我國熔融還原煉鐵技術發展現狀及生產實踐

張向國，賈利軍

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東 濟南 250000）

世界鋼鐵協會統計：全球熔融還原鐵的產能約1200萬噸，而我國2018年熔融還原實際產能約105萬噸，約占國內煉鐵總產能的0.14%。高爐煉鐵仍為煉鐵生產的主要工藝。而傳統高爐煉鐵流程面臨環保、能耗以及原燃料資源制約等前所未有的壓力，更加經濟環保的短流程煉鐵技術在國內逐步顯現，中國在熔融還原技術做了大量的工作，截止目前已有兩座熔融還原煉鐵工廠在運行。文章著重介紹寶鋼八一鋼鐵歐冶爐工藝、墨龍HIsmelt熔融還原工藝（以下簡稱MLHIsmelt）的技術流程、工藝創新以及運行現狀，并與高爐工藝進行比較。對發展趨勢進行了簡要分析。

世界上已有熔融還原煉鐵工藝約30余種，但至今僅3種工藝有較大發展且已經實現工業化，分別為COREX、HISmelt和FINEX 工藝。

1COREX熔融還原工藝

1.1 COREX工藝流程

COREX工藝是利用了高爐爐缸和氣基直接還原豎爐工藝的聯合，其實質是把高爐分為兩截，使用塊煤和球團礦、塊礦煉鐵。具體流程如下：熔融氣化爐產生的1050℃高溫還原氣經調溫到850℃后除塵、由環管送入預還原豎爐，從下向上逆流穿過下降的礦石層。鐵氧化物、熔劑和焦炭從上面加入向下運動，在下降過程中鐵礦石還原成金屬化率大于70%的海綿鐵，然后通過螺旋排料機送入熔融氣化爐。熔融氣化爐內海綿鐵進一步還原加熱得到合格的鐵水。從熔融氣化爐頂部加入煤與1050℃的高溫煤氣相遇并被干燥、裂解和干餾焦化，在爐內形成半焦床層。在風口區與鼓入的氧氣燃燒，得到1050℃的高溫還原煤氣（CO+H2＞90%）。高溫還原氣兌入凈化后的冷煤氣，調溫到800～850℃經過熱旋風除塵器除塵，作為還原氣進入上部預還原豎爐。

寶鋼集團2007年引進了兩套大型COREX3000煉鐵生產裝置，在上海羅涇建成熔融還原煉鐵廠，分別于2007年11月和2010年投產。投產后，于各種原因導致COREX工藝運行不利。為此，搬遷到原燃料（球團礦、原料煤）較有優勢的八一鋼鐵公司，并在COREX3000的基礎上進行優化改造，于2015年7月19日順利出鐵，并成功實現了工業化生產，并命名為歐冶爐。［2］

1.2 歐冶爐（COREX改進型）

（1）煤氣系統：原COREX爐頂煤氣為濕法除塵系統，歐冶爐預還原豎爐爐頂煤氣改為干式布袋除塵器，出口煤氣含塵量10～5mg/Nm3，運行能耗和費用低，投資少、占地小；新增全干式TRT發電裝置，運行煤氣溫度：40～280 ℃，壓力：0.15～0.29MPa，TRT 發電量：55kW/thm。

（2）豎爐底部中心煤氣管：增加引導煤氣占還原煤氣量的20%，改善還原煤氣氣流分布。

（3）篩分設備：礦槽料倉增加獨立篩分，減少入爐粉末，對豎爐粘接及氣化爐煤氣上升管堵塞起到相應的緩解作用。

（4）爐頂煤氣反吹入爐：回噴10000Nm3/h爐頂煤氣可得到高品質煤氣，有利于降低煤耗。

（5）氣化爐優化：增設拱頂噴煤，煤比350kg/thm，提高豎爐金屬化率15%～25%；提高煤氣質量和煤氣量。

1.3 歐冶爐（COREX改進型）生產實踐

歐冶爐2015年連續生產68天，生產鐵水15.02萬噸，綜合廠區周邊的煤資源進行了充分的試驗，氣化爐拱頂噴煤造氣的工藝，提升豎爐還原、強化了氣化爐造氣和熔煉功能，各功能區的效率和穩定性改進。2018年5月26日開爐，5天后達到生產以來的最優指標。2018年8月，歐冶爐實現月鐵水產量10.5萬噸，燃料比：830 kg/t，焦比：200kg/t，鐵水平均含硅 0.8%。

2 HISmelt熔融還原煉鐵技術

2.1 工藝流程簡介

HISmelt可直接熔煉經預熱處理的鐵礦粉和其他適合的含鐵原料，并噴吹煤粉作為系統的還原劑及熱量來源。HISmelt熔融還原煉鐵工藝省去了傳統高爐的燒結及焦化兩個工序，生產過程中產生的蒸汽及富余煤氣可以于發電。主要設施包括：礦粉預熱及噴吹、煤粉制備及噴吹、熔融還原爐（SRV爐）、熱風爐、出鐵場、渣處理等，除礦粉預熱、熱礦噴吹系統與SRV爐體部分同傳統高爐不同外，其他部分均可借鑒傳統高爐山東墨龍公司在2012年將澳大利亞奎那那HISmelt工廠整體搬遷，并優化改進工藝流程，新建HISmelt熔融還原生產線，項目2016年8月建成投產。

2.2 ML（墨龍）-HIsmelt工藝

工藝路線、技術方案主要有以下幾方面特點：

（1）礦粉預熱系統。有原流化床工藝改為兩段式回轉窯工藝，經實踐檢驗，改進后的工藝實現了礦粉的加熱、預還原的目的，且技術成熟、穩定；預熱還原系統可以采用煤粉也可以采用SRV煤氣作為燃料。

（2）礦粉噴吹系統。提高系統噴吹壓力，解決噴吹管道堵塞問題；噴吹罐、熱礦倉的結構改進，增設有助于物料流動設施，減少物料在倉內板結。增加細粉、除塵灰噴吹系統，杜絕粉塵的二次排放。

（3）SRV爐高溫煤氣系統。回收SRV爐高溫煤氣（約800℃）攜帶的大量顯熱（約占入爐總能量的33%），強化汽化冷卻段的冷卻能力，增設高溫旋風除塵器、余熱鍋爐，將溫度降低到200℃左右。

（4）公輔動力系統。部分解除公輔動力系統工序之間的聯鎖，燃氣鍋爐及動力系統間相互獨立系統的穩定性和作業率得到提高，為SRV系統整體作業率的提高提供了保障。

（5）操作模式。由連續出鐵制度，改為柔性、連續兩種出鐵制度的操作模式。

2.3 ML-HIsmelt生產實踐

ML-HIsmelt熔融還原煉鐵項目從2014年10月開始建設，并于2016年8月建成投產，先后經歷十多次的停開爐探索實踐，工作人員對生產、設備維護操作的逐步熟悉，操作穩定性以及能耗都有了質的提高，截至2018年10月共計產出67萬噸產品，當前日最高產量達到1930t，月產量達到51914t，設備不間斷作業達157d，各項生產指標均超過原澳大利工廠，產品高純鑄造生鐵含磷量低（平均在0.015%～0.03%），含硅、錳及五害元素（鉛、錫、砷、銻、鉍）含量非常低，脫硫過后，滿足高端鑄造產品的需求。

3 三種工藝對比分析

綜合不同工藝技術，就高爐、歐冶爐、ML-hismelt三種不同工藝從原燃料適應性、鐵水質量、技術成熟度、投資等指標進行比較分析如表1。

表1 三種煉鐵工藝比較表

（1）在原燃料適應性方面。HISmelt工藝較好，也是目前唯一不使用焦炭的熔融還原煉鐵工藝，同時HIsmelt技術獨特的工藝特性為其在釩鈦礦和高磷礦資源利用提供了更多可能，在推動資源綜合利用方面取得新的突破。

（2）技術成熟度方面。高爐工藝較有優勢，HISmelt與COREX（歐冶爐）屬于前沿性、國家提倡的冶煉工藝。

（3）項目投資。高爐投資最低，如考慮燒結、焦化投資，HISmelt投資具有一定優勢。

（4）產品質量。HISmelt因為獨特的冶煉特性，所生產的鐵水質量較其他工藝流程而言優勢明顯，其產品不僅可以作煉鋼生鐵，也可作高端鑄件原料。

4 前景分析

以ML-HIsmelt和歐冶爐為代表的熔融還原煉鐵技術已處于世界領先水平，隨著國家對煉鐵環保綠化要求的提高，促使國內煉鐵業對熔融還原煉鐵技術研究和關注越來越高。

實踐表明ML-HIsmelt熔融還原技術具有原料的適應性好、使用非焦煤、流程短、產品質量好、操作簡單、適用料種類廣范等優越性，預計將成為我國未來熔融還原煉鐵工藝的發展方向。