比较分析高炉炼铁与非高炉炼铁技术

贡献锋

（南京钢铁联合有限公司第一炼铁厂，江苏南京210035）

比较分析高炉炼铁与非高炉炼铁技术

贡献锋

（南京钢铁联合有限公司第一炼铁厂，江苏南京210035）

基于目前非高炉炼铁在实际施工过程中存在的问题影响，分析研究了其与高炉炼铁技术应用对比的重要性、能耗比较以及技术现状比较等内容。并提出了非高炉未来技术展望的方向，目的是为相关建设人员提供一些理论依据。

高炉炼铁技术非高炉炼铁技术直接还原技术熔融还原技术

随着钢铁行业的不景气，与之对应的高炉炼铁技术发展呈现出停滞状态。但在目前，其仍是全世界范围内，进行钢铁生产主要技术内容，这就意味着其利用焦炭生产造成的污染环境问题仍处在不断深化状态。针对这一问题，相关人员应加大非高炉炼铁技术的研究应用，从而改进我国钢铁行业发展的产业结构。然而，非高炉炼铁技术的研究成果存在一定局限，因而，相关建设人员应从能耗、技术应用现状以及未来发展角度，对高炉炼铁与非高炉炼铁两种技术进行对比，以找出优化控制的节点，进而提高非高炉炼铁技术的应用研究效率。

1 高炉炼铁与非高炉炼铁技术分析比较

就目前的市场环境来说，生铁的生产大多是以高炉炼铁的方式存在的，而非高炉炼铁与高炉炼铁不同，其在能耗方面具有一定优势。具体来说，非高炉炼铁能够大幅度降低焦煤的使用量，这就降低了球团、烧结以及焦化工序等高炉炼铁流程生成的污染物排放量。非高炉炼铁所需的原燃料条件较高，使其仅作用于生产指标较好的生铁生产企业。这就意味着非高炉炼铁需要在特定的环境下才能进行组织生产，这是全世界范围内，非高炉炼铁技术始终没有得到普及的原因所在[1]。

但随着市场经济发展进程的不断加快，人们对各行各业发展建设可持续性的要求越来越高，非高炉炼铁技术是实现降低生态环境污染目标的重要组成部分。为此，研究人员应通过对高炉炼铁与非高炉炼铁技术应用能耗、技术现状以及未来发展方向进行分析比较，以使相关建设人员明确非高炉炼铁技术应用于实践的优势，从而加大科学研究力度，以促进我国各个地区进行现代化经济发展背景下工业建设进程。这是深化经济建设可持续性改革的重要课题内容，相关人员应将其重视起来，以作用于实际建设。

2 高炉炼铁与非高炉炼铁能耗比较

2.1 高炉炼铁能耗

由于高炉炼铁设备是一种高效化的竖炉，因此，高炉生产的过程是个炉料与煤气逆向运动的反应器。具体来说，炉料在竖炉中能够得到充分的预热、还原、熔融、生铁渗碳以及生铁改性等物理化学过程。但其生产过程产生出的尘泥是有害物质。炉料在高炉中作用时，会面临间接与直接还原反应问题选择，研究表明，铁矿石进行直接还原是吸热反应，而间接还原则是放热反应。因此，炉料在高炉内部中，有将近50%的炉料是进行间接还原反应的。这就意味着其要比直接还原铁工艺过程降低一部分的能源使用。此外，高炉还是一种高效的能源转化器，即焦炭填充炉缸、焦炭渗碳、焦炭起骨架作用以及与氧气反应生产CO、CO2和放出热量。而且，当高炉休风时，炉缸被焦炭填满，从而使炉缸内部具有较大空间，以加快生产恢复[2]。

2.2 非高炉炼铁能耗

研究表明，非高炉炼铁所需的气源需要另外供应，即煤基的直接还原生产工艺要通过建立起专门的造气装置，而且此过程，还要求CO+H2含量要大于90%。此外，煤在转换为还原气的过程中，具有较多的能量耗损，与此同时，其生产建设投资与运行费用也较高，即占总企业投资的1/3。但这是导致煤基直接还原生产工艺成本消耗大的主要原因之一。据相关数据统计，在实际生产建设过程中，非高炉炼铁要比高炉炼铁的能耗高出250~650 kg标准煤/t。造成非高炉炼铁生产工艺能耗高的原因为：其生产过程中，产出的大量高热值煤气并没有充分利用起来，这就使得其真正的作用价值并未发挥出来。

现阶段，非高炉炼铁产出的污染物主要作用于煤气发电，这就企业发展建设仍处在能源利用效率低且生产成本高的状态。这种情况下，非高炉炼铁就难以实现代替高炉炼铁技术，从而降低污染物排放量的目标。非高炉炼铁能耗高的问题还体现在熔融还原生产仍然没有脱离焦炭与矿粉造块的使用，这就导致其生产成本高于高炉炼铁生产工艺。而能耗高，其成本就难以控制，污染物排放控制目标就更难以实现。这就是当前高炉炼铁与非高炉炼铁在能耗方面的差异，研究人员应认清这一现实，从而找出优化控制的方式方法[3]。

3 高炉炼铁与非高炉炼铁技术应用现状

3.1 高炉炼铁技术

高炉炼铁技术适用于钢材生产初级，适用于工业化发展起步的国家，而在发达国家正面临被淘汰的市场环境。但总得来说，应用高炉技术进行炼钢仍是世界范围内的主要趋势。据统计，高炉炼钢不仅能够提升钢材的质量与特殊性能，还能降低电力以及原材料的浪费。在当前的订单经济时代下，生产建设需要根据市场环境的变化来进行调整，但高炉炼铁技术具有生产产品级别低、周期长以及冗长的加工链条，这就与我国进行现代化经济发展的目标相悖。因此，无论是从市场环境来看，还是从生产附加值来看，高炉炼铁技术的生存空间正在缩小。由此可以看出，高炉炼铁技术已经迈入死胡同的进程。

3.2 非高炉炼铁技术应用

非高炉炼铁技术的开发应用，是用以摆脱焦煤资源短缺，从而达到EI益环境保护要求的钢铁工业重要组成部分。其能降低钢铁生产过程的能耗，进而改善钢铁产品结构的组成，从而提高生产建设质量与品质开发效率。这是寻求解决废铁短缺且废钢质量不断提升途径的关键所在。非高炉炼铁技术是由直接还原与熔融还原共同组成，虽然，非高炉炼钢技术替代高炉炼铁技术任重道远，缺失实现节能减排与环境优化发展目标的重要技术内容。其中直接还原技术，就是通过直接还原产品，直接还原铁（Direct Reduction Iron,DRI）。具体来说，其能够在铁氧化物作用下，不发生造渣和融化问题，并在固态环境下，还原生成金属铁产品。此过程，由于DRI的结构呈海绵状，因此，也被称为“海绵铁”[4]。

4 高炉炼铁与非高炉炼铁未来发展方向

4.1 高炉炼铁技术节能减排

因高炉炼铁技术仍是我国钢铁行业生产的主要技术，为此，研究人员应在研究非高炉炼铁技术的同时，提高高炉炼铁技术应用的节能减排效果。高炉设备的大型化是实现降低资源使用、能源消耗以及减少污染物排放量目标的有效方法。具体来说，我国新建的大型高炉具有先进的装备水平，即已实现国产化。该装备技术采用了自动化系统、铜冷却壁、炉顶煤气余压发电装置以及无料钟炉顶等。这种情况下，2 500m3以下的高炉国产无料钟炉顶已经占75%。由此可以看出，这是未来高炉炼铁技术，从粗放型转变为集约型与精细化之路的重要组成部分，研究人员应将其重视起来，并作用于钢铁行业的实际建设[5]。

此外，还可增加节能降耗装置的应用，从而提高高炉炼铁技术的应用效率。例如，在应用喷吹煤粉进行炼铁作业后，有效扩宽燃料的作用范围，从而降低了高能耗资源的使用量。具体来说，技术人员要通过提高煤矿焦的置换比，来不断完善喷煤装置的作用效果。在应用高风温热风炉装置时，可通过提高热风炉的拱顶温度，来降低能源的消耗量。然而，在实际应用过程中存在的高热值煤气缺乏问题，可采用预热煤气或助燃空气的方法，来提高装置内部燃烧的温度。与此同时，还可通过开发顶燃式的热风炉的高风温热风炉装置的燃烧器，从而缩小拱顶温度与风温之间的差异[6]。

4.2 非高炉炼铁技术科技化

4.2.1 直接还原炼铁技术

要想实现非高炉炼铁技术需将科学技术应用于其中，即在直接还原技术中加入HYI工艺、Midrex工艺以及转底炉工艺。其中以HYI工艺为例，反应罐流程HYI，是采用固定床反应的还原工艺。具体来说，就是通过HYL-Ⅲ工艺来实现非高炉炼铁技术的科技化，其基本原理为：对于铁矿石的还原，应利用固定床还原气体来进行实现。即通过还原气碳氢化合物来进行还原现场的重整。此过程，是经过不完全燃烧及还原反应器内金属铁的催化作用来进行生成的[7]。

4.2.2 熔融还原炼铁技术

熔融还原炼铁技术就是将当前最先实现工业化生产目标和最为成熟COREX工艺，作为科学化手段。具体来说，COREX工艺能够将非高炉炼铁技术中的直接还原技术与融化还原技术两个应用过程分开，即分别在不同的反应容器内进行炼制。其中融化还原炼铁技术在应用COREX工艺的过程，需将还原竖炉安装在熔融气化炉的上部，从而实现矿石材料的还原。此过程，COREX煤气需在气化炉拱顶1 100～1 150℃的高温区生成CO和H2。即煤气在高分子碳氢化合物中需全部裂解才能实现CO和H2的生成。此外，该反应要将粗煤气中的CH4含量控制在1%左右，只有这样，才能证明煤气中已经不含苯类、酚、氰以及焦油等在大分子化合物。这种情况下，就大幅度降低了煤气废水的洗涤处理难度，从而保证煤气废水中，不含有氢化合物和酚等污染物质。由此可以看出，COREX工艺的应用与传统的技术应用工艺不同，其极大地降低了煤气废水的洗涤水用量和其他处理废水方面的投资[8]。为此，研究人员应将其作用于非高炉炼铁技术的科技化发展，从而加快实现经济建设背景下工业发展的可持续性目标。

5 结语

高炉炼铁技术在未来的发展不容乐观，但其在目前仍使我国钢铁行业进行生产建设主要采用的技术内容。为保证其作用的低能耗，相关建设人员应通过高炉大型化以及应用节能减排设备装置，来实现工业发展可持续性的目标。而非高炉炼铁技术虽发展前景广阔，但因其使用成本高且效果不突出问题，使其难以在短期内代替高炉炼铁技术服务于我国的钢铁行业。因此，研究人员应将科技化作为该技术内容未来的发展方向，即将最先实现工业化生产目标和最为成熟COREX工艺以及HYL-Ⅲ工艺作用于直接还原技术以及熔融还原技术的应用过程中。事实证明，无论是高炉炼铁技术还是非高炉炼铁技术，均要结合市场环境需求来确定自身的发展方向，只有这样才能真正起到促进我国工业建设快速稳定发展进程的作用。

[1]毕学工，严渝镪.流化床技术及其在高炉炼铁中应用前景分析[J].鞍钢技术，2012（1）：1-5；34.

[2]胡俊鸽，周文涛，郭艳玲，等.先进非高炉炼铁工艺技术经济分析[J].鞍钢技术，2012（3）：7-13.

[3]王维兴.高炉炼铁与非高炉炼铁的能耗比较[J].炼铁，2011（1）：59-61.

[4]尹明东，顾云松，彭鹏.利用Aosps4.0精益生产优化分析软件技术提升长钢1号高炉炼铁技术指标[C]//2015年炼铁共性技术研讨会论文集，2015：8.

[5]王维兴.需要科学评价非高炉炼铁的生产条件和结果[J].中国钢铁业，2015（3）：30-32.

[6]张奔，赵志龙，郭豪，等.气基竖炉直接还原炼铁技术的发展[J].钢铁研究，2016（5）:59-62.

[7]徐少兵，许海法.熔融还原炼铁技术发展情况和未来的思考[J].中国冶金，2016（10）：33-39.

[8]陈守明.煤基竖炉生产直接还原铁是发展非高炉炼铁的优选方向[J].中国废钢铁，2015（5）：38-42.

（编辑：苗运平）

Com parative Analysis of Blast Furnace Ironmaking and Non-blast Furnace Ironmaking Technology

GONG Xianfeng

（No.1 Iron Works of Nanjing Iron&Steel Co.,Ltd.,Nanjing Jiangsu 210035）

Based on the existing problems in construction process of non-blast furnace ironmaking,this paper analyzes comparative importance of technology application of blast furnace ironmaking technology,energy consumption comparison and present situation of the technology.The future direction of the technology is put forward,which aims to provide some theoretical basis for relevant construction personnel.

blast furnace ironmaking technology,non-blast furnace ironmaking technology,direct reduction technology,smelting reduction technology

TF57；TF56

A

1672-1152（2017）02-0086-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.33

2017-03-09

贡献锋（1977—），男，江苏丹徒人，大学本科，毕业于东北大学冶金工程专业，助理工程师。