氣基豎爐直接還原煉鐵工藝關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)申報(bào)

1、 由圖5-2可知，氣基豎爐直接還原煉鐵工藝主要由以下部件或子系統(tǒng)組成：豎爐、工藝氣增濕器、爐頂氣換熱器、爐頂氣激冷洗滌系統(tǒng)、h2o脫除器、CO2脫除器、工藝氣循環(huán)壓縮機(jī)、直接還原鐵冷卻子系統(tǒng)、輔助公用設(shè)施等。核心設(shè)備是豎爐。還原氣制備主要由以下部件或子系統(tǒng)組成：（1）煤氣柜、氧化鐵預(yù)脫硫、鐵鉬加氫轉(zhuǎn)化、鐵錳精脫硫、加熱爐、轉(zhuǎn)化爐（合成氣中含有甲烷時(shí)才需要）等。在豎爐的還原帶，鐵礦石首先通過(guò)熱的還原氣的熱量傳遞預(yù)熱到還原過(guò)程所需的溫度水平。預(yù)熱階段過(guò)后，還原氣h2和CO與氧化鐵還原反應(yīng)，礦石中的氧被去除。還原反應(yīng)的機(jī)理包括還原劑氣體在反應(yīng)界面的吸附催化、固相層內(nèi)離子和電子的擴(kuò)散、新相核的形成及長(zhǎng)

2、大等。還原過(guò)程的機(jī)理可描述為：FeOTFeOTFeOTFe334其中氫還原反應(yīng)過(guò)程為：3FeO+HT2FeO+HO232342FeO+HT3FeO+HO422FeO+HTFe+HO22CO還原反應(yīng)過(guò)程為：3FeO+COT2FeO+CO23342FeO+COT3FeO+CO342FeO+COTFe+CO2冷卻過(guò)程的滲碳反應(yīng)為：3Fe+CHTFeC+2H323Fe+2COTFeC+CO323Fe+CO+HTFeC+HO232CHTC+2H4技術(shù)要點(diǎn)1氣基豎爐直接還原煉鐵工藝電爐煉鋼短流程取代傳統(tǒng)高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼流程；2焦?fàn)t煤氣/轉(zhuǎn)爐煤氣取代天然氣用于制備還原氣，以適應(yīng)中國(guó)資源特點(diǎn)；3還原氣脫硫方案比較

3、研究；4伴生礦綜合利用研究；5甲烷氣體蒸汽重整與部分氧化比較研究；6還原氣流過(guò)豎爐時(shí)的分布均勻性問(wèn)題研究；7爐頂氣循環(huán)利用研究；8爐頂氣和加熱爐煙氣蓄熱式余熱利用研究；9不同滲碳方案滲碳效果的比較研究。技術(shù)研發(fā)目標(biāo)1實(shí)現(xiàn)的功能將高溫節(jié)能燃燒技術(shù)融入還原氣轉(zhuǎn)化爐和加熱爐，通過(guò)工藝改進(jìn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)可將傳統(tǒng)鋼鐵冶金過(guò)程中所產(chǎn)氣體（如焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣等）凈化、轉(zhuǎn)換后制備還原氣，用于直接還原煉鐵，提高資源綜合利用率，降低能耗和污染物排放。完成“氣基豎爐直接還原煉鐵工藝關(guān)鍵技術(shù)”中試裝置的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，獲得還原氣制備和氣基豎爐直接還原煉鐵的關(guān)鍵工藝參數(shù)。2達(dá)到的性能（技術(shù)）指標(biāo)還原氣：（CO+H

4、2）86%,（CO2+H2O）86%,（CO2+H2O）5%,N2v5%,0.8Mpa。直接還原鐵：金屬化率93%，含碳量2.5%。通過(guò)引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新,申請(qǐng)24件發(fā)明專利,在關(guān)鍵技術(shù)、工藝和設(shè)備等方面形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“know-how”，逐漸降低對(duì)外商的依存度。2形成行業(yè)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，提高市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻值，確保行業(yè)有序、良性競(jìng)爭(zhēng)。3目前已進(jìn)入編寫可行性報(bào)告和商務(wù)談判階段的氣基直接還原項(xiàng)目有以下三個(gè)：（1）遼寧省海城市東四型鋼有限公司50萬(wàn)噸/年氣基（煤制氣）豎爐直接還原煉鐵項(xiàng)目；（2）山東日照鋼鐵有限公司100萬(wàn)噸/年氣基（煤制氣）豎爐直接還原煉鐵及提釩（V2O5）項(xiàng)目；（3）唐鋼股份有

5、限公司50萬(wàn)噸/年氣基（焦?fàn)t煤氣）豎爐直接還原煉鐵項(xiàng)目。爭(zhēng)取本項(xiàng)目完成之前，至少簽下上述三個(gè)項(xiàng)目之一，完成樣板工程施工，并形成項(xiàng)目施工詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。4在上述3步順利實(shí)施的前提下，大規(guī)模推廣應(yīng)用，迅速占領(lǐng)市場(chǎng)六、投資預(yù)算與資金籌措6.1項(xiàng)目預(yù)計(jì)投資總規(guī)模、依據(jù)及資金用途項(xiàng)目前期投入情況（包括前期投入的資金來(lái)源及詳細(xì)的資金用途）資金籌措計(jì)劃（包括資金來(lái)源及目前已落實(shí)資金的情況）申請(qǐng)管委會(huì)資助資金的詳細(xì)使用計(jì)劃七、項(xiàng)目承擔(dān)單位基本情況7.1項(xiàng)目承擔(dān)單位簡(jiǎn)介項(xiàng)目承擔(dān)單位的知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況序號(hào)知識(shí)產(chǎn)權(quán)名稱知識(shí)產(chǎn)權(quán)類型目前知識(shí)產(chǎn)權(quán)狀態(tài)知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有權(quán)人其他說(shuō)明發(fā)明專利實(shí)用新型外觀設(shè)計(jì)著作權(quán)國(guó)際專利其他知識(shí)產(chǎn)權(quán)

6、已被受理實(shí)審階段已獲授權(quán)1大型四腔四通換向閥XX2小型四通旋塞閥XX3小型旋瓣式三通換向閥XX4耐熱耐臟煤氣快速切斷閥XX5單預(yù)熱空氣蓄熱式燃燒器XX6單預(yù)熱空氣扁平焰蓄熱式燃燒器XX7分隔式雙預(yù)熱蓄熱式燃燒器XX8組合式雙預(yù)熱蓄熱式燃燒器XX9蓄熱式燃?xì)廨椛涔苋紵鱔X10髙效長(zhǎng)壽蓄熱式燃燒器電子點(diǎn)火槍XX11低熱值燃料玻璃窯爐節(jié)能燃燒裝置和方法XX熱能技術(shù)有限公司12髙熱值燃料玻璃窯爐節(jié)能燃燒裝置和方法XX熱能技術(shù)有限公司13髙熱值燃料蓄熱式冷凝節(jié)能鍋爐XX熱能技術(shù)有限公司14髙熱值燃料蓄熱式節(jié)能鍋爐XX熱能技術(shù)有限公司15低熱值燃料單預(yù)熱蓄熱式冷凝節(jié)能鍋爐XX熱能技術(shù)有限公司16低熱值燃

7、料單預(yù)熱蓄熱式節(jié)能鍋爐XX熱能技術(shù)有限公司17低熱值燃料雙預(yù)熱蓄熱式冷凝節(jié)能鍋爐XX熱能技術(shù)有限公司18低熱值燃料雙預(yù)熱蓄熱式節(jié)能鍋爐XX熱能技術(shù)有限公司19煤制還原氣氣基豎爐直接還原冶金方法及系統(tǒng)XX熱能技術(shù)有限公司20煤基直接還原蓄熱式轉(zhuǎn)底爐XX熱能技術(shù)有限公司21煤基直接還原資源綜合利用蓄熱式轉(zhuǎn)底爐XX熱能技術(shù)有限公司合計(jì)111029注：以上表格內(nèi)涉及的知識(shí)產(chǎn)權(quán)均指項(xiàng)目承擔(dān)單位的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)所有權(quán)人不是項(xiàng)目承擔(dān)單位的請(qǐng)說(shuō)明情況，并在附件中出具相關(guān)證明材料。序號(hào)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)名稱技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)類型項(xiàng)目承擔(dān)單位標(biāo)準(zhǔn)情況其他說(shuō)明國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)符合標(biāo)準(zhǔn)參與制定標(biāo)準(zhǔn)12合計(jì)注：上表內(nèi)涉及的技術(shù)

8、標(biāo)準(zhǔn)均指項(xiàng)目承擔(dān)單位的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目承擔(dān)單位核心管理團(tuán)隊(duì)人員簡(jiǎn)介項(xiàng)目承擔(dān)單位實(shí)施項(xiàng)目相關(guān)領(lǐng)域的成功案例摘要2005年XX公司與四川龍蟒集團(tuán)合作，開(kāi)始鐵礦石直接還原轉(zhuǎn)底爐的設(shè)計(jì)建造工作。2006年年底，采用XX公司最新蓄熱式燒嘴技術(shù)的年產(chǎn)20萬(wàn)噸直接還原鐵的直接還原轉(zhuǎn)底爐已在四川省攀枝花市投產(chǎn)。2007年5月，XX公司又與天津榮程鋼鐵集團(tuán)公司簽定了世界上最大的直接還原轉(zhuǎn)底爐項(xiàng)目，年產(chǎn)100噸直接還原鐵。在四川龍蟒轉(zhuǎn)底爐直接還原項(xiàng)目中，XX公司開(kāi)創(chuàng)性地注入蓄熱式燃燒技術(shù)，使直接還原轉(zhuǎn)底爐能夠使用發(fā)生爐煤氣這種低熱值燃料，為我國(guó)推廣應(yīng)用直接還原新工藝開(kāi)辟了廣闊前景。蓄熱式燒嘴燃燒技術(shù)，利用從爐子排出

9、的廢氣預(yù)熱助燃空氣，在爐溫13501的條件下，空氣預(yù)熱溫度可髙達(dá)1100C，從蓄熱式燒嘴排出的廢氣溫度可降到200C以下，實(shí)現(xiàn)了廢氣余熱的極限回收，因此采用蓄熱式燒嘴燃燒技術(shù)是最有效的節(jié)能措施。蓄熱式燒嘴燃燒技術(shù)還解決了髙溫爐使用低熱值燃料的技術(shù)可行性問(wèn)題。發(fā)生爐煤氣用冷空氣助燃，實(shí)際爐溫只能達(dá)到1190C,遠(yuǎn)達(dá)不到直接還原工藝爐溫1350C的要求。即使采用金屬換熱器將空氣預(yù)熱到500C,實(shí)際爐溫也只有1295C,仍然達(dá)不到1350C的要求。而采用蓄熱式燃燒技術(shù)，可將助燃空氣預(yù)熱到1000C以上,實(shí)際爐溫可達(dá)1435C以上,完全滿足直接還原工藝的需要。在直接還原的轉(zhuǎn)底爐采用蓄熱式燒嘴燃燒技術(shù)，

10、既可以減少煤氣消耗，又能解決低熱值燃料的燃燒溫度問(wèn)題，具有雙重意義。XX公司直接還原轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)工藝流程圖和燃燒系統(tǒng)工作原理圖分別如圖7-1和圖7-2所示。轉(zhuǎn)底爐分為預(yù)熱還原段、加熱還原段、髙溫還原段和控制還原段，此外還有布料區(qū)和出料區(qū)。圖7-1XX轉(zhuǎn)底爐直接還原鐵生產(chǎn)工藝流程圖排煙燃燒進(jìn)風(fēng)燃燒與進(jìn)風(fēng)煤氣燒嘴空氣噴嘴備用燒嘴燒嘴噴嘴排煙燃燒進(jìn)風(fēng)燃燒與進(jìn)風(fēng)煤氣燒嘴空氣噴嘴備用燒嘴燒嘴噴嘴橫截面圖7-2XX直接還原轉(zhuǎn)底爐燃燒系統(tǒng)工作原理示意圖八、項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益8.1經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)一個(gè)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)通常包括：工藝原料、能源消耗量、投資、生產(chǎn)成本、效益情況等內(nèi)容。對(duì)于直接還原煉鐵，人們除關(guān)注

11、上述數(shù)據(jù)以外，更關(guān)心它與傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)流程高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐工藝的比較。8.1.1技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)定義生產(chǎn)指標(biāo)1利用系數(shù)與高爐有效利用系數(shù)定義相同，即每立方米有效反應(yīng)器容積每天的產(chǎn)量，按下式計(jì)算：8-1)tFe式中，耳為有效容積利用系數(shù)，t/（m3d）；t為爐料在反應(yīng)器內(nèi)停V留的時(shí)間，h；屮為爐料填充反應(yīng)器的體積比，%；Fe為單位爐料體積中b含鐵量t/m3；Fe為產(chǎn)品含鐵量，%。p2單位容積出鐵率每立方米反應(yīng)器容積每天產(chǎn)出的產(chǎn)品中金屬鐵的量。因?yàn)椴煌苯舆€原煉鐵法的產(chǎn)品中含鐵量有很大差別，故使用該指標(biāo)來(lái)補(bǔ)充利用系數(shù)，以彌補(bǔ)利用系數(shù)不能準(zhǔn)確衡量生產(chǎn)效率的不足。q二耳m（8-2）VV式中，耳為單位容積出鐵

12、率，t/（m3d）；m為產(chǎn)品金屬化率，。V3作業(yè)強(qiáng)度每平方米反應(yīng)器斷面面積上每天的產(chǎn)量。該指標(biāo)衡量反應(yīng)器強(qiáng)度。產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)1產(chǎn)品還原度即還原過(guò)程中總的失氧率，與氧化度成互補(bǔ)數(shù)。按全部鐵結(jié)合成Fe2O3時(shí)為氧化度呈100%，則：=1-=1-氧化度=1-1.5Fe3+Fe2+1.5TFe8-3)式中，TFe為全鐵含量，%；Fe3+為三價(jià)鐵含量，%；Fe2+為二價(jià)鐵含量，%。2產(chǎn)品金屬化率產(chǎn)品中金屬鐵量與全鐵量之比，表示礦石中氧化鐵被還原到金屬鐵的程度。M=-FeX100%(8-4)TFe式中，F(xiàn)e為金屬鐵含量，%；TFe為全鐵含量，%；M為金屬化率，。能量利用指標(biāo)1還原氣利用率即還原生產(chǎn)物氣體與參

13、與反應(yīng)的氣體之比。X100%8-5)X100%8-5)22CO+H+CO+HO222該指標(biāo)表示還原氣化學(xué)能利用的程度示為：該指標(biāo)表示還原氣化學(xué)能利用的程度示為：其中H和CO的利用率分別表28-6)8-6)8-7)葉=2X100%H2H+HO22CO葉=2一X100%COCO+CO2式中，H、HO、CO、CO分別表示相應(yīng)氣體的體積濃度。222還原氣利用率也表示反應(yīng)前的還原氣質(zhì)量，此時(shí)耳稱為還原氣氧化g度。氧化度越高則還原氣質(zhì)量越差。2能耗直接還原煉鐵使用多種燃料，無(wú)法用統(tǒng)一的燃料比來(lái)表示能量的消耗水平，因此把工藝過(guò)程使用的一次能源的總熱值作為評(píng)價(jià)各種方法的能耗指標(biāo)。這里所說(shuō)的過(guò)程一次能源是指直接

14、還原煉鐵中輸入的用于反應(yīng)過(guò)程的化學(xué)消耗、熱量消耗、流體載體需要的熱耗，但不包括動(dòng)力消耗。表8-1主要直接還原煉鐵工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)項(xiàng)目MidrexHYL-ZRSR-LDFASTMETHISMELTCOREX關(guān)鍵技術(shù)及特色豎爐，天然氣及尾氣催化轉(zhuǎn)化豎爐，天然氣及尾氣水蒸氣轉(zhuǎn)化，化學(xué)吸收法窯溫及氣氛控制技術(shù)含碳球團(tuán)轉(zhuǎn)底爐底吹煤粉鐵浴熔融氣化爐，髙預(yù)還原度豎爐頂還原原料球團(tuán)礦、塊礦球團(tuán)礦、塊礦球團(tuán)礦、塊礦、粉礦含碳球團(tuán)粉礦、粉煤球團(tuán)礦、塊礦產(chǎn)品HBIHBIDRIDRI鐵水鐵水單臺(tái)最大產(chǎn)量（104t/a）12010015（40）1080耗天然氣（GJ/t）1110.80.2耗非焦煤（kg/t）8003

15、00630900電耗（kWh/t）12013215060投資估算美元/（ta）260220400300150320操作成本美元/（ta）111102120136150130注：小括號(hào)內(nèi)為理論產(chǎn)量。8.1.2鋼鐵生產(chǎn)工藝流程的基本參數(shù)及其比較長(zhǎng)期以來(lái)，高爐-氧化轉(zhuǎn)爐流程在冶金生產(chǎn)中一直占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵摿鞒痰募夹g(shù)成熟性和巨大的生產(chǎn)能力是其它方法所無(wú)法比擬的。但是，從冶金原理來(lái)分析，高爐-氧化轉(zhuǎn)爐流程是不盡合理的，尤其是近年來(lái)直接還原法和熔融還原法的出現(xiàn)，使得一些新的工藝流程出現(xiàn)在鋼鐵冶金生產(chǎn)中。為便于分析比較，下面列出幾種鋼鐵生產(chǎn)工藝流程以便于比較。1髙爐-氧化轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）流程該流程是

16、包括有焦?fàn)t、球團(tuán)（燒結(jié)）設(shè)備的傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)工藝流程。從用煤煉焦和礦粉造球（或燒結(jié)）開(kāi)始，考慮焦?fàn)t、髙爐煤氣的回收，并假定轉(zhuǎn)爐鋼鐵料由76鐵水和24廢鋼組成。圖8-1所示為這種流程的物料及能源流向。鋼水，1t:ft煤，0.589t鐵礦，0.7B8t焦炭,0.389t球團(tuán)，0.411tI焦炭，0.0411輸出燃料焦?fàn)t煤汽，110m3）鋼水，1t:ft煤，0.589t鐵礦，0.7B8t焦炭,0.389t球團(tuán)，0.411tI焦炭，0.0411輸出燃料焦?fàn)t煤汽，110m3）焦油，30kg輸出的燃料轉(zhuǎn)爐煤氣，80m3）燒結(jié)礦，0.9261球團(tuán)，0.431tJg鋼，0.263t胡亦1氧氣2GkW-h電氧氣吹

17、頂轉(zhuǎn)爐球團(tuán)，0.020t燒結(jié)機(jī)*高爐輸出的燃料（高爐煤氣，675m3）鐵水，0.823t焦?fàn)t圖8-1高爐-氧化轉(zhuǎn)爐的物料及能源流向示意圖該流程考慮回收和利用過(guò)剩能量時(shí)，噸生鐵能耗為14.63GJ。如考慮轉(zhuǎn)爐廢氣回收并向轉(zhuǎn)爐添加廢鋼時(shí)，噸鋼總能耗為19.80GJ。2廢鋼-電弧爐煉鋼流程這種流程采用廢鋼作為主要原料，當(dāng)電極與廢鋼達(dá)到一定距離時(shí)產(chǎn)生電弧，利用電弧產(chǎn)生的熱量來(lái)熔化廢鋼并完成冶煉任務(wù)。當(dāng)采用理論電熱能量換算值，即1kWh電換算為3.6MJ時(shí)，每噸鋼所需能量為1.8GJ；當(dāng)考慮發(fā)電效率時(shí)（1kWh的電需要能量為10.24MJ，發(fā)電熱效率約35%），每噸鋼水所需能量為5.1GJ。物料及能源流

18、向如圖8-2所示。鋼水，1t別鋼水，1t別UkWh電25存氧氣25kW-h電助熔圖8-2廢鋼-電弧爐煉鋼流程物料及能源流向示意圖3豎爐氣基直接還原-電爐（DR-EAF）流程該流程中若采用焦?fàn)t煤氣制備氣體還原劑，每噸DRI需焦?fàn)t煤氣約675Nm3（熱值為4000kcal/Nm3）。整個(gè)過(guò)程中循環(huán)氣體增壓消耗電能約120kWh/tDRI。噸直接還原鐵能耗為11.3GJ。電爐煉鋼的爐料構(gòu)成為DRI77%、廢鋼23%。由于DRI含有脈石，使煉鋼渣量增大，電耗增加。噸鋼總能耗13.83GJ。物料及能源流向如圖8-3所示。氧化球團(tuán)，1,266t+675m3焦?fàn)t煤氣直接還原豎爐:100kW-h電直接還原鐵，

19、O.ezgt0.806tFe（917%）廢鋼、鐵合金，0.269t右k添加碳1kg電爐25m325m3氣電極4kg圖8-3豎爐（焦?fàn)t煤氣）直接還原-電爐流程物料及能源流向示意圖4煤基直接還原-電爐（DR-EAF）流程該流程采用回轉(zhuǎn)窯直接還原。由于回轉(zhuǎn)窯熱效率低，噸直接還原鐵能耗髙達(dá)17.54GJ。如果使用的礦石與氣體還原豎爐法一樣，電爐煉鋼能耗也幾乎相同，即噸鋼的能耗為17.54+(16.8312.10)=22.27GJ。物料及能源流向如圖8-4所示。氧化球團(tuán)，1,266t”527kg煤直接還原回轉(zhuǎn)密:66kWh電直接還原鐵，0.879tO.BOBtFe(917%)廢爾，鐵合金，田I5別kWh

20、電添加碳1呦一:電爐25kW-h助設(shè)備用電電極4kg2肓rri，氧氣羯水，1t圖8-4煤基直接還原-電爐流程物料及能源流向示意圖從冶金原理來(lái)看DR-EAF流程沒(méi)有BF-BOF流程反復(fù)還原及氧化的缺陷，其工藝流程具有更大的合理性。但在實(shí)際生產(chǎn)中不能單看原理是否合理、技術(shù)是否先進(jìn)，更重要的是看經(jīng)濟(jì)上是否合理。在上述幾種工藝流程中，使用的能源不同及其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的差異，需要做進(jìn)一步的分析。按噸鋼能耗比較，除廢鋼-電爐流程外，氣基直接還原-電爐流程能耗最低，其次為髙爐-氧化轉(zhuǎn)爐流程。煤基直接還原-電爐流程能耗最髙。同時(shí)應(yīng)看到，本項(xiàng)目的氣基直接還原-電爐流程使用的是焦化爐副產(chǎn)的焦?fàn)t煤氣，可適應(yīng)我國(guó)能源結(jié)

21、構(gòu)多煤、少油、缺氣的特點(diǎn)，不受國(guó)際石油、天然氣價(jià)格上漲的影響，因而在能耗、物耗上優(yōu)勢(shì)更加明顯。表8-2和表8-3分別列出了不同鋼鐵生產(chǎn)流程的煉鐵和煉鋼成本。表8-2不同鋼鐵生產(chǎn)流程的煉鐵成本項(xiàng)目單位單價(jià)/BF-BOF流程氣基DR-EAF流程煤基DR-EAF流程美元用量成本/美元用量成本/美元用量成本/美元礦石t350.99134.69燒結(jié)礦/球團(tuán)t48.90.49824.351.4470.421.4470.42焦煤t610.61237.33非焦煤t650.6039.00焦?fàn)t煤氣Nm30.05675.0033.75電kWh0.045411.85125.005.6375.003.38輔助材料6.3

22、03.005.00工資14.6010.0017.00折舊23.809.6013.70雜費(fèi)8.307.4013.40總成本美元151.21139.79161.89表8-3不同鋼鐵生產(chǎn)流程的煉鋼成本項(xiàng)目單位單價(jià)/美元BF-BOF流程氣基DR-EAF流程煤基DR-EAF流程用量成本/美元用量成本/美元用量成本/美元生鐵t133.880.823110.183廢鋼t940.26725.0980.26925.2860.26925.286直接還原鐵t0.879123.8000.879130.600燃料0.4000.500氧氣m346.0003.5001.9001.900電kWh0.04526.6001.19

23、7375.00016.875375.00016.875輔助材料4.60016.20017.800工資11.60015.30015.300折舊7.1006.8006.800雜費(fèi)9.70013.50013.500總成本美元172.978220.061228.561從8-2和表&3可見(jiàn)，煉鐵成本中，煤基DR-EAF流程成本最髙，原因是固定成本高；煉鋼成本中，直接還原-電爐流程較高，原因是用直接還原煉鋼消耗大量的電能。這里假設(shè)使用冷態(tài)的DRI。若直接使用熱態(tài)的DRI，直接還原-電爐流程的能耗和成本將更低。就生產(chǎn)成本而言，直接還原-電爐流程在能源（包括電能）費(fèi)用比較低的地區(qū)與高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐相比具有較大的

24、競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)必須看到，各種流程的實(shí)際成本在很大程度上取決于特點(diǎn)地區(qū)的資源和地理?xiàng)l件。因此，每種流程的適用條件是不同的。概括起來(lái)，有以下幾點(diǎn)：髙爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程適合于鋼鐵產(chǎn)品齊全的大型聯(lián)合企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模應(yīng)大于200萬(wàn)噸/年。當(dāng)規(guī)模小于200萬(wàn)噸/年時(shí)，因固定投資和成本太高，經(jīng)濟(jì)效益下降。氣基（焦?fàn)t煤氣）直接還原電爐流程比較簡(jiǎn)單，在副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣的鋼鐵企業(yè)具有較大的競(jìng)爭(zhēng)力。煤基直接還原-電爐流程只適用于較小規(guī)模的生產(chǎn)，特別是廢鋼短缺、煤炭資源豐富、天然氣資源貧乏的地區(qū)。從投資來(lái)看，髙爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程和直接還原-電爐流程有較大的差距：直接還原車間與髙爐車間投資大體相當(dāng)；煉鋼電爐車間與氧氣轉(zhuǎn)爐車間投資大

25、致相當(dāng)；二者的主要區(qū)別在于直接還原有無(wú)焦化廠和燒結(jié)廠的投資?？傮w來(lái)說(shuō)，直接還原-電爐流程的投資是髙爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程的57。8.1.3直接還原-電爐流程與高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較多年來(lái)，鋼鐵生產(chǎn)一直以傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)工藝流程髙爐-氧化轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）為主?？墒?，由于能耗、資源和鋼材產(chǎn)品質(zhì)量等原因，進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，電爐鋼比例迅速上升，日本、美國(guó)、西歐等工業(yè)化國(guó)家更是如此。這就促使世界各國(guó)鋼鐵生產(chǎn)者向減少環(huán)境污染、充分回收資源、降低能耗、改進(jìn)工藝流程的方向努力，以期用較少的資本和人力，獲得盡可能髙的經(jīng)濟(jì)效益。1工藝參數(shù)比較目前，傳統(tǒng)鋼的生產(chǎn)已受到電弧鋼(ElectricArcFur

26、nace,簡(jiǎn)稱EAF)的挑戰(zhàn)，但隨著電爐鋼生產(chǎn)的快速發(fā)展，廢鋼資源日益緊張、市場(chǎng)價(jià)格不斷上漲，從而推動(dòng)了直接還原煉鐵技術(shù)的發(fā)展。對(duì)于未來(lái)鋼鐵業(yè)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵性的變革主要是尋找價(jià)廉、質(zhì)優(yōu)、節(jié)能、污染小或接近無(wú)污染的方法生產(chǎn)煉鋼原料，同時(shí)開(kāi)發(fā)新的煉鋼工藝和設(shè)備。尤其是使用替代鐵料(主要為DRI/HBI)以后，更是如此。在過(guò)去30年，電弧爐操作已經(jīng)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、較高的生產(chǎn)效率和高質(zhì)量的鋼產(chǎn)品。使用替代物使電爐生產(chǎn)獲得了更大的靈活性和競(jìng)爭(zhēng)性。這些替代物和廢鋼可以以任何比例進(jìn)行混合，通過(guò)靈活裝料來(lái)確保最低的成本、最大的生產(chǎn)率和生產(chǎn)效率。表8-4給出了高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程和直接還原-電爐流程的主要操作參

27、數(shù)。表8-4高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程和直接還原-電爐流程冶煉的工藝參數(shù)工藝全鐵/%含碳量/%熱效率/%石灰/kg氧氣/Nm3電耗/kWh渣量/kg產(chǎn)量/104t89%BF-BOF94.484.091.2254.3056.80-68.27125.810.91280%冷DRI91.852.583.8427.9022.27546.40110.520.88180%熱DRI91.852.585.5127.9022.27407.02110.520.88150%BF94.484.088.3930.7938.65167.1583.330.93350%FASTEEL93.904.489.3235.0042.8489.

28、8394.220.92850%COREX93.814.688.6132.9643.33148.9788.930.92950%HISMELT95.564.088.0822.4835.02192.9056.670.94530%生鐵94.514.085.2433.2927.56429.9485.480.93830%FASTEEL93.904.487.9835.8130.02201.9791.970.93530%COREX93.814.686.9834.5930.32284.7288.830.93630%HISMELT95.474.086.6728.3025.47310.6769.500.945100

29、%廢鋼94.480.0484.4437.0319.09496.6789.230.9452能耗比較一般認(rèn)為，直接還原-電爐流程的能耗高于高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程，其原因是直接還原-電爐流程除消耗天然氣或焦?fàn)t煤氣外，還需消耗大量電能。但值得注意的是氣基直接還原-電爐流程消耗的能源與高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程消耗的能源是有差別的，尤其當(dāng)還原氣用焦?fàn)t煤氣制備時(shí)，流程以傳統(tǒng)鋼鐵流出副產(chǎn)氣為主。因此在能耗比較時(shí)，不僅要考慮數(shù)量，同時(shí)要考慮所消耗能源的種類及其價(jià)值。表&5給出了髙爐-氧化轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）流程的能量平衡：表8-5髙爐-氧化轉(zhuǎn)爐（BF-BOF）流程的能量平衡種類球團(tuán)燒結(jié)髙爐轉(zhuǎn)爐能量輸入（MJ/t）冶金焦0

30、1282.414555.70電能652.2342.4243.7255.9重油976.301048.90o2/n200133.4393.4低熱氣047.508.2非焦煤0278.200噴煤002863.10天然氣013.9111.3365.6金屬料0002257.1小計(jì)1628.51964.418955.13280.2能量輸出（MJ/t）金屬產(chǎn)物002536.00出售的低熱氣體005509.30小計(jì)008045.30表&6給出了直接還原-電爐（DRI-EAF）流程的能量平衡。表8-6直接還原-電爐（DRI-EAF）流程的能量平衡種類直接還原球團(tuán)直接還原鐵電爐能量輸入（MJ/t）冶金焦009.3電

31、能51.773.1482.5重油000o2/n2015.621.5低熱氣000非焦煤237.22250.00噴煤000金屬料00160.4小計(jì)288.92338.7673.7能量輸出（MJ/t）金屬產(chǎn)物0178.7340.0出售的低熱氣體000小計(jì)0178.7340.0圖8-5給出了各種工藝條件下的能量對(duì)比。圖8-5各種工藝條件下的能量對(duì)比3成本比較直接還原-電爐流程和高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程的成本比較見(jiàn)表8-7。表8-7成本資料成本價(jià)格BF-BOF100%廢鋼CDRI-廢鋼HDRI-廢鋼HBI-廢鋼Al加入量0080%80%50%形成泡沫渣補(bǔ)加C（kg/t）03.5原料加入量（kg/t）159.4

32、2153.89165.07165.07160.15石灰添加量（kg/t）54.3037.0327.9027.9031.48氧氣量（m3/t）56.8019.0922.2722.2719.68熔化Al所需熱量（MJ/t）-143.17197.01379.05257.20429.02熔化廢鋼所需熱量（MJ/t）367.03367.62367.65367.65C-O實(shí)際所需熱量（kg/t）-104.61463.26511.28371.91總能量（MJ/t）-68.27496.67546.40407.02561.80熱效率（）91.2284.4483.8485.5183.66液態(tài)鋼價(jià)格（美元/t）17

33、0.29165.52183.70177.34178.07基礎(chǔ)設(shè)施成本（美元/t）155.37156.45161.87156.26161.72原料價(jià)格（美元/t）123.0123.0123.0Al原料成本（美元/t）124.60098.4098.4061.50廢鋼混合料成本（美元/t）12.21114.2122.5622.5656.83渣量（kg/t）125.8089.20110.5110.5102.1氧量（kg/t）56.8019.1022.322.319.7原料碳（kg/t）04.0002.0泡沫渣用碳（kg/t）00.9金屬成本（美元/t）149.94120.83137.27137.271

34、30.29爐體+鋼包（kg/t）1.8526.1927.9321.5629.27總成本（美元/t）170.29165.52183.70177.34178.07Al成本（美元/t）124.60098.4098.4061.50廢鋼成本（美元/t）12.21114.2122.5622.5656.834結(jié)論通過(guò)在不同條件下的比較，從總體上可以得出如下結(jié)論髙爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程生產(chǎn)成本較低，而直接還原-電爐流程單位投入較低，但直接還原-電爐流程建廠的具體經(jīng)濟(jì)環(huán)境、資源條件等對(duì)投資和生產(chǎn)成本有較大影響。從判斷經(jīng)濟(jì)效果的主要指標(biāo)投資內(nèi)部收益率和投資回收期來(lái)看，直接還原-電爐流程略優(yōu)于髙爐-氧氣轉(zhuǎn)爐流程。這主要是

35、由于直接還原-電爐流程規(guī)模小、建設(shè)快、達(dá)到設(shè)計(jì)能力時(shí)間較短，使投資回收期大大縮短。直接還原-電爐流程經(jīng)濟(jì)規(guī)模較小，適合于地方中、小型企業(yè)，并且具有籌資容易、與連鑄容易配合、污染小、達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能量前未利用的生產(chǎn)能力較小等優(yōu)點(diǎn)，因而具有較大的靈活性和優(yōu)越性。在我國(guó)，為滿足特殊鋼廠的需求，生產(chǎn)代替進(jìn)口廢鋼的直接還原鐵與新建直接還原-電爐工廠生產(chǎn)鋼材的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)。因而建直接還原廠生產(chǎn)DRI是我國(guó)解決廢鋼短缺問(wèn)題的重要途徑。發(fā)展直接還原法不僅是解決我國(guó)廢鋼數(shù)量不足問(wèn)題的重要途徑，也是促進(jìn)我國(guó)優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)的主要步驟，具有明顯的社會(huì)效益。8.2社會(huì)效益分析8.2.1優(yōu)化鋼鐵產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的需要社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)

36、進(jìn)步對(duì)鋼材質(zhì)量要求越來(lái)越高。電爐煉鋼技術(shù)的迅速發(fā)展為優(yōu)質(zhì)鋼生產(chǎn)提供了有效手段，然而日益增加的合金鋼生產(chǎn)和應(yīng)用，使得多次重復(fù)回收的廢鋼中雜質(zhì)元素得以富集，嚴(yán)重影響了廢鋼的質(zhì)量。例如，美國(guó)在25年內(nèi)，碳素鋼廢鋼的Cu含量增加了20%,Ni含量增加了1.2倍，Sn含量增加了2倍。因此，單純使用廢鋼提髙煉鋼質(zhì)量將是非常困難的，而使用部分直接還原鐵就避免了這些問(wèn)題，所以對(duì)冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和特種鋼，如石油套管、汽車用鋼、核電站用鋼、軍用鋼等必須配用直接還原鐵。根據(jù)2.1節(jié)的分析我們知道，直接還原鐵在電爐煉鋼、轉(zhuǎn)爐煉鋼和髙爐煉鐵中都能發(fā)揮重要的作用，因此，直接還原煉鐵工藝被稱為煉鐵發(fā)展的“第三條道路”，日益得到世

37、界各國(guó)的重視。據(jù)中國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)廢鋼協(xié)會(huì)的預(yù)測(cè)我國(guó)DRI的年需求量在500萬(wàn)噸以上，而產(chǎn)量情況卻不容樂(lè)觀（詳見(jiàn)表8-8）。因此，我國(guó)DRI產(chǎn)量嚴(yán)重不足，與國(guó)內(nèi)需求極不相稱，根本無(wú)法滿足優(yōu)質(zhì)鋼鐵生產(chǎn)的需求，導(dǎo)致大量進(jìn)口直接還原鐵。表&819972005年國(guó)內(nèi)DRI產(chǎn)量時(shí)間/年199719981999200020012002200320042005產(chǎn)量/萬(wàn)t781151122314358因此，如何改變現(xiàn)狀，大力發(fā)展直接還原煉鐵生產(chǎn)，對(duì)優(yōu)化鋼鐵工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提升鋼鐵行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、改變鋼鐵行業(yè)粗放型增長(zhǎng)模式具有重要的戰(zhàn)略意義。8.2.2伴生礦的綜合利用自然界中有用礦物并不都是單獨(dú)存在的，常有多種金屬元素

38、共生的情況（地殼在冷卻過(guò)程中形成）。鐵礦中大多數(shù)有色金屬，女口Cu、Pb、Zn、Co、Ni、Hg、Mo,稀散金屬In、Ge、Ga、Ti（與鉛鋅硫化物共存），鉑族金屬（常與Co、Ni共存）等，以硫化物形態(tài)存在。硫化物不能用C直接還原，因此，在傳統(tǒng)高爐煉鐵工藝中，這些有色金屬硫化物混在鐵水中，不但使鐵水中硫含量增加，給后續(xù)鋼精煉增加了相當(dāng)?shù)碾y度，且鐵礦資源中寶貴的有色金屬無(wú)法得到有效利用，造成資源的極大浪費(fèi)。此外，冶煉廠含有鐵、釩、鈦、鎳等重要資源的粉塵和渣滓，低品位鐵礦石，選礦場(chǎng)的殘?jiān)?，傳統(tǒng)工藝都無(wú)法處理。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的氣基（煤制氣）直接還原工藝在處理伴生礦、冶煉廠粉塵和渣滓、低品位鐵礦石、選礦場(chǎng)的殘?jiān)确矫妾?dú)具優(yōu)勢(shì)：1伴生礦、低品位鐵礦中的塊礦可直接進(jìn)直接還原豎爐處理；2對(duì)冶煉廠粉塵和渣滓、選礦場(chǎng)的殘?jiān)?、伴生礦粉、低品位鐵礦粉等進(jìn)行造球處理后進(jìn)直接還原豎爐處理；3塊礦或球團(tuán)礦中還原性好的氧化鐵與還原氣反應(yīng)生產(chǎn)海綿狀直接還原鐵，而有色金屬硫化物以渣的形式從塊礦或球團(tuán)礦中分離出來(lái)；4根據(jù)渣的特點(diǎn)選擇后續(xù)冶煉方法，獲取有色技術(shù)。