比较分析高炉炼铁与非高炉炼铁技术

张二利

摘要：随着钢铁行业的不景气，而相对应的高炉炼铁技术发展呈现出停滞状态。但目前仍是全世界范围内，进行钢铁生产主要的技术内容，然而这就意味着其利用焦炭生产造成的污染环境问题仍处在不断深化的状态。针对这一问题，相关从业人员应加大非高炉炼铁技术的研究应用，进而改进我国钢铁行业发展的产业结构。然而，非高炉炼铁技术的研究成果存在一定局限性，相关建设人员应从能耗、技术应用现状以及未来发展角度，对高炉炼铁与非高炉炼铁两种技术进行对比，以找出优化控制的节点，进一步提高非高炉炼铁技术的应用研究效率。

关键词：高炉炼铁和非高炉炼铁；能耗比较；发展方向

1 高炉炼铁和非高炉炼铁

1.1 高炉炼铁

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出，高炉生产是连续进行的，一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。

1.2 非高炉炼铁

非高炉炼铁是指以铁矿石为原料并使用高炉以外的冶炼技术生产铁产品的方法。在当今焦煤资源缺乏，非焦煤资源丰富的情况下，非高炉炼铁以非焦煤为能源，不但环保，而且省去了烧结、球团等工序，缩短了流程。因此非高炉炼铁一直被认为是一种环保节能、投资小、生产成本低的生产工艺。非高炉炼铁可分为直接还原炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺两种。直接还原炼铁工艺是一种以天然气、煤气、非焦煤粉为能源和还原剂，在铁矿石软化温度下，将铁矿石中铁氧化物还原成铁的生产工艺。据统计直接还原冶炼工艺多达40余种，大部分已经实现了大规模工业化生产。熔融还原工艺以煤、粉矿进行冶炼，无需炼焦、烧结、球团等工序，使炼铁流程简化，是炼铁技术的重要发展方向。

2 能耗比较

2.1 高炉炼铁能耗

通过对2009年重点钢铁企业炼铁系统的能耗分析，2009年我国重点钢铁企业高炉工序能耗为410.65kgce/t，烧结工序为54.95kgce/t，焦化工序为112.28kgce/t，球团工序为29.96kgce/t。计算冶炼1t生铁所需要的炼铁系统能耗（包括烧结、焦化、球团、高炉四个工序），得出结论，2009年全国重点钢铁企业冶炼1t生铁，炼铁系统所需要消耗的能源为529.11kgce/t；同期我国先进水平的太钢生产1t生铁，炼铁系统所消耗的能源为443.82kgce/t。这两个数据均比目前非高炉炼铁工艺的能耗要低。由于高炉炼铁设备是一种高效化的竖炉，因此，高炉生产的过程是个炉料与煤气逆向运动的反应器。具体来说，炉料在竖炉中能够得到充分的预热、还原、熔融、生铁渗碳以及生铁改性等物理化学过程。但其生产过程产生出的尘泥是有害物质。炉料在高炉中作用时，会面临间接与直接还原反应问题选择，研究表明，铁矿石进行直接还原是吸热反应，而间接还原则是放热反应。因此，炉料在高炉内部中，有将近50%的炉料是进行间接还原反应的。这就意味着其要比直接还原铁工艺过程降低一部分的能源使用。而且，高炉还是一种高效的能源转化器，即焦炭填充炉缸、焦炭渗碳、焦炭起骨架作用以及与氧气反应生产CO、CO2和放出热量。当高炉休风时，炉缸被焦炭填满，从而使炉缸内部具有较大空间，以加快生产恢复。

2.2 非高炉炼铁能耗

2008年5月是宝钢COREX-3000燃料比较好水平，为987.1kg/t（其中焦炭占20%）。2009年C3000的燃料比平均为1057kg/t。C2000的燃料比的情况：印度京德1号为997kg/t，京德2号为994kg/t，焦比在燃料比的15%～20%.南非萨尔达纳为1020～1050kg/t焦比在燃料比的13%～15%。2008年4～7月韩国FINEX煤气得到回收利用后，燃料比由780～850kg/t降到700kg/t左右。日本神户制钢与美国克里夫兰克里夫斯公司结盟，建设了ITmk3设施，实际是转底炉的改进和延伸，产品为冷态的渣铁，能耗是高于高炉炼铁。融熔还原的生产还需要消耗大量氧气、电力等能源介质。如果加上这些能量，它们的工序能耗还要高。上述的数据表明，非高炉炼铁的能耗是要比高炉炼铁系统的能耗高250～650kgce/t。

3 发展方向

3.1 高炉炼铁技术未来的发展

在钢铁企业炼铁系统的资源消耗和能耗消耗约占70%，在炼铁系统中削减CO2排放量是迫切的任务。理论上一吨铁水最少需要414kg的碳，或者465kg的焦炭，其中333kg的碳或者80%的焦炭将用于化学反应。各厂高炉采取了降低燃料比、焦比，提高热效率、还原效率，喷吹煤粉、喷吹塑料，回收一切可能回收的热量等等降低CO2排放的一系列措施。高炉大型化除了对高炉炉内现象进行了更精细的研究外，还必须弄清各种炉内现象，合理控制循环区及死料堆的形成行为、焦炭粉化及产生堆积的行为，这些行为对炉料透气性和下料有重大的影响。

3.2 非高炉炼铁技术未来的发展

我国非高炉炼铁技术的发展应是直接还原、熔融还原并重。直接还原应以建设有一定规模的骨干生產厂，迅速形成规模生产能力为主。熔融还原应在引进、消化的基础上，开发适宜我国资源条件和我国国情的独立自主知识产权的技术为主要方向。熔融还原是正在开发和发展的技术，在引进、消化的基础上，开发适应我国的资源条件，我国国情的自有知识产权的熔融还原技术是最重要的方向。熔融还原技术的开发应汲取我国直接还原开发的经验和教训，必须集中人力、物力，开展大协作，组织国家级的攻关队伍进行攻关，必须以有经济实力、有强大技术实力的大型钢铁企业为依托，实施产、学、研结合，同时争取国家给予充分的经济和政策的支持。

4 结语

高炉炼铁技术在未来的发展不容乐观，但其在目前仍使我国钢铁行业进行生产建设主要采用的技术内容。为保证其作用的低能耗，相关建设人员应通过高炉大型化以及应用节能减排设备装置，来实现工业发展可持续性的目标。而非高炉炼铁技术虽发展前景广阔，但因其使用成本高且效果不突出问题，使其难以在短期内代替高炉炼铁技术服务于我国的钢铁行业。事实证明，无论是高炉炼铁技术还是非高炉炼铁技术，均要结合市场环境需求来确定自身的发展方向，只有这样才能真正起到促进我国工业建设快速稳定发展进程的作用。

参考文献：

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[2] 胡俊鸽，周文涛，郭艳玲，等.先进非高炉炼铁工艺技术经济分析[J].鞍钢技术，2012（3）：7-13.

（作者单位：河钢宣钢炼铁厂）