2021年中国非高炉炼铁行业现状

中国废钢铁应用协会直接还原铁工作委员会，天津奥沃冶金技术咨询有限公司 

1前言

在全球“脱碳”大潮的背景下，以减少碳足迹、降低碳排放量为中心的传统钢铁冶金工艺技术变革已成为钢铁行业绿色发展的新趋势。用氢气代替煤炭，改变能源消耗结构，实现“低碳”甚至“零碳”工艺的产业化，是彻底解决钢企生产过程中环境污染和碳排放问题的技术方向。

“做好碳达峰、碳中和工作”已经成为“十四五”的重点任务之一，钢铁行业向低碳转型，绿色、节能、环保的非高炉冶炼技术迎来了难得的机会。6月1日起开始执行的《钢铁行业产能置换实施办法(2021版)》明确提出：建设非高炉炼铁、提钒转炉、回转窑一矿热炉(RKEF)等设备，产能核定须“一事一议”上报工业和信息化部；退出配套烧结、焦炉、高炉等设备建设氢冶金和Corex,Finex,Hismelt等非高炉炼铁项目的炼铁产能，以及利用回转窑一矿热炉一AOD炉工艺生产不锈钢的炼钢产能，可实行等量产能置换。在政策导向下，钢铁企业对非高炉冶炼技术的关注增加，形成了多工艺装备、工艺路线创新发展趋势，我国非高炉冶炼技术迎来一波发展小高潮。

2我国非高炉行业现状

2.1 隧道窑工艺

隧道窑工艺在国内总体呈缩减趋势。由于该工艺相对简单、技术含量低,原料、还原剂、燃料容易解决，工艺实用性强，前期投资小，适合小规模生产，是粉末冶金行业普遍使用的冶金还原生产工艺。

但隧道窑法单机产能小、自动化程度低、劳动强度大、能耗高、环境污染大。近年对环保和能耗的日益强化，多数隧道窑从煤炭改为天然气供能，大幅增加了生产成本，使得隧道窑发展明显受限。2017年以来我国国内没有新建隧道窑生产线,现有生产线也受环保和成本压制，生产规模呈缩减趋势。且由于规模小、原料外购为主、得不到稳定供应保证、产品质量波动大，较少应用于炼钢海绵铁的生产。

而国外发展有所不同，近年来，伊朗、印度等铁矿资源丰富且缺乏焦煤的国家引进了中国隧道窑工艺技术，生产炼钢海绵铁。唐山奥特斯窑炉公司在伊朗Kavian公司一期年产7万吨项目两条２０６米天然气隧道窑均正常生产，生产反响不错，并计划筹建二期项目；伊朗ＫＮＺ一期项目已经完工，2021年6月顺利投产。另外，该公司在印度也有隧道窑生产线业绩。湖北中基窑炉也有在伊朗建设隧道窑的业绩。

2.2 回转窑工艺

国际上常用的煤基还原技术多是回转窑“二步法”技术，即：采用氧化球团或高品位块矿加入回转窑的还原工艺，印度有300余条年产2-15万吨的回转窑生产线。天津钢管公司引进英国DAVY技术的回转窑“二步法”也证明了这是一种技术成熟的工艺，其单机产能最高达到18万吨，超过了15万t/年的设计能力，可生产出TFe>92.0%的高品质炼钢海绵铁。采用“一步法”回转窑工艺，即用冷固结球团或预干燥球团直接加入到回转窑中进行还原焙烧，由于球团强度不够，粉化问题突出，面临一定的生产操作问题。

回转窑装置是常用的冶金装备、容易获得，回转窑直接还原工艺技术被广泛应用于钢厂尘泥处理、含锌渣生产氧化锌等固废综合利用，以及钛铁矿还原、铬铁矿还原、红土镍矿直接还原生产镍铁，目前建成并生产运行的回转窑还原生产线有数百条之多，钢铁企业近年来钢厂粉尘利用多是采用回转窑还原工艺:日钢、舞钢、立恒钢铁、建邦钢铁、美锦钢铁、莱钢、本钢、晋源、邯钢、衢州钢铁扽数十家钢厂均采用回转窑钢厂粉尘处理工艺。酒钢煤基氢冶金中试基地(年处理能力8万吨)也是基于煤基氢冶金技术的回转窑工艺，经调试改造后于2020年10月份生产基本实现达产。内蒙古中盛科技年产60万吨（4*15万吨）回转窑直接还原铁项目，其中一期采用大无缝拆下的两条年产15万吨回转窑装置，项目正在设计及设备订货阶段，预计2022年3月份投入运行。

回转窑直接还原工艺在铬矿还原、钛铁矿还原生产取得了不错的生产效果,丰镇市新太新材料公司采用链篦机—回转窑预还原—热送热装工艺生产高碳铬铁，电耗降低25%，焦耗降低近50%，产量提高超过30%。回转窑直接还原钛铁矿的工艺过程是指将合格的钛铁矿原料、部分还原煤送至车间日用料仓，按一定的比例配料后用带式输送机送往窑尾加料端，经喂料管加入窑内。回转窑具有2.5—3°的倾斜度，借助回转窑的旋转运动和倾角作用，使装入的炉料缓慢向排料端运动。燃烧煤及部分还原煤则从窑头排料端喷入，与定量的一次空气进行燃烧，产生高温烟气。烟气与炉料成逆流运动，将炉料加热900-1050℃，不超过1150℃，并将钛铁矿还原为高品位富钛料。

2.3 转底炉工艺

转底炉因具有环形炉膛和可转动的炉底而得名，其原料是铁矿粉和煤粉制成的含碳球团，经配料、混料、制球和干燥后加入转底炉中，炉膛温度可达1250~1350℃左右，含碳球团高温下随炉底旋转一周的过程中，铁矿被碳快速还原、生成金属化球团，最后由螺旋出料机推出炉外，经冷却后运往熔分炉作原料、或作电炉炼钢原料。由于转底炉工艺过程中煤灰渗入，产品铁品位较低(一般为70-80%左右)、S高，转底炉工艺应用的重点方向主要在于高炉污泥或除尘灰等钢厂废弃物的处理、以及多金属矿利用。

2015年，中冶赛迪与燕山钢铁公司开发设计的处理钢铁厂含锌尘泥的20万吨/年转底炉投产，该项目每年可处理高炉、转炉除尘灰等冶金固废约20万吨，实现脱锌率＞85%，金属化率＞75%，获得约14万吨金属化球团、0.5万吨氧化锌粉尘、13万吨蒸汽，具有很高的经济和环保价值。2016年，双方进行第二条生产线开发设计合作。在燕钢转底炉项目基础上，2016年,中冶赛迪和宝武集团联合进行了转底炉直接还原技术研发与产业化开发，在宝钢湛江建成了年处理20万吨含锌粉尘转底炉生产线，并实现达标达产，实现100%固废不出厂，成为国内转底炉处理含锌粉尘的标杆企业，并在宝武集团内推广应用。目前，宝武集团生产运营的转底炉生产线有6条，即将投产生产线2条：包括宝钢湛江二期年处理20万吨含锌粉尘生产线、上海本部2条年处理25万吨含锌粉尘生产线、韶关钢铁年处理25万吨含锌粉尘生产线、江苏永钢年处理25万吨含锌粉尘生产线，武钢在建的2条年处理20万吨含锌粉尘生产线预计7月份投产等。

除了上述生产线之外，国内还建有多条转底炉生产线，其中用于复合矿的综合利用（四川龙蟒、攀钢研究院）、高锌含铁尘泥利用（莱钢、马钢、沙钢、日照钢铁、燕山钢铁、宝钢湛江）、生产预还原炉料（山西翼城、天津荣程）等。

2.4 煤基竖炉工艺

煤基竖炉因其产量可以扩大、具备规模优势，一些试验工厂的指标可以达到炼钢标准而得到行业重视，有不少企业在进行煤基竖炉方面的工业试验。目前武汉科思瑞迪公司（COSRED）在湖北宜昌建有一座年产1万吨中试生产线，总体装备运行良好，采用品位70%以上的铁精粉可生产出全铁95%以上的海绵铁，并可生产粉末冶金用的还原铁产品，产品质量好。COSRED煤基竖炉生产操作控制的工艺参数很少，主要为还原温度和还原时间，还原温度通过燃烧室的燃烧温度来进行控制和调整，还原时间通过还原室下部的排料速度来进行控制和调整。煤基竖炉的生产操作简单，可实现全自动控制，而且生产的稳定性高、易损件少、维护量小。目前已在缅甸扩建一条年产5万吨煤基竖炉海绵铁生产线，在越南建有一条年产10万吨煤基竖炉海绵铁生产线。目前年产30万吨煤基竖炉还原铁项目在报批中。

2.5 气基竖炉

我国现有的氢冶金技术中，富氢还原高炉与气基直接还原竖炉两类工艺发展逐渐受到行业的认可。气基直接还原竖炉即通过使用氢气与一氧化碳混合气体代替一氧化碳作为还原剂，将铁矿石转化为直接还原铁（DRI），之后再投入电炉进一步冶炼。气基竖炉的显著优点是单套设备产量大、不消耗焦煤，节能、环境友好、低能耗、低CO2排放。气基还原工艺因其在节能减排、低碳环保方面的作用受到政策层面支持，气基还原技术是产品质量优良的低碳绿色先进炼铁技术，发展气基还原具有积极意义。

气基竖炉直接还原法是当今世界上的主流直接还原工艺，全球采用气基竖炉直接还原工艺生产的海绵铁占比≥75%。气基竖炉技术应用的关键在于低价气源的获得，我国天然气资源匮乏，在非炼焦煤、天然气和焦炉煤气较便宜的地区和企业，富氢合成气的成本能否大幅度降低，决定了能否建设大型竖炉直接还原与煤制气无焦炼铁联合工艺。

受碳减排、碳中和政策推动影响，宝武集团和河钢集团等大型钢铁企业已开始布局富氢技术：2020年11月23，河钢集团与特诺恩双方签订合同，建设高科技的氢能源开发和利用工程，其中包括一座年产60万吨的ENERGIRON直接还原工厂。宝武集团计划在湛江筹建100万吨气基竖炉项目，目前已完成项目前期沟通论证工作，即将进入项目合同签订阶段。

其次。山西中晋太行矿业公司30万吨焦炉煤气竖炉直接还原铁工厂经过多年筹备，已于2020年11月底全部建成、完成联动负荷试车,并于2021年6月9日进行点火投产，并生产出合格海绵铁产品。

2020年5月，京华日钢控股集团与钢研院签订了年产50万吨氢冶金及高端钢材制造项目合作协议。建设具有我国自主知识产权的首台套年产50万吨氢冶金及高端钢材制造项目合作，计划今年年底开始建设。

内蒙古自治区明拓集团有限公司，计划采用米德雷克思的气基竖炉技术，以合成煤气为还原气，建设年产能力110万吨的还原铁厂，供应下游电炉生产不锈钢产品。

2.6 熔融还原工艺

熔融还原炼铁工艺省去了烧结及焦化两个环节，同样产能下可节省大量的投资及运行成本，并且产品也是铁水，因此备受钢铁企业关注。目前，宝钢新疆八一钢铁的欧冶炉日益步入常规生产、山东墨龙公司HIsmelt熔融还原炼铁生产装置在运行中，建龙内蒙古赛思普科技有限公司熔融还原铁生产线已建成出铁，邢钢、辽宁天汇管线材各有一套装置在建。

宝钢集团年产150万吨的COREX 3000熔融还原炼铁生产装置于2011年搬迁到新疆八一钢铁厂，并结合高炉炼铁原理和成熟的技术进行了技术优化改造，2015年7月出铁并成功实现了工业化生产，重新命名为欧冶炉。2017年3月，经过近19个月长周期检修的欧冶炉并入生产序列，正常生产出铁，2019年-2020年进行冬季持续生产作业。冶金焦比逐步降至月均124kg/t，周均最低118kg/t，燃料比月均838kg/t，铁水硅素降至0.9%以下，铁水物理热稳定，月均作业率93%。其中月作业率最优达到99.45%，月产量最高达到11.4万吨。2020年八钢欧冶炉实际产铁110万吨，该厂的铁水成本略低于本厂高炉。

 山东墨龙公司2012年将澳大利亚奎那那HISmelt工厂整体搬迁,并对原矿粉预热系统、矿粉喷吹系统、SRV炉高温煤气系统、公辅动力系统等进行了创新优化。山东墨龙公司HIsmelt熔融还原炼铁项目2016年12月建成投产，经过多次停开炉探索实践后，工厂操作稳定性大幅提高，能耗大幅降低。工厂日最高产量可达到1930吨，月产量达到51914吨，设备不间断作业可达157天，各项生产指标均超过澳大利亚原工厂，产品高纯铸造生铁含磷量低（平均在0.015%~0.03%），含硅、锰及五害元素（铅、锡、砷、锑、铋）含量非常低，脱硫后满足高端铸造产品的需求。

2019年9月北京建龙重工集团内蒙古赛思普科技有限公司投资10.9亿元的30万吨氢基熔融还原法高纯铸造生铁项目开工建设，2020年9月所有设备安装完毕，进入联动试车；2021年3月26日点火烘炉，4月12日正式点火送风，并于次日凌晨一次性产出高纯铸造生铁，标志着氢基熔融还原冶炼技术成功落地转化。与传统高炉工艺相比，赛思普工艺取消了传统高炉必不可少的烧结工艺和焦化等工序，可实现二氧化硫和氮氧化物排放量减少38%，粉尘排放量减少89%，无二噁英和酚氰废水排放。设计年还原用氢1万吨，可减少二氧化碳排放量11.2万吨/年。

2020年9月，邢钢搬迁优化方案及选址已获省政府批准，目前项目的可行性研究报告已完成，搬迁后将使用“HIsmelt熔融还原+电炉”的短流程工艺，邢钢80万吨熔融还原铁项目进入到实质性阶段。另外，辽宁天汇管线材有限公司也在筹建一条年产30万吨熔融还原试验工厂，信通首承80万吨熔融还原铁项目也在筹建中。

综上，国内非高炉冶炼行业已经形成了多工艺装备、工艺路线齐头并进的创新发展趋势。

3 非高炉冶炼技术面临的机遇与挑战
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