氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)的發(fā)展研究

文/侯衛(wèi)強(qiáng) 李麗紅，德龍鋼鐵有限公司煉鐵廠

1 氣基豎爐直接還原工藝的比較

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐是目前我國主要的兩種氣基豎爐生產(chǎn)工藝，兩者相比前者的豎爐產(chǎn)量占全國的百分之六十三點(diǎn)二，而后者的豎爐產(chǎn)量僅占全國的百分之十五點(diǎn)四，但兩者不僅同屬于氣基豎爐直接還原技術(shù)的主體流程，還是直接還原鐵領(lǐng)域的重要流程，但是在原料與產(chǎn)品、工藝特性以及機(jī)械設(shè)備等方面，兩者之間存在一定的差異，具體表現(xiàn)在如下幾方面，即在原料和產(chǎn)品方面，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐對原料的要求相差無幾，均需要高品位的球團(tuán)礦和低硫的天然氣，但是在產(chǎn)品性能方面，后者所生產(chǎn)的工藝產(chǎn)品相較于前者來講碳含量范圍相對更大一些；在工藝特性方面，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐兩種工藝之間存在較大差別，無論是在對天然氣重整方式、使用的氧化劑類別、爐頂氣處理流程中是否含有脫碳裝置以及在豎爐的操作方面等都存在顯著差異；在機(jī)械設(shè)備方面，MIDREX氣基豎爐和Energiron氣基豎爐兩種工藝相比，Energiro工藝豎爐內(nèi)的機(jī)械設(shè)備數(shù)量相比MIDREX氣基豎爐要多的多，由此對整個系統(tǒng)的能量利用也就更加充分。

2 氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)未來的發(fā)展探析

近年來，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相較于高爐煉鐵技術(shù)，氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)不僅能在前者未滲入的領(lǐng)域中顯著提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時它還省去了煤焦轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的能源消耗和廢氣排放，在推動中國當(dāng)下鋼鐵行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級和節(jié)能減排中都起到了重要的戰(zhàn)略性意義，故而此項(xiàng)還原技術(shù)未來的發(fā)展方向也受到了社會各界及人們的廣泛關(guān)注和高度重視，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，在全球經(jīng)濟(jì)、資源、能源條件不斷變化的當(dāng)代社會，基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)正朝著設(shè)備大型化、氣源多艷骨哈、礦源擴(kuò)大化的方向發(fā)展，具體發(fā)展過程如下：

2.1 設(shè)備大型化

圖1 氣基豎爐直接還原煉鐵裝置的建成數(shù)據(jù)

由上圖可知，自二零一一年大于一百萬t/a的氣基豎爐直接還原煉鐵裝置建成以來，在未來的投入建設(shè)和使用過程中，無論是MID REX工藝還是Energiron工藝都全部致力于建設(shè)大型豎爐裝置，其中最為出名的就是美國紐柯鋼鐵公司于二零一三年投產(chǎn)的二百五十萬t/a的大型裝置，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，此裝置的還原效率相當(dāng)于三千二百立方米的高爐，由此可見，氣基豎爐直接還原煉鐵裝置設(shè)備大型化是未來企業(yè)發(fā)展的主要趨勢之一，在一定程度上它不僅有效地可彌補(bǔ)大型鋼鐵企業(yè)的生鐵產(chǎn)能缺口，提高企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時又因其低排放、高清潔的生產(chǎn)優(yōu)勢，現(xiàn)階段在國家的大力扶持下氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)已經(jīng)具備了與傳統(tǒng)高爐煉鐵流程競爭的能力。

2.2 氣源多樣化

縱觀氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)發(fā)展來看，與高爐煉鐵技術(shù)相比，前者在某些方面具有后者所沒有的優(yōu)勢特征，但多年以來卻未得到充分的發(fā)展，究其原因主要還是因?yàn)闅饣Q爐直接還原技術(shù)還原過程中需依賴天然氣重整制備還原氣體，而近年來隨著煤制氣或焦?fàn)t煤氣制備氣基豎爐還原氣體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，在氣源多樣化的發(fā)展下，氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)的還原氣體可選擇性增多，不僅突破了近年來該技術(shù)發(fā)展的瓶頸，其適應(yīng)性也變得更加廣泛。除此之外，自一九九九年MIDREX公司在南非撒旦那基于COREX工藝產(chǎn)生的煤氣建設(shè)了一座氣基豎爐直接還原裝置后，通過類比對照試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣基豎爐可以擺脫對天然氣的依賴，使用φ( CO)高于70%的煤制氣進(jìn)行生產(chǎn)。

2.3 礦源擴(kuò)大化

圖2 MIDREX和Energiron工藝對原料的要求

圖3 利用氣基豎爐技術(shù)的釩鈦磁鐵礦綜合利用工藝路線

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，氣基豎爐直接還原技術(shù)對于鐵礦石的要求較高，由圖2可知，從目前來看，球團(tuán)的全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于百分之六十五，是傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)氣基豎爐直接還原裝置應(yīng)用的主要原材料，但是近年來隨著人們隨著高質(zhì)量鐵礦資源的短缺以及豎爐技術(shù)的發(fā)展，一些低品位復(fù)雜伴生鐵礦也逐漸成為其原料，用于鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)中，從而在滿足人們對于鋼鐵量需求的同時為企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。與此同時，根據(jù)圖3利用氣基豎爐技術(shù)的釩鈦磁鐵礦綜合利用工藝路線可知，在氣基豎爐直接還原的生產(chǎn)過程中，釩鈦磁鐵礦球團(tuán)在豎爐內(nèi)進(jìn)行鐵氧化物的還原反應(yīng)，制得的DRI在電爐內(nèi)進(jìn)行熔分深還原，對釩氧化物進(jìn)行還原的同時，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離，而后當(dāng)釩基本全部進(jìn)入鐵水后，鋼鐵廠可得到含釩鐵水，含釩鐵水經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉，就能得到釩渣和半鋼，根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)可知，此項(xiàng)還原工藝鈦的回收率可達(dá)到百分之九十四以上，鐵的回收率可達(dá)到百分之九十一以上，而釩回收率也可達(dá)到百分之七十七以上，并且此還原反應(yīng)過程是在潔凈的還原氣中進(jìn)行，因此形成的鈦渣中添加的雜質(zhì)成分少，可制得具有經(jīng)濟(jì)效益的高品位鈦渣，此外隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，由于氣基豎爐內(nèi)還原溫度和還原氣氛的可控性，除了利用釩鈦磁鐵礦，目前鋼鐵廠還可以通過高磷礦或其他復(fù)雜伴生礦進(jìn)行資源的生產(chǎn)，提高了資源的生成率。

3 結(jié)束語

總而言之，近年來隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在全球鋼鐵市場進(jìn)入“寒冬”時期的歷史時代背景下，氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)因其節(jié)能環(huán)保和產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)的優(yōu)勢，成為了現(xiàn)階段中國鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級的主要應(yīng)用技術(shù)手段，而根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，兩大氣基豎爐工藝MIDREX和Ener giron在氣基豎爐直接還原煉鐵技術(shù)的使用過程中都各有其優(yōu)勢和不足，故此為擴(kuò)大鋼鐵廠的發(fā)展市場，推動企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，兩大兩大氣基豎爐工藝都需根據(jù)資源和能源條件、當(dāng)?shù)厮妰r格、以及后續(xù)工藝生產(chǎn)要求等，因地制宜地制定最具有經(jīng)濟(jì)效益的技術(shù)方案，從而為氣基豎爐技術(shù)未來設(shè)備大型化、氣源多樣化、礦源擴(kuò)大化的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。