任中盛

（山西工程職業(yè)學(xué)院， 山西 太原 030002）

1 冶煉熔融還原技術(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步以及競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，傳統(tǒng)的高爐冶煉技術(shù)受到越來越多的壓力和限制，比如安全方面和生態(tài)環(huán)保方面的要求越來越高，一系列的問題和要求促使治煉的還原技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。冶煉還原及相關(guān)技術(shù)的研究始于20 世紀(jì)60 年代?！熬盼濉逼陂g，在原國家科委的支持下，啟動(dòng)了國家攀登計(jì)劃項(xiàng)目“冶煉還原技術(shù)基礎(chǔ)研究”，承德冶金部中試廠建有2 t/h COSRI 半工業(yè)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)裝置，先后進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，突破了一些關(guān)鍵技術(shù)難題，取得了階段性成果。

2 Corex、HIsmelt 熔融還原技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 Corex3000 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

Corex 的技術(shù)工藝是在1977 年至1978 年，經(jīng)過奧鋼聯(lián)申請(qǐng)，依托德國政府的財(cái)政支持，由此在Corex專用實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)了此項(xiàng)技術(shù)工藝。后來，在工業(yè)試驗(yàn)研究的中試工廠又完成了年產(chǎn)6 萬t 的目標(biāo)。1989 年，南非的ISCOR 公司建成了世界上第一個(gè)工業(yè)化的Corex 工廠C-1000，年產(chǎn)30 萬t 生鐵，并于1990 年開始正常運(yùn)行。與高爐治煉相比，它最大的區(qū)別就是在主要燃料方面，高爐冶煉主要需要的是煉焦煤資源，而Corex 技術(shù)在工藝燃料方面主要是熱煤。這使煉鐵過程不再緊緊依靠煉焦煤資源，同時(shí)也利用顆粒較細(xì)的礦石提供了實(shí)現(xiàn)冶煉還原的可能性和目的性。Corex 技術(shù)工藝流程如圖1 所示。

圖1 Corex 工藝流程圖

寶鋼集團(tuán)于2007 年引進(jìn)了兩套大型COREX3000煉鐵生產(chǎn)機(jī)組，并在上海羅涇建設(shè)了冶煉廠還原煉鐵廠，分別于2007 年11 月和2010 年投產(chǎn)。Corex 工藝投入生產(chǎn)后，由于種種原因，生產(chǎn)效果并不理想。2011年，寶鋼集團(tuán)決定先將Corex3000 爐搬遷至八一鋼鐵公司，該公司在原料和燃料（球團(tuán)、原煤）方面具有優(yōu)勢(shì)。根據(jù)高爐煉鐵原理和成熟技術(shù)，進(jìn)行了31 項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化改造。2015 年7 月19 日，成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，因此命名為歐冶爐。主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 寶鋼Corex3000 歷年主要技術(shù)指標(biāo)

從Corex3000 技術(shù)的初期投入，到達(dá)到正常的設(shè)計(jì)水平，其工藝特征在投入生產(chǎn)后并沒有得到有效的發(fā)揮。主要問題如圖2 所示。

圖2 Corex3000 生產(chǎn)運(yùn)行中存在的問題

2.2 HISmelt 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

第一個(gè)HISmelt 熔融還原爐位于澳大利亞的奎納工業(yè)區(qū)。1991 年，里約熱內(nèi)盧Tinto 集團(tuán)在澳大利亞西部建立了年產(chǎn)量為10 萬t 的HIsmelt 研發(fā)工廠。三菱公司（10%）和首鋼集團(tuán)（5%）共同投資建設(shè)HIsmelt 生產(chǎn)線，2008 年金融危機(jī)后，該工廠停止了生產(chǎn)；山東莫龍公司于2012 年搬遷澳大利亞奎納納的希斯熔煉廠，并對(duì)工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。ML-HIsmelt 熔煉還原煉鐵項(xiàng)目于2014 年10 月開工建設(shè)，2016 年8 月竣工。每個(gè)月完成并投入生產(chǎn)。經(jīng)過十多次的停爐、開爐的探索和實(shí)踐，員工逐漸熟悉了生產(chǎn)操作和設(shè)備維護(hù)，運(yùn)行穩(wěn)定性和能耗有了質(zhì)的提高。截至2018 年11 月30 日，創(chuàng)下157 d 連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的最新紀(jì)錄，累計(jì)生產(chǎn)鐵水80 萬t 以上，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)均超過原澳洲工廠。高純鑄造生鐵磷含量低，硅、錳及五種有害元素含量極低。鐵水脫硫符合高端鑄造產(chǎn)品要求。

HIsmelt 過程可以直接使用礦石粉（<6 mm）和非煉焦煤粉（<3 mm）來進(jìn)行非高爐冶煉，主要特點(diǎn)就是在還原反應(yīng)和工藝過程中，還原速度較快，傳熱效率也較高，同時(shí)由于未采用焦炭，也不存在煉焦和鐵礦粉的燒結(jié)，所以其特殊的技術(shù)工藝特點(diǎn)常常被用于高磷礦和釩鈦磁鐵礦的冶煉，在鋼鐵廠固體廢棄物處理粉塵上也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)冶煉還原爐爐襯壽命也成為其典型的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展歷程見圖3。

圖3 HISmelt 技術(shù)的發(fā)展歷程

3 非高爐冶煉技術(shù)的未來展望

3.1 發(fā)展趨勢(shì)

全球煉焦煤資源緊缺，特別是供需關(guān)系和價(jià)格上漲已經(jīng)成為阻礙傳統(tǒng)鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要因素，傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展使環(huán)境保護(hù)面臨著較大的壓力。為實(shí)現(xiàn)超低排放轉(zhuǎn)型，對(duì)鐵前環(huán)保投入增加約200 元/t；高爐產(chǎn)生大量的返礦、焦化、粉塵等固體廢棄物，必須實(shí)現(xiàn)固體廢棄物的綜合利用。在未來，勞動(dòng)力成本越來越高，需要減少員工以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

3.2 發(fā)展方向

中國鋼鐵行業(yè)面臨的機(jī)會(huì)鋼鐵流程的優(yōu)化和高質(zhì)量發(fā)展,利用豐富的國內(nèi)煤炭資源比較優(yōu)勢(shì)和焦?fàn)t煤氣, 并使創(chuàng)新突破生產(chǎn)直接還原鐵煤或焦?fàn)t煤氣。美國直接還原鐵的蓬勃發(fā)展，對(duì)我國鋼鐵工業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展具有很大的啟示和借鑒意義。

3.3 產(chǎn)業(yè)布局

從全世界范圍來看，鋼鐵行業(yè)目前的產(chǎn)業(yè)布局主要有三種基本形式：一是資源依賴型布局，主要依靠資源的來源方向；另一種是接近交通港口的沿海港口型產(chǎn)業(yè)布局，主要指是的沿海大型港口；第三種是接近市場(chǎng)接近型的產(chǎn)品消費(fèi)市場(chǎng)布局。國外直接還原鐵廠基本布置在電爐廠附近，實(shí)現(xiàn)熱裝熱換，降低能耗，降低生產(chǎn)成本。面對(duì)更加嚴(yán)格的環(huán)保政策和對(duì)散裝物料產(chǎn)品清潔運(yùn)輸?shù)囊?，中國?nèi)陸鋼鐵企業(yè)可以考慮在廢料資源占主導(dǎo)地位的內(nèi)陸鋼廠建設(shè)具有一定經(jīng)濟(jì)規(guī)模的直接煉鐵廠。此外，對(duì)于進(jìn)口細(xì)粒礦資源的利用，也可考慮采用冶煉還原、高爐混合工藝。

3.4 流程優(yōu)化

近年來，我國的廢鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅速。煉鋼廠每年廢鋼使用量已達(dá)3 億t 左右，鋼鐵工業(yè)的發(fā)展中不論是直接還原或熔煉還原（HIsmelt）電爐煉鋼的短過程（或直接還原與大型鑄鋼的連接），將為大型鋼鐵企業(yè)的改造升級(jí)提供強(qiáng)有力的技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)支持。長(zhǎng)工藝與短工藝的融合將成為中國特色鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的道路，大力推進(jìn)非高爐煉鐵綜合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級(jí)。

3.5 智能制造

提高非高爐煉鐵智能制造水平，重視人工智能在非高爐煉鐵過程決策管理、過程控制、質(zhì)量檢測(cè)、智能物流等方面的發(fā)展和應(yīng)用。

4 結(jié)語

從我國資源、能源狀況和發(fā)展需要來看，非高爐冶煉技術(shù)必將在資源綜合利用、含鐵復(fù)合礦、難選選礦、特種礦冶煉等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跨越式發(fā)展。