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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＋H2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。

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30%～40%。由于冶金长期巨大的消耗以及焦炭资源在地理上分布的不均匀，传统冶炼工艺的生存和发展将面临因焦煤资源匮乏而无法生产的尴尬局面。
②传统冶金工艺存在冶金反应重复进行的过程（图1-2）。例如，在高炉炼铁的还原过程中，当把铁矿石中铁和氧分离的同时，还会使相当数量的Si、Mn、C等元素进入铁水，因此铁水必须进行氧化精炼，