比較分析高爐煉鐵與非高爐煉鐵技術

張二利

摘要：隨著鋼鐵行業的不景氣，而相對應的高爐煉鐵技術發展呈現出停滯狀態。但目前仍是全世界范圍內，進行鋼鐵生產主要的技術內容，然而這就意味著其利用焦炭生產造成的污染環境問題仍處在不斷深化的狀態。針對這一問題，相關從業人員應加大非高爐煉鐵技術的研究應用，進而改進我國鋼鐵行業發展的產業結構。然而，非高爐煉鐵技術的研究成果存在一定局限性，相關建設人員應從能耗、技術應用現狀以及未來發展角度，對高爐煉鐵與非高爐煉鐵兩種技術進行對比，以找出優化控制的節點，進一步提高非高爐煉鐵技術的應用研究效率。

關鍵詞：高爐煉鐵和非高爐煉鐵；能耗比較；發展方向

1 高爐煉鐵和非高爐煉鐵

1.1 高爐煉鐵

高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出，高爐生產是連續進行的，一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續生產幾年到十幾年。

1.2 非高爐煉鐵

非高爐煉鐵是指以鐵礦石為原料并使用高爐以外的冶煉技術生產鐵產品的方法。在當今焦煤資源缺乏，非焦煤資源豐富的情況下，非高爐煉鐵以非焦煤為能源，不但環保，而且省去了燒結、球團等工序，縮短了流程。因此非高爐煉鐵一直被認為是一種環保節能、投資小、生產成本低的生產工藝。非高爐煉鐵可分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。直接還原煉鐵工藝是一種以天然氣、煤氣、非焦煤粉為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度下，將鐵礦石中鐵氧化物還原成鐵的生產工藝。據統計直接還原冶煉工藝多達40余種，大部分已經實現了大規模工業化生產。熔融還原工藝以煤、粉礦進行冶煉，無需煉焦、燒結、球團等工序，使煉鐵流程簡化，是煉鐵技術的重要發展方向。

2 能耗比較

2.1 高爐煉鐵能耗

通過對2009年重點鋼鐵企業煉鐵系統的能耗分析，2009年我國重點鋼鐵企業高爐工序能耗為410.65kgce/t，燒結工序為54.95kgce/t，焦化工序為112.28kgce/t，球團工序為29.96kgce/t。計算冶煉1t生鐵所需要的煉鐵系統能耗（包括燒結、焦化、球團、高爐四個工序），得出結論，2009年全國重點鋼鐵企業冶煉1t生鐵，煉鐵系統所需要消耗的能源為529.11kgce/t；同期我國先進水平的太鋼生產1t生鐵，煉鐵系統所消耗的能源為443.82kgce/t。這兩個數據均比目前非高爐煉鐵工藝的能耗要低。由于高爐煉鐵設備是一種高效化的豎爐，因此，高爐生產的過程是個爐料與煤氣逆向運動的反應器。具體來說，爐料在豎爐中能夠得到充分的預熱、還原、熔融、生鐵滲碳以及生鐵改性等物理化學過程。但其生產過程產生出的塵泥是有害物質。爐料在高爐中作用時，會面臨間接與直接還原反應問題選擇，研究表明，鐵礦石進行直接還原是吸熱反應，而間接還原則是放熱反應。因此，爐料在高爐內部中，有將近50%的爐料是進行間接還原反應的。這就意味著其要比直接還原鐵工藝過程降低一部分的能源使用。而且，高爐還是一種高效的能源轉化器，即焦炭填充爐缸、焦炭滲碳、焦炭起骨架作用以及與氧氣反應生產CO、CO2和放出熱量。當高爐休風時，爐缸被焦炭填滿，從而使爐缸內部具有較大空間，以加快生產恢復。

2.2 非高爐煉鐵能耗

2008年5月是寶鋼COREX-3000燃料比較好水平，為987.1kg/t（其中焦炭占20%）。2009年C3000的燃料比平均為1057kg/t。C2000的燃料比的情況：印度京德1號為997kg/t，京德2號為994kg/t，焦比在燃料比的15%～20%.南非薩爾達納為1020～1050kg/t焦比在燃料比的13%～15%。2008年4～7月韓國FINEX煤氣得到回收利用后，燃料比由780～850kg/t降到700kg/t左右。日本神戶制鋼與美國克里夫蘭克里夫斯公司結盟，建設了ITmk3設施，實際是轉底爐的改進和延伸，產品為冷態的渣鐵，能耗是高于高爐煉鐵。融熔還原的生產還需要消耗大量氧氣、電力等能源介質。如果加上這些能量，它們的工序能耗還要高。上述的數據表明，非高爐煉鐵的能耗是要比高爐煉鐵系統的能耗高250～650kgce/t。

3 發展方向

3.1 高爐煉鐵技術未來的發展

在鋼鐵企業煉鐵系統的資源消耗和能耗消耗約占70%，在煉鐵系統中削減CO2排放量是迫切的任務。理論上一噸鐵水最少需要414kg的碳，或者465kg的焦炭，其中333kg的碳或者80%的焦炭將用于化學反應。各廠高爐采取了降低燃料比、焦比，提高熱效率、還原效率，噴吹煤粉、噴吹塑料，回收一切可能回收的熱量等等降低CO2排放的一系列措施。高爐大型化除了對高爐爐內現象進行了更精細的研究外，還必須弄清各種爐內現象，合理控制循環區及死料堆的形成行為、焦炭粉化及產生堆積的行為，這些行為對爐料透氣性和下料有重大的影響。

3.2 非高爐煉鐵技術未來的發展

我國非高爐煉鐵技術的發展應是直接還原、熔融還原并重。直接還原應以建設有一定規模的骨干生產廠，迅速形成規模生產能力為主。熔融還原應在引進、消化的基礎上，開發適宜我國資源條件和我國國情的獨立自主知識產權的技術為主要方向。熔融還原是正在開發和發展的技術，在引進、消化的基礎上，開發適應我國的資源條件，我國國情的自有知識產權的熔融還原技術是最重要的方向。熔融還原技術的開發應汲取我國直接還原開發的經驗和教訓，必須集中人力、物力，開展大協作，組織國家級的攻關隊伍進行攻關，必須以有經濟實力、有強大技術實力的大型鋼鐵企業為依托，實施產、學、研結合，同時爭取國家給予充分的經濟和政策的支持。

4 結語

高爐煉鐵技術在未來的發展不容樂觀，但其在目前仍使我國鋼鐵行業進行生產建設主要采用的技術內容。為保證其作用的低能耗，相關建設人員應通過高爐大型化以及應用節能減排設備裝置，來實現工業發展可持續性的目標。而非高爐煉鐵技術雖發展前景廣闊，但因其使用成本高且效果不突出問題，使其難以在短期內代替高爐煉鐵技術服務于我國的鋼鐵行業。事實證明，無論是高爐煉鐵技術還是非高爐煉鐵技術，均要結合市場環境需求來確定自身的發展方向，只有這樣才能真正起到促進我國工業建設快速穩定發展進程的作用。

參考文獻：

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[2] 胡俊鴿，周文濤，郭艷玲，等.先進非高爐煉鐵工藝技術經濟分析[J].鞍鋼技術，2012（3）：7-13.

（作者單位：河鋼宣鋼煉鐵廠）