非高炉炼铁与高炉炼铁能耗比较

作者： 出处： 更新时间： 2009年09月29日

高炉炼铁技术已有数千年的发展历史，在20世纪以后得到不断地完善和提高，已是一个比较成熟、先进的生产工艺流程，在多方面表现出许多优势。那么它又和当前部分钢企所采用的非高炉炼铁技术在能耗方面各有怎样的不同。本网专家顾问王维兴就此做了全面的分析对比。

2008年全世界高炉生铁产量为9.43亿t，直接还原铁产量为6850万t（其中气基产量为5090万t，占总产量的74.3％）直接还原铁产量占世界铁产量的6.76％，比上年度增长1.8％。说明目前生铁的生产仍是以高炉流程为主，并且在短期内不会得到较大的改观。非高炉炼铁与高炉流程相比较是具有一定的优势，主要是体现在可以不用或少用主焦煤，减少高炉流程所必备的烧结、球团、焦化工序的污染物排放等。目前，非高炉炼铁生产指标比较好企业，所要求原燃料条件是比较高，使用天然气为燃料，生产的规模与大型高炉相比还是比较小。总之，大多数非高炉生产企业是在特定条件下组织的生产。这就是目前全世界非高炉炼铁生产没有得到普级的根本原因。目前,我国所发展煤基直接还原铁工艺技术设备尚存在一定不足,在成本,能耗,质量和规模等方面有不同程度的差距还需要继续进行深入研究和开发。

1、 为什么高炉炼铁流程能够长期不衰

　　高炉炼铁技术已有数千年的发展历史，在20世纪以后得到不断地完善和提高，已是一个比较成熟、先进的生产工艺流程，在多方面表现出许多优势。

1.1高炉是个高效化的竖炉

　　高炉生产是个煤气和炉料逆向运动的反应器。高热值的煤气从炉缸均匀地上升，而炉料从炉顶按一定规律布料后连续下降。由于高炉是具有一定高度的竖炉，炉料在这个竖炉中可以得到充分地预热、还原、熔融,滴落、生铁在炉缸内渗碳以及炉渣和生铁的改性等物理化学过程。在高炉内能源得到合理充分利用.在转底炉中被还原的球，大多数是中上层受到煤气加热和还原，而在底部接触煤气就较弱。所以，在转底炉中，只能布一层球。如果球有布二层以上的现象，在底部的球就几乎接触不到还原气和热量，也就不能被还原。

1.2炉料在高炉内有一半左右是进行间接还原

　　炼铁学理论说明，铁矿石进行直接还原是个吸热反应，进行间接还原是个放热反应。 在高炉内约有50％的炉料是进行间接还原反应。所以，高炉炼铁要比直接还原铁工艺要少用能源。

1.3高炉是个高效能源转化器

　　在高炉内焦炭是起4个作用：与氧气反应生成CO、CO2，同时放热，是炼铁的主要热量来源，也为铁矿石间接还原提供充足的CO。焦炭在高炉内是起骨架作用，支撑着炉料，同时起着透气窗的作用，使煤气在高炉内可以均匀，阻力较小地运动。焦炭还对生铁起到渗碳作用，可以使生铁质量合格，实现生铁中的铁、碳平衡。焦炭在炉缸中有填充作用。高炉休风时，炉缸是被焦炭填满，有利于快速恢复生产。

　　非高炉炼铁所用的气源需另外供应。煤基直接还原工艺是要建设专门的造气装置，而且要求CO+H2含量要大于 ％。煤在转换为还原气过程中是要有较多的能量损失，并且投资和运行费用也较高。这是目前煤基直接还原工艺生产成本高的主要原因之一。

　　焦炭在高炉内少部分转换为煤气,热风炉的热风热量是依靠燃烧45%左右高炉煤气而获得的. 热风热量占高炉炼铁所需热量的19%左右.所以说高炉是个高效能源转化器,能耗利用率高。

2.、高炉与非高炉炼铁能耗比较

2.1重点钢铁企业能耗分析

2009年上半年我国重点钢铁企业高炉工序能耗为414.32kgce/t，烧结工序为55.23kgce/t，焦化工序为116.49kgce/t，球团工序为31.31kgce/t。计算1t生铁生产所需要的能耗（包括烧、焦、球、高炉工序）具体分析如下：

焦化工序：2009年上半年重点企业炼铁焦比为373kg/t。冶炼1t生铁焦化工序能耗为：116.49kgce/t×0.373＝43.45kgce/t。

烧结工序：冶炼1t生铁需要消耗铁矿石为1674kg/t，在炼铁炉料结构中烧结矿的比重按75％计算。冶炼1t生铁烧结工序能耗为：55.23kgce/t×1.674×75％＝69.34kgce/t。

球团工序：冶炼1t生铁需用球团矿量为（炉料结构中球团矿占15％）1674kg/tΧ15%=251.1 kg,冶炼1t生铁球团工序所需的能耗为：31.31kgce/t×0.2511＝7.86kgce/t。

　　全国重点钢铁企业冶炼1t生铁炼铁系统所消耗的能耗为：43.45kgce/t+69.34kgce/t+7.86kgce/t+414.32kgce/t＝534.97kgce/t。

太钢炼铁系统能耗分析

2009年上半年太钢炼铁工序能耗为356.02kgce/t，烧结工序能耗为48.35kgce/t，焦化工序能耗为62.07kgce/t，球团工序为16.90kgce/t；炼铁炉料结构为：烧结77.35％，球团矿11.51％，入炉焦比为301kg/t。

　　按本文2.1节中计算方法可知，太钢冶炼1t生铁炼铁系统所需的能耗为：18.68kgce/t（焦化）+62.50kgce/t（烧结）+3.25kgce/t（球团）+356.02kgce/t（高炉）＝440.55kgce/t。

　　结论：2009年上半年全国重点钢铁企业冶炼1t生铁，炼铁系统所需要消耗的能源为534.97kgce/t；同期太钢生产1t生铁炼铁系统所消耗的能源为404.55kgce/t。

非高炉炼铁的能耗

2008年5月是宝钢COREX-3000燃料比较好水平，为987.1kg/t（其中焦炭占20％）。2009年C3000的燃料比下降到800kg/t左右。

2008年4～7月韩国FINEX的煤比在700kg/t左右

　　我国煤基直接还原铁生产工序能耗大多数在800kg/t以上，个别的企业在1.0t/t以上。

　　非高炉炼铁工艺的能耗高主要原因是，所产生的大量高热值煤气没有得到循环利用或科学利用。目前，大多数是用煤气去发电。而煤气转变为电能的能源利用效率是在32％～45％。

3、 关于发展非高炉炼铁技术探讨

　　非高炉炼铁是21世纪全世界钢铁界的前沿技术，是技术发展的方向，尚存在较多重大技术问题需要进行突破。如所产生的煤气如何进行整治，得到回用，熔融还原如何减少对焦炭的依赖，用普通铁精矿进行非高炉炼铁工艺经济性的提高和技术的提升等。

　　根据我国资源、能源条件的限制，我国的炼铁生产技术工艺将在较长一段时间内仍将是以高炉流程为主。而且,目前高炉生产流程的能源和污染物排放均是优于非高炉生产流程。特别是在生产规模、投资和生产成本等方面高炉流程是占有比较大的优势。

　　在经济实力和技术水平较高的企业和研究单位，应当抓住主要矛盾，进行深入的非高炉炼铁技术开发，借鉴国内外已有的各方面的经验使我们少走弯路，提高效率和效益。目前我国不宜再忽悠一批企业上非高炉炼铁项目。

3.1 转底炉应用范围

转底炉处理钢铁企业产生的含铁尘泥是具有优势。因为这些含铁尘泥中含有碱金属（K、Na）高，并有铅、锌等对高炉生产有害的金属。采用转底炉去处理掉含有害杂质的尘泥是科学的方法。因转底炉在生产规模、能耗、生产成本等方面尚有不足之处。所以转底炉不能做为钢铁企业生产的主流程。目前，转底炉还有布球、出球、 等方面须要改进的地方。

3.2 直接还原铁要高质量

　　一些直接还原铁企业将产品定位于给高炉使用。因为他们的产品金属化率不高，含有害杂质多，电炉企业不愿意用。因为电炉企业使用这些低质量的直接还原铁之后，能耗上升、金属收得率低，产量和质均受到影响。

　　高炉炼铁使用金属化炉料后，是有降低炼铁燃料比的作用,可使高炉炼铁减少CO2排放.。但是，用系统节能的观点去进行分析，就会发现，采用金属化率高的炉料之后，炼铁系统的能耗是比较高的，且生产成本升高较多。2007年德国专家曾对此有过系统的分析。因为生产金属化率高的炉料所需的能耗和成本也是比较高的，虽然高炉使用金属化率高的炉料会有一定效益，但抵偿不了原料准备的代价。从技术发展方向看，发展金属化高的烧结矿和球团矿是冶金学的发展方向。所以，应加强这方面的技术开发。

　　我国直接还原铁质量上普遍低于世界水平，这与我们所用的原料质量低有关。我国在选矿技术上已有较多突破，建议企业要充分利用高水平的选矿技术，将所用铁矿石的品位提高，同时可去除一些有害杂质，对所用的矿石进行再选，以经济上、产品质量上是有利的。

从能量守恒德角度，不管是还原过程是吸热反应还是放热反应，最终还是由煤或者焦炭来提供热量的；

高炉冶炼需要的焦炭跟烧结矿，其生产过程都是需要经过成品冷却的过程，这中间都有热量的浪费；

转底炉直接还原采用热装工艺，可以有效避免能量的损失。

何以见得？一般煤气发生炉或者水煤浆制气都可以满足直接还原工艺的要求。

如果考虑热装，直接熔分就无此问题。