氣基豎爐直接還原煉鐵技術的發展研究

文/侯衛強 李麗紅，德龍鋼鐵有限公司煉鐵廠

1 氣基豎爐直接還原工藝的比較

根據相關數據調查顯示，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐是目前我國主要的兩種氣基豎爐生產工藝，兩者相比前者的豎爐產量占全國的百分之六十三點二，而后者的豎爐產量僅占全國的百分之十五點四，但兩者不僅同屬于氣基豎爐直接還原技術的主體流程，還是直接還原鐵領域的重要流程，但是在原料與產品、工藝特性以及機械設備等方面，兩者之間存在一定的差異，具體表現在如下幾方面，即在原料和產品方面，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐對原料的要求相差無幾，均需要高品位的球團礦和低硫的天然氣，但是在產品性能方面，后者所生產的工藝產品相較于前者來講碳含量范圍相對更大一些；在工藝特性方面，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐兩種工藝之間存在較大差別，無論是在對天然氣重整方式、使用的氧化劑類別、爐頂氣處理流程中是否含有脫碳裝置以及在豎爐的操作方面等都存在顯著差異；在機械設備方面，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐兩種工藝相比，Energiro工藝豎爐內的機械設備數量相比MIDREX氣基豎爐要多的多，由此對整個系統的能量利用也就更加充分。

2 氣基豎爐直接還原煉鐵技術未來的發展探析

近年來，隨著我國社會主義市場經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，相較于高爐煉鐵技術，氣基豎爐直接還原煉鐵技術不僅能在前者未滲入的領域中顯著提高企業的生產效率，同時它還省去了煤焦轉化環節的能源消耗和廢氣排放，在推動中國當下鋼鐵行業產品結構升級和節能減排中都起到了重要的戰略性意義，故而此項還原技術未來的發展方向也受到了社會各界及人們的廣泛關注和高度重視，據相關數據調查顯示，在全球經濟、資源、能源條件不斷變化的當代社會，基豎爐直接還原煉鐵技術正朝著設備大型化、氣源多艷骨哈、礦源擴大化的方向發展，具體發展過程如下：

2.1 設備大型化

圖1 氣基豎爐直接還原煉鐵裝置的建成數據

由上圖可知，自二零一一年大于一百萬t/a的氣基豎爐直接還原煉鐵裝置建成以來，在未來的投入建設和使用過程中，無論是MID REX工藝還是Energiron工藝都全部致力于建設大型豎爐裝置，其中最為出名的就是美國紐柯鋼鐵公司于二零一三年投產的二百五十萬t/a的大型裝置，據相關數據調查顯示，此裝置的還原效率相當于三千二百立方米的高爐，由此可見，氣基豎爐直接還原煉鐵裝置設備大型化是未來企業發展的主要趨勢之一，在一定程度上它不僅有效地可彌補大型鋼鐵企業的生鐵產能缺口，提高企業的生產質量和生產效率，同時又因其低排放、高清潔的生產優勢，現階段在國家的大力扶持下氣基豎爐直接還原煉鐵技術已經具備了與傳統高爐煉鐵流程競爭的能力。

2.2 氣源多樣化

縱觀氣基豎爐直接還原煉鐵技術發展來看，與高爐煉鐵技術相比，前者在某些方面具有后者所沒有的優勢特征，但多年以來卻未得到充分的發展，究其原因主要還是因為氣基豎爐直接還原技術還原過程中需依賴天然氣重整制備還原氣體，而近年來隨著煤制氣或焦爐煤氣制備氣基豎爐還原氣體技術的實現，在氣源多樣化的發展下，氣基豎爐直接還原煉鐵技術的還原氣體可選擇性增多，不僅突破了近年來該技術發展的瓶頸，其適應性也變得更加廣泛。除此之外，自一九九九年MIDREX公司在南非撒旦那基于COREX工藝產生的煤氣建設了一座氣基豎爐直接還原裝置后，通過類比對照試驗，發現氣基豎爐可以擺脫對天然氣的依賴，使用φ( CO)高于70%的煤制氣進行生產。

2.3 礦源擴大化

圖2 MIDREX和Energiron工藝對原料的要求

圖3 利用氣基豎爐技術的釩鈦磁鐵礦綜合利用工藝路線

根據相關數據調查顯示，氣基豎爐直接還原技術對于鐵礦石的要求較高，由圖2可知，從目前來看，球團的全鐵質量分數大于百分之六十五，是傳統鋼鐵企業氣基豎爐直接還原裝置應用的主要原材料，但是近年來隨著人們隨著高質量鐵礦資源的短缺以及豎爐技術的發展，一些低品位復雜伴生鐵礦也逐漸成為其原料，用于鋼鐵企業的生產中，從而在滿足人們對于鋼鐵量需求的同時為企業的進一步發展奠定了良好基礎。與此同時，根據圖3利用氣基豎爐技術的釩鈦磁鐵礦綜合利用工藝路線可知，在氣基豎爐直接還原的生產過程中，釩鈦磁鐵礦球團在豎爐內進行鐵氧化物的還原反應，制得的DRI在電爐內進行熔分深還原，對釩氧化物進行還原的同時，實現渣鐵分離，而后當釩基本全部進入鐵水后，鋼鐵廠可得到含釩鐵水，含釩鐵水經轉爐吹煉，就能得到釩渣和半鋼，根據實驗分析數據可知，此項還原工藝鈦的回收率可達到百分之九十四以上，鐵的回收率可達到百分之九十一以上，而釩回收率也可達到百分之七十七以上，并且此還原反應過程是在潔凈的還原氣中進行，因此形成的鈦渣中添加的雜質成分少，可制得具有經濟效益的高品位鈦渣，此外隨著電子信息技術的不斷發展，由于氣基豎爐內還原溫度和還原氣氛的可控性，除了利用釩鈦磁鐵礦，目前鋼鐵廠還可以通過高磷礦或其他復雜伴生礦進行資源的生產，提高了資源的生成率。

3 結束語

總而言之，近年來隨著我國社會主義市場經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，在全球鋼鐵市場進入“寒冬”時期的歷史時代背景下，氣基豎爐直接還原煉鐵技術因其節能環保和產品優質的優勢，成為了現階段中國鋼鐵企業產品轉型升級的主要應用技術手段，而根據相關數據調查顯示，兩大氣基豎爐工藝MIDREX和Ener giron在氣基豎爐直接還原煉鐵技術的使用過程中都各有其優勢和不足，故此為擴大鋼鐵廠的發展市場，推動企業的進一步發展，兩大兩大氣基豎爐工藝都需根據資源和能源條件、當地水電價格、以及后續工藝生產要求等，因地制宜地制定最具有經濟效益的技術方案，從而為氣基豎爐技術未來設備大型化、氣源多樣化、礦源擴大化的發展打下堅實基礎。