非高炉炼铁——熔融还原工艺（一）

虽然国家对钢铁产能进行严格控制，但却明确支持熔融还原炼铁技术的开发研究。钢铁专家一致认为熔融还原技术作为炼铁的重要方法必将成为钢铁工业发展的必然趋势和发展目标。随着钢铁工业的入门门槛提高，熔融还原技术将成为中小企业进入钢铁行业的重要渠道。

习惯上人们用“有无预还原”将熔融还原分为“一步法”熔融还原和“二步法”熔融还原。“一步法”熔融还原只有熔态还原，矿石预还原率接近0，是真正意义上的熔融还原炼铁法，如HIsmelt、Romelt、Ausmelt等低预还原率工艺均属于此；而“二步法”熔融还原，即预还原加终还原，如COREX、FINEX工艺等，严格讲“二步法”应该称为还原熔融炼铁法。

COREX工艺最先应用于工业生产，HIsmelt工艺已建示范厂，FINEX－3000设备也已达到设计生产指标，这些工艺均已取得一定成功，但却不一定是最佳工艺。因此，通过对现有工艺、流程和设备的评价分析，取其优点，开发适合我国国情的熔融还原炼铁新技术十分必要。

一、HIsmelt工艺

2005年5月，澳大利亚奎那那（Kwinana）采用HIsmelt熔融还原炼铁技术建成年产铁水80万t的示范厂。由于工艺技术比较独特，该工厂占地面积小，不包括原燃料储存场地，HIsmelt工厂包括所有设备的占地约300m×200m。入厂原料是矿粉、熔剂和原煤，最后产品是铸铁块和干渣。厂区内最高设备是矿粉循环预热器，高度约60m，最核心设备是熔融还原炉主体，其他设备都是目前冶金行业成熟应用的装置。

HIsmelt熔融还原的特点：

1.原料来源广泛，可全部使用粒度6mm以下的粉矿、粉煤，包括无法通过烧结厂回收的废弃物，物料中的C、CaO和MgO也能得到利用，对燃料煤的要求不高，大幅减少资源消耗。

2.由于HIsmelt熔融还原炉有强氧化性炉渣，有较好地脱磷效果，适合于冶炼高磷矿，这是区别于高炉和其他非高炉炼铁工艺的主要特点。

3.由于氧化性气氛很强，产出的铁水含磷低、碳低、硫高、硅锰含量为0，不适合直接供炼钢流程使用。在经过炉外脱硫和添加锰铁、硅铁合金或与高炉铁水兑配，达到炼钢铁水的要求。

4.操作灵活，反应过程的启动、关闭简便易行，从而使得炼铁和炼钢作业能有效衔接，而不必限产铁水。

5.由于粉矿预还原度低，炉渣含FeO高，炉衬腐蚀快，一代炉龄仅12～18个月。

6.HIsmelt熔融还原为低压操作，大量高温含尘煤气热能难以回收，吨铁能耗高，高温低热值尾气成为该工艺的软肋。

HIsmelt是典型的“一步法”熔融还原工艺，直接利用粉矿、粉煤冶炼对钢铁业者有着较大的吸引力。但该工艺要想实现工业化生产，在热煤气利用、CO二次燃烧并将热量有效传递给熔池，提高设备利用率及降低炉衬成本方面还有很长的路要走。

二、COREX工艺

COREX工艺演化了高炉炼铁技术，将高炉从概念的软熔带部分分为两部分。一部分利用成熟的高炉长寿炉缸技术（包括焦炭床和碳砖结合冷却壁技术）构造成了造气煤炭流化床即熔融气化炉；而另一部分借鉴了成熟的大型MIDREX气基还原技术，构造成了预还原竖炉，使用块煤和块厂炼铁，成功地实现了工业化生产。

COREX的基本工艺流程为：块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的块状混合物，通过封闭漏斗系统装入到预还原竖炉中，在原料下行的过程中，被逆向流动的还原气体还原成金属化率约80%～90%的直接还原铁（DRI）。螺旋卸料器将DRI从预还原竖炉中传送到熔融气化炉中，进行终还原和熔化。熔融气化炉产生的煤气由于含有煤粉、灰尘和铁尘、CO和H2等，且温度高于1100℃，不能直接进入预还原竖炉，必须在旋风除尘器中净化，混入冷煤气降温，调整到最佳工作范围800～850℃后作为还原气从下部送入竖式预还原炉。

COREX演化了高炉炼铁技术，取得了商业成功，但同时也继承了高炉炼铁的一些缺点：

1.COREX是典型的炉床法炼铁工艺，与高炉相比，COREX更多地依靠间接还原，间接还原度越高，工艺进行得越容易，难以摆脱料柱透气性问题的困扰。

2.为保证竖式预还原炉料柱的透性必须使用块矿、烧结矿、球团矿或这些原料的块状混合物，因此必须配有造块设备。对入炉块状原料的理化性能有很高的要求，从而提高了原料成本。

3.COREX的实践证明，要依靠焦炭床来保护炉缸，稳定生产，就无法摆脱对焦炭的依赖（焦比＞10%～20%），尤其是大型化后，焦比会超过200kg/THM。

4.从熔融气化炉抽出的高温煤气经净化后，从＞1100℃降至800～850℃，温度损失了250℃左右，热效率比不上高炉。

5.虽然使用了全氧冶炼，但按炉缸面积计算的生产率仅为高炉的0.7～0.9。

6.竖炉预还原炉料的金属化率波动大。

7.操作影响因素多，在炉体中部的高温区使用了排料布料活动部件，使设备维修成本及热损失增加，个别设备还不够成熟，利用率不高。

8.在高炉冶炼条件下，采用富氧喷吹有一定的限度，传统高炉更不能采用全氧冶炼。COREX工艺虽然采用全氧冶炼，但其生产率并不高，根本原因在于，虽然全氧熔炼速率很快，但受到上部竖炉铁矿还原速率的限制，对于一定产能的COREX熔融还原工艺，要求下部熔融气化炉的操作必须与上部的竖炉铁矿还原情况相匹配，才能达到较好的技术经济指标。