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1、直接还原铁生产工艺的分析世界上直接还原铁生产技术已经成熟,技术发展极为迅速,根据Midrex公司预测,2010年全世界直接还原铁产量将超过7300万t。于高炉流程存在着生产成本过高和环境污染的两大难题,炼铁工艺由高炉流程逐步向直接还原铁短流程过渡已成为定局。当今的钢铁企业对这一革命性技术工艺越早开发越能占据主动;不敢承担风险,迟疑不前,必将处于被动和落后的局面。因此,直接还原铁的开发不是“有所为”和“有所不为”的问题,而是生产工艺的选择问题。1 世界直接还原铁生产技术现状1.1 生产工艺发展态势由于某些国家天然气资源丰富,直接还原铁生产技术
2、在南美洲、南非和东南亚诸国的发展极为迅速,而印度则后来居上;特别是委内瑞拉、墨西哥等国,生产历史已超过20余年,生产规模不断扩大,直接还原铁产量已占本国钢铁产量的绝对份额;而奥钢联、韩国合作开发的直接还原与熔融还原技术与日俱进;浦项钢铁公司的直接还原铁生产大有代替高炉炼铁之势。对这样的发展态势,作为世界钢铁生产大国的中国,我们绝不可掉以轻心。1.2 世界直接还原铁主要生产工艺 世界直接还原铁生产工艺大致可分为两大类:一种是气基竖炉生产工艺;一种是煤基回转窑生产工艺。前者生产量约占总产量的92%,而后者约占总产量的8%。在这两种生产技术的
3、基础上,又发展了熔融还原生产技术。近年来,将直接还原与熔融还原技术加以组合,形成了COREX-Midrex联合流程,颇受人们的关注。直接还原铁主要生产工艺见表1。 应该指出,世界上Midrex法和HYL法应用的比较普遍,各项技术经济指标亦趋稳定,生产工艺成熟可靠。特别是墨西哥的HYL法,生产技术不断创新,由于开发了“自重整”技术,使建设费用减少了26%,电炉的耗电降低了5%～6%。印度由于缺乏天然气,但精煤的资源丰富,因此多采用煤基回转窑的生产方法。多年的生产实践证明,煤基回转窑无论是在生产成本、生产效率还是环境保护方面,均不及气
4、基竖炉法。 1.3 熔融还原法熔融还原法也是采用直接还原的原理,将铁精矿直接还原成熔融铁,通常以煤为还原剂,将还原炉与熔铁炉置于一身,其最终产品不是海绵铁或热压铁块,而是熔融铁。主要的生产厂家如下：(1)南非的伊斯科公司：COREX—1000,生产能力为30万t/a,现已生产了300万t;(2)韩国：COREXC—2000,1995年11月投产,1997年市场上又出现了C—3000R,其生产能力约为C—2000的13.5倍。目前,世界上采用熔融还原法生产的共有7家,总生产能力超过500万t/a,相当于世界铁水总生产量的1%。1.4 CO
5、REX-Midrex联合生产工艺 该技术是奥钢联与浦项钢铁公司联合开发成功的。这项技术一出现,即显示出其独特的优点,它具有气基竖炉和熔融还原的优点,又不需外来气源,因此对天然气缺乏的厂家来说是求之不得的。COREX-Midrex联合流程示意图见图1。 对COREX-Midrex联合流程的三点看法：(1)COREX-Midrex联合流程(正准备建1台90万t/a的装置,并计划于2005年代替浦项1号高炉(1666m3))虽有其先进性的一面,但由于开发成功的时间较短,因此工业生产的考验约在2010年才能有结论;(2)由于煤与熔融铁
6、直接接触,煤中绝大部分硫进入熔融铁中,因此生产出的还原铁并非纯净铁,其铁中的含硫量(0.015%～0.020%)相当于高炉铁;(3)对高炉流程的系统设备和资源(包括技术资源)未能加以利用。因此该工艺适合于新建的位于城市周边的钢铁厂或轧钢厂。2 钢铁联合企业生产直接还原铁技术工艺的选择据专家预测,在未来30～40年,全世界钢铁生产工艺仍将以高炉流程为主。就是说,高炉仍将长时间存在。有高炉,就必然有焦炉。如何在现有的高炉流程的基础上,加以合理地、科学地改造,使高炉流程向直接还原铁生产的短流程逐步过渡,达到既能生产高炉铁,又能生产直接还原铁,进一
7、步降低钢材成本,改善生产环境的目的,这是广大钢铁工作者义不容辞的责任。2.1 铁精矿的准备问题直接还原铁开发的初级阶段对入还原炉的铁精矿的技术要求非常苛刻,一般要求块矿入炉,铁精矿含铁量在70%以上,SiO2含量在2%以下,特别对煤基回转窑入炉铁精矿中低熔点金属的含量有更严格的要求。随着直接还原铁技术的发展,入炉铁精矿的技术条件越来越放宽,并以直接还原本身的技术进步加以补偿。例如,FNEX技术的开发成功,使块矿入炉变为粉矿或氧化球团矿均可入炉,这大大有利于直接还原铁技术的开发。 西欧炼铁界开发的精矿加工处理技术,使还原炉入炉铁精矿达到其
8、技术要求,保证了还原炉生产的顺行,其流程示意图见图2。 2.2 气基竖炉还原炉两段反应机理一段:3Fe2O3+H2=Fe3O4+
