美国低碳炼铁新技术进展.doc

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1、美国低碳炼铁新技术进展因为炼铁是钢铁企业排放CO2的主要工序，近年来，美国、日本、韩国等都在研究低碳炼铁技术，一旦他们技术成熟投入使用，会站在技术制高点来制约我们，以获取最大经济利益，而我们则会非常被动。美国开发的炼铁低碳技术主要有两项：一项是氢气闪速熔炼法，另一项是熔融氧化铁电解法。1氢气闪速熔炼法及其进展氢气闪速熔炼法是使铁精矿粉在悬浮状态下，被热还原气体还原成金属化率较高还原铁的工艺。热还原气体可以是H2，也可以是由煤、重油等经过不完全燃烧产生的还原气体CO，或者是H2和CO的混合气体。这是针对美国铁矿资源和世界上粉矿资源情况而开发的工艺。美国产的铁矿有60%都是粒度为-400～-5

2、00目的铁燧岩精矿粉（5000～5500万t/a），其他国家很多新的铁矿资源也需要被破碎成很细的粒度后，才能供高炉炼铁使用。氢气闪速熔炼法的目的就是不经过烧结或者球团造块，直接用这些细精矿粉生产铁水。从环保和还原动力学观点来说，氢气非常适合作还原剂和燃料。氢气闪速熔炼法所生产的铁水可直接供后面炼钢工序。目前已完成了试验室滴管试验和较大规模的试验[1-2]。试验发现，新技术利用H2、CH4和煤分别作燃料生产1t铁水时，对应的CO2排放量分别为71、650和1145kg，而常规高炉炼铁生产1t铁水对应的CO2排放量高达1671kg。因此，即使采用煤作燃料，新技术也比常规高炉炼铁工艺排放的CO2

3、量显著降低。一系列试验表明，在氢气的过剩百分数为860%（32.7kPaH2，53.4kPaN2）情况下，在3.5s的停留时间里还原率约达到90%。犹他大学认为，该工艺与高炉炼铁相比，可使能耗降低38%，因此，可很大地减少对环境的污染，尤其有利于减少二氧化碳排放。动力学检测表明，在温度为1200-1400℃时，1-7s内可快速获得90%-99%的还原率，还原率的大小取决于氢的过剩百分数。2熔融氧化物电解炼铁法及其进展熔融氧化物电解法（MOE：MoltenOxideElectrolysis）生产铁的技术是麻省理工学院（MassachusettsInstituteofTechnology）正开

4、发的一项新技术。目前已完成实验室规模的研究。该实验室规模的研究由材料科学工程系科学家DonaldR.Sadoway教授领导一个团队完成。熔融氧化物电解工艺生产的是完全不含碳的铁，因此不会产生二氧化碳，仅产生氧。在熔融氧化物电解工艺中，电流通过液态氧化铁，使液态氧化铁分解成铁水和氧气。因此，氧气是该工艺的主要副产品。Kavanagh教授指出，实验室规模的成功表明了新工艺的研究取得重大进展。熔融氧化物电解工艺的原理如图3所示[3]。氧化铁矿在1600℃的温度下，溶解在二氧化硅和氧化钙溶剂中，在电流通过时，带负电荷的氧离子移向阳极，阳极产生出氧气。带正电荷的铁离子移向阴极，阴极产生铁，并聚集在电

5、解槽底部的收集池中。美国低碳炼铁技术的应用前景分析氢气作为还原剂的气化产物是水，如能获得经济性的氢气制取工艺，用于炼铁中是非常有利于减排CO2的。关于美国上述两项低碳炼铁技术的可行性，氢气基还原剂炼铁在工业中早有工业应用，例如，希尔气基竖炉直接还原工艺已经工业化应用多年了，近年成为生产直接还原铁的主要生产工艺之一；美国犹他大学的试验也证明，在温度适宜、氢过剩百分数一定情况下，铁精矿粉的还原率可达90%-99%。熔融氧化物电解炼铁法虽然没有工业化应用实例，但可借鉴有色金属电解冶炼工艺，因为在有色金属冶炼领域，电解法冶炼工业化实例很多；况且实验室研究也证明该技术可行，并炼出了电解铁产品。美国的

6、CO2排放中，1/3来自发电业，钢铁业只占1%。所以美国当前的所有减排CO2政策大都是针对发电业制定的。美国为了减排CO2，将大力发展绿色电网，需要开发包括风能、太阳能、核能等清洁能源。而核能发电将带动制氢业的发展。以此为背景开发使用大量电能的熔融氧化物电解炼铁工艺和使用大量氢气作还原剂的氢气闪速熔炼工艺，将是非常合理的减排CO2炼铁新工艺。如果不能用核能、风能等清洁方法发电，不能以核能发电获取大量氢气，那么在通常的发电和氢气生产的过程中，也将产生大量CO2，这种情况下，对于氢气闪速熔炼法和熔融氧化物电解炼铁法，要配合以CO2捕获与存储（CCS）技术，才能达到减排CO2的目的。如果在氢气闪

7、速熔炼法中，用煤气化气等作还原剂，也离不开CCS技术。也就是说，如果离开美国的绿色电网发展背景，实施氢气闪速熔炼和熔融氧化物电解炼铁技术很难达到既能经济生产，又能有效减排CO2。