气基竖炉直接还原炼铁技术的发展研究

文/侯卫强 李丽红，德龙钢铁有限公司炼铁厂

1 气基竖炉直接还原工艺的比较

根据相关数据调查显示，MIDREX气基竖炉和Energiron气基竖炉是目前我国主要的两种气基竖炉生产工艺，两者相比前者的竖炉产量占全国的百分之六十三点二，而后者的竖炉产量仅占全国的百分之十五点四，但两者不仅同属于气基竖炉直接还原技术的主体流程，还是直接还原铁领域的重要流程，但是在原料与产品、工艺特性以及机械设备等方面，两者之间存在一定的差异，具体表现在如下几方面，即在原料和产品方面，MIDREX气基竖炉和Energiron气基竖炉对原料的要求相差无几，均需要高品位的球团矿和低硫的天然气，但是在产品性能方面，后者所生产的工艺产品相较于前者来讲碳含量范围相对更大一些；在工艺特性方面，MIDREX气基竖炉和Energiron气基竖炉两种工艺之间存在较大差别，无论是在对天然气重整方式、使用的氧化剂类别、炉顶气处理流程中是否含有脱碳装置以及在竖炉的操作方面等都存在显著差异；在机械设备方面，MIDREX气基竖炉和Energiron气基竖炉两种工艺相比，Energiro工艺竖炉内的机械设备数量相比MIDREX气基竖炉要多的多，由此对整个系统的能量利用也就更加充分。

2 气基竖炉直接还原炼铁技术未来的发展探析

近年来，随着我国社会主义市场经济的不断发展和科学技术的不断进步，相较于高炉炼铁技术，气基竖炉直接还原炼铁技术不仅能在前者未渗入的领域中显著提高企业的生产效率，同时它还省去了煤焦转化环节的能源消耗和废气排放，在推动中国当下钢铁行业产品结构升级和节能减排中都起到了重要的战略性意义，故而此项还原技术未来的发展方向也受到了社会各界及人们的广泛关注和高度重视，据相关数据调查显示，在全球经济、资源、能源条件不断变化的当代社会，基竖炉直接还原炼铁技术正朝着设备大型化、气源多艳骨哈、矿源扩大化的方向发展，具体发展过程如下：

2.1 设备大型化

图1 气基竖炉直接还原炼铁装置的建成数据

由上图可知，自二零一一年大于一百万t/a的气基竖炉直接还原炼铁装置建成以来，在未来的投入建设和使用过程中，无论是MID REX工艺还是Energiron工艺都全部致力于建设大型竖炉装置，其中最为出名的就是美国纽柯钢铁公司于二零一三年投产的二百五十万t/a的大型装置，据相关数据调查显示，此装置的还原效率相当于三千二百立方米的高炉，由此可见，气基竖炉直接还原炼铁装置设备大型化是未来企业发展的主要趋势之一，在一定程度上它不仅有效地可弥补大型钢铁企业的生铁产能缺口，提高企业的生产质量和生产效率，同时又因其低排放、高清洁的生产优势，现阶段在国家的大力扶持下气基竖炉直接还原炼铁技术已经具备了与传统高炉炼铁流程竞争的能力。

2.2 气源多样化

纵观气基竖炉直接还原炼铁技术发展来看，与高炉炼铁技术相比，前者在某些方面具有后者所没有的优势特征，但多年以来却未得到充分的发展，究其原因主要还是因为气基竖炉直接还原技术还原过程中需依赖天然气重整制备还原气体，而近年来随着煤制气或焦炉煤气制备气基竖炉还原气体技术的实现，在气源多样化的发展下，气基竖炉直接还原炼铁技术的还原气体可选择性增多，不仅突破了近年来该技术发展的瓶颈，其适应性也变得更加广泛。除此之外，自一九九九年MIDREX公司在南非撒旦那基于COREX工艺产生的煤气建设了一座气基竖炉直接还原装置后，通过类比对照试验，发现气基竖炉可以摆脱对天然气的依赖，使用φ( CO)高于70%的煤制气进行生产。

2.3 矿源扩大化

图2 MIDREX和Energiron工艺对原料的要求

图3 利用气基竖炉技术的钒钛磁铁矿综合利用工艺路线

根据相关数据调查显示，气基竖炉直接还原技术对于铁矿石的要求较高，由图2可知，从目前来看，球团的全铁质量分数大于百分之六十五，是传统钢铁企业气基竖炉直接还原装置应用的主要原材料，但是近年来随着人们随着高质量铁矿资源的短缺以及竖炉技术的发展，一些低品位复杂伴生铁矿也逐渐成为其原料，用于钢铁企业的生产中，从而在满足人们对于钢铁量需求的同时为企业的进一步发展奠定了良好基础。与此同时，根据图3利用气基竖炉技术的钒钛磁铁矿综合利用工艺路线可知，在气基竖炉直接还原的生产过程中，钒钛磁铁矿球团在竖炉内进行铁氧化物的还原反应，制得的DRI在电炉内进行熔分深还原，对钒氧化物进行还原的同时，实现渣铁分离，而后当钒基本全部进入铁水后，钢铁厂可得到含钒铁水，含钒铁水经转炉吹炼，就能得到钒渣和半钢，根据实验分析数据可知，此项还原工艺钛的回收率可达到百分之九十四以上，铁的回收率可达到百分之九十一以上，而钒回收率也可达到百分之七十七以上，并且此还原反应过程是在洁净的还原气中进行，因此形成的钛渣中添加的杂质成分少，可制得具有经济效益的高品位钛渣，此外随着电子信息技术的不断发展，由于气基竖炉内还原温度和还原气氛的可控性，除了利用钒钛磁铁矿，目前钢铁厂还可以通过高磷矿或其他复杂伴生矿进行资源的生产，提高了资源的生成率。

3 结束语

总而言之，近年来随着我国社会主义市场经济的不断发展和科学技术的不断进步，在全球钢铁市场进入“寒冬”时期的历史时代背景下，气基竖炉直接还原炼铁技术因其节能环保和产品优质的优势，成为了现阶段中国钢铁企业产品转型升级的主要应用技术手段，而根据相关数据调查显示，两大气基竖炉工艺MIDREX和Ener giron在气基竖炉直接还原炼铁技术的使用过程中都各有其优势和不足，故此为扩大钢铁厂的发展市场，推动企业的进一步发展，两大两大气基竖炉工艺都需根据资源和能源条件、当地水电价格、以及后续工艺生产要求等，因地制宜地制定最具有经济效益的技术方案，从而为气基竖炉技术未来设备大型化、气源多样化、矿源扩大化的发展打下坚实基础。