張向國(guó)，賈利軍

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

世界鋼鐵協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)：全球熔融還原鐵的產(chǎn)能約1200萬(wàn)噸，而我國(guó)2018年熔融還原實(shí)際產(chǎn)能約105萬(wàn)噸，約占國(guó)內(nèi)煉鐵總產(chǎn)能的0.14%。高爐煉鐵仍為煉鐵生產(chǎn)的主要工藝。而傳統(tǒng)高爐煉鐵流程面臨環(huán)保、能耗以及原燃料資源制約等前所未有的壓力，更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保的短流程煉鐵技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐步顯現(xiàn)，中國(guó)在熔融還原技術(shù)做了大量的工作，截止目前已有兩座熔融還原煉鐵工廠在運(yùn)行。文章著重介紹寶鋼八一鋼鐵歐冶爐工藝、墨龍HIsmelt熔融還原工藝（以下簡(jiǎn)稱MLHIsmelt）的技術(shù)流程、工藝創(chuàng)新以及運(yùn)行現(xiàn)狀，并與高爐工藝進(jìn)行比較。對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

世界上已有熔融還原煉鐵工藝約30余種，但至今僅3種工藝有較大發(fā)展且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，分別為COREX、HISmelt和FINEX 工藝。

1COREX熔融還原工藝

1.1 COREX工藝流程

COREX工藝是利用了高爐爐缸和氣基直接還原豎爐工藝的聯(lián)合，其實(shí)質(zhì)是把高爐分為兩截，使用塊煤和球團(tuán)礦、塊礦煉鐵。具體流程如下：熔融氣化爐產(chǎn)生的1050℃高溫還原氣經(jīng)調(diào)溫到850℃后除塵、由環(huán)管送入預(yù)還原豎爐，從下向上逆流穿過(guò)下降的礦石層。鐵氧化物、熔劑和焦炭從上面加入向下運(yùn)動(dòng)，在下降過(guò)程中鐵礦石還原成金屬化率大于70%的海綿鐵，然后通過(guò)螺旋排料機(jī)送入熔融氣化爐。熔融氣化爐內(nèi)海綿鐵進(jìn)一步還原加熱得到合格的鐵水。從熔融氣化爐頂部加入煤與1050℃的高溫煤氣相遇并被干燥、裂解和干餾焦化，在爐內(nèi)形成半焦床層。在風(fēng)口區(qū)與鼓入的氧氣燃燒，得到1050℃的高溫還原煤氣（CO+H2＞90%）。高溫還原氣兌入凈化后的冷煤氣，調(diào)溫到800～850℃經(jīng)過(guò)熱旋風(fēng)除塵器除塵，作為還原氣進(jìn)入上部預(yù)還原豎爐。

寶鋼集團(tuán)2007年引進(jìn)了兩套大型COREX3000煉鐵生產(chǎn)裝置，在上海羅涇建成熔融還原煉鐵廠，分別于2007年11月和2010年投產(chǎn)。投產(chǎn)后，于各種原因?qū)е翪OREX工藝運(yùn)行不利。為此，搬遷到原燃料（球團(tuán)礦、原料煤）較有優(yōu)勢(shì)的八一鋼鐵公司，并在COREX3000的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改造，于2015年7月19日順利出鐵，并成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并命名為歐冶爐。［2］

1.2 歐冶爐（COREX改進(jìn)型）

（1）煤氣系統(tǒng)：原COREX爐頂煤氣為濕法除塵系統(tǒng)，歐冶爐預(yù)還原豎爐爐頂煤氣改為干式布袋除塵器，出口煤氣含塵量10～5mg/Nm3，運(yùn)行能耗和費(fèi)用低，投資少、占地??；新增全干式TRT發(fā)電裝置，運(yùn)行煤氣溫度：40～280 ℃，壓力：0.15～0.29MPa，TRT 發(fā)電量：55kW/thm。

（2）豎爐底部中心煤氣管：增加引導(dǎo)煤氣占還原煤氣量的20%，改善還原煤氣氣流分布。

（3）篩分設(shè)備：礦槽料倉(cāng)增加獨(dú)立篩分，減少入爐粉末，對(duì)豎爐粘接及氣化爐煤氣上升管堵塞起到相應(yīng)的緩解作用。

（4）爐頂煤氣反吹入爐：回噴10000Nm3/h爐頂煤氣可得到高品質(zhì)煤氣，有利于降低煤耗。

（5）氣化爐優(yōu)化：增設(shè)拱頂噴煤，煤比350kg/thm，提高豎爐金屬化率15%～25%；提高煤氣質(zhì)量和煤氣量。

1.3 歐冶爐（COREX改進(jìn)型）生產(chǎn)實(shí)踐

歐冶爐2015年連續(xù)生產(chǎn)68天，生產(chǎn)鐵水15.02萬(wàn)噸，綜合廠區(qū)周邊的煤資源進(jìn)行了充分的試驗(yàn)，氣化爐拱頂噴煤造氣的工藝，提升豎爐還原、強(qiáng)化了氣化爐造氣和熔煉功能，各功能區(qū)的效率和穩(wěn)定性改進(jìn)。2018年5月26日開(kāi)爐，5天后達(dá)到生產(chǎn)以來(lái)的最優(yōu)指標(biāo)。2018年8月，歐冶爐實(shí)現(xiàn)月鐵水產(chǎn)量10.5萬(wàn)噸，燃料比：830 kg/t，焦比：200kg/t，鐵水平均含硅 0.8%。

2 HISmelt熔融還原煉鐵技術(shù)

2.1 工藝流程簡(jiǎn)介

HISmelt可直接熔煉經(jīng)預(yù)熱處理的鐵礦粉和其他適合的含鐵原料，并噴吹煤粉作為系統(tǒng)的還原劑及熱量來(lái)源。HISmelt熔融還原煉鐵工藝省去了傳統(tǒng)高爐的燒結(jié)及焦化兩個(gè)工序，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽及富余煤氣可以于發(fā)電。主要設(shè)施包括：礦粉預(yù)熱及噴吹、煤粉制備及噴吹、熔融還原爐（SRV爐）、熱風(fēng)爐、出鐵場(chǎng)、渣處理等，除礦粉預(yù)熱、熱礦噴吹系統(tǒng)與SRV爐體部分同傳統(tǒng)高爐不同外，其他部分均可借鑒傳統(tǒng)高爐山東墨龍公司在2012年將澳大利亞奎那那HISmelt工廠整體搬遷，并優(yōu)化改進(jìn)工藝流程，新建HISmelt熔融還原生產(chǎn)線，項(xiàng)目2016年8月建成投產(chǎn)。

2.2 ML（墨龍）-HIsmelt工藝

工藝路線、技術(shù)方案主要有以下幾方面特點(diǎn)：

（1）礦粉預(yù)熱系統(tǒng)。有原流化床工藝改為兩段式回轉(zhuǎn)窯工藝，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，改進(jìn)后的工藝實(shí)現(xiàn)了礦粉的加熱、預(yù)還原的目的，且技術(shù)成熟、穩(wěn)定；預(yù)熱還原系統(tǒng)可以采用煤粉也可以采用SRV煤氣作為燃料。

（2）礦粉噴吹系統(tǒng)。提高系統(tǒng)噴吹壓力，解決噴吹管道堵塞問(wèn)題；噴吹罐、熱礦倉(cāng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，增設(shè)有助于物料流動(dòng)設(shè)施，減少物料在倉(cāng)內(nèi)板結(jié)。增加細(xì)粉、除塵灰噴吹系統(tǒng)，杜絕粉塵的二次排放。

（3）SRV爐高溫煤氣系統(tǒng)?；厥誗RV爐高溫煤氣（約800℃）攜帶的大量顯熱（約占入爐總能量的33%），強(qiáng)化汽化冷卻段的冷卻能力，增設(shè)高溫旋風(fēng)除塵器、余熱鍋爐，將溫度降低到200℃左右。

（4）公輔動(dòng)力系統(tǒng)。部分解除公輔動(dòng)力系統(tǒng)工序之間的聯(lián)鎖，燃?xì)忮仩t及動(dòng)力系統(tǒng)間相互獨(dú)立系統(tǒng)的穩(wěn)定性和作業(yè)率得到提高，為SRV系統(tǒng)整體作業(yè)率的提高提供了保障。

（5）操作模式。由連續(xù)出鐵制度，改為柔性、連續(xù)兩種出鐵制度的操作模式。

2.3 ML-HIsmelt生產(chǎn)實(shí)踐

ML-HIsmelt熔融還原煉鐵項(xiàng)目從2014年10月開(kāi)始建設(shè)，并于2016年8月建成投產(chǎn)，先后經(jīng)歷十多次的停開(kāi)爐探索實(shí)踐，工作人員對(duì)生產(chǎn)、設(shè)備維護(hù)操作的逐步熟悉，操作穩(wěn)定性以及能耗都有了質(zhì)的提高，截至2018年10月共計(jì)產(chǎn)出67萬(wàn)噸產(chǎn)品，當(dāng)前日最高產(chǎn)量達(dá)到1930t，月產(chǎn)量達(dá)到51914t，設(shè)備不間斷作業(yè)達(dá)157d，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均超過(guò)原澳大利工廠，產(chǎn)品高純鑄造生鐵含磷量低（平均在0.015%～0.03%），含硅、錳及五害元素（鉛、錫、砷、銻、鉍）含量非常低，脫硫過(guò)后，滿足高端鑄造產(chǎn)品的需求。

3 三種工藝對(duì)比分析

綜合不同工藝技術(shù)，就高爐、歐冶爐、ML-hismelt三種不同工藝從原燃料適應(yīng)性、鐵水質(zhì)量、技術(shù)成熟度、投資等指標(biāo)進(jìn)行比較分析如表1。

表1 三種煉鐵工藝比較表

（1）在原燃料適應(yīng)性方面。HISmelt工藝較好，也是目前唯一不使用焦炭的熔融還原煉鐵工藝，同時(shí)HIsmelt技術(shù)獨(dú)特的工藝特性為其在釩鈦礦和高磷礦資源利用提供了更多可能，在推動(dòng)資源綜合利用方面取得新的突破。

（2）技術(shù)成熟度方面。高爐工藝較有優(yōu)勢(shì)，HISmelt與COREX（歐冶爐）屬于前沿性、國(guó)家提倡的冶煉工藝。

（3）項(xiàng)目投資。高爐投資最低，如考慮燒結(jié)、焦化投資，HISmelt投資具有一定優(yōu)勢(shì)。

（4）產(chǎn)品質(zhì)量。HISmelt因?yàn)楠?dú)特的冶煉特性，所生產(chǎn)的鐵水質(zhì)量較其他工藝流程而言優(yōu)勢(shì)明顯，其產(chǎn)品不僅可以作煉鋼生鐵，也可作高端鑄件原料。

4 前景分析

以ML-HIsmelt和歐冶爐為代表的熔融還原煉鐵技術(shù)已處于世界領(lǐng)先水平，隨著國(guó)家對(duì)煉鐵環(huán)保綠化要求的提高，促使國(guó)內(nèi)煉鐵業(yè)對(duì)熔融還原煉鐵技術(shù)研究和關(guān)注越來(lái)越高。

實(shí)踐表明ML-HIsmelt熔融還原技術(shù)具有原料的適應(yīng)性好、使用非焦煤、流程短、產(chǎn)品質(zhì)量好、操作簡(jiǎn)單、適用料種類廣范等優(yōu)越性，預(yù)計(jì)將成為我國(guó)未來(lái)熔融還原煉鐵工藝的發(fā)展方向。