非高炉冶炼技术的发展现状与展望★

任中盛

（山西工程职业学院， 山西 太原 030002）

1 冶炼熔融还原技术

随着社会的发展进步以及竞争的不断加剧，传统的高炉冶炼技术受到越来越多的压力和限制，比如安全方面和生态环保方面的要求越来越高，一系列的问题和要求促使治炼的还原技术得到了飞速的发展。冶炼还原及相关技术的研究始于20 世纪60 年代。“九五”期间，在原国家科委的支持下，启动了国家攀登计划项目“冶炼还原技术基础研究”，承德冶金部中试厂建有2 t/h COSRI 半工业联动试验装置，先后进行了两次试验，突破了一些关键技术难题，取得了阶段性成果。

2 Corex、HIsmelt 熔融还原技术的发展现状

2.1 Corex3000 技术发展现状

Corex 的技术工艺是在1977 年至1978 年，经过奥钢联申请，依托德国政府的财政支持，由此在Corex专用实验室联合开发了此项技术工艺。后来，在工业试验研究的中试工厂又完成了年产6 万t 的目标。1989 年，南非的ISCOR 公司建成了世界上第一个工业化的Corex 工厂C-1000，年产30 万t 生铁，并于1990 年开始正常运行。与高炉治炼相比，它最大的区别就是在主要燃料方面，高炉冶炼主要需要的是炼焦煤资源，而Corex 技术在工艺燃料方面主要是热煤。这使炼铁过程不再紧紧依靠炼焦煤资源，同时也利用颗粒较细的矿石提供了实现冶炼还原的可能性和目的性。Corex 技术工艺流程如图1 所示。

图1 Corex 工艺流程图

宝钢集团于2007 年引进了两套大型COREX3000炼铁生产机组，并在上海罗泾建设了冶炼厂还原炼铁厂，分别于2007 年11 月和2010 年投产。Corex 工艺投入生产后，由于种种原因，生产效果并不理想。2011年，宝钢集团决定先将Corex3000 炉搬迁至八一钢铁公司，该公司在原料和燃料（球团、原煤）方面具有优势。根据高炉炼铁原理和成熟技术，进行了31 项技术优化改造。2015 年7 月19 日，成功实现工业生产，因此命名为欧冶炉。主要技术指标见表1。

表1 宝钢Corex3000 历年主要技术指标

从Corex3000 技术的初期投入，到达到正常的设计水平，其工艺特征在投入生产后并没有得到有效的发挥。主要问题如图2 所示。

图2 Corex3000 生产运行中存在的问题

2.2 HISmelt 技术的发展现状

第一个HISmelt 熔融还原炉位于澳大利亚的奎纳工业区。1991 年，里约热内卢Tinto 集团在澳大利亚西部建立了年产量为10 万t 的HIsmelt 研发工厂。三菱公司（10%）和首钢集团（5%）共同投资建设HIsmelt 生产线，2008 年金融危机后，该工厂停止了生产；山东莫龙公司于2012 年搬迁澳大利亚奎纳纳的希斯熔炼厂，并对工艺流程进行了优化和改进。ML-HIsmelt 熔炼还原炼铁项目于2014 年10 月开工建设，2016 年8 月竣工。每个月完成并投入生产。经过十多次的停炉、开炉的探索和实践，员工逐渐熟悉了生产操作和设备维护，运行稳定性和能耗有了质的提高。截至2018 年11 月30 日，创下157 d 连续稳定生产的最新纪录，累计生产铁水80 万t 以上，各项生产指标均超过原澳洲工厂。高纯铸造生铁磷含量低，硅、锰及五种有害元素含量极低。铁水脱硫符合高端铸造产品要求。

HIsmelt 过程可以直接使用矿石粉（<6 mm）和非炼焦煤粉（<3 mm）来进行非高炉冶炼，主要特点就是在还原反应和工艺过程中，还原速度较快，传热效率也较高，同时由于未采用焦炭，也不存在炼焦和铁矿粉的烧结，所以其特殊的技术工艺特点常常被用于高磷矿和钒钛磁铁矿的冶炼，在钢铁厂固体废弃物处理粉尘上也具有独特的优势，同时冶炼还原炉炉衬寿命也成为其典型的关键技术，其发展历程见图3。

图3 HISmelt 技术的发展历程

3 非高炉冶炼技术的未来展望

3.1 发展趋势

全球炼焦煤资源紧缺，特别是供需关系和价格上涨已经成为阻碍传统钢铁行业发展的重要因素，传统的钢铁生产造成严重的环境污染，钢铁行业的发展使环境保护面临着较大的压力。为实现超低排放转型，对铁前环保投入增加约200 元/t；高炉产生大量的返矿、焦化、粉尘等固体废弃物，必须实现固体废弃物的综合利用。在未来，劳动力成本越来越高，需要减少员工以提高劳动生产率。

3.2 发展方向

中国钢铁行业面临的机会钢铁流程的优化和高质量发展,利用丰富的国内煤炭资源比较优势和焦炉煤气, 并使创新突破生产直接还原铁煤或焦炉煤气。美国直接还原铁的蓬勃发展，对我国钢铁工业的创新与发展具有很大的启示和借鉴意义。

3.3 产业布局

从全世界范围来看，钢铁行业目前的产业布局主要有三种基本形式：一是资源依赖型布局，主要依靠资源的来源方向；另一种是接近交通港口的沿海港口型产业布局，主要指是的沿海大型港口；第三种是接近市场接近型的产品消费市场布局。国外直接还原铁厂基本布置在电炉厂附近，实现热装热换，降低能耗，降低生产成本。面对更加严格的环保政策和对散装物料产品清洁运输的要求，中国内陆钢铁企业可以考虑在废料资源占主导地位的内陆钢厂建设具有一定经济规模的直接炼铁厂。此外，对于进口细粒矿资源的利用，也可考虑采用冶炼还原、高炉混合工艺。

3.4 流程优化

近年来，我国的废钢铁工业发展迅速。炼钢厂每年废钢使用量已达3 亿t 左右，钢铁工业的发展中不论是直接还原或熔炼还原（HIsmelt）电炉炼钢的短过程（或直接还原与大型铸钢的连接），将为大型钢铁企业的改造升级提供强有力的技术和生产经验支持。长工艺与短工艺的融合将成为中国特色钢铁产业发展的道路，大力推进非高炉炼铁综合发展，实现我国钢铁产业的绿色发展、转型升级。

3.5 智能制造

提高非高炉炼铁智能制造水平，重视人工智能在非高炉炼铁过程决策管理、过程控制、质量检测、智能物流等方面的发展和应用。

4 结语

从我国资源、能源状况和发展需要来看，非高炉冶炼技术必将在资源综合利用、含铁复合矿、难选选矿、特种矿冶炼等领域实现跨越式发展。