COREX熔融还原炼铁技术的探讨

COREX熔融还原炼铁技术的探讨COREX熔融还原炼铁技术是一种代替常规高炉炼铁的新技术，由于其环保方面的优势，国内外的一些专家学者比较赞成采用该项技术炼铁。广钢集团设计院根据本公司的实际情况，对COREX熔融还原炼铁技术进行了初步的研究，取得了一定的成果。COREX技术简介COREX熔融还原炼铁技术是一种用煤和矿生产热铁水的新工艺，是世界上唯一已实现工业生产的熔融还原炼铁技术。该工艺的研究始于20世纪70年代末，由奥钢联和西德杜塞道尔科富(Korf)工程公司联合开发，在德国的凯尔(Kehl)建造了1套200t/d的中间实验设备。1981～1987年在此设备上又进行了6000h以上的10个炉役的实验，使COREX技术发展到工业成熟阶段。COREX工艺的核心设备是由熔融气化炉和还原竖炉两个反应器组成的，类似将高炉拦腰截断分成上下两部分，上部进行直接还原，下部进行熔融还原，并通过加煤来提供热量和还原气。将高压氧气吹入熔融气化炉，氧气与加入到熔融气化炉的煤燃烧，进行发热和熔化反应。煤气化后产生优质的还原气体。此还原性气体从熔融气化炉中出来后被循环工艺气体(经洗涤塔除尘后的净煤气)冷却到竖炉还原所要求的气体温度800-850°C，进入到还原竖炉前被热煤气旋风除尘器净化。这些被分离出的细粒被再次加入到熔融气化炉，煤炭微粒被气化，细粒的铁立即被熔化。干净的还原性气体进入到还原竖炉，将被加入的铁矿石还原为海绵铁。海绵铁被一种为其专门设计的螺旋运输机从还原竖炉中取出，并倒入熔融气化炉中，发生最终还原和冶炼。加入石灰石或白云石来调整渣的碱性，以确保渣的流动性和铁水脱硫。COREX工艺的一个典型特征是产生“输出煤气”——还原工艺的副产品。输出煤气是从还原竖炉上部排出的顶部气体和熔融气化炉内产生的不通过竖炉的过剩气体的混合物。这两种气体在进行混合前均经过了气体湿法洗涤系统清洁。输出的净煤气热值高，有多种用途，如加热、生产合成煤气、生产直接还原铁、吹入高炉或发电等。该工艺用原煤代替焦炭，以块矿和粉料代替烧结矿，不需要建焦化厂和烧结厂。从理论上讲，由于该工艺可以不建设和不使用焦化、烧结等高污染设备，故可减少污染，节省一次投资和运行成本。但COREX工艺必须使用富块矿、球团矿和品质较高的煤。把烧结、焦化、高炉取消，三道工序放在一起，用COREX来取代的思路较好，但相应的限制性条件也多，若某个环节保证不了，就会影响到整个工艺生产。COREX与高炉炼铁的比较广钢设计院采用年产350万吨铁水为研究标准，从投资、环保和经营方面对COREX炼铁工厂和高炉炼铁工厂进行了比较，做出以下方案比较。（1）设备费比较COREX与高炉炼铁的设备费用比较见表1。表1COREX与高炉炼铁的设备费用比较设备高炉/百万元COREX/百万元差额/百万元原料场1套171417140烧结1套6300630烧结环保设施1套5480548焦化1套8900890高炉1座179901799COREXc-30003座04290▲4290TGBL(1500MW)7460746发电厂(600MW)03500▲3500氧气站3621925▲1563供配电设施324596▲272铁水脱硅设备1套0118▲118合计701312143▲5130注：(1)高炉炼铁厂的经费已经包括加强料场防尘措施、参照国际先进的脱硫脱硝环保设备、氧气站。(2)COREX炼铁厂，发电厂，氧气站参照国内外其它单位的资料。(3)COREX设备费中包含了土建、安装、水处理、区域变电等附属设施。（2）单耗比较用COREX法与高炉法生产铁水350万t/年的单耗比较见表2。表2年生产铁水350万t/年的单耗比较物料高炉法COREX法煤焦煤/kg·t-156713030067270009001001000非焦煤(PCI)/kg·t-1非焦煤(烧结)/kg·t-1非焦煤/kg·t-1外购焦炭/kg·t-1外购量合计/kg·t-1矿石块矿/kg·t-115914312881590474110601580球团矿/kg·t-1烧结矿/kg·t-1合计/kg·t-1副原料石灰石等/kg·t-1269294产生煤气焦炉煤气/MJ·t-13505518000013000高炉煤气/MJ·t-1COREX气/MJ·t-1合计/MJ·t-1868513000由表2可知，COREX法使用的煤约比高炉法增加四成，回收的煤气量也较大。而且需要大量高品质的铁矿和球团矿。（3）经济性评估建设350万t/年的COREX炼铁厂与建高炉炼铁厂的经济性比较见表3。表3建设350万t/年炼铁厂的经济性比较炼铁工艺设备总投资(人民币)/亿元制造、销售成本(热轧钢板)/美元·吨-1内部收益率/%高炉18725712.8COREX2453075.4COREX法与高炉法相比，有原燃料成本高以及设备费用高的劣势，虽然有售电的收益，但最终产品的制造成本比高炉法高了50美元(用年产350万吨钢比较)，经济性较差。（4）工艺特征比较COREX与高炉炼铁比较具有如下工艺特征(见表4)。表4工艺特征优点(VAI介绍手册)缺点(实际操作中了解到的)1环境影响小COREX不用焦炉、烧结机，所以不产生焦油、轻油、氨，喷吹纯氧(不用鼓风机)，副产气中的SOX的浓度低。气化熔融炉中分解成CO、H2，产生的NOX、氰化物少，还原竖炉中DRI转移S。2煤气利用更完善COREX工艺的副产品是含有大量CO和H2的优质煤气，含杂质很低，这种煤气纯净、热值高。3用煤替代焦炭COREX工艺采用原煤作为还原剂和燃料。1设备规模小最大规模的COREX生产能力也只相当于1500m3的高炉。2耗能多高还原剂比(1000kg/t)单位耗氧大(500m3/t)，耗电大。3原料上有限制实际操作中必须是灰分低、挥发份高和含硫量低的煤，铁矿石品位必须在65%以上。4铁水成分不如高炉法[Si]、[S]含量高。COREX技术在国内外的应用和评价目前，由奥钢联(VAI)开发的成熟的COREX技术是世界上唯一应用于工业生产的技术，世界上正在生产的COREX装置有四套(见表5)。表5世界上正在生产的COREX装置使用客户设计生产能力/万t·年-1投产时间韩国浦项钢铁公司COREXC-2000设备60～801995.11南非萨尔达纳钢铁公司COREXC-2000设备651998.12印度金达尔公司维贾纳格厂第一套COREXC-2000设备801999.8印度金达尔公司维贾纳格厂第二套COREXC-2000设备802001.4据奥钢联公司对COREX的宣传，这种工艺在环保、投资、生产成本方面有很大优势，特别是在环保方面的优势最大。用COREX法炼铁，消除了高炉生产流程中焦化厂烟囱、烧结厂烟囱和高炉热风炉烟囱排放的烟尘和SO2的污染，也消除了焦化厂污水的有机物(氰、酚、氨、油类)的污染。若以COREX工艺和传统高炉工艺进行对比(以年产铁350万t为基础)，在不考虑煤气发电(COREX工艺产生大量煤气)造成污染的情况下，COREX工艺烟尘、二氧化硫、氮氧化物的排放量分别比高炉流程排放的少46.6%、64.1%和43.6%。在考虑煤气不脱硫直接发电时，COREX工艺二氧化硫排放量高于高炉，但若煤气脱硫后发电，二氧化硫排放量低于高炉(降低量取决于脱硫指标)。投资方面，COREX-2000t铁单位投资(包括制氧在内)与同等生产能力的高炉、焦炉、烧结生产系统相比，高出10%左右。如炼铁规模越大，COREX投资相对比高炉单位投资也越高。在考虑煤气充分高效利用时，铁水成本(按五年平均价计算)方面，COREX-2000与1500m3高炉基本相当，但高于4000m3高炉。能耗方面，COREX-2000t铁能耗比1500m3高炉稍低，但比4000m3及以上高炉的能耗还有可能偏高。国内已有钢铁厂建设COREX熔融还原炼铁技术的项目。但无论是建设总投资还是技术使用费，均远远高于传统高炉。不过今后的引进将会随国内设计比例增加以及国产化率的进一步提高而有所下降。因此不推荐国内的钢铁厂采用COREX法炼铁技术。原因有：原料方面，COREX工艺对原燃料的要求非常严格，必须使用高品位的块矿和灰份很低的煤，并要加入部分焦炭。据介绍，国内基本上没有符合要求的矿山，国外只有几个矿山符合要求，这就造成原燃料有可能不能正常供应，并且价格方面也没有什么优势。环保方面，没有焦炉和烧结的COREX法环保方面有优势，但实际操作中大量使用优质煤及球团矿。而且如果高炉采用最新的环保技术，则差距不大。生产稳定程度、运转率、设备可靠性均比高炉低，如高温、多尘的环境下螺旋给料器、热旋风分尘器、阀门等周边机器的稳定性及机器本身的耐火材料寿命、运转率等都将影响生产的稳定性。成本经济性。产量在3000t/座·天的COREX技术有待完善，与大型高炉相比，设置的数量多，热效率差，燃料费、主原料成本高，虽然发电量大，最终还是成本高，经济性没有优势。COREX熔融还原炼铁技术是20世纪70年代发展起来的炼铁工艺，但由于该工艺本身的发展受到了资源、设备能力和技术水平的制约，发展速度较缓慢。我国多位炼铁专家对此工艺进行了较详细的研究和探讨，认为用此法来代替工艺成熟的高炉的理由还不充分。再加上生产能力不及大高炉，除在环保方面有一定优势外(如果高炉采用世界先进的脱硫脱硝环保技术则可降低至接近COREX的水平)，投资、运行成本、能耗等方面均没有明显优势，所以该技术还有待进一步完善。也是COREX没有得到大范围推广的主要原因。由于COREX工艺对矿石和煤的质量要求较高，使原燃料的使用受到了限制，这也是该工艺在我国不宜推广使用的原因之一。随着环保压力越来越大，焦煤资源日益短缺，若COREX设备能力与下游工序匹配，把它作为传统高炉的补充还是有一定的应用价值的。COREX等熔融还原工艺在进一步提高的基础上会有更大的发展空间。(作者单位：广钢集团设计院)