淺談非高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展前景

寧 振，鄭志強(qiáng)

濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)煉鐵廠，山東 濟(jì)南 250101

1 非高爐煉鐵在我國(guó)鋼鐵工業(yè)發(fā)展中的作用

非高爐煉鐵分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。直接還原煉鐵工藝包括豎爐法、流化床法、隧道窯法、回轉(zhuǎn)窯法和轉(zhuǎn)底爐法。熔融還原煉鐵工藝主要包括CORRX法、COREX法、FINEX法和HISMELT法等。

1）非高爐煉鐵是我國(guó)鋼鐵工業(yè)改善能源結(jié)構(gòu)，減少對(duì)焦煤能源的依賴的重要途徑；

2）非高爐煉鐵是發(fā)展短流程鋼鐵生產(chǎn)的重要途徑。發(fā)展直接還原鐵生產(chǎn)是解決廢鋼短缺，另外直接還原鐵（DRI）在電爐煉鋼中仍然是不可短缺的稀釋劑原料；

3）非高爐冶煉是復(fù)合礦綜合利用、難選礦開發(fā)利用的有效方法。我國(guó)高品位鐵礦資源短缺，復(fù)合礦占有相當(dāng)大的比例，另外，還有部分鋼鐵廠內(nèi)部含鐵物料及其它冶金業(yè)的含鐵廢料（如赤泥等），這些含鐵資源通過傳統(tǒng)的選礦難以將其它元素剝離，回收其有價(jià)值的金屬。

2 直接還原鐵工藝

直接還原法應(yīng)用的反應(yīng)器有豎爐、流化床、轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯和隧道窯。目前，國(guó)內(nèi)DRI生產(chǎn)達(dá)到工業(yè)化規(guī)模的直接還原技術(shù)有轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯和隧道窯三種，這三種工藝都屬于煤基還原技術(shù)。其中隧道窯的產(chǎn)量所占的比重較大，但是規(guī)模不大，單車產(chǎn)量低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、能耗高、生產(chǎn)環(huán)境差。直接還原產(chǎn)能和能耗進(jìn)行對(duì)比見表1。

表1 不同直接還原裝置產(chǎn)能能耗比較

轉(zhuǎn)底爐直接還原技術(shù)相對(duì)于回轉(zhuǎn)窯和隧道窯而言可以實(shí)現(xiàn)較大的生產(chǎn)規(guī)模。日鋼轉(zhuǎn)底爐設(shè)計(jì)生產(chǎn)處理能力為20萬t/a，一期建設(shè)兩座，項(xiàng)目于2009年11月在日照鋼鐵集團(tuán)開工建設(shè)，2010年4月開始進(jìn)行點(diǎn)火熱試，目前已經(jīng)取得了階段性成果。目前投產(chǎn)運(yùn)行的轉(zhuǎn)底爐最大的年處理能力有50萬t/a座，天津榮程正在建設(shè)處理能力為100萬t/a座的轉(zhuǎn)底爐，可見轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)單位能耗小于回轉(zhuǎn)窯和隧道窯工藝，具備一定優(yōu)勢(shì)。

以攀鋼10萬t/a鐵精礦轉(zhuǎn)底爐直接還原中試線為例。攀鋼轉(zhuǎn)底爐工藝主要是通過鐵精粉和煤粉混合制作冷壓球團(tuán)作為轉(zhuǎn)底爐原料，使用煤作為能源和還原劑進(jìn)行直接還原，將熱態(tài)還原球團(tuán)進(jìn)入電爐進(jìn)行渣鐵熔分，分離出含釩鐵水和鈦渣，含釩鐵水進(jìn)行脫硫、LF爐和提釩工序，形成高品質(zhì)鐵水進(jìn)行鑄鐵。

轉(zhuǎn)底爐工藝關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)[1]：

1）符合生產(chǎn)的高強(qiáng)度球團(tuán)的制備。轉(zhuǎn)底爐一般以冷固結(jié)含碳球團(tuán)為處理對(duì)象，由于處理對(duì)象廣泛，原料的力度、強(qiáng)度、親水性有很大差異，因此在球團(tuán)的制備對(duì)粘結(jié)劑的品種和使用量有不同的要求；

2）轉(zhuǎn)底爐布料和出料方式。以年處理能力20萬t轉(zhuǎn)底爐為例，轉(zhuǎn)底爐中徑為21m，爐床內(nèi)外半徑差5m，轉(zhuǎn)底爐工作時(shí)內(nèi)外環(huán)速度差值在0.5m/min～1m/min，將球團(tuán)均勻散布在這樣連續(xù)移動(dòng)且各點(diǎn)位移速度不同的料臺(tái)上是布料技術(shù)的難點(diǎn)；

3）處理對(duì)象的冶金性能。不同的處理對(duì)象鐵氧化物以不同的結(jié)合形式存在，品位、雜質(zhì)成分、還原性等影響因素對(duì)直接還原都有很大的影響；

4）直接還原鐵處理。一般轉(zhuǎn)底爐的產(chǎn)品是具有一定金屬化率的金屬化球團(tuán)，在還原后800℃左右的出爐條件下，直接還原鐵的球團(tuán)要避免出爐后冷卻過程中的二次氧化。國(guó)內(nèi)采取直接還原銜接熔分工藝，實(shí)施熱送直接還原金屬化球團(tuán)，來避免二次氧化；

5）除塵與熱交換。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中煙塵產(chǎn)生量較大，尤其是以鋼鐵廠內(nèi)的塵泥等固體廢棄物為處理對(duì)象的轉(zhuǎn)底爐，產(chǎn)生煙塵粒度小、總量多、粘性大極易附著在換熱器與余熱回收裝置上，造成熱量損失、降低能源利用率低。

3 熔融還原煉鐵工藝

COREX工藝是目前應(yīng)用最為廣泛的熔融還原煉鐵工藝。由于可以直接使用非煉焦煤生產(chǎn)鐵水，COREX大大降低了對(duì)優(yōu)質(zhì)煉焦煤的依賴，這成為COREX與高爐相比在資源上的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

寶鋼COREX-3000自2007年11月份投產(chǎn)以來，經(jīng)歷了6個(gè)豎爐周期的生產(chǎn)實(shí)踐[2]。操作制度明顯改進(jìn)，設(shè)備、控制系統(tǒng)得以優(yōu)化。與開爐初期比較，COREX-3000生產(chǎn)的整體運(yùn)行情況明顯改善。豎爐清空周期延長(zhǎng)，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性提高，作業(yè)率提高，單位能耗明顯降低。

1）COREX-3000存在的主要問題：鐵口淺是目前COREX-3000最緊迫的問題，出鐵過程鐵流大，難控制，導(dǎo)致爐前作業(yè)危險(xiǎn)，迫使減壓出鐵，擾亂了整個(gè)COREX系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，由于入爐粉率高，豎爐粘結(jié)過快，壓差波動(dòng)大，引發(fā)下降管堵塞，金屬化率不穩(wěn)定，爐溫波動(dòng)大等問題，也影響COREX系統(tǒng)的穩(wěn)定順行；

2）采取的措施：入爐原燃料粉率增加導(dǎo)致豎爐粘結(jié)加快，氣化爐爐溫波動(dòng)，為了降低入爐粉率，采取了提高中轉(zhuǎn)槽的槽位，防止料摔碎；在篩網(wǎng)上增加振動(dòng)篩，提高篩分效果。為了解決鐵口偏淺的問題，寶鋼自己開發(fā)適合COREX工藝炮泥，研發(fā)的炮泥也在不斷改進(jìn)中；

3）今后改進(jìn)方向：豎爐圍管耐材破損嚴(yán)重，需要在豎爐清空期間進(jìn)行耐材磚襯更換，目的是為了發(fā)展豎爐中心煤氣流，提高煤氣利用率，提高金屬化率。因國(guó)內(nèi)外塊煤資源劣化且價(jià)格上漲，使用壓塊型煤替代塊煤來穩(wěn)定入爐燃料粒度、強(qiáng)度及水分，可提高COREX生產(chǎn)穩(wěn)定性及鐵水質(zhì)量。通過進(jìn)一步改進(jìn)，目標(biāo)是使COREX-3000生產(chǎn)成本和2500高爐相持平。

4 結(jié)論

非高爐冶煉技術(shù)多種多樣，各種工藝技術(shù)存在自身的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，需要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行綜合評(píng)定，來確定選擇適合自身發(fā)展的非高爐煉鐵工藝。結(jié)合國(guó)內(nèi)鋼鐵廠傳統(tǒng)煉鐵生產(chǎn)模式，鐵前含鐵固體廢料如塵泥主要是通過傳統(tǒng)添加到燒結(jié)球團(tuán)工序中（最終回填高爐），造成有害元素（Zn、K、Na等）在鐵前系統(tǒng)循環(huán)富集，對(duì)煉鐵系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來危害。另外其它有色冶煉工藝廢料也富含鐵，如赤泥資源有待開發(fā)利用，因此，發(fā)展非高爐煉鐵技術(shù)不但有利于環(huán)境綜合治理，而且能夠降低煉鐵成本。

[1]周渝生，等.我國(guó)轉(zhuǎn)底爐工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景淺析[D].2010年非高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)論文集：132-136.

[2]錢良豐，等.COREX-3000投產(chǎn)以來運(yùn)行分析及對(duì)今后展望[D].2010年非高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)論文集：207-210.