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熔融还原

熔融还原炼铁技术分析评估
人们用“有无预还原”将熔融还原分为“一步法”熔融还原和“二步法”熔融还原。

“一步法”熔融还原只有熔态还原,矿石预还原率接近0,是真正意义上的熔融还原炼铁法,如HIsmelt、Romelt、Ausmelt等低预还原率工艺均属于此;而“二步法”熔融还原,即预还原加终还原,如COREX、FINEX工艺等,严格讲“二步法”应该称为还原熔融炼铁法。

COREX工艺
COREX工艺演化了高炉炼铁技术,将高炉从概念的软熔带部分分为两部分。

一部分利用成熟的高炉长寿炉缸技术(包括焦炭床和碳砖结合冷却壁技术)构造成了造气煤炭流化床即熔融气化炉;而另一部分借鉴了成熟的大型MIDREX气基还原技术,构造成了预还原竖炉,使用块煤和块厂炼铁,成功地实现了工业化生产。

COREX的基本工艺流程为:块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的块状混合物,通过封闭漏斗系统装入到预还原竖炉中,在原料下行的过程中,被逆向流动的还原气体还原成金属化率约80%~90%的直接还原铁(DRI)。

螺旋卸料器将DRI从预还原竖炉中传送到熔融气化炉中,进行终还原和熔化。

熔融气化炉产生的煤气由于含有煤粉、灰尘和铁尘、CO 和H2等,且温度高于1100℃,不能直接进入预还原竖炉,必须在旋风除尘器中净化,混入冷煤气降温,调整到最佳工作范围800~850℃后作为还原气从下部送入竖式预还原炉。

COREX演化了高炉炼铁技术,取得了商业成功,但同时也继承了高炉炼铁的一些缺点:
1. COREX是典型的炉床法炼铁工艺,与高炉相比,COREX更多地依靠间接还原,间接还原度越高,工艺进行得越容易,难以摆脱料柱透气性问题的困扰。

2. 为保证竖式预还原炉料柱的透性必须使用块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的块状混合物,因此必须配有造块设备。

对入炉块状原料的理化性能有很高的要求,从而提高了原料成本。

3. COREX的实践证明,要依靠焦炭床来保护炉缸,稳定生产,就无法摆脱对焦炭的依赖(焦比>10%~20%),尤其是大型化后,焦比会超过200kg/THM。

4. 从熔融气化炉抽出的高温煤气经净化后,从>1100℃降至800~850℃,温度损失了250℃左右,热效率比不上高炉。

5. 虽然使用了全氧冶炼,但按炉缸面积计算的生产率仅为高炉的0.7~0.9。

6. 竖炉预还原炉料的金属化率波动大。

7. 操作影响因素多,在炉体中部的高温区使用了排料布料活动部件,使设备维修成本及热损失增加,个别设备还不够成熟,利用率不高。

8. 在高炉冶炼条件下,采用富氧喷吹有一定的限度,传统高炉更不能采用全氧冶炼。

COREX工艺虽然采用全氧冶炼,但其生产率并不高,根本原因在于,虽然全氧熔炼速率很快,但受到上部竖炉铁矿还原速率的
限制,对于一定产能的COREX熔融还原工艺,要求下部熔融气化炉的操作必须与上部的竖炉铁矿还原情况相匹配,才能达到较好的技术经济指标。

综合分析评价
1. 从工艺角度看,COREX更多依靠间接还原工艺,保留着高炉炼铁工艺的特点;FINEX则把COREX的预还原竖炉改变成多极流化床反应器,可以完全使用粉矿;这两种熔融还原工艺可以说是对高炉的“改良”,只是FINEX的改良程度更大一些。

而HIsmelt则完全摆脱了高炉炼铁工艺概念,是炼铁技术的一种“革命”,可有效解决困扰高炉工艺的料柱透气性问题,是真正意义上的熔融还原技术。

2. 在原燃料资源的取用上,COREX可以使用非焦煤,优于高炉,但还须使用块矿和球团及部分焦炭。

FINEX不仅可用非炼焦煤,而且摆脱了对块状原料的依靠,这一点优于高炉和COREX,只是还需要块煤和粉煤造块。

Hismelt则原燃料全部粉状化,且对原燃料性质无特殊要求,资源面最宽,便于就地取材,并且可使用高磷矿石。

3. 在流程设备上,COREX需要球团与块矿等造块设备和部分焦炭;FINEX使用粉矿和粉煤造块,可以不建烧结、球团、炼焦厂;HIsmelt 完全免除了烧结、球团、炼焦厂投资,也不需要煤造块。

但三种工艺均需配套制氧设备和自备电厂。

4. 在生产成本上,FINEX和Hismelt原料成本相对较低,COREX 和FINEX氧气成本较高。

燃料消耗前两种高于Hismelt,因此生铁成本COREX最高,Hismelt最低,但三种均高于高炉。

5. 从一次性投资看,COREX要高一些,FINEX投资成本会较低,HIsmelt冶炼设备相对单一,三者之中投资最低。

6. 现状与前景。

COREX工艺最成熟,已有数家投入生产,并取得很好的成绩,完全实现了商业化。

FINEX在工艺上优于COREX,但目前仍处在示范工厂试生产阶段,再经过一段时间的调整完善,将具备商业化推广价值,成为COREX的有力竞争者。

Hismelt工艺示范工厂投产较晚,又是一种全新的工艺,估计需要一段时间改进、完善,但因其工艺优点多、投资和生产成本低,一旦成功,其竞争优势比较大。

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