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气基竖炉直接还原炼铁简介

北京神雾热能技术有限公司(公章)

二零零七年八月八日

一、总论

1.1项目背景及项目概况

项目起源于焦煤冶金的固有缺陷、优质钢市场需求强劲、废钢严重短缺以及我国天然气资源不足的现实。

自从1735年英国人亚·德尔比发明了煤炭炼焦的方法，采用焦炭的冶炼方法(如高炉)已经取得巨大进步，达到了空前完善的程度，提供的金属材料品种齐全、质量优良、数量巨大，为人类物质文明和社会进步做出了巨大贡献。然而，随着全球环境和资源压力的日益增大，传统工艺的弊端日益突出，体现在：严重依赖于焦煤；冶金反应重复进行；优质钢生产严重受限；对复杂的多金属矿处理显得无能为力；工厂生产规模大、工艺环节多、需要巨额投资；焦化、烧结、高炉等铁前系统产生的大量烟气、粉尘及水污染；焦化、烧结、高炉等铁前系统的流程长、工艺复杂，导致热效率低，能源浪费严重等。

近年来，随着我国钢铁产量逐年攀升，每年焦煤开采量至少为47425万吨。按煤炭详查资源总量估计，2070年以后我国的焦煤资源将面临枯竭，传统的焦煤冶金工艺将无法进行正常生产。与此相反，大量的非焦煤资源在冶炼工艺中却无法得到充分利用，因此开发和采用非焦煤炼铁工艺已迫在眉睫。

非焦煤炼铁工艺是指不使用焦炭进行炼铁生产的各种工艺方法。按工艺特征、产品类型及用途，可分为直接还原法和熔融还原法两大类别。直接还原法(DirectReduction)是指“以气体燃料、液体燃料或非焦煤为能源和还原剂，在天然矿石(粉)或人造团快呈固态的软化温度以下进行还原获得金属的方法”。熔融还原(SmeltingReduction)则“以非焦煤为能源和还原剂，在高温熔融状态下进行金属氧化物的还原，得到含碳的液态金属”。与直接还原的不同之处是，熔融还原的发展目标只是探索和推广

用煤炭代替焦炭的冶炼方法，其产品还是与传统冶炼工艺一样的液态产品，如铁水。目前，全世界工业规模的直接还原法已有十几种，而大多数熔融还原工艺还处于研发阶段，已商业化的只有COREX。基于这一分析，本项目采用直接还原法。

直接还原法有气基(以CO+H?为还原剂)和煤基(以非焦煤为还原剂)两种。气基直接还原法因具有容积利用率高、热效率高、生产率高等优点而成为非焦煤冶金工艺的主流技术。在所有直接还原铁(DirectReducedIron,简称DRI;因还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵，固又称海绵铁)产量中，气基直接还原占到90%以上。因此，本项目采用气基直接还原法。

在所有气基DRI工艺中，以天然气为能源的竖炉法生产的直接还原铁占世界总产量的80%以上。但由于受到天然气资源的限制，我国至今没有一个竖炉法直接还原铁生产工厂，导致每年大量进口昂贵的直接还原铁。以2005年为例，海绵铁进口的最高价格达到324美元/吨。

本项目通过充分利用钢铁厂自产焦炉煤气和转炉煤气制备还原气，取代天然气用于直接还原炼铁，既弥补了我国天然气资源的不足、又填补了我国气基竖炉直接还原冶金的空白。

1.2项目建设的必要性

钢铁工业是最重要的原材料工业之一，在冶金行业处于举足轻重的地位。自新中国成立以来，我国粗钢产量年年增加。1949年全国粗钢产量仅为45万吨，到1996年粗钢产量首次突破1亿吨大关，成为世界第一钢铁生产大国。2006年中国钢铁产量超过了4亿吨。预计今后50～100年内，只要还有焦炭供应，高炉仍将是主要的炼铁设备。但是，高炉必须使用资源较少的焦煤(用于炼制焦炭)、能耗高，且经选矿得到的铁矿粉也需先进行造块才能使用。因此，传统冶金面临能源、资源、环境、社会多重压力。

传统的高炉炼铁工艺流程如图1-1所示。

焦化炉

焦化炉

焦煤铁矿石

烧结炉

深加工棒、板、带、管

高炉

铁水

钢水

连轧连铸

转炉、电炉

图1-1传统高炉炼铁工艺流程

我国能源资源分布格局具有富煤、缺油、少气的特点。单以丰富的煤炭资源而论，尽管目前已经探明的煤炭储量已超过10000亿吨，但能用于炼制焦炭的焦煤资源还是相对较少。近年来，随着我国钢铁产量逐年攀升，每年焦煤开采量至少为47425万吨。按煤炭详查资源总量估计，2070年以后我国的焦煤资源将面临枯竭，传统的焦煤冶金工艺将无法进行正常生产。与此相反，大量的非焦煤资源在炼铁工艺中却无法得到充分利用，因此开发和采用非焦煤炼铁工艺已迫在眉睫。

与非焦煤炼铁工艺相比，传统高炉炼铁工艺主要存在以下弊端：

①传统工艺依赖于焦煤。从已查明的世界煤炭储量来看，焦煤仅占煤总储量的5%～10%,而以现行技术可以经济开发的只占其中的