中晋太行—创新是企业发展的灵魂 2014年9月
近20年来直接还原铁产能趋势
主要表现： ➢ 气基竖炉产量将继续增加； ➢ 2013年气基竖炉产量占总产量的72.33% ； ➢ 印度、俄罗斯、中东等地区正在建设的气基竖炉直接还原装置。 ➢ 煤基直接还原由于能耗高、生产效率低、竞争力差将被淘汰。
四、我国气基直接还原铁在中国发展缓慢的原因
Lumpy ore
Ore Fine ore Yard Pellet
Miscellaneous
Sinter Plant
BFG
BF
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3.传统流程高炉炼铁的严重缺陷
Stack Main Blower Waste E.P
B.F
Mixer
Ore Bin
Sinter Machine
工 业
79%
类
其它行业
化工、石油化工
5%
水泥
4%
3%
钢铁
21%
1%
有色金属
1%
机械
1%
食品和烟草
1%
纸浆、造纸、印刷
5%
其它
21%
化工、石油化工
23%
水泥
18%
钢铁
15%
有色金属
7%
机械
5%
食品和烟草
5%
纸浆、造纸、印刷
5%
其它
24%
2.传统的炼铁系统的能耗与CO2分别占到钢铁工业的67%、70%左右
潜在的环境影响
空气和土壤污染、地面臭 氧、酸雨、全球变暖、噪 声
空气土壤和水污染、酸雨 、地面臭氧、酸雨、全球 变暖、气味
空气土壤和水污染、酸雨 、地面臭氧、全球变暖、 气味
4.传统流程铁前工序的污染情况
➢ 根据最新履行POPs国际公约SEPA会议，中国已经开始履行减排二恶 英 的义务。
➢ 初步统计全国共排放20--30公斤/年的二恶英，钢铁工业排放约2公斤。 （日本：1997：8.1kg，2003：0.4kg）
Boiler
Rod Mill
Crusher
Cooler Room E.P
Screen
4.传统流程铁前工序的污染情况
烧结排放 烧结废气量
Dust NOX SO2 CO CO2 二恶英
低碱度烧结矿 40 50 35
45 25 70
1000ng＝1μg＝0.001mg=10-6g, 1 ng=10-9g
2003年分工序能耗
炼铁 45.9%
焦化 14.7%
烧结 6.6%
转炉 2.3%
电炉 21.1%
轧钢 9.5%
8% 2%2% 12%
76%
高炉 烧结 钢厂 炼焦 其他
钢铁工业的分工序能耗
传统钢铁生产流程中的CO2排放源分布
3.传统流程高炉炼铁的严重缺陷
高炉反应器的优点是热效率高、技术完善，设备已大型化、长寿化，在今后 相当长时期内，高炉流程在我国将继续是主要产铁设备，继续占统治地位，我国 已完全掌握现代先进高炉技术。但是其缺陷也是非常明显： ⑴高炉冶炼离不开焦炭，优质炼焦煤越来越少，据权威人士的调查，我国目前的 焦煤储量，按照现在的消耗速度，最多能满足30~40年的需求。
三、世界直接还原铁发展的现状
近20年来直接还原铁产能趋势
产量/ 万吨
80 70 60 50 40 30 20 10
1990
约77.19Mt(2013’) 2.5Mt/a
1995
2000 Year
2005
2010
近20年来直接还原铁产能趋势
世界直接还原铁近年来各工艺产量
年份 工艺方法 MIDREX ％ HYL/Energiron ％ 其他气基 ％
宝钢COREX C3000顺利出铁！
COREX C3000铁 水装罐！
COREX C3000铁水铸块！
3.气基直接还原
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二、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势
1.钢铁工业是工业生产中主要的温室气体排放者之一
传统的钢铁行业其CO2的排放处于工业类中的第三位，是温室气体CO2的 主要贡献者之一；因此，国际钢协承诺将采用新的炼铁工艺、保证更高的能 源利用率。
1.高炉工艺流程
Lumpy ore
BFG
Sinter Plant
Ore
Fine ore
Yard
Pellet
PJT
Miscellaneous
Sinter
PCI BF
Burnt Lime Coke breeze
Pig Iron,
Coal
Crusher
Slag
Yard
CMCP
PJT
Surge
Blending
一、气基直接还原是钢铁工业可持续发展的必然趋势
6、氢冶金或准氢冶金—生产超纯净钢的理想流程
生产流程中产品碳含量的变化
0% 生产流程中产品氧势的变化
30%
0.20~0.80%
1% 0.01%
生产流程中温度的变化
1650℃
1550℃
20℃
850℃
0.002%
1100℃
700℃
900℃
20℃
氢气
原料
制铁
直接还原铁技术与高炉炼铁技术相比，具有节能减排降碳的 特性，符合建设“两型”社会的基本国策。直接还原铁的优势 主要体现在以下三个方面：
（1） 杂质含量低 S、P和残余元素的含量很低，可以保证钢液的成分均匀，使用的过
程中不会产生环境污染。 （2）实现炉料热装
减少电炉电力需求量I20～14OkWh／t； 降低电炉电极消耗0 5—0．6kg； 降低耐火材料损耗； （3）生产灵活。 电炉停产时，直接还原设备能继续生产：直接还原殳备停产时．电 炉能用库存的直接还原铁或热压块铁生产；剩余直接还原铁或热压块 铁可供出售。
BF+烧结+炼焦 16.25 320～400 90000
COREX
煤\焦
(4000m3)
COREX
17 150
500
SL/RN回转窑
煤
回转窑
18 15 1440
隧道窑
煤
隧道窑 25～30 1～4 20
—————————————————————————————
﹡MIDREX HYL Ⅲ 气基直接还原的能耗最低。
1100℃
20℃
20℃
550℃
30℃
900℃
20℃
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5、传统钢铁生产流程的本质缺点 由于传统钢铁生产流程采用碳还原工艺，在铁还原过程中碳和其它杂质 进入铁水，需要在后步炼钢中采用氧化工艺脱碳、脱硅；又造成钢水的氧 化，需要在精炼过程中进一步脱氧，形成夹杂物污染了钢水。由于这一基 本反应过程，造成钢铁生产流程长，工序复杂。
2009 2010 2011 2012 2013
59.9 59.7 60.5 60.5
-
12.4 14.1 15.2 15.8
-
0.8
0.5
0.7
0.7
-
煤基直接还原 ％
26.9 25.7 23.6 23.0
-
全球产量合计 Mt
64.4 70.4 73.3 74.0 77.2
世界DRI产量持续增加，气基竖炉占主导地位。
1、为什么气基直接还原未能在中国发展？
中国大部份地区天然气资源不足且价格昂贵； 2000年以前选矿技术落后、缺乏高品质的铁料。 高等级钢材生产所占比例低，低等级钢材对钢铁料的质量要求不高；
7、气基直接还原是替代传统工艺流程的核心工艺之一
钢铁工业 发展的两 大趋势
完善 传统工艺装备
相互竞争, 相互渗透, 推动钢铁 工业技术 进步
寻求替代传统 工艺流程的新
工艺流程
8、气基直接工艺是能耗最低的炼铁工艺
—————————————————————————— 炼铁工艺名
称
还原剂 反应器类型 能耗 单炉产能 总产能
高纯 炼钢
钢水 净化
低过热度浇铸
强化轧制
氢冶金生产流程中产品碳含量、氧势和温度变化
连续退火
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6、氢冶金—生产超纯净钢的理想流程
由于氢冶金避免了碳在还原过程中对铁水的污染，改变了传统流程中 重复进行氧化还原反应造成的钢水污染问题，减少了重复加热，降低了 系统能耗。 特点：用氢气作为还原剂，流程缩短，产品洁净度高，节能降耗，生产 成本低。
一、气基直接还原是钢铁工中业晋太可行—持创新续是企发业发展展的的灵魂必然2014趋年9月势
9、气基直接还原工艺是生产效率最高的炼铁工艺 现有主要炼铁工艺的生产率指标比较
﹡MIDREX HYL Ⅲ气基直接还原铁竖炉的利用系数已可达到162t/m2d,比大 型高炉的最高产能（70t/m2d ）高出1.31倍；而且具备规模化生产能力， HYL－Ⅲ单体炉能力已经达到年产190万吨的能力。
GJ/t铁 万t/a 万t/a
—————————————————————————————————————
MIDREX
天然气/合成气 竖炉
11 180
3792
HYL Ⅲ
天然气/合成气 竖炉
11 190 1170
转底炉
天然气 煤\天然气
流化床 转底炉14 502来自015 14～50 200
高炉+烧结+炼焦 焦\煤
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10、炼铁工序的可持续性排名 1
0.8 0.6 0.4 0.2
0
产出效率 产品品质 环境8排种放 资源能源消耗 技术经济水平