非高爐煉鐵2009年9月直接還原煉鐵世界直接還原鐵DRI/HBI產量年份產量(萬噸)20045460200556992006597920076569200868502007年直接還原鐵產量約占世界生鐵產量10.5億噸的6.2%工藝(%)2004200520062007Midrex64.161.359.760.4HYL-Ⅲ18.919.718.419.6HYL-Ⅰ1.9Finmet2.92.32.22.1其他氣基＜0.10.0400煤基12.116.519.717.9各直接還原工藝生產量的占比直接還原氣基法用天然氣經裂化產出H2+CO氣體作為還原劑,在豎爐、罐式爐或流化床內將礦石中的氧化鐵還原成海綿鐵。主要有Midrex、HYL、FIOR法等。煤基法用煤作還原劑,在回轉窯、隧道窯等設備內將鐵礦石中氧化鐵還原成海綿鐵。主要有FASMET法等優點1、流程短，直接還原鐵+電爐煉鋼。2、不用焦碳，不受煉焦煤短缺的影響。3、污染少，取消了焦爐、燒結等工序。4、S、P等有害雜質與有色金屬含量低，有利于電爐冶煉優質鋼種。缺點1、對原料要求較高。2、氣基要有天然氣（CO+H2）。3、煤基要用灰熔點高、反應性好的煤。4、海綿鐵的價格一般比廢鋼價格要高。豎爐法生產技術成熟、設備可靠、單位投資少、生產率高（利用系數8~10t/m3d）、單爐產量大（達180萬t/a）、產品成本低等優點，需天然氣等作還原劑，受氣源和地區的限制。回轉窯法目前較多，單位投資高、生產率低（利用系數~0.42t/m3d)、單爐產量低(15~18萬t/a)、生產成本較高。用煤作燃料和還原劑是優點。Midrex直接還原工藝CO+H2~95%850℃～900℃Midrex生產工藝基本流程Midrex產品成分和生產消耗Midrex產品成分項目TFe%Fe%金屬化率%C%P%S%脈石%堆密度kg/m3DR90~9483~8992~951.0~3.50.005~0.090.001~0.0328~6.01600~1900DRI90~9483~8992~950.0~3.50.005~0.090.001~0.0328~6.01600~1900HBI90~9483~8992~950.5~5.30.005~0.090.001~0.0328~6.02400~2600生產消耗項目鐵礦石t天然氣GJ氧m3電耗KWh水m3工時h/t排料溫度℃DRI1.422.25*4.1812951.201~0.240HDRI1.452.30*4.1812951.201~0.2700HBI1.452.35*4.1812951.201~0.280HYL反應罐法工藝流程氣流床粉煤氣化為基礎的

直接還原煉鐵過程以氣流床粉煤氣化為基礎的直接還原煉鐵過程HYL-Ⅲ直接還原煉鐵裝置圖HYL-Ⅲ

豎爐結構及

邊界操作條件HYL-Ⅲ系統的氣體成分(例)氣體主要成分(摩爾分數)%新鮮還原氣爐頂氣進爐還原氣冷卻氣H287.5848.8385.1982.78CO11.407.8312.2813.18CO20.424.300.240.062H2O0.09737.100.390.76CH40.00340.0400.0380.064H2S+COS5.610.00840.00650.012總流量(m3/tDRI)692.021372.631378.58583.58HYL-Ⅲ改進ZR工藝可在其工藝和設備無任何改動情況下使用焦爐煤氣、Corex熔融還原爐產生的煤氣或者合成氣，而其他技術大都需要對其基本配置進行重大改動。HYL-ZR是一種新型氣基自重整直接還原工藝。可以利用煤制氣、焦爐煤氣(COG)、Corex工藝產生的煤氣、高爐煤氣、氧氣頂吹轉爐煤氣來還原鐵礦石(球團礦或球團礦/塊礦的混合物)，生產海綿鐵。通過在自身還原段中生成還原氣體(現場重整)實現最佳還原效率。用煤制氣的HYL-ZR工藝BL直接還原工藝豎爐設計日產5t(200kg/h)比其他煤基煉鐵方法減少排放CO240%、NOX86%、SO281%。還原煤氣成分從德士古原始煤氣成分點(H2/CO=0.85)調整到:Midrex還原氣成分點(H2/CO=1.2～1.7)HYI-Ⅲ還原氣成分(H2/CO達到7.9)。氣基直接還原工藝的操作結果礦石/球團(kg/t)塊礦(kg/t)粉礦(kg/t)天然氣(GJ/t)電功率(KW/t)氧(m3/t)產品Midrex12003009.793.030DRI/HBIHYL-Ⅲ118129510.79834DRI/HBIFinmet150013.3165-HBIFASTMET工藝工藝特點:以煤粉為還原劑,擺脫了天然氣地域分布不均的限制,對煤質的要求也不那么嚴格,故其應用地域廣泛;主要設備為環形轉底爐,該工藝設備簡單,投資省,能耗較低;

對爐料的強度要求不高;爐料在轉底爐內停留時間短(約20min),操作容易.FASTMET/FASTMETL的流程圖ITmk3工藝流程ITmk3-電爐流程和高爐-轉爐流程CO2排放量估算比較IDI-DRyIronProcessRHF

干鐵法轉底爐流程高爐煉鐵和各種直接還原煉鐵的比較工藝名稱還原劑還原溫度℃還原時間h鐵的狀態和含鐵量%適用處高爐煉鐵法焦碳15508鐵水,含鐵96臨海,煤礦產地直接還原法Midrex法天然氣9006DRI85天然氣產地代高爐Fastmet法煤135010minDRI78煉鐵粉塵制球團Fastmelt法煤1350~15501鐵水,96代替高爐供應鐵水ITmk3法煤145010min粒鐵,97在鐵、煤礦產地建廠熔融還原煉鐵熔融還原煉鐵工藝熔融還原：是指不用高爐冶煉液態生鐵的工藝過程，包括COREX、FINEX、HIsmelt等方法。目前世界共計七套生產裝置：其中COREX裝置5套；FINEX裝置1套；HIsmelt裝置1套；在建COREX裝置3套，其中印度2套，中國1套；熔融還原裝置的生產能力～1100萬噸。COREX是奧鋼聯開發的一種用煤和球團礦(塊礦)生產鐵水的新煉鐵工藝,也是目前唯一產業化的熔融還原煉鐵工藝,它生產的鐵水質量能與高爐鐵水相當,和高爐工藝相比,它不僅能使用非煉焦煤直接煉鐵,而且工藝流程短、投資省、生產成本低、污染少。C2000目前作業率大于94%,使用85%球團礦和15%塊礦時,煤耗可達950kg/t(包括4%焦炭),氧耗580m3/t,鐵水硫的質量分數低于0.02%,硅的質量分數0.4%～016%。熔融還原裝置統計表公司裝置名稱數量能力（萬噸/年）投產時間ISCORCOREX-10001301989年末(現已停產)POSCOCOREX-20001801995年11月SALDANHACOREX-20001801998年JINDALCOREX-200021601999年8月、2001年4月寶鋼COREX-300011502007年西澳KWINANAHIsmelt1802005年POSCOFINEX1802003年5月POSCOFINEX11502007年ESSARCOREX-20002170在建寶鋼COREX-30001150在建780+320COREX3000熔融還原煉鐵工藝物料平衡收入項/kg支出項/kg焦煤947.00生鐵1000O2803.39爐渣334.36N2

37.50煤氣2047.59熔劑335.00水135.79礦石1438.50爐塵43.65總計3561.39總計3561.39系統熱平衡熱收入項熱量/kJ百分數/%熱支出項熱量/kJ百分數/%成渣熱190160.221.31氧化物的分解與脫硫6831029.0546.99碳素氧化熱1243134585.51碳酸鹽分解熱497258.123.42H2氧化熱182689712.57水蒸汽帶走熱69755.460.48CH4生成熱88741.570.61游離水蒸發熱133389.640.92

水分分解吸熱627057.164.31

鐵水帶走熱11730008.07

爐渣帶走熱588473.64.05

煤分解熱11693368.04

爐塵帶走熱54610.930.38

煤氣帶走熱1693433.911.65

熱損失1699800.6111.69合/p>

與高爐煉鐵工藝能耗比較高爐煉鐵工藝的最大優點是熱效率高。對COREX3000熔融還原煉鐵工藝進行物料平衡和熱平衡計算,并與綜合燃料比為548.15kg/t(煤比為140kg/t)的高爐熱平衡計算結果比較,COERX的噸鐵熱量消耗遠高于高爐的熱耗。COERX的噸鐵熱耗為14537144kJ/t高爐的噸鐵熱耗為11404207kJ/tCOERX比高爐多耗熱3132937kJ/t,相當于高爐總熱收入的27.5%。COREX3000熔融還原煉鐵工藝

與高爐煉鐵工藝能耗比較生產實踐表明,COREX生產的鐵水質量與高爐相當,在環境保護方面有巨大優勢。它存在的主要問題在于要求使用粒徑6～40mm的塊煤及少量焦炭,噸鐵氧耗較高,但它產出大量有價值的中熱值煤氣。COREX工藝和相同產能的焦爐+燒結+高爐工藝相比,二者的煤耗之比為:1.1∶0.62t/t;氧耗之比為:540∶(50+熱風)m3/t;而能源輸出量之比為:15∶4GJ/t。成分COCO2H2H2OCH4N2/ArH2S灰塵數量38-4530-3515-23飽和1-2平衡＜100＜5COREX3000熔融還原煉鐵工藝

與高爐煉鐵工藝能耗比較COREX輸出煤氣的成分和數量與此工藝所用煤的種類和成分有關,通常煤氣的噸鐵發生量約為1800m3,發熱量為7500kJ/m3,絕熱點火溫度為1780℃,接近于天然氣的1940℃,略高于高爐煤氣的1450℃。傳統工藝流程先進鋼廠與COREX新工藝鋼廠排放量比較項目新水用量M3/t鋼廢水M3/t鋼SO2Kg/t鋼煙粉塵Kg/t鋼CODKg/t鋼NOxKg/t鋼生產水復用率%寶鋼股份公司2003年4.571.071.780.770.0541.8797.6寶鋼股份公司2004年4.071.032.130.570.052N.D97.7蒂森鋼鐵公司2004年3.20.08N.D0.5N.DN.D96浦項鋼鐵公司2002年3.491.270.950.230.01141.0498撒丹那COREX廠2003年2.540＜0.380.3600100高爐與COREX的廢水污染比較單位(g/t)高爐流程COREX流程耗氧成分29.9817.76酚6020.04氰1200.01氨1511FINEX熔融還原工藝流程高爐與FINEX工藝的環保比較單位(g/t)高爐FINEX附加設備焦爐+燒結制氧粉塵1.20.13SO21.40.05NOX1.10.11FINEX和高爐流程生產成本比較據浦項產業科學研究院資料,直接使用粉礦作原料,FINEX的成本比高爐低15%。另據沙鋼和畢夢林、薛傳釗的考察報告,預計同一地點的FINEX生產成本要比高爐低20%左右。重慶鋼鐵設計院按中國條件對1500高爐和FINEX的單位鐵水制造成本進行詳細分析,并得出以下兩組數據:1、按歷年回歸價計算,FINEX噸鐵成本為843.5元,高爐噸鐵成本為963.1元,噸鐵成本約低12.4%。2、按2004年1季度價格計算,FINEX噸鐵成本為1203.5元,高爐噸鐵成本為1390.4元,噸鐵成本約低13.4%。幾份資料都說明噸鐵成本比高爐約低12.4%~20%。據有關設計院測算,當建設兩座C2000的COREX裝置和一座MIDREX豎爐時,可年產鐵水130萬噸,DRI80萬噸,每噸鐵載體的平均生產成本為919元,不僅低于廢鋼(國產的和進口的)價值,且含雜質少,對提高電爐鋼的質量十分有利。FINEX和高爐投資比較據重慶鋼鐵設計院資料,對年產鐵水105萬噸規模的煉鐵系統進行投資比較,高爐系統為103500萬元,FINEX系統為120860萬元,高爐投資較低,僅為的FINEX的86%,而FINEX系統投資偏高的原因在于技術費用高。據韓國產業科技研究院資料,FINEX系統的投資低,僅為高爐系統70%。據分析重慶院資料主要受技術費用高的影響,據說包括部分設備在內的技術費用高達46.5%,浦項資料可能是按預還原料不壓塊采用空氣輸送的方案測算,現在需要熱壓塊輸送,就要增加費用。HIsmelt熔融還原工藝流程HIsmelt熔融還原工藝流程國內行業投資還沒有比較標準。目前就單獨建設HIsmelt工廠的投資與同產量高爐相比較還是高,只有和燒結、焦化等設備聯合計算才可以體現總體投資低,但是考慮到設備的國產化,HIsmelt裝置應該低于現代化高爐的投資。幾種熔融還原煉鐵工藝技術的比較類別COREXFinexHIsmelt技術成熟度及風險較成熟、風險較小較成熟但有嫁接的接口問題，有一定風險正在試驗中，有較大的風險原、燃料要求塊礦、塊煤、球團、少量粉礦和焦碳粉礦、塊煤、少量焦碳粉礦、粉煤投資成本較高最高較低生產成本較高較低最低系統結構復雜最復雜較簡單產品鐵水和煤氣、使用好煤氣是效益的關鍵鐵水和煤氣、使用好煤氣是效益的關鍵鐵水不適合直接煉鋼低熱值煤氣利用環保排放良好良好良好指標項目COREX（南非）Finex（韓國）HIsmelt（澳大利亞）幾種熔融還原煉鐵工藝技術的比較類別COREXFinexHIsmelt原料（mm）6~30塊礦+10~15球團鐵礦粉鐵礦粉0~6還原劑（mm）8~40非焦煤粉非焦煤粉非焦煤粉預熱預還原設備豎爐流化床循環流化床預熱溫度（℃）~800~750~850預還原率（%）＞9080~90~22二次燃燒率（%）0560~80終還原反應器豎爐型熔融氣化爐豎爐型熔融氣化爐立式鐵浴爐傳熱效率（%）≥8085煤耗（kg/t）900~10001000~1100900~950氧耗（m3/t）520540235幾種熔融還原煉鐵工藝技術的比較類別COREXFinexHIsmelt煤氣量（m3/t）180020002765煤氣熱值（MJ/m3）7.03.2預還原料金屬化率(%)92~9580~85鐵水溫度(℃)1450~15501450~15501440~1530鐵水成分(%)C:4.3;Si:0.35S:0.04;P:0.09C:4.0~5.0;Si:0.2~0.8S:＜0.03;P:＜0.1C:3.8;Si:＜0.01~0;S:＜0.08;P＜0.03渣中FeO含量高主要設備還原豎爐+熔融氣化爐+制氧機多級流化床+DRI密壓塊設備+熔融氣化爐+制氧機原料破碎+循環流化床+熔融爐+制氧機成熟程度2007年11月26日150萬噸/年項目竣工投產2007年5月30日150萬噸/年項目竣工投產2005年11月80萬噸/年項目竣工投產高爐、COREX、Finex等技術

生鐵質量比較工藝高爐COREXFinexHIsmeltROMELT還原劑焦碳塊煤塊煤粉煤粉煤礦石塊礦塊礦粉礦粉礦粉礦出爐溫度℃1450~15501450~15501450~15501440~15301350~1500W（C）%4.0~5.04.0~5.04.0~5.03.0~4.24.0~4.8W（Si）%0.2~0.80.2~0.80.2~0.80.010.01W（S）%0.01~0.050.01~0.050.01~0.050.15~0.250.15~0.25W（N）10-6602020＜15060現有主要煉鐵方法

主要技術經濟指標比較項目特大型高爐小型高爐COREXFINEXHIsmelt燃料比(kg/t)50060010001000800入爐焦比(kg/t)28045050~18050~1800煤比(kg/t)210150820~950820~950800粒度mm0~30~310~4010~400~6氧耗(m3/t)20080550550300輸出煤氣量(m3/t)15001700170017002200煤氣熱值(KJ/m3)31403767753575352512現有主要煉鐵方法

主要技術經濟指標比較項目特大型高爐小型高爐COREXFINEXHIsmelt最大爐缸面積利用系數(生產率)(t/m2d)7063636350日產鐵能力(t/d)2500~120001000~25002000~44002000~44002000鐵水w(S)%0.030.030.050.050.10高溫區活動部件無無多多較多年設備利用率%9898938030鐵水成本%1.01.01.31.31.0全流程單位投資1.00.80.91.30.7COREX和直接還原聯產使用COREX煤氣用Midrex生產HBI工藝C2000及Midrex800熔融還原/直接還原煉鐵流程薩爾達納CorexC2000每噸鐵水輸出熱值為7350kJ/m3的煤氣(CO+H2>65%)2000m3左右,經過脫CO2處理后才能送入Midrex豎爐作還原氣,一般經過處理后的熱煤氣中CO含量為65%,H2為20%。生產直接還原鐵時球團礦和塊礦比為42∶58,Midrex豎爐的設備利用率為90%,年產量約為75萬t,直接還原鐵的金屬化率92%,含碳1.6%。撒丹那鋼廠C2000及Midrex800熔融還原/直接還原聯合煉鐵工藝的效果噸鋼固廢為0.9kg/t，爐渣、含鐵泥塵、軋鋼鐵鱗、除塵灰等被全部被循環利用，或制成水泥或建材；噸鋼耗水2.54m3/t，無廢水排放；降塵量0.36kg/t；排放SO2＜0.38kg/t。由于煤氣梯級循環利用，1t煤可生產1t鐵水和1t直接還原鐵，鋼廠每噸熱軋產品僅耗煤570kg/t，耗液化氣12kg/t，耗焦碳86kg/t，耗電1150KWh/t，實現了真正的廢水和固體廢棄物零排放，清潔生產和能耗達到了國際先進水平。COREX與HYL熔融還原/直接還原

煉鐵流程南非SALDANHA

鋼廠項目

工藝流程韓寶鋼鐵公司

第三煉鋼聯合廠

生產