国外炼铁节能减排工艺和技术

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1、国外炼铁节能减排工艺和技术在钢铁生产中，炼铁作为能耗和成本的主要工序，一直是国内外各企业节能 降本的工作重点。随着社会对环境保护要求的日益严格，污染物排放的控制成为 炼铁生产新的任务。本文将介绍国外炼铁当前生产的基本状况和在炼铁节能减排 方法上所开展的工作以及炼铁新工艺开发的情况，以期对我国炼铁工业的健康发 展有所参考。1 国外炼铁生产状况2011年，全球生铁产量为10.827 亿吨，国外产量为4.5304 亿吨，占世界总 量的41.84%。其中，欧洲的生铁产量已经从 2009年最低的6000万吨恢复到2011 年的 9413 万吨，达到危机前的水平。日本则恢复到 8103 万吨，北美从最低的

2、 2998万吨恢复到 2011年的 4248 万吨。降低炼铁燃料比一直是各国工作的重点。但受炼铁原料品质下降和燃料组成 结构变化的影响，国外的高炉燃料比一直处于相对较平稳的状态。如欧洲的燃料 比保持在 500kg/t 以下，比最好时期的水平甚至有所增加。日本的燃料比则维持 在 500kg/t 左右，北美则在 520kg/t 的水平。需要指出的是，与我国单一燃料比 （高炉焦比加上煤比）的构成不同，国外许多高炉的燃料比是由包括天然气、油 等多种燃料构成的。加之入炉原料的种类和品质差异，所以不能简单地用数字对 比燃料比的高低来反映国内外的差距。此外，国外对炼铁生产过程的污染物排放的控制不断加强。针对

3、主要的排放 工序烧结工艺，欧 洲 地区制 定 了严格 的 控制标准 ，主要 体现在粉尘 含量（20mg/Nm3）、SO2 含量（500mg/Nm3,特殊地区 350mg/Nm3）、NOx（ 400mg/Nm3） 以及二噁英含量（0.4ng/Nm3、等。需要注意的是，国外更关注NOx和二噁英的 排放浓度，对 SO2 排放浓度限制并不是太严格。在 CO2 排放方面，澳大利亚已 批准实施碳排放税（23澳元/吨CO2）。欧盟则对各工序制定了高于其现有最好水 平的排放标准，如：焦炭为 286kgCO2/t 焦，烧结为 171kgCO2/t 矿，炼铁为 1328kgCO2/t 铁水。但由于现有的任何一家企

4、业都无法达到上述指标，欧洲钢铁 业对执行此标准普遍持悲观态度。2高炉炼铁节能减排工艺技术由于高炉工艺仍是世界上最主要的炼铁工艺流程，国外围绕高炉炼铁工艺开 展了大量富有成效的节能减排工艺和技术的开发，重点举例如下。 (1)烧结烟气循环工艺该工艺通过选择部分风箱的烟气收集，循环返回到烧结料层，使废气中的有 害成分在再进入烧结层中被热分解或转化，而二噁英和 NOx 会部分消除，粉尘 和 SOx 会被烧结层捕获。同时，该工艺还最终减少了烟囱处排放的烟气量，降 低了终端处理的负荷。目前，该方法有LEEP (Low Emission Energy Process)流 程、 EOS ( Energy Op

5、timized Sintering)， Eposint( Environmentally Process Optimized Sintering)等不同流程，并且在多台烧结机上得到工业应用，均取得 显著的效果，污染物减少45%80%，固体燃耗降低 6%15%。欧洲的多台烧结 机采用此方法而未使用末端处理工艺，该工艺和国外的做法值得我国参考借鉴。 (2)高炉复合喷吹工艺为了提高喷吹效果，北美地区开展了混喷工业实践。在以喷天然气为主的高 炉上，混喷焦油、重油、焦炉煤气等；而在以喷煤为主的高炉，则混喷天然气。 2010 年，在总计 20 座喷煤高炉中，有 17 座混喷天然气。混喷天然气的效果是 实现

6、了高置换比(天然气与焦炭置换比为1:1.3)，同时天然气所带的氢改善了高 炉的透气性。焦炉煤气作为焦化的最主要副产品，将其用于高炉喷吹具有节焦降 成本和减排的突出效果。除了早期的前苏联等一些高炉开展了喷吹焦炉煤气的实 践外，目前美国和欧洲的数座高炉仍在继续喷吹焦炉煤气。从1994年起，美国钢铁公司的Mon Valley两座高炉(工作容积1598m3和 1381m3)开始喷吹焦炉煤气替代天然气，最大喷吹量达到65kg/t,约合160 Nm3/t。 该厂所采取的主要技术措施是：对焦炉煤气进行必要的净化，主要是控制焦炉煤 气的硫化氢含量，对焦炉煤气进行加压，对高炉风口进行必要的改造。生产初期， 遇到

7、了风口烧损等问题，后经过喷枪材质和插入方式改造，实现了长期稳定喷吹。 自2002年起，欧洲Linz厂的5号和6号高炉(工作容积：1175m3,内容积：1298m3) 喷吹焦炉煤气以替代重油。喷吹量125Nm3/t时，降低重油55kg/t。3）高炉混喷钛矿护炉高炉加钛矿是保护炉缸的有效手段。但从炉顶加钛矿给高炉运行带来很多负 面影响，钛矿从炉顶下降到炉缸，而且分布在炉内各个部分，使得作用时间滞后， 作用效果大大削弱。由此造成钛矿需要量增加，渣铁质量下降，而且时常在炉身 黏结，影响高炉顺行和造成高炉燃料比明显升高。针对这些问题，德国某公司开发了高炉喷煤中混喷钛精粉护炉的技术，并在 生产中得到成功应

8、用。其主要优点是：风口喷吹距离炉缸侵蚀部位很近，使得可 以用最少的TiO2量取得最好的护炉效果；侵蚀修复起效时间大大缩短；在炉身 没有含TiO2物料堆积黏结；含钛物料的所有反应发生在风口带和炉缸，而不是 在炉身和软熔带，由此对高炉顺行的影响大大减小；少量和高效的 Ti（C，N） 化合物的生成机理使得对高炉燃料比的影响大大降低，改进了渣的质量，不影响 炉渣的销售。应用结果表明：整个混喷吹期间，高炉压差未变化，和炉顶加钛矿 相比，与煤混合喷吹人造钛精矿是高炉炉缸保护的更经济和更有效的方式。 （4）粉尘循环利用工艺将含有害元素的粉尘单独处理，是防止高炉内有害元素富集造成危害的有效 手段。粉尘的处理新

9、工艺主要有： 转底炉工艺目前，国外已经建成多条转底炉生产线来专门处理钢铁粉尘。新日铁已经建 了 8 条转底炉生产线（包括在我国马钢），处理高炉、转炉甚至电炉及不锈钢粉 尘。 PaulWurth 则开发了 RedIron 转底炉废物处理技术，已经在意大利的 Lucchini-Piombino 钢铁厂建成并投产一个年产量 6 万吨的生产厂。 OxyCup竖炉工艺德国 Kuttner 公司开发了 OxyCup 竖炉工艺处理含铁粉尘和大块废料（坑沟 废钢铁）。该工艺将各种粉尘通过配碳及加入水泥，以压砖的方式生产出六棱形 自还原碳砖。该碳砖连同大块废料一起加入到OxyCup竖炉中，生产铁水。该工 艺已在

10、墨西哥、德国、日本、中国的5个工业生产厂使用，装置规模在20t/h80t/h。 DK工艺DK工艺是利用小烧结机和小高炉处理钢铁粉尘的生产工艺。该工艺在德国 杜伊斯堡建有生产厂，现已有30年的生产历史。目前，年处理欧洲中部各钢铁 厂的粉尘约45万吨，生产28万吨生铁，同时回收1.8万吨锌精粉。处理的粉尘 种类包括：高炉尘、高炉尘泥、转炉尘、转炉尘泥、轧钢铁鳞等。此外， 2011 年还处理了 3000吨废电池。其高炉锌负荷高达38kg/t，碱负荷也达到8.5kg/t。 该工艺的突出特点是：生产工艺和设备成熟稳定，是一种无风险的节能高效钢铁 厂含铁废料处理技术；能够利用闲置的小烧结机和小高炉，无须进

11、行新的设备投 资。 烧结制粒工艺改进针对铁矿资源的劣化，粒度组成下降，精矿比例增加等情况，浦项制铁开发 应用了新的制粒工艺。该工艺首次将各种铁矿配料后进行筛分。筛上物走一次混 合和二次混合常规流程。筛下物在添加粘结剂后，进行强力混合，然后用圆盘造 球制粒，最后与主料流一起进入二混。其效果是，在使用较多细粒铁矿的情况下， 利用系数提高了 1.1t/dm2。3各种非高炉炼铁工艺的发展（1）直接还原工艺根据Midrex公司的统计，2010年，全球直接还原铁的产量达到7332万吨， 较上年增长 4.2%。其中，气基直接还原占76.4%，煤基直接还原占23.6%。一批 新的气基直接还原装置投产，另有一些

12、新的气基直接还原装置在天然气丰富的国 家和地区建设或拟建。煤基直接还原放缓了其发展速度，比例在不断下降。（2）熔融还原工艺近年来，各熔融还原工艺进展仍在发展，但相对缓慢。 2011 年 3 月，我国 宝钢的第二套 Corex-3000 投产，经过增加竖炉布气器等一些工艺改进后，取得 了较好的生产指标。但 Corex 工艺已连续多年未在我国以外建新厂，而且目前也 未见新厂建设计划的正式报道Hismelt工艺的80万吨示范厂自2008年停产后， 一直未恢复生产。据报道，该套装置将被拆迁到印度JSPL厂。2011年6月，Finex 工艺 200 万吨/年装置开始在韩国建设，预计 2013 年投产。新的熔融还原工艺 Hisarna 正在开发过程中，已于 2011 年年中在荷兰建设了 6 万吨/年的试验厂，并 开始进行工业试验。4 结语当前，我国炼铁工业进入了新的发展时期，面临着严峻的节能减排挑战。我 们应重视和学习国外先进的技术和理念，同时关注前沿炼铁技术的开发，从而不 断改进提高我国炼铁工业的整体水平，保持长期健康的发展。