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直接还原及在复杂铁矿资源综合利用中的应用朱德庆，潘建中南大学报告人：朱德庆2015年烧结球团与直接还原研讨会长沙中南大学2015年11月10日提纲1.世界钢铁工业现状2.世界直接还原发展2.1电炉炼钢短流程发展2.2直接还原发展历史及现状2.2.1直接还原铁产量2.2.2直接还原技术（1）气基直接还原法（2）煤基直接还原法3、直接还原技术在复杂铁矿资源综合利用中的应用3.1钒钛铁矿与高铝、高砷矿3.2低品位微细赤铁矿3.3红土镍矿3.4钢企含锌铁粉尘3.5多金属硫酸渣3.6铜、镍冶炼渣1.世界钢铁工业现状1.1世界钢铁产能和产量产量：2013-16.06亿吨2014-16.62亿吨2015～15.1亿吨2016～15.2亿吨产能：按产能利用率75%计，2014年全球产能约22.16亿吨1.世界钢铁工业现状1.1世界钢铁产能和产量国际钢铁协会总干事埃德温.巴松：钢铁业目前正在进入一个停滞期，但相信除中国以外其他新兴市场扩大城镇化进程开始推动新的需求，钢铁业必将再次上扬，不过这个转折点现在还无法定论1.世界钢铁工业现状1.2钢铁消费与需求2013年全球钢材需求量：约14.8亿吨1.世界钢铁工业现状1.2钢铁消费与需求中国515.1印度57.8韩国1057.4日本516.4欧盟274.2非洲41.8北美自由贸易区274.02013人均钢材消费量223.401.3中国钢铁工业现状1-8月粗钢日产223.47万吨，较去年同期下降4.56万吨。产量增长趋缓：2012年产量7.17亿吨，2013年为7.7亿吨，2014年为8.2亿吨，预计2015年为8亿吨左右1.世界钢铁工业现状矿石价格大幅下降，进口量仍维持高位：1-8月份我国进口铁矿石61296万吨，同比下降0.2%。1-8月份铁矿石进口平均价格为62.95美元/吨，同比下降47.37美元/吨。1.世界钢铁工业现状1.3中国钢铁工业现状1.世界钢铁工业现状1.3中国钢铁工业现状成本居高不下，钢材价格不断下跌，企业亏损严重：1-7月份大中型钢铁企业主营业务亏损323.96亿元，较去年同期增亏320.39亿元。1-7月份亏损面为46.53%，同比扩大18.81个百分点。环保成本是雪上加霜：根据钢铁工业实际投资情况，要达到国家新排放标准，初步估算吨钢环保投资需增加13%，吨钢运营费用约增加200元，较实施前增加40%左右2012年宝钢吨钢环保投入34.44元，总投资8.1亿元，环保运行费用40.5－48.6亿元，花费宝钢全年利润的50%。包钢全年环保运行费用5.4亿元，几乎花掉全部利润。1.世界钢铁工业现状1.3中国钢铁工业现状面临的任务：低成本、少污染、高质量、多品种二、世界直接还原发展钢铁资源:铁矿石、直接还原铁、废钢电炉炼钢短流程发展据中钢协近期公布的数据表明：2012年已探明世界铁矿石储量1700亿吨近十年全球铁矿石产量每年在10亿吨以上中国铁矿石储量780亿吨，按目前开采速度，60年开采完毕。2.12.1.1世界钢铁资源利用结构废钢铁是一种可循环利用的再生资源，是一种载能资源和环保资源。从钢材-制品-使用-报废-回炉炼钢。每8~30年左右一个轮回不断积累产生，无限循环使用，且自然损耗很低，所有废钢铁又是一种重要的战略资源专家认为，铁矿石是有限的原生资源，资源危机已成定局。如何节制开采，科学调整资源配置势在必行废钢铁是钢铁生产中惟一能替代铁矿石的原料，发展废钢资源，减少原生矿开采，才是缓解铁矿石资源危机的重要途径。废钢资源电炉炼钢短流程发展2.12.1.1世界钢铁资源利用结构电炉炼钢短流程发展2.12.1.1世界钢铁资源利用结构•图2000—2014年废钢铁消耗量走势图“十二五”废钢铁消耗约4.4亿吨，节省4.4亿吨原煤或1.76亿吨焦炭。中国钢铁产业发展的既定方针：“逐渐减少铁矿石比例和增加废钢比重”电炉炼钢短流程发展2.12.1.1世界钢铁资源利用结构节约能源60%节水40%减少废气排放86%减少废水排放76%减少废气排放废渣97%有利于清洁生产和排废减量化用废钢直接炼钢比用矿石炼铁-炼钢相比回收1吨废钢，可冶炼0.8吨钢，节约2-3吨矿石，节约焦炭1吨电炉炼钢短流程发展2.12.1.1世界钢铁资源利用结构世界铁钢比：80年代初，铁钢比为0.70，90年代初0.687，2000年0.665,目前仅有0.647（中国除外）中国铁钢比：1996年1.1,2003年0.92左右，目前0.96左右铁钢比与电炉钢由于国际钢铁产量近年增长幅度不大，铁钢比的下降，意味着近年国际新增产能很大部分是电炉炼钢产能，主要是电炉短流程工艺电炉炼钢短流程发展2.12.1.1世界钢铁资源利用结构废钢需求现状2008年粗钢产量50049万吨，2009年56784万吨，2013年7.6亿吨按每吨生铁平均需消费160kg废钢计算，需1.2亿吨铸造厂、设备制造和其他小型钢厂，中国废钢的总需求可能会超过9000万吨中国大概短缺1亿吨废钢。电炉炼钢短流程发展2.12.1.1世界钢铁资源利用结构电炉炼钢生产技术进展概况电弧炉炼钢于1900年应用于工业生产，其主要功能是熔化废钢等冷炉料。另一方面由于经济性稍差，早期主要用于特殊钢生产，直至1950年，电炉钢比例仅6.95％，习惯上称这为特殊钢厂。电能是化学中性，故在冶炼过程中允许采用化学手段实现氧化或还原性操作，从而具有更大的灵活性。1950年以后，电炉炼钢所占份额迅速上升的主要原因：平炉炼钢为氧气转炉炼钢所代替，积累的废钢转由电炉炼钢流程来消化超高功率电弧炉炼钢技术成功应用，使电炉炼钢的效率大大提高，生产成本大幅度降低。连铸、连轧技术的成功应用，废钢－电炉－连轧型的“小钢厂”迅速发展，占领长型材生产份额。电炉炼钢短流程发展2.1年份19101920193019401950196019701980世界钢产量（104t）6050725095001430018960341205964071690电炉钢产量（104t）12.168.0117600125034.56851915753电炉钢占份额（％）0.200.941.234.236.5910.114.322.0年份19901995200020012002200320042013世界钢产量（104t）7692474306830308453090050963101054801600000电炉钢产量（104t）211542425838352295863052731879电炉钢占份额（％）27.532.633.735.033.933.1世界电炉钢的增长到2000年以后，电炉钢比超过33％，五十年间平均年增长0.6个百分点。电炉钢的产量由1950年的1250万吨增长至2000年的2.8352亿吨，增长了22.7倍，平均年增6.4％电炉炼钢生产技术进展概况电炉炼钢短流程发展2.1年份19901991199219931994199519961997全国钢产量（104t）6535710081938954926195361012410891电炉钢产量（104t）14021500176320751966181118931912电炉钢所占份额（％）21.421.121.823.221.219.016.717.6年份1998199920002001200220032004全国钢产量（104t）11459123591285015103182252223427280电炉钢产量（104t）1814194820202401304939064609电炉钢所占份额（％）15.815.715.715.916.717.616.9可以看出电炉钢所占份额在1993年达到最高值的23.2％，以后有所降低，近年来维持在10％之间的水平中国电炉钢产量20116940068009.8电炉炼钢生产技术进展概况电炉炼钢短流程发展2.1电炉炼钢短流程是世界钢铁工业发展热点之一目前世界电炉钢比已达33%，欧共体15国电炉钢比已达到50%电炉炼钢短流程发展2.1国家和地区氧气转炉比例/%电炉炼钢比例/%平炉比例/%中国90.59.50印度31.568.30.2韩国61.039.00日本77.522.50欧盟60.239.80非洲33.067.00北美自由贸易区39.560.50*2013年世界电炉钢产量：近几年基本稳定在4亿t。2001年时达到峰值，占比35.1%，之后逐年降低，2010年电炉钢产量占比降至28.8%，主要原因是近几年转炉钢产量增速快于电炉钢产量增速。美国电炉钢占比2010年达到了61.3%，位列世界第一。印度电炉钢从2000年的32.1%上升到2010年的60.5%。日本电炉钢占比也较小，2010年占比在21.8%，呈逐年降低。韩国电炉钢产量占比较高，保持在40%以上，但近年来也在降低。中国长期处于10%以下，在2009年降到8.5%最低点后，2010年反弹至9.8%，国内电炉钢应用有望进一步扩大。电炉炼钢短流程是世界钢铁工业发展热点之一电炉炼钢短流程发展2.1电炉炼钢短流程是生产优质钢、特种钢的有效手段废钢电炉连铸电炉炼钢短流程焦化烧结/球团高炉转炉连铸传统炼钢长流程电炉炼钢短流程是世界钢铁工业发展热点之一电炉炼钢短流程发展2.1基建投资少 新建联合钢厂投资为700美元/t，而电炉钢厂只要100美元/t电炉钢成本低37% 北美、俄罗斯170美元/t 西欧140-190美元/t 亚洲180美元/t 澳洲140美元/t电炉钢厂与联合钢厂比，具有竞争力的优点电炉炼钢短流程是世界钢铁工业发展热点之一电炉炼钢短流程发展2.1电炉钢厂与联合钢厂比，具有竞争力的优点世界钢协公布的吨钢能耗：转炉流程－24GJ/t钢，折算成标准煤为820kg标煤/t钢电炉流程－12.4GJ/t钢，折合400~420kg标煤/t钢。吨钢二氧化碳排放量转炉流程－2.07t/t钢电炉流程二－1.037t/t钢。在大型钢铁联合企业，整个工艺过程中能源消耗和污染排放主要集中在炼铁及铁前工序，这段能耗一般为综合能耗的60%。废钢作为铁矿石的可替代原料，采用废钢直接炼钢可大致节约能源60%据相关数据显示，每多用1t废钢、少用1t生铁炼钢，可节约0.4t焦炭或1t左右的原煤。因此大力发展电炉钢生产是今后钢铁工业的主流。电炉炼钢短流程是世界钢铁工业发展热点之一电炉炼钢短流程发展2.1电炉炼钢原料：直接还原铁、废钢随着废钢多次循环使用以及涂镀层钢铁制品的增加,废钢中有害杂质不断增加,特别是Sn,As,Cu,Sb,Zn等它们的氧化位能比Fe低,在冶炼时几乎100%进入钢水中,这些元素在钢水凝固时,多数在晶界析出,钢锭在高温加热时,又在表面富集,富集系数达到几十倍上百倍,因此形成低熔点区,极易形成热脆,使钢的塑性,延展性,冲击韧性降低配加部分DRI是一条提高电炉钢产品质量的重要途径电炉炼钢短流程是世界钢铁工业发展热点之一电炉炼钢短流程发展2.1废钢资源有限、高企的废钢价格电力消耗较大，电费成本支出较高电炉钢生产的发展前景随着社会工业化进程的发展，钢铁积蓄量的不断增加，电炉炼钢技术的不断完善和发展，加之电炉钢能耗的优势，都会促使电炉炼钢市场竞争力不断增强。同时，随着国家对低碳经济、节能环保等管理制度的不断加强，电炉炼钢综合优势也会不断显现。因此，未来电炉炼钢面临广阔的发展前景。目前国内电炉钢比例非常低的主要原因电炉炼钢短流程是世界钢铁工业发展热点之一电炉炼钢短流程发展2.1直接还原铁的作用直接还原铁是铁矿在固态条件下还原为金属铁,可以用来作为冶炼优质钢､特殊钢的纯净原料,也可作为铸造､铁合金､粉末冶金等工艺的含铁原料｡这直接还原工艺不用焦炭炼铁,原料也是使用冷压球团、球团块或块矿，不用烧结矿,所以是一种优质､低耗､低污染的炼铁新工艺,也是全世界钢铁冶金的前沿技术之一｡直接还原技术及应用2.2成分稳定和纯净，是一种稀释剂，调整和控制钢水成分，降低有害残余元素含量直接还原铁可替代废钢，冶炼优质钢和特殊钢，也可替代废钢，用做转炉冷却剂