纵观世界：国外炼铁技术最新进展

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纵观世界：国外炼铁技术最新进展

1.国外炼铁生产状况
在过去的两年，国外铁产量(除中国)持续下降，其中2009年仅为3.545亿t，占总量比例为40%。从总体趋势上看，比例及总量仍将保持下降趋势，特别是欧洲、美国、日本等发达国家。这种趋势来自于国外铁钢产量差距的不断扩大，铁钢比不断降低（2009年为0.543）。因此，可以推断，我国炼铁生产也终将进入这种发展模式。其具体时间取决于国内经济发展大趋势。

2.各种炼铁工艺的发展
(1) 直接还原工艺
尽管受到金融危机的影响，国外直接还原工艺仍保持稳定的发展态势，产量降低不多。2008年为6850万t，2009年6200万t。需要指出的是，其增产的主要部分来自印度的众多小煤基回转窑。然而，这种工艺的高能耗和低效率及产品低品质不能代表直接还原的发展方向。

煤基转底炉工艺曾在国外建设多条生产线，但作为使用铁矿石生产直接还原铁的生产线基本已都闲置停产。正在运行的主要是用于处理钢铁粉尘及给高炉或转炉提供原料。新的尝试是建在美国明尼苏达州的50万t ITmk3工艺生产厂，已于2010年1月投产。

气基直接还原工艺因以天然气为能源，应用区域受到限制。以Corex输出煤气作为气基还原原料气的工艺曾带来希望，但其实际发展速度和前景低于希望值。而Midrex与印度JSPL签订的180万t/a气基直接还原装置将使用煤气化后获得的合成气作为还原气体。该项目计划2011年建成，值得关注。

(2) 熔融还原工艺
近两年来，国外熔融还原炼铁工艺仍在发展，但相对缓慢。

1) Corex 工艺
Corex工艺在印度JSW的2套C 2000装置在入炉原料上，使用了该厂产生的70%废料（如Corex和高炉的尘泥，石灰石/白云石粉，转炉渣等）。

南非ArcelorMittal厂的C 2000装置在2008年进行了大修。复产后受金融危机的冲击，生产时断时续。铁水产量曾降低到25t/h，并停止与之配套的直接还原生产。充分体现了Corex生产的灵活性优于高炉的特点。

Corex 工艺正在进行煤气循环和低还原铁生产技术开发，以期使工艺更加完善和具竞争力。需要注意的是，Corex 工艺已连续多年未在中国以外建新厂，而且目前也未见新厂建设计划的正式报道。

2)Hismelt 工艺
建在西澳奎那那的Hismelt 80万t规模示范厂，自2005年4月开始投入热试以来，进行了长时间的试验开发，取得了长足的进步。其中，产量已达到设计能力的75%～80%，煤比为800kg/t铁水。然而，受金融危机导致的下游市场恶劣的影响，该厂于2008年底宣布停产，据称要在2010年恢复生产。

3)Finex 工艺
2007年4月，韩国浦项公司建成了150万t的Finex工业装置。据报道现已达到正常生产水平。其中的重要进步是在2008年10月，成功实现了3个反应器的试验。在减少1个反应器的情况下，仍保持了同样的操作指标和产品质量及作业率，但可显著降低投资和运行成本。浦项公司曾宣称建设以Finex为核心的钢铁厂计划，但未见实施报道。

(3) 高炉炼铁工艺
尽管遭受了越来越大限制发展的压力，高炉炼铁流程仍保持了绝对的优势，并且在金融危机过程中，在生产规模控制和成本控制等方面，体现了良好的适应能力。印度和韩国等一些4000m3级以上大型高炉仍在建设中。其中，韩国现代唐津厂第一座5250m3高炉已于2010年1月投产。围绕高炉节能环保的技术在普遍应用，新的研究也在不断开发过程中。总之，虽然国外炼铁的总产量不会有大的变化，特别是发达国家的铁产量将逐渐减少，高炉工艺在可预见的未来，仍将保持主导地位。

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3.主要国家和地区的炼铁发展
(1) 日本
生产情况：
2008年日本生铁产量跌至6000万t，2009年恢复到6694万t。在维持产量基本不变的情况下，高炉座数由1971年的65座减少到目前的28座，平均容积达到4157m3，最大为5775m3。

新技术新工艺：
AMEBIOS (马赛克镶嵌铁矿烧结法)
将某些物料通过制粒制成致密球团（DENSE PELLET）, 然后通过控制布料使其按适当的方式布置于烧结料层中，形成在正常烧结条件下的理想空隙网络。其中，对形成空隙的位置和大小的设计及控制是重要的技术。该技术可以有效控制烧结矿的粒度组成。

BJFE钢铁公司开发了新的制粒工艺
该工艺采用外裹方法，即将焦粉和一定比例的石灰石外裹在已制粒的物料上，从而改善烧结生产效率和烧结矿还原性。该工艺已在西日本钢厂的4台烧结机上应用，年产量达到1900万t。

C复合造块技术
为应对资源品质下降和满足环境要求，神户钢铁公司开发了使用具有软化和熔化特性的煤，将低质矿制成块矿的技术，以其扩大铁矿的范围和降低CO2排放。其节能目标是减少原油72000kl/a（2010年）。

D烧结CO2减排工艺
JFE钢铁公司开发了二次燃料喷吹技术（Super-SINTER）。其方法是将天然气由烧结料层顶部喷入，使烧结层上部能够保持最佳温度。通过改善能量利用率，减少CO2排放约6万t/a。

ESCOPE21新焦炉
SCOPE21新焦炉于2008年2月投产，2008年8月开始热煤装入操作。2009年1月取得184.5%生产率。由于使用高速煤预热和粉煤压块增加体积密度，该工艺使用50%以上的半软焦化煤。另外，焦炭强度也增加了2.5%。

F高炉喷吹天然气
JFE钢铁公司引入天然气喷吹来提高产量和抑制CO2排放。实施高炉是东日本钢铁厂的2号高炉，容积>5000m3，高炉的利用系数达到2.56t/dm3的世界纪录。

节能和CO2减排技术：
2008年3月5日，日本经济贸易工业部确定了“凉爽地球改进技术方案”。其长期目标是到2050年，减少世界温室气体排放50%，短期目标是到2020年，减少CO2排放15%。

在日本CO2排放中，钢铁工业占10%，其中70%是在炼铁工序。在炼铁工序改进中的一个正在开发的关键技术是复合原料（由铁氧化物、含碳原料、金属铁制成）生产技术。目标是减少10%的能量消耗，主要是通过使高炉热储备区的温度由1000℃降低到800℃，从而使高炉炉身效率得到改善。

日本钢铁协会和六个主要钢铁集团及有关公司倡导了COURSE 50（CO2 Ultimate Reduction inSteelmaking process by innovative technology for cool earth 50）。其中，低碳环保和谐型炼铁工艺开发包括两部分，即使用氢进行铁矿还原的实际应用以及低成本生产氢的技术开发。此外，还有CO2分离和收集技术开发。

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(2) 西欧
生产状况：
1990年至2008年之间，西欧十五个成员国的高炉生产发生显著变化。1990年有92座高炉生产9400万t铁水。2008年则由58座高炉生产9000万t铁水。高炉平均工作容积增加26%，由1630m3增加到2063m3。每座高炉的产量增加48%，由104万t/a增至154万t/a。

燃料比变化：
1990年～2008年，欧洲15国平均总燃料比略有增加。由于喷煤比由50 kg/t增加到124kg/t，焦比由408kg/t降低到352kg/t。油和其它燃料略有减少，从23 kg/t降到20.3kg/t。

最高的煤比是IJmuiden 厂6号高炉的年平均235.1kg/t，焦比289.9kg/t，燃料比516.9kg/t。最低燃料比是Ruukki 1号高炉的年平均458.5kg/t（其中：油比100.5kg/t）

入炉铁料变化：
1990年至2008年，入炉铁料中烧结矿从1.23t/t铁降低到1.10t/t铁。铁料组成中的一个变化是使用较大比例块矿的高炉减少。

烧结工艺在过去多年被认为是受欢迎的处理钢铁厂内部废料的可行方法。随着对二噁英排放的讨论，用烧结处理废料的方法需要得到证明。目前对采用烧结方法处理这些废料有了限制，因而开发了一些新的解决方法，如Cupola 炉流程，转底炉，Primus 炉等。

高炉结构特点及装备：
58座运行的高炉中，有7座炉缸直径小于7.9m，20座在8.9m～9.9m之间，23座在10.0m～11.9m之间，4座在12.0m～13.9m之间，4座≥14.0m。其中最大的是Schwelgern 2号高炉，炉缸直径14.9m，工作容积为4796m3。2008年该高炉产铁410万t。

2008年，58座高炉中有49座装备有全出铁厂除尘系统，45座使用无钟炉顶设备，49座采用渣粒化处理，20座使用TRT发电。

当今高炉寿命预测应在15年～20年（两次完全大修之间）。一代炉役单位产铁量最高的是Hamborn 9 号高炉（10.2m，1987年12月投产），截至2008年12月31日，达到1.964 万t/m3WV。

高炉寿命的决定因素是炉缸的持久性。为防止“象脚侵蚀”的形成，应要求炉底的耐火材料质量，使铁水在炉底产生凹形流动区域。有两种典型的炉缸结构，其中一种的炉壳有12度的倾角，以使在关键的磨损区域有尽可能厚些的炉衬。

高炉长寿的另一个先决条件是有效的冷却系统。最新的进展是使用铜冷却壁。

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炼铁低碳减排
①炼铁排放限制
欧洲各地区制定了越来越严格的污染物排放标准，其中以奥地利的Linz厂最为突出。从2007年起，批准的烧结厂污染物允许排放值。

德国要求高炉炉顶煤气含尘小于20mg/m3，出铁场烟气含尘小于15mg/m3，热风炉废气含尘小于10mg/m3，SO2小于500mg/m3，NOx小于350mg/m3。

通过进行连续的检测来监督排放标准的执行情况。在德国，每天的平均值必须符合要求。此外，97%的情况下每半小时平均值不得超过设定值乘以1.3，所有半小时的平均值不得超过设定值乘以2。

②烧结厂的措施
A使用移动电极静电除尘器（MEEP）
与传统的静电除尘器相比较，移动电极板用旋转的线刷进行清扫，避免了背部喷洗的负面影响，从而达到更好的烧结烟气除尘效果。

B废气干法净化
向烟气管道喷入褐焦粉、炉底焦粉或活性煤等吸收剂，用来控制二噁英排放，被认为是当今最先进的技术。

当褐焦喷吹量达到300mg/m3时，二噁英的浓度由1.9ng/m3降低到小于0.4ng/m3。进一步的降低则需要在电除尘器后加上布袋除尘器。
Dillingen的Rogesa烧结厂采用了EFA（Entrained-Flow-Absorber）工艺。其中，2号烧结机的总废气处理量是50万m3/h，EFA入口烟气温度140℃～160℃，SO2含量600 mg/m3～800mg/m3，烟尘60 mg/m3～90mg/m3，二噁英2.5ng/m3。布袋除尘器有5600个，每个7m长。

烟气经EFA工艺处理后，排放全部达标，其中二噁英小于0.4ng/m3。消石灰消耗为550g/t烧结矿，炉底焦180g/t，电耗4.5kWh/t。

C烟气循环
烟气循环的目的是减少废气排放总量和减少污染物排放。Linz厂采用的是Eposint工艺（Environmental process optimizedsintering）。在高温和高有害物浓度的风箱将其烟气循环到烧结机，其循环烟气量达到35%，烧结机上75%加罩。

LEEP（low emission energy optimizedsinter process）是基于二噁英的浓度和温度在台车上分布的不对称性而设计。该工艺将高浓度二噁英的烟气循环到烧结层使其分解无害化。另一个优点是利用了烟气中的CO和显热。其废气排放量减少45%，烧结燃料消耗降低5kg/t烧结矿。

③高炉的措施
炉顶煤气采用现代的重力除尘、旋风除尘及洗涤。高顶压时采用透平发电来回收能量。除尘后的炉顶煤气含尘量小于10mg/m3。
出铁场除尘是在所有扬尘点设计沟盖，进行抽风，然后电除尘或布袋除尘。排放气体的最大含尘量小于20mg/m3。Bremen厂通过向沟盖内喷氮气来抑制铁水氧化。

④炼铁CO2排放
高炉的理论最小碳需要量是414kg/t，相当于465kg/t焦炭，其中333kg/t碳用于化学反应。在过去的55年里，通过一系列的技术改进，德国高炉的燃料比已达到最低，未来不会有大的突破。

⑤新工艺
在ULCOS项目中的一个重要课题是开发无氮/全氧高炉，即使用冷氧鼓风，大部分炉顶煤气进行脱除CO2处理，然后分别加热到1200℃和900℃，再从风口和炉身下部的第二排风口喷入高炉。模型计算此工艺的煤比约175kg/t，焦比减少到200kg/t。LKAB的试验高炉已证实了可以降低燃料比24%。

目前正讨论建设50万t的顶气循环工业高炉。预计如果可能，此技术还需要15年～20年才能应用到大高炉。