中國新形勢下非高爐煉鐵的技術發展

張文來

（唐鋼國際工程技術股份有限公司，河北 唐山 063000）

眾所周知，我國鋼鐵工業在歷史發展過程中，一直都使用的是高爐煉鐵工藝技術，但是高爐煉鐵工藝技術具有一個非常明顯的特征，這個特征表現為它必須要使用儲量有限的煉焦煤為主要燃料，且需要以一定粒徑的塊狀鐵礦石進行煉鐵工作，所以也就造成了能源、環境、投資等多方面的困擾。然而在新形勢下，煉鐵工藝應當更加符合時代發展下對節約能源提出的要求，如此才能進一步提升我國的煉鐵技術水平，同時提升資源的利用率。

1 關于非高爐煉鐵工藝技術的總體分析

在非高爐煉鐵工藝技術當中，其中具有兩種最為重要的煉鐵思路，其分別是直接還原和熔融還原，這兩種非高爐煉鐵工藝技術具有較多的優勢所在，所以整體上的發展空間較大。直接還原煉鐵技術還分為氣基和煤基直接還原技術，氣基直接還原技術在煉鐵過程中，采用的主要方法是氣基豎爐法、氣基流化床法，它還可以利用天然氣經裂化產出的H2和co作為還原劑，并且在豎爐當中將已有的鐵礦石在固態溫度下直接還原成海綿鐵，當前所應用的方法主要有Midrex和HYL法兩種。另一方面，分析煤基直接還原煉鐵技術，煤基直接還原煉鐵技術主要是利用煤炭資源作為還原劑，在回轉窯或者循環流化床中將鐵礦石在固態溫度下直接性的還原成海綿鐵，然而回轉窯工藝技術是其中最為成熟、應用最為廣泛的工藝煉鐵技術，具有明顯代表的是SL/RN技術。需要注意的是煤基直接還原煉鐵技術中的熔融還原法，并不是完全的消耗煤炭資源，相關專家不能通過字面意思進行理解，而應當是明確此項技術主要是將煤炭作為主要能源，但是使用的卻是天然富礦或者人造富礦，來全方位的取代高爐生產液態生鐵方法。非高爐煉鐵技術的未來發展主流方向，應當朝著高效、節能、清潔等方面展開，同時煉鐵的操作也需要更加簡便以及科學。

2 關于非高爐煉鐵技術的發展展望以及我國現狀發展

鋼鐵生產行業的相關工作人員應當明確了解，非高爐煉鐵技術無論是在技術成熟程度、技術可靠性以及生產能力等多個方面，就目前發展的實際情況分析可知，其都不能與高爐煉鐵技術相提并論，更不要說完全取代它了，相關行業人士應當僅僅將其作為高爐煉鐵技術的主要補充，但是廣大鋼鐵工業生產工作人員始終要牢牢記住，非高爐煉鐵技術仍然是鋼鐵工業持續健康發展，實現全面節能減排的前沿技術之一，所以在未來發展的過程中，非高爐生產工藝技術必定會在鋼鐵工業生產領域占據更加穩固的地位，這不僅是技術發展的需求，同時也是整個時代對于煉鐵技術發展的規劃，我國鋼鐵工業煉鐵人員應當對非高爐煉鐵技術報以高度的重視。從我國的非高爐煉鐵技術發展情況來看，鋼鐵工業開始蓬勃發展的時期主要是21世紀。在20世紀的最后10年內，國內的鐵資源生產量逐年增長，細致分析國內鐵資源增長速度如此迅速的本質原因發現，主要是因為非高爐煉鐵技術的出現，時代發展到今天，隨著世界范圍內越來越重視資源的節約，因此國內鋼鐵行業呈現出了逐漸減少利用高爐煉鐵技術的趨勢。

3 關于非高爐煉鐵技術的直接還原工藝技術分析

根據文章前半部分的分析介紹可知，非高爐煉鐵技術的直接還原工藝技術，其主要包括兩個方面的技術，分別是氣基直接還原工藝技術以及煤基直接還原工藝技術，因此接下來將會對這兩種技術分別展開分析。

3.1 有關氣基直接還原工藝技術分析

對于我國氣基直接還原工藝技術來講，Midrex技術以及HYL-III技術是當前兩大主流還原技術，因為這兩項技術使得我國鋼鐵的產量上升到了85%。兩種技術都采用了逆流移動床作為反應器，所運用的還原氣主要為天然氣，天然氣經過轉化爐又會進一步轉換成H2+CO的混合氣，進入到還原豎爐當中與氧化球團礦發生反應，最終所形成的金屬化率是大于90%的。HYLIII技術與Midrex技術都具有相同的特點，這個特點表現為污染較小，能源消耗率較低，但是僅僅只是解決了不使用煤炭資源的這個問題，在實際煉鐵過程中還是需要使用到球團礦，從另一個角度展開分析可知，我國的天然氣資源通常是較為缺乏的，因此這明確說明了以上所說的兩種技術難以滿足我國基本國情發展的需要。

圖1 Hlsmelt熔融還原煉鐵工藝流程圖

氣基直接還原工藝其中還包括Fior法和Circofer法，此兩種方法都是采用了流化床技術。其中Circofer法的煉鐵工藝原理主要體現為，粉礦將會經過兩個階段的預熱工作，當兩階段預熱工作完成之后，再次進入到反應器當中，最終在溫度高于900攝氏度的狀態下直接被還原，其中反應器主要是由流化床反應爐、再循環旋風收塵器和氣化器組成。還原反應器當中的流太化介質主要為還原性氣體，在氣化器當中，煤與氧將會發生氧化，之后氣體與再循環物料又將反應熱帶入到還原反應器內部，氧化鐵會被還原成金屬鐵。但是流化床技術卻存在一個非常明顯的問題，這個問題主要表現為煉鐵過程中所產生的粉礦粘結，會對設備帶來極大的損害。

表1 直接還原煉鐵法的數據表格

3.2 有關煤基直接還原工藝技術的全面分析

通常情況下來講，煤基直接還原工藝技術主要包括回轉窯技術以及轉底爐技術，其中回轉窯工藝技術的基本原理是，將鐵礦石或者球團礦與煤粉共同從窯尾加入到窯內，借助爐體的傾斜以及轉動，使得爐料向窯頭的方向運動，最終經過預熱帶、還原帶得到最終的產品。另一方面，分析轉底爐技術，此種技術的工藝原理與回轉窯技術完全不同，因為它將采用轉底爐將煤層和鐵礦粉交替鋪在爐床之上，通過煤氣燒嘴加熱。

這樣的混合物也就可以使得溫度很快的上升到1300攝氏度以上，此種工藝技術可以應用粉礦，但是煤層與鐵礦粉的交替鋪層必然會導致最終的生產率非常的低下。煤基直接還原工藝技術具有自身獨特的特點，因為我國的煤炭資源儲量是較為豐富的，所以此種煉鐵工藝技術在我國具有一定的發展前景。

煤基技術與其他還原工藝技術具有極大的不同，煤基還原技術發展到幾天，其中每個環節的生產工藝都具有自身較為獨特的一面，但是也不可避免的存在弊端，因此在采用此種技術時，需要切實分析此項技術的優勢與劣勢，從工藝、效率、費用以及現實條件以及規模等方面加以綜合考慮，最終提升此項技術的應用水平。

4 關于非高爐煉鐵技術的熔融還原工藝技術分析

熔融還原煉鐵工藝技術是非高爐煉鐵技術較為重要的一個技術分支，它是煉鐵工藝技術非常重要的發展方向，其中最為重要的目的是取代高爐煉鐵技術，因為此項技術應用的是煤代焦和粉礦直接冶煉，所以在煉鐵的過程中并沒有出現煉焦或者球團廠的特點，最終也就使得煉鐵基本流程變得更加的簡化，由于含鐵原料預先還原的程度有所不同，因此熔融還原煉鐵工藝技術也就主要分為兩種類型，簡單的將其稱作為一步法和二步法兩類。接下來對這兩種熔融還原法展開具體的分析：（圖1）。

4.1 熔融還原工藝技術中的一步法分析

有關鋼鐵冶煉工作人員，需要明確一步法主要是將含鐵原料先進行融化之后再展開還原，早期開發過程中的熔融還原工藝煉鐵技術主要為一步法工藝技術，比如RomeLt技術，值得注意的是一步法具有兩個較為明顯的缺點：首先處于熔融狀態下的氧化鐵，其腐蝕性通常情況下都是較強的，更加嚴重的時候還會損壞爐襯，最終也就縮短了使用壽命，實際生產情況并不是非常經濟的。其次則是熔融氧化鐵碳熱還原還會產生大量的高CO，1500攝氏度以上的高溫煤氣的能量是絕對無法有效的回用到煉鐵過程中的，1噸鐵用煤量將會達到3000Kg，最終使得煤氣凈化輸出利用的熱效率并不是非常的高。

4.2 熔融還原工藝技術中的二步法分析

熔融還原工藝技術中的二步法技術，其主要是為了能夠有效解決熔融氧化過程中形成的大量焦爐煤氣以及反應熱等。其技術實施方法主要是先在豎爐或者是粉礦當中將既有的礦石展開預先還原，之后再次加入到終還原爐中。

與此同時向終還原爐當中加入固定的煤和氧氣，煤燃燒之后還會產生大量的熱H2、CO等還原性氣體，使得經過預先還原流程的礦融化，進一步的形成鐵水和爐渣，最終H2和CO也就能夠作為最終的還原劑。當前情況下最為成熟的方法則是Corex流程。二步法熔融還原工藝可以采用預還原或者是終還原兩種形式，預還原可以極為有效的利用終還原產生出更高附加值的爐氣，從而使得爐料展開一定程度上的還原，之后再次入爐，與此同時還可以減小終還原爐生產成品鐵的實際壓力。所以對于整個熔融還原工藝技術來講，二步法熔融技術已經成為了熔融還原工藝技術發展最為主要的方向。

4.3 COREX熔融還原技術

COREX熔融還原煉鐵技術，是我國最近幾年逐漸發展成熟的新型煉鐵生產方法，它的出現不僅能夠適用非煉焦煤直接煉鐵，并且煉鐵工藝的流程往往也是較為短的，在投資、生產成本以及污染、生產鐵水質量等方面都能夠與高爐鐵水相媲美。另外一面，此項技術還可以利用排出過程的煤氣，在豎爐當中生產海綿鐵，來科學替代優質廢鋼供應電爐煉鋼。

圖2 COREX生產流程圖

COREX熔融還原煉鐵過程，通常都是在兩個反應器中得以完成的，即上部的預還原豎爐，能夠將鐵礦石還原成金屬化率92%-93%的海綿鐵，而下部的熔融汽化爐能夠將海綿鐵融煉成鐵水，與此同時發生還原煤氣，具體的工藝流程圖2主要如下：

依據本段的分析可知，非高爐煉鐵技術中的熔融還原工藝技術，主要包括兩個方面的技術方法，即一步法和二步法，同時具有COREX生產法，其每種方法的應用都能夠適應當前鋼鐵冶煉的發展需求，但是在運用此種技術的時候，一定要依據煉鐵的實際情況來合理選擇，這樣才能把握好最終煉鐵的質量效果。

5 結語

本篇文章通過四個部分介紹了非高爐煉鐵技術的發展，首先從整體上分析了非高爐煉鐵技術，之后再次對非高爐煉鐵技術作出了一定的展望，最終通過兩個自然段詳細的介紹了非高爐煉鐵技術的兩個重要分支。

分析完這兩個重要的技術分支后，我們可以明確的了解到，雖然非高爐煉鐵技術在短時間內還不能與傳統的高爐煉鐵工藝技術相平衡，但是隨著時代的不斷向前推移，最終其一定能夠為鋼鐵工業的發展產生極其深遠的影響。