淺談非高爐冶煉技術的發展前景

寧 振，鄭志強

濟南鋼鐵集團煉鐵廠，山東 濟南 250101

1 非高爐煉鐵在我國鋼鐵工業發展中的作用

非高爐煉鐵分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。直接還原煉鐵工藝包括豎爐法、流化床法、隧道窯法、回轉窯法和轉底爐法。熔融還原煉鐵工藝主要包括CORRX法、COREX法、FINEX法和HISMELT法等。

1）非高爐煉鐵是我國鋼鐵工業改善能源結構，減少對焦煤能源的依賴的重要途徑；

2）非高爐煉鐵是發展短流程鋼鐵生產的重要途徑。發展直接還原鐵生產是解決廢鋼短缺，另外直接還原鐵（DRI）在電爐煉鋼中仍然是不可短缺的稀釋劑原料；

3）非高爐冶煉是復合礦綜合利用、難選礦開發利用的有效方法。我國高品位鐵礦資源短缺，復合礦占有相當大的比例，另外，還有部分鋼鐵廠內部含鐵物料及其它冶金業的含鐵廢料（如赤泥等），這些含鐵資源通過傳統的選礦難以將其它元素剝離，回收其有價值的金屬。

2 直接還原鐵工藝

直接還原法應用的反應器有豎爐、流化床、轉底爐、回轉窯和隧道窯。目前，國內DRI生產達到工業化規模的直接還原技術有轉底爐、回轉窯和隧道窯三種，這三種工藝都屬于煤基還原技術。其中隧道窯的產量所占的比重較大，但是規模不大，單車產量低、生產周期長、能耗高、生產環境差。直接還原產能和能耗進行對比見表1。

表1 不同直接還原裝置產能能耗比較

轉底爐直接還原技術相對于回轉窯和隧道窯而言可以實現較大的生產規模。日鋼轉底爐設計生產處理能力為20萬t/a，一期建設兩座，項目于2009年11月在日照鋼鐵集團開工建設，2010年4月開始進行點火熱試，目前已經取得了階段性成果。目前投產運行的轉底爐最大的年處理能力有50萬t/a座，天津榮程正在建設處理能力為100萬t/a座的轉底爐，可見轉底爐生產單位能耗小于回轉窯和隧道窯工藝，具備一定優勢。

以攀鋼10萬t/a鐵精礦轉底爐直接還原中試線為例。攀鋼轉底爐工藝主要是通過鐵精粉和煤粉混合制作冷壓球團作為轉底爐原料，使用煤作為能源和還原劑進行直接還原，將熱態還原球團進入電爐進行渣鐵熔分，分離出含釩鐵水和鈦渣，含釩鐵水進行脫硫、LF爐和提釩工序，形成高品質鐵水進行鑄鐵。

轉底爐工藝關鍵技術特點[1]：

1）符合生產的高強度球團的制備。轉底爐一般以冷固結含碳球團為處理對象，由于處理對象廣泛，原料的力度、強度、親水性有很大差異，因此在球團的制備對粘結劑的品種和使用量有不同的要求；

2）轉底爐布料和出料方式。以年處理能力20萬t轉底爐為例，轉底爐中徑為21m，爐床內外半徑差5m，轉底爐工作時內外環速度差值在0.5m/min～1m/min，將球團均勻散布在這樣連續移動且各點位移速度不同的料臺上是布料技術的難點；

3）處理對象的冶金性能。不同的處理對象鐵氧化物以不同的結合形式存在，品位、雜質成分、還原性等影響因素對直接還原都有很大的影響；

4）直接還原鐵處理。一般轉底爐的產品是具有一定金屬化率的金屬化球團，在還原后800℃左右的出爐條件下，直接還原鐵的球團要避免出爐后冷卻過程中的二次氧化。國內采取直接還原銜接熔分工藝，實施熱送直接還原金屬化球團，來避免二次氧化；

5）除塵與熱交換。轉爐生產過程中煙塵產生量較大，尤其是以鋼鐵廠內的塵泥等固體廢棄物為處理對象的轉底爐，產生煙塵粒度小、總量多、粘性大極易附著在換熱器與余熱回收裝置上，造成熱量損失、降低能源利用率低。

3 熔融還原煉鐵工藝

COREX工藝是目前應用最為廣泛的熔融還原煉鐵工藝。由于可以直接使用非煉焦煤生產鐵水，COREX大大降低了對優質煉焦煤的依賴，這成為COREX與高爐相比在資源上的主要技術優勢。

寶鋼COREX-3000自2007年11月份投產以來，經歷了6個豎爐周期的生產實踐[2]。操作制度明顯改進，設備、控制系統得以優化。與開爐初期比較，COREX-3000生產的整體運行情況明顯改善。豎爐清空周期延長，設備運行穩定性提高，作業率提高，單位能耗明顯降低。

1）COREX-3000存在的主要問題：鐵口淺是目前COREX-3000最緊迫的問題，出鐵過程鐵流大，難控制，導致爐前作業危險，迫使減壓出鐵，擾亂了整個COREX系統的穩定性。另外，由于入爐粉率高，豎爐粘結過快，壓差波動大，引發下降管堵塞，金屬化率不穩定，爐溫波動大等問題，也影響COREX系統的穩定順行；

2）采取的措施：入爐原燃料粉率增加導致豎爐粘結加快，氣化爐爐溫波動，為了降低入爐粉率，采取了提高中轉槽的槽位，防止料摔碎；在篩網上增加振動篩，提高篩分效果。為了解決鐵口偏淺的問題，寶鋼自己開發適合COREX工藝炮泥，研發的炮泥也在不斷改進中；

3）今后改進方向：豎爐圍管耐材破損嚴重，需要在豎爐清空期間進行耐材磚襯更換，目的是為了發展豎爐中心煤氣流，提高煤氣利用率，提高金屬化率。因國內外塊煤資源劣化且價格上漲，使用壓塊型煤替代塊煤來穩定入爐燃料粒度、強度及水分，可提高COREX生產穩定性及鐵水質量。通過進一步改進，目標是使COREX-3000生產成本和2500高爐相持平。

4 結論

非高爐冶煉技術多種多樣，各種工藝技術存在自身的優勢和劣勢，需要根據企業的實際情況進行綜合評定，來確定選擇適合自身發展的非高爐煉鐵工藝。結合國內鋼鐵廠傳統煉鐵生產模式，鐵前含鐵固體廢料如塵泥主要是通過傳統添加到燒結球團工序中（最終回填高爐），造成有害元素（Zn、K、Na等）在鐵前系統循環富集，對煉鐵系統的穩定運行帶來危害。另外其它有色冶煉工藝廢料也富含鐵，如赤泥資源有待開發利用，因此，發展非高爐煉鐵技術不但有利于環境綜合治理，而且能夠降低煉鐵成本。

[1]周渝生，等.我國轉底爐工藝技術發展現狀與前景淺析[D].2010年非高爐煉鐵學術年會論文集：132-136.

[2]錢良豐，等.COREX-3000投產以來運行分析及對今后展望[D].2010年非高爐煉鐵學術年會論文集：207-210.