熔融还原炼铁的优与劣、得与失

徐少兵 许海法

由于全球钢铁资源的变化和环保要求的提升，非高炉炼铁技术越来越受到业内的关注。其中，熔融还原技术（COREX、FINEX）是目前非高炉炼铁技术中工业化应用较为成熟的工艺，我国宝钢（现属宝武集团）也在COREX方面进行了生产操作实践、探索与创新。但是，熔融还原炼铁技术目前还存在不足和缺陷，未来的发展还有一些问题须要注意。

全球熔融还原炼铁的发展

浦项FINEX技术。1995年，韩国浦项从奥钢联引进了COREX2000，并在此基础上，历时10余年、投入10余亿美元，对一些关键技术进行攻关，于2007年4月在韩国浦项建成了150万吨的FINEX产线并投入商业化生产。从有关韩国浦项的报道来看，其宣称FINEX工艺与传统炼铁技术相比，铁水成本可降低近20%，总体投资是高炉流程的80%，环保水平与COREX相当，铁水质量与高炉、COREX炉相当，设备利用率与COREX炉相当。但从目前该技术的推广进程来看，情况应该没有这么乐观。FINEX工艺的核心技术是流化床还原技术，但流化床使用精矿粉的稳定性、预还原矿粉的压块和煤压块技术的稳定性、生产成本和投资等问题还有待生产的检验。近年来，浦项计划在印度和越南的新建钢厂中推广使用FINEX技术,并将其作为浦项进一步增长和全球化推广的关键技术。

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HIsmelt工艺。HIsmelt工艺是一种直接使用粉矿、粉煤的铁浴熔融还原炼铁工艺。力拓于1982年开始研发该工艺，建设的HIsmelt示范工厂于2005年4月开炉、2008年12月份停产。2009年，力拓与塔塔钢厂的CCF工艺结合，开发HIsarna工艺，2011年6月开始工业实验，一共实验了2个月，最长连续实验时间为12h。由于石灰喷枪出故障，后又遇到欧洲钢厂经济危机，实验停止。HIsarna工艺属于非高炉炼铁的前沿技术，使用铁浴熔融炉作为终还原设备，采用高氧化性炉渣操作，因此在高磷矿、钢厂含锌粉尘等特殊矿处理方面有优势，该工艺后续进展值得关注。

COREX技术。COREX工艺的开发始于上世纪70年代末，由德国KORF工程公司和奥钢联联合进行。目前,世界上比较受关注的COREX有如下几家：韩国浦项厂(Pohang)一座C2000 COREX炉，产铁水60万吨～80万吨,于1995年投产；印度JINDAL厂两座C2000 COREX炉+直接还原竖炉，年产铁水2×80万吨，第一套装置于1999年12月投产，第二套装置于2001年8月投产；南非SALDANHA厂一座C2000，为COREX炉+直接还原竖炉，年产铁水65万吨，于1998年12月投产；我国宝钢集团八一钢铁（现属宝武集团），由罗泾搬迁来COREX-C3000，年产铁135万吨，于2015年6月18日点火送氧并成功出铁，并维持日产铁3000吨的水平，后因新疆地区钢铁产能严重过剩，经济效益下滑，以及事故检修而停产。

宝钢COREX炉的应用与发展

罗泾COREX建设和使用情况。宝钢1号COREX炉于2007年11月8日投产，从运行近4年的生产实践看，主要技术经济指标呈逐年改善趋势。2010年公司加大对COREX炉生产技术攻关力度，一些主要技术经济指标明显得到提升。

4年间，宝钢为了提升COREX成本竞争力，重点在以下4个方面加大了攻关力度：提高产能和作业率，发挥规模优势；降低配矿成本，提高入炉块矿比；降低配煤成本，使用性价比较高的煤种；降低燃料比和焦比，减少燃料消耗。攻关取得了较好效果：块矿使用比例接近45%的设计值；燃料比逐步稳定，达到900kg/t~1000kg/t；稳定和提高竖炉的金属化率，减少DRI螺旋和下降管堵塞次数；大幅减少风口破损数量，持续改进了铁水质量。从4年间的生产情况看，宝钢基本掌握了COREX生产工艺和技术，也实现了设备的达产达标。

宝钢COREX搬迁八钢的原因和使用情况。罗泾COREX炉的原燃料主要来自进口，按照奥钢联的设计，需要60%球团+40%优质块矿，焦炭比例达到25%，同时，由于设备的稳定性和可持续生产能力偏弱，铁水成本和高炉铁水成本相比，不具备竞争优势，基本要比同期高炉铁水成本高出20%~50%。而且罗泾在COREX炉后续匹配的是中厚板产线，在2010年~2012年间，国内中厚板市场供大于求，厚板价格下降明显，导致罗泾中厚板厂盈利能力严重不足，持续处于较大亏损状态。与此同时，从资源禀赋看，宝钢集团下属的八钢公司地处新疆，煤炭资源丰富，同时铁矿石资源也比较符合COREX使用特点。八钢经过反复技术论证，提出立足新疆资源特点，积极开发具有八钢特色的熔融还原技术。经过反复论证和审慎决策，宝钢集团在2012年做出拆迁COREX炉至八钢的决定，并于2015年6月18日在八钢点火成功。

COREX炉在八钢重建后，经过了约70余天的生产运行实践，后因新疆地区钢铁市场供给严重过剩，以及经济运行需要，进行停产检修。但COREX炉在八钢运行的70余天情况显示，开炉过程稳定可控，总体生产状况较为顺利，熔炼率、燃料比均达到预期目标，累计铁水产量为15.02万吨，最高日产曾突破4000吨，燃料比曾降至730kg/t，焦比降至430Kg/t，氧耗随燃料结构变化逐步降低，铁水质量也逐步能满足后道工序要求，铁水成本基本接近八钢2500m3高炉成本区间，工作人员基本掌握了在八钢原燃料条件下COREX炉的操作规律。

对发展熔融还原炼铁的思考

熔融还原炼铁工艺的竞争力应当体现在对资源、能源的适应性和有效利用，以及对环境保护的优越性等方面，目前这些方面尚有大量问题须要攻关。客观地讲，目前熔融还原的几种主要工艺，如COREX、FINEX和HIsmelt工艺在原燃料的适应性、工艺与设备的稳定性、生产操作的难易程度，以及铁水成本竞争力和生产规模方面，与传统大高炉相比还是有一定的差距。但是，宝钢通过近几年在COREX技术方面的实践和探索，也发现熔融还原炼铁工艺的一些独有的优势和自有的竞争力。因此，要客观地看待这种新工艺的劣势和优势，不能武断地认为熔融还原炼铁工艺如COREX炉不具备与大高炉竞争的能力，也不能完全肯定熔融还原炼铁工艺是一种经济、环保、先进的生产工艺。

若要让熔融还原炼铁工艺发挥最大效能，能成功替代大高炉工艺，在铁水成本上体现竞争力，则必须让熔融还原炼铁工艺在特定的资源禀赋条件下，合理优化炉料结构和燃料结构，充分利用熔融还原炼铁工艺的副产品如煤气等资源，才能实现这一目标。具体来看，应该从以下几个方面进行努力：

一是提高能源的综合使用效率，积极开发熔融还原炼铁工艺副产品的利用价值，降低能源成本，提升成本竞争力。以COREX炉为例，单从能源利用方面讲，高炉一般是300kg/t～420kg/t冶金焦+200kg/t～135kg/t煤粉，折合综合能耗为481.0kgce/t～588.5kgce/t；COREX一般是987kg/t的燃料比，甚至更高。同时，传统高炉炼铁是热风炉提供了炼铁所需的19%左右的热量，而热风的来源是由约45%高炉煤气燃烧获得，是廉价的。熔融还原装置没有热风炉装置，也不能用热风，是用氧气（不能加热）。因此，COREX炉在能源利用上具有先天劣势，要解决这一问题，必须结合COREX炉工艺特点，积极开发COREX副产品的利用价值，特别是新型冶金—煤化工耦合新工艺的探索研究，如研究煤气生产甲醇等，系统降低COREX工艺的能源成本。

二是进一步完善熔融还原炼铁工艺，提高设备的稳定性、可靠性和经济性。熔融还原炼铁工艺作为一种新兴工艺，其在工艺设备稳定性方面尚有许多待改进的地方，须要通过不断的实践来提高工艺的稳定性和设备的可靠性，提高生产稳定性，提升作业率。从宝钢COREX生产实践来看，提高生产设备的稳定性是降低生产成本最为重要的保证。具体而言，就是要在装备和生产操作方面，加强设备的长寿管理和维护，提高设备稳定运行能力，优化改进关键设备，探索合理的操作制度、优化煤气流分布，从而获得高而稳定的金属化率、合格而稳定的铁水质量，减少竖炉黏结、下降管堵塞和风口破损等顽疾，延长竖炉清空周期，提升作业率。

同时，因为熔融还原炼铁工艺稳定性较差，容易导致钢铁联合企业生产的整体波动，所以熔融还原炼铁工艺比较适合与传统高炉配合使用，高炉和熔融还原炼铁工艺之间在资源和能源利用方面也可以互补。

三是结合资源禀赋和外部环境，建立最具成本竞争力的熔融还原炼铁工艺产线。一般来讲，熔融还原炼铁工艺在原燃料方面要比高炉要求更加挑剔和严格，导致采购和冶炼成本偏高，在生产成本上竞争不过高炉流程。因此，未来熔融还原炼铁工艺发展的一个主要方向，就是结合资源禀赋和外部环境，提升熔融还原炼铁工艺对资源的普适性和对劣质低价资源的广泛使用效率，优化配煤配矿，提升成本竞争力。在燃料方面，要拓展煤种使用范围，大幅降低优质焦炭使用比例，研究粉煤压块技术，结合本地资源禀赋使用燃料。在用矿方面，要扩大块矿使用范围和比重，研究烧结矿入炉使用情况，配矿方面进一步降低成本。此外，要研究开发熔融还原炼铁工艺综合利用各类废弃物的技术，变废为宝，实现降本增效。