非高爐煉鐵技術及其在我國的開展東北大學材料與冶金學院趙慶杰儲滿生1主要內容世界非高爐煉鐵技術現狀我國非高爐煉鐵技術現狀我國開展非高爐煉鐵的展望結語21.世界非高爐煉鐵技術現狀非高爐煉鐵開展的動力是：擺脫焦煤資源短缺對鋼鐵工業開展的羈絆,改變鋼鐵生產能源結構；改善傳統鋼鐵生產流程，實現節能、減少CO2、硫化物的排放，適應日益提高的環境保護要求；解決廢鋼短缺，應對廢鋼質量不斷惡化，開展電爐鋼生產，實現鋼鐵“緊湊化〞流程，改善鋼鐵產品結構，提高鋼材質量和品質；實現資源的綜合利用，促進、實現鋼鐵工業的可持續開展。非高爐煉鐵〔非焦煉鐵〕是世界鋼鐵工業技術開展的前沿技術之一，是鋼鐵工業實現節能、減排、“低碳〞生產和可持續開展的重要方向和手段。3產量持續增加，氣基豎爐法占主導地位產量呈持續上升的趨勢，2008年產量達6845萬噸，2009年產量6200萬噸，比上年度僅下降9.4%。

以Midrex、HYL為代表的氣基豎爐直接復原法在世界復原鐵生產中占絕對優勢。

1.1直接復原現狀42003/Mt2004/Mt2005/Mt2006/Mt2007/Mt2008/Mt08/07增幅/%印度7.679.3711.1014.719.0621.2011.23伊朗5.626.416.856.97.447.440委內瑞拉6.907.838.958.67.716.87-10.89墨西哥5.626.545.986.26.266.01-0.04沙特阿拉伯3.293.413.633.64.344.9714.52俄羅斯2.913.143.343.33.414.5633.72特立尼達和多巴哥2.282.362.052.13.472.78-19.28埃及2.873.022.903.12.792.64-5.381.1直接復原現狀世界各國直接復原鐵產量統計5煤制氣-豎爐直接復原工藝為DRI生產開展開辟了新途徑由Midrex公司提出并在南非實現了工業化生產的COREX熔融復原尾氣作為Midrex豎爐復原氣的工藝，以及直接使用焦爐煤氣、合成氣、煤制氣為復原氣的HYL-ZR工藝，為天然氣資源缺乏的地區以天然氣以外的能源開展氣基直接復原工藝開辟了新途徑。1.1直接復原現狀6氣基豎爐實現了熱出料、DRI熱輸送和熱DRI直接入電爐煉鋼技術工業化HYL開發的熱氣體輸送〔HYL-ITEMP〕；印度ASSAR鋼鐵公司密封保溫罐輸送；Midrex采用的德國AUMUND的熱輸送。

600～700℃的DRI熱送至冶煉車間，熱裝入電爐煉鋼可以節約電能60～80kwh/t鋼，同時，簡化了豎爐的出料系統，及DRI出爐后的處理系統，減少DRI在冷卻、運輸中的再氧化，為降低鋼產品總能耗創造條件。

1.1直接復原現狀7回轉窯法在印度異常開展回轉窯法是煤基直接復原中最主要方法。回轉窯法對原燃料要求苛刻，能耗高，運行費用高，生產穩定難度大，規模難以擴大〔最大15萬噸/年·座〕，投資大等原因，多年來沒有得到顯著的開展，僅在印度、南非、我國等少數國家應用。近年來，回轉窯法在印度得到異常開展，到2009年底印度約有350條回轉窯在運行中，總產能約1800萬噸，產量約占世界總量的25%。但這些小型回轉窯煤耗大多超過1000kg/t·DRI，生產運行情況不理想。1.1直接復原現狀8隧道窯法在中國異常開展隧道窯法采用鐵礦粉、復原煤分層裝罐，復原罐在窯內加熱進行復原。技術含量相對較低，適合于小規模生產，投資小，符合民營企業投資需要，近期我國已建成或正在建設的隧道有100多座，設計年產能約400萬噸，但由于原料、產品質量、本錢等原因實際正常運行的不多，產量缺乏50萬噸。隧道窯法熱效率低，能耗高〔實物煤耗＞800kg/t·DRI〕；生產周期長〔48～76小時〕；污染嚴重；產品質量不穩定；單機產能難以擴大，不可能成為直接復原鐵開展的方向。1.1直接復原現狀9轉底爐法是煤基直接復原技術開發熱點轉底爐煤基直接復原技術〔Fastmet、Inmetco、Itmk3〕因采用含鐵原料與復原劑混合造球/壓塊，復原條件好；能源來源廣泛；對原料的適應性強，在鋼鐵廠粉塵綜合利用，以及復合礦利用有明顯的優勢，受到人們重視。該工藝存在產品含鐵品位低,含S高〔TFe＜85％，硫0.10%～0.20％〕，難以直接用于煉鋼生產，不是生產煉鋼DRI的方法，產品用于高爐煉鐵的經濟合理性還有待生產的驗證；設備運轉部件多，運行維護難度大；生產的穩定性還有待生產的證實等原因，不是DRI開展的主導方向。

1.1世界直接復原技術開展現狀10流化床法采用粉狀原料、鐵礦粉單體顆粒在高溫復原氣流中復原，粉礦不必造塊、復原速度快，從機理上是氣基法中最合理的工藝，因而在直接復原開展中倍受關注。生產實踐中，因物料流化所需要氣流量遠大于復原所需氣量，復原氣一次通過利用率低，循環消耗能量高；產品復原程度不均勻；“失流〞、粘結、及生產穩定等問題至今未得到有效解決，造成世界已建成的多個流化床直接復原裝置法中只有Finmet法和Circored法在生產，但產量僅占生產能力的50%左右，2008年流化床法的產量僅占世界總產量的1.5%。流化床法的開展受挫1.1直接復原現狀11按其能源可分為：氧煤工藝、電煤工藝；按其復原反響完成的過程可分為：一步法：鐵礦物在一個反響器中完成復原及熔化全過程；二步法：鐵礦物在一個反響器中預復原后，在另一個反響器中進行終復原和熔化，

按其終復原反響器的形式可分為：鐵浴法；填充床法;殘焦〔CHAR〕沸騰床法等。

至今，世界只有二步法的COREX、FINEX實現了工業化生產，且僅有五套熔融復原裝置在運行。1.2熔融復原現狀121.2.1COREX實現了工業化生產

奧鋼聯開發的COREX工藝是第一個實現工業化生產的熔融復原工藝〔1989年11月投產〕。目前，全世界有5臺〔南非一臺C-2000，韓國一臺C-2000，印度兩臺C-2000，中國一臺C-3000〕COREX裝置在運行中。13FINEX法在COREX根底上開展的以廉價粉礦作為原材料，以流化床為預復原反響器，熔融造氣爐與COREX相同的最受關注的熔融復原工藝。但流化床能否使用精礦粉，運行的穩定性，預復原礦粉的壓塊，以及生產本錢和投資問題還有待生產的檢驗。1.2.2FINEX熔融復原技術開發取得進展141.2.3HIsmelt熔融復原進展緩慢

HIsmelt的優點是結構簡單，爐體體積和高度較小，投資本錢和維修本錢低，工藝無需燒結和煉焦，環保水平較高。遇到的主要問題是：爐襯的侵蝕過快、噴槍的磨損、廢氣的處理和利用等。152.我國非高爐煉鐵技術現狀

16我國直接復原“開展熱〞持續強勁，但至今產量未突破60萬噸/年，且生產能耗高、污染嚴重、多數產品質量難以滿足煉鋼的要求。生產廠全是隧道窯罐式法或回轉窯法，至今沒有豎爐DRI廠。天津鋼管在引進DRC技術根底上，進行了大量改造并取得了重大進步，最好年份產量超過設計產量20%，在使用TFe68%球團時，產品TFe>94.0%、金屬化率>93.0%、S、P<0.015%、SiO2～1.0%。自行開發的鏈箅機-回轉窯法〔一步法〕實現了工業化，煤耗〔褐煤〕僅900～950kg/tDRI，單機產能達15萬噸/年DRI。回轉窯法因對原燃料的要求苛刻，單位產能投資高，運行費用高，生產運行的穩定難度大，生產規模難以擴大，難以成為我國DRI開展的主體工藝。直接復原“開展熱〞持續強勁，但成效甚微我國回轉窯直接復原生產指標世界領先，但開展受阻2.1我國直接復原技術開展現狀17含碳球團快速復原工藝〔轉底爐〕對原料的適應性強，是含鐵粉塵處理和復合礦綜合利用有效方法。但產品難以滿足煉鋼的要求，不是煉鋼用DRI生產的主導方法。該工藝投資高，運行本錢高，傳熱效率低，熱利用率低，生產穩定性差，用該工藝替代高爐提高企業產能的經濟可行性、經濟性還有待實踐結果的驗證。轉底爐難以成為我國直接復原鐵開展的主體方法。隧道窯直接復原鐵生產異常開展技術含量低，單機產能小，投資小，但能耗高，污染嚴重，產品質量差〔主要表現為TFe低，SiO2含量高〕的隧道窯法在我國得到異常迅速的開展。從國民經濟開展節能減排、保護環境的原那么出發，隧道窯不是我國生產煉鋼用直接復原鐵的開展方向，應予限制。2.1我國直接復原技術開展現狀轉底爐開展迅速18我國的天然氣資源短缺，缺乏可以直接用于直接復原的高品位塊礦和球團，我國至今沒有直接復原豎爐工業化生產裝置。近年來，煤制氣—豎爐直接復原在我國倍受關注，通過對煤制氣、豎爐直接復原的調查、研究，獲得以下信息：1.煤制氣—豎爐直接復原的能耗低。工序能耗為455～485kg標準煤/噸DRI，低于其他直接復原工藝，低于高爐煉鐵工序能耗10～17%〔2009年上半年全國重點鋼鐵企業煉鐵系統總能耗為534.97標準煤/噸鐵水〕。

2.1我國直接復原技術開展現狀煤制氣-氣基豎爐直接復原工藝倍受關注19煤制氣-氣基豎爐直接復原工藝倍受關注2.比高爐煉鐵可減少CO2排放15～20%，硫化物排放～70%。煤制氣—豎爐法復原尾氣經脫除水、CO2、硫化物后循環利用，復原尾氣中的CO2脫除后可用于制氣中煤的輸送及供其他工業使用，硫化物以單質硫形態產品回收，因而可減少CO2、硫化物的排放。3.豎爐可進行熱出料，及直接復原鐵熱裝電爐冶煉。650～700℃直接復原鐵熱出料，及熱DRI直接裝入電爐煉鋼，電爐可節約電耗60～80kwh/t鋼，有利于我國擴大電爐鋼生產，降低鋼鐵生產的總能耗。同時，可簡化豎爐出料系統，減少DRI的再氧化，降低豎爐投資。4.豎爐可大型化，最大可達180萬噸/年座。

20煤制氣-氣基豎爐直接復原工藝倍受關注因而，煤制氣-豎爐直接復原將成為我國DRI生產的主要途徑。具不完全統計，有二十多個單位在籌劃、規劃、設計建設50～160萬噸/年的煤制氣-豎爐直接復原鐵生產線，這些生產線建成將徹底改變我國直接復原鐵生產的面貌，為我國鋼鐵工業的開展開辟新的局面。但由于各種原因，至今還沒有一個進入實質性的運作。21我國自主熔融復原技術開發研究活潑針對我國資源條件的新熔融復原工藝開發研究十分活潑，如針對難選礦、復合礦，以非結焦為能源，直接生產鐵水的方法；以含碳球團/塊為原料，豎爐或電爐為終復原反響器生產鐵水的方法等。熔融復原〔COREX〕在我國實現了工業化生產寶鋼引進COREX熔融復原技術，并順利投產、成功運行，盡管仍未實現完全不用焦碳生產，產能、能耗、作業率、鐵水本錢等預期目標，但實踐積累了大量經驗，揭示了存在的問題，探索了解決方案，為我國非高爐煉鐵的開展奠定了根底，為我國熔融復原實現工業化生產開創了新的局面。。熔融復原將成為我國鋼鐵企業改善能源結構，調節鐵水產能的手段2.3我國熔融復原技術開展現狀223.我國非高爐煉鐵開展的展望233.1直接復原鐵在我國有廣闊的開展前景我國生鐵產量占世界60%，焦煤短缺壓力日益增大；電爐鋼產量僅占10%，降低鋼鐵生產總能耗壓力大；減少CO2及硫化物排放，實現低碳經濟的壓力大；改善產品結構，提高產品質量，減少鋼鐵產品實物消耗量任務繁重。開展直接復原鐵生產是解決我國鋼鐵工業開展面臨這些困擾、壓力的有效途徑之一。我國鋼鐵工業開展的迫切需要直接復原鐵，我國DRI的市場需求巨大，廢鋼協會估計年需求量超過2000萬噸。直接復原在我國有廣闊的開展前景。243.2熔融復原在我國存有一定的生存和開展空間有自主產權、適應我國資源條件的熔融復原作為高爐煉鐵的補充在我國存有一定的生存和開展空間。

需要組織國內技術力量,組織跨學科、跨行業的聯合開發和技術攻關，開發有自主產權、適應我國資源條件的熔融復原技術。

253.3煤制氣—豎爐是我國開展DRI生產的主導方向總結世界直接復原鐵的開展歷史、我國五十多年直接復原鐵技術開發的經驗和教訓，鑒于直接復原豎爐具有能耗低，CO2、硫化物排放少，單機生產能力大，在產品熱出料、熱裝電爐時可大幅度降低煉鋼能耗等特點，煤制氣——豎爐將是我國開展直接復原鐵生產的主導工藝。

263.4我國具備開展DRI生產的資源、技術條件我國天然氣資源短缺，但非結焦煤煤炭資源豐富，煤制氣是我國推薦的清潔利用煤炭能源的方法，是我國化工行業成熟的常規技術，有長期工業化生產的經驗；利用成熟的煤制氣技術制備復原氣，在資源、技術、經濟上均是可行、可靠的。我國鐵礦資源中～50%磁鐵礦通過精選〔TFe＞69.5%，SiO2＜2.0%〕—氧化球團可以生產滿足豎爐要求的直接復原鐵專用球團，生產本錢遠低于進口價格。利用我國的鐵礦資源為直接復原鐵提供原料，通過小型工業化生產證明技術上可行，經濟合理。27精選前礦粉，%直接還原專用高品位精礦，%球團成分，%備注TFeSiO2TFeSiO2-0.074mmFe回收率TFeSiO265.438.1870.441.8594＞96.068.4568.521.991.39遼寧166.425.3870.091.7597＞96.0--遼寧265.508.2570.621.4195＞97.068.5568.631.861.81遼寧366.004.9169.521.64-320目7094.4868.021.85山西166.004.9169.940.81-320目8092.4468.281.26山西267.375.8070.3671.361.180.4798.6395.0667.27-3.17-吉林165.508.3570.501.5892.0595.8068.25-1.42-遼寧464.963.4769.391.22～90.096.86--湖北1-164.963.4770.640.60～90.095.03--湖北1-264.963.4769.191.43～90.098.3967.0967.271.931.53湖北1利用國內資源制備直接復原專用球團28典型球團化學成分2930序號項目單價單耗單位成本一原料1.1鐵礦粉（TFe65%）700.00（元/t）1.087t/t760.90二能源介質2.1新水4.0（元/m3）3.0m3/t12.002.2電0.58