非高炉炼铁技术要科学评价

2015-10-21

  非高炉炼铁技术是世界冶金发展的重大三个课题之一,对炼铁节能减排、实现生产过程环境友好,降低炼铁对主焦煤的依赖,保护煤炭资源有重大意义;但是近十年来,世界直接还原铁产量一直维持在小幅度增长,详见表1。中国不具备直接还原所需的一些条件,故直接还原铁产量一直占全国铁产量的0.05%左右,总体进展不大。

  王维兴

  中国金属学会


  非高炉炼铁技术是世界冶金发展的重大三个课题之一,对炼铁节能减排、实现生产过程环境友好,降低炼铁对主焦煤的依赖,保护煤炭资源有重大意义;但是近十年来,世界直接还原铁产量一直维持在小幅度增长,详见表1。中国不具备直接还原所需的一些条件,故直接还原铁产量一直占全国铁产量的0.05%左右,总体进展不大。
 

表1 中国和世界的直接还原铁产量
 

年

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

世界铁产量,万吨

57079

57430

60393

65450

72131

78107

87246

94365

94958.2

世界直接还原铁产量,万吨

4378

4032

4508

4945

5460

5699

5979

6722

6803

世界直还贴占总铁量比例%

7.67

7.02

7.46

7.55

7.56

7.29

6.85

7.123

7.164

中国铁产量,万吨

13101

15554

17079

21367

25185

34473

41364

47660

48323

中国直接还原铁产量,万吨

5

11

22

31

43

41

41

60

18

中国直还贴占总铁量比例%

0.03

0.07

0.12

0.14

0.16

0.11

0.099

0.12

0.0003

 

年

2009

2010

2011

2012

2013

2014

世界铁产量,万吨

93362.5

103512.0

110474.6

112457.7

116410.6

117952.2

世界直接还原铁产量,万吨

6445.2

7037

7332

7402

7719

6051.9

世界直还贴占总铁量比例%

6.903

6.798

6.636

6.582

6.63

5.13

中国铁产量,万吨

56863.42

59560.10

64542.93

67010.17

70987.07

71159.97

中国直接还原铁产量,万吨

0.08

 

 

35

32

 

中国直还贴占总铁量比例%

0.000001

 

 

0.052

0.045

 

  表1说明,近年来世界直接还原铁占世界铁总产量的比例在7%以下,变化不大;中国直接还原铁产量在降低;与高炉炼铁发展比较,直接还原铁的发展是缓慢的;其主要原因是,铁的直接还原理论上没有取得新的重大进展;所需的生产条件还是比高炉高,供应的铁矿石质量不断下降,特别是铁品位的下降幅度大,含有害杂质升高,满足不了直接还原铁生产对原料质量的需求;目前虽然炼铁原燃料价格降了,但直接还原生产的经济性尚不理想。我国天然气资源缺乏,高品位铁矿也缺乏、且价格高,不利于发展非高炉炼铁;已建成的5座回转窑直接还原厂,因亏损都停产了。目前,我国直接还原铁主要是隧道窑生产的。其能源和环保都存在不同程度问题。

  目前,直接还原铁生产发达的国家(如2014年伊朗1455.1万吨、印度1806.7万吨、阿联酋240.9万吨、沙特550.8万吨、墨西哥594万吨、埃及288.2万吨,卡塔尔251.5万吨等)是具有特殊条件:铁矿资源好,有丰富低价的天然气等。2012年世界气基竖炉直接还原装置的产量占全部直接还原铁产量的77%,居主导地位。近三年新投产的气基竖炉直接还原装置几乎全为用天然气为还原剂。美国、欧洲、日本等工业发达国家不具备生产直接还原铁的优良条件,他们也没有去追求过度发展直接还原铁,是理智的表现。我国是缺乏生产直接还原铁生产所需的良好条件,我们应理性地对待这个问题,特别是要注意其经济性。但是,我国应十分关注这个领域的技术发展动向,进行深入研究分析,及时促进我国直接还原铁生产的发展,优化钢铁生产流程。

  1. 直接还原铁生产要求原料的质量要求

  直接还原铁是电炉炼钢的好原料,要求的质量很高(化学成份和物理性能),国家有具体产品质量标准《YB/T4170-2008炼钢用直接还原铁标准》,对含铁量、硫含量、酸性脉石含量、金属化率、堆比重、粒度,要分四个等级有具体要求;还对产品质量均匀性、稳定性有要求。

  1) 化学成份

  直接还原铁的质量要求:H88级含铁品位>88%~90%,H90级含铁品位应大于90%~92%,H94级要求含铁>94%;金属化率1级要求>94%,2级>92%,3级>90%,4级>88%;SiO2含量<3%~7.5%。含SiO2每升高1%,电炉炼钢要多加2%的石灰,渣量增加30Kg/t,电炉多耗电18.5kwh/t。

  直接还原铁所用原料含铁品位要求:赤铁矿应>66.5%,磁铁矿>67.5%,脉石(SiO2+Al2O3)含量<3%~5%。

  我国选矿技术先进,可以将低品位矿石进行特殊处理,达到直接还原铁生产质量的要求,但经济上和矿石的金属收得率要进行深入技术经济研究。

  直接还原铁的金属化率每提高1%,电炉可以节约能耗8~10度电/t。直接还原铁含量要求:C<0.3%,P<0.03%,S<0.03%,Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素是微量(<0.002%)。并且要求FeO要含量低,否则侵蚀电炉炉衬严重,寿命低。

  转底炉生产工艺的缺陷,造成其产品质量(金属化率低、含FeO高)满足不了电炉的需求,其产品只能供给高炉用;其能源利用效率低下,在生产成本上也无优势。

  2) 物理性能

  直接还原铁是以球团矿为原料,要求粒度在5~20mm。隧道窑工艺生产的还原铁产品大多数是呈瓦片状或棒状,长度为250~380mm,堆密度在1.7~2.0t/m³。

  生产过程中产生的3~5mm磁性粉料,必须进行压块,才能用于炼钢。要求堆比重1级>2.80,2级>2.80~2.50,3级>2.50~2.00.

  产品强度一般>500N/cm²。

  高品位铁精矿主要分为两类:一是指铁品位大于69.5%,二氧化硅及其它杂质含量小于2.5%的磁铁精矿,主要用于生产海绵铁;二是指铁品位大于71.5%,二氧化硅及其它杂质(酸不溶物)含量小于0.2%~0.3%的磁铁精矿,主要用于粉末冶金、磁性材料等领域。

  3)高品位铁精粉的标准和生产技术高品位铁精矿的质量标准

  目前,国家尚没有统一的高品位磁铁矿精矿质量标准。高品位铁精矿的用途不同,其要求铁的品位不同,而且对主要杂质(二氧化硅或酸不溶物)含量要求也不同。表2是不同领域对高品位磁铁矿精矿的质量要求 。

……

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