原技术的开发热潮，先进适用的熔融还原炼铁技术成为国外一些钢铁企业开发应用的热点，熔融还原仍是钢铁技术开发的热点之一。COREX是唯一实现了工业化生产的熔融还原方法。FINEX实现了连续性工业化试生产，Hismelt仍在进行工业化试生产，还存在有待解决的问题。,11,COREX实现了工业化生产,奥钢联开发的COREX工艺是第一个实现工业化生产的熔融还原工艺（1989年11月第一台COREX装置投产）。目前，全世界有5台（南非一台C

6、-2000，韩国一台C-2000，印度两台C-2000，中国一台C-3000）COREX装置在运行中。,12,HIsmelt熔融还原进展缓慢,HIsmelt的优点是结构简单，炉体体积和高度较小，投资成本和维修成本低，工艺无需烧结和炼焦，环保水平较高。遇到的主要问题是：炉衬的侵蚀过快、喷枪的磨损、废气的处理和利用等。,13,FINEX熔融还原技术开发取得进展,采用廉价普通煤和粉矿作为原材料，省去炼焦和烧结工艺，以流化床为预还原方法，熔融造气炉与COREX相同，是COREX法的发展和变种。但流化床能否使用精矿粉，运行的稳定性，预还原矿粉的压块，以及生产成本和投资问题还有待生产的检验。,14,我国发

7、展直接还原铁的目的及意义,2.我国非高炉炼铁现状,1）废钢短缺是影响我国钢铁工业发展、降低吨钢能耗、调整钢 铁产品结构的重要因素；2）发展电炉钢，改善钢铁产品结构和能源结构，摆脱焦煤资源 对钢铁生产发展的羁绊，发展直接还原铁是重要的途径；3）钢铁产品的升级换代和产品结构的调整需要纯净的铁源材 料，直接还原铁是生产优质钢、纯净钢的重要原材料；4）发展直接还原铁，以直接还原铁为原料生产优质纯净钢铸锻 件坯料，将有效的促进我国装备制造业的发展；5）发展直接还原铁是钢铁工业发展节能减排的重要途径。,15,2.1 我国直接还原技术的发展现状,受资源条件的限制，我国直接还原生产厂全部是煤基隧道窑罐式法或回

8、转窑法，发展极为缓慢。2007年我国DRI产量仅50万吨，占世界总产量的0.80%，且多数产品含SiO2高，体积密度小，质量不稳定，已成为影响我国钢铁工业和制造业的健康发展的因素。,新隧道窑罐式法通过改变还原罐材质（炭化硅、耐热钢），以燃气替代手烧煤等技术改造，燃料消耗下降，单机产量提高，污染明显改善。但单窑产能难以大幅度扩大，总能耗高，产品质量的稳定性差，产品质量得不到保证。隧道窑法不能成为我国DRI生产的主体方法,回转窑法通过我国技术人员的努力，克服了“结圈”、再氧化、作业率低、运行不稳定等问题，实现了连续稳定生产。但煤基回转窑法能耗高，单机产能小，操作控制难度大，生产的稳定性差，对原料要

9、求苛刻。回转窑法也不能成为我国直接还原铁发展的主体方法。,16,气基竖炉直接还原 是国内研究和应用的热点。目前，曹妃店工业园区、唐钢青龙、辽宁海城、辽宁盘锦、山西、内蒙等地都在规划或筹建竖炉直接还原铁厂。规模一般大于50万吨/年。还原气的来源有天然气、煤制气、焦炉煤气。据了解：河北秦皇岛青龙县以焦炉煤气为气源的MIREX竖炉DRI厂（50万吨/年），辽宁海城东四型钢公司采用以煤制气为气源的HYL-ZR竖炉DRI工程（50万吨/年）已分别得到相关部门的批准。,含碳球团快速还原工艺（转底炉法）由于对原料的适应性强，还原速度块，倍受关注是当前我国直接还原开发的热点，除以该工艺处理粉尘和复合矿综合利用

10、外，利用该工艺生产的金属化产品入高炉冶炼降低焦比，提高高炉产量、扩大生铁产能是该工艺发展的重要动力。该工艺的产品定位、产品后续处理、装备的大型化以及生产稳定性是该工艺发展的核心问题。四川龙蟒正在试运行，天津荣城将在今年底前投产一座50万吨/年产品的转底炉。,17,2.2 我国直接还原铁发展的问题及对策,1）生产规模过小 DRI厂大于5.0万吨/年仅4个，单机产量不超过15万吨/年。发展可实现大规模生产的气基竖炉直接还原是我国发展直接还原的主要出路。2）缺乏稳定的原料供应渠道 原料供应渠道不畅、来源不稳是严重影响我国直接还原生产的重要原因。建立以国外资源和国内资源两种渠道的稳定的原料的供应基地是

11、我国直接还原铁稳定发展的基础。东北大学等开发的磁铁矿精选技术和设备为解决我国直接还原铁的原料奠定了基础。3）气基直接还原发展缓慢 随着我国天然气资源的开发、焦炭工业的改造整合及焦炉煤气集中回收利用、煤制气技术的成熟，中国一些地区具备了发展气基直接还原的条件。4）缺乏统一规划，未能建设大型商品DRI生产企业 制订我国直接还原发展的整体规划，制订我国的直接还原铁质量标准和直接还原铁生产企业的准入标准，支持和扶植大型骨干型商品直接还原铁生产企业的建设是我国发展直接还原铁生产的重要途径。,18,2.3 我国熔融还原的发展现状,我国早在上世纪50年代，就开始了旋涡炉熔融还原，转炉铁浴熔融还原（当时称转炉

12、煤粉直接炼钢）开发研究，并进行了工业性试验。在上世纪80年代与世界同步进行了熔融还原技术的开发研究，先后进行了大量的基础性研究，以及以煤为能源的流化床-竖炉、铁浴法熔融还原；铁浴法生产含铬铁水；含碳球团竖炉预还原-竖炉等工艺开发。,世界第一台年设计生产能力150万吨铁水的COREX C-3000熔融还原装置于2005年9月在宝钢罗泾动工建设，于2007年11月顺利投产。该装置以进口块矿/球团为原料，燃料采用国内次烟煤，COREX尾气经过燃气轮机发电。该装置投产顺利，虽然目前生产指标还未完全达到预期的目标，但该装置的投产标志着我国熔融还原进入了一个新的阶段，对我国非高炉炼铁的快速发展起到巨大的促

13、进。,19,3.我国发展非高炉炼铁的展望,国内对直接还原铁的需求旺盛，市场容量大,我国废钢短缺，电炉钢的产量占总钢产量比例低，钢铁产品的结构调整和升级换代的需要，以及钢铁生产能源结构的调整的需要等因素决定了我国在一个相当长的时期内对直接还原铁的需求旺盛。,气基直接还原竖炉是我国直接还原铁生产主要方向,气基直接还原竖炉由于技术成熟高，单机产能大，工序能耗低，单位产能投资低将可能成为我国直接还原铁生产的主要方法。由于受天然气资源条件和国家能源政策的限制，以及焦炉煤气资源的区域性的限制，我国气基竖炉直接还原的气源应以煤制气为主，煤制气技术是成熟的，是我国化工生产的常规技术。,20,建设大型化直接还原

14、铁生产线和生产基地是我国直接还原发展的重要内容,立足于国内资源，采取国内外资源并重的方针发展我国直接还原铁生产,汲取我国直接还原50年发展的经验和教训，建设大型直接还原铁生产线，在资源条件和运输条件适宜的地区建设大型化商品DRI生产基地，产品满足合理销售半径内特钢生产及装备制造业对DRI的需求，将是我国今后直接还原发展的重要内容之一。,利用国内自有技术和资源条件，生产直接还原专用球团，建立由国外进口的直接还原用块矿/球团以及由国内铁精矿生产的直接还原专用球团共同组成的、稳定畅通的原料供应渠道是完全可行的。,21,熔融还原是我国钢铁工业实现可持续发展的重要途径之一,开发我国自有知识产权的熔融还原

15、技术是我国熔融还原发展的重要课题,熔融还原是我国钢铁工业实现可持续发展的重要途径之一，减轻钢铁生产对环境的压力，改善钢铁生产的能源结构，降低能耗及使资源综合利用是我国熔融还原发展的主要动力，可以预计熔融还原在我国必将得到迅速发展。,作为世界钢铁第一大国，依据我国原燃料的特点，开发适宜我国的资源和技术条件的熔融还原技术是促进我国熔融还原发展的重要课题。,22,4.结语,制约我国直接还原铁产业发展的重要因素之一是资源问题，以国内技术和资源为主，建立国内外两种资源组成的稳定的原料供应渠道是我国直接还原铁稳定发展的基础。建设以煤为能源，大型煤制气-竖炉直接还原装置是我国直接还原发展的主要方向。,非高炉炼铁是钢铁工业的重要前沿技术和发展方向。直接还原铁生产企业数以百计，工艺方法数十种，已成为钢铁生产的不可缺少的重要组成部分。熔融还原仅有COREX实现工业化，FINEX和HIsmelt正在进行工业化试生产，其对环境的影响优于高炉，不使用焦煤等特点预示着钢铁工业发展的方向。,加强对COREX引进技术的消化，依据我国的资源、技术条件完善和改进现有的技术与装备，逐步实现装备和技术的国产化，是促进我国熔融还原发展的重要课题。加强对FINEX和HIsmelt技术发展的跟踪，强化和加速国内熔融还原技术的开发研究，依据我国原燃料特点开发自有知识产权的技术是我国熔融还原发展的重要方向。,23,谢谢！,