非高爐冶煉技術的發展現狀與展望★

任中盛

（山西工程職業學院， 山西 太原 030002）

1 冶煉熔融還原技術

隨著社會的發展進步以及競爭的不斷加劇，傳統的高爐冶煉技術受到越來越多的壓力和限制，比如安全方面和生態環保方面的要求越來越高，一系列的問題和要求促使治煉的還原技術得到了飛速的發展。冶煉還原及相關技術的研究始于20 世紀60 年代。“九五”期間，在原國家科委的支持下，啟動了國家攀登計劃項目“冶煉還原技術基礎研究”，承德冶金部中試廠建有2 t/h COSRI 半工業聯動試驗裝置，先后進行了兩次試驗，突破了一些關鍵技術難題，取得了階段性成果。

2 Corex、HIsmelt 熔融還原技術的發展現狀

2.1 Corex3000 技術發展現狀

Corex 的技術工藝是在1977 年至1978 年，經過奧鋼聯申請，依托德國政府的財政支持，由此在Corex專用實驗室聯合開發了此項技術工藝。后來，在工業試驗研究的中試工廠又完成了年產6 萬t 的目標。1989 年，南非的ISCOR 公司建成了世界上第一個工業化的Corex 工廠C-1000，年產30 萬t 生鐵，并于1990 年開始正常運行。與高爐治煉相比，它最大的區別就是在主要燃料方面，高爐冶煉主要需要的是煉焦煤資源，而Corex 技術在工藝燃料方面主要是熱煤。這使煉鐵過程不再緊緊依靠煉焦煤資源，同時也利用顆粒較細的礦石提供了實現冶煉還原的可能性和目的性。Corex 技術工藝流程如圖1 所示。

圖1 Corex 工藝流程圖

寶鋼集團于2007 年引進了兩套大型COREX3000煉鐵生產機組，并在上海羅涇建設了冶煉廠還原煉鐵廠，分別于2007 年11 月和2010 年投產。Corex 工藝投入生產后，由于種種原因，生產效果并不理想。2011年，寶鋼集團決定先將Corex3000 爐搬遷至八一鋼鐵公司，該公司在原料和燃料（球團、原煤）方面具有優勢。根據高爐煉鐵原理和成熟技術，進行了31 項技術優化改造。2015 年7 月19 日，成功實現工業生產，因此命名為歐冶爐。主要技術指標見表1。

表1 寶鋼Corex3000 歷年主要技術指標

從Corex3000 技術的初期投入，到達到正常的設計水平，其工藝特征在投入生產后并沒有得到有效的發揮。主要問題如圖2 所示。

圖2 Corex3000 生產運行中存在的問題

2.2 HISmelt 技術的發展現狀

第一個HISmelt 熔融還原爐位于澳大利亞的奎納工業區。1991 年，里約熱內盧Tinto 集團在澳大利亞西部建立了年產量為10 萬t 的HIsmelt 研發工廠。三菱公司（10%）和首鋼集團（5%）共同投資建設HIsmelt 生產線，2008 年金融危機后，該工廠停止了生產；山東莫龍公司于2012 年搬遷澳大利亞奎納納的希斯熔煉廠，并對工藝流程進行了優化和改進。ML-HIsmelt 熔煉還原煉鐵項目于2014 年10 月開工建設，2016 年8 月竣工。每個月完成并投入生產。經過十多次的停爐、開爐的探索和實踐，員工逐漸熟悉了生產操作和設備維護，運行穩定性和能耗有了質的提高。截至2018 年11 月30 日，創下157 d 連續穩定生產的最新紀錄，累計生產鐵水80 萬t 以上，各項生產指標均超過原澳洲工廠。高純鑄造生鐵磷含量低，硅、錳及五種有害元素含量極低。鐵水脫硫符合高端鑄造產品要求。

HIsmelt 過程可以直接使用礦石粉（<6 mm）和非煉焦煤粉（<3 mm）來進行非高爐冶煉，主要特點就是在還原反應和工藝過程中，還原速度較快，傳熱效率也較高，同時由于未采用焦炭，也不存在煉焦和鐵礦粉的燒結，所以其特殊的技術工藝特點常常被用于高磷礦和釩鈦磁鐵礦的冶煉，在鋼鐵廠固體廢棄物處理粉塵上也具有獨特的優勢，同時冶煉還原爐爐襯壽命也成為其典型的關鍵技術，其發展歷程見圖3。

圖3 HISmelt 技術的發展歷程

3 非高爐冶煉技術的未來展望

3.1 發展趨勢

全球煉焦煤資源緊缺，特別是供需關系和價格上漲已經成為阻礙傳統鋼鐵行業發展的重要因素，傳統的鋼鐵生產造成嚴重的環境污染，鋼鐵行業的發展使環境保護面臨著較大的壓力。為實現超低排放轉型，對鐵前環保投入增加約200 元/t；高爐產生大量的返礦、焦化、粉塵等固體廢棄物，必須實現固體廢棄物的綜合利用。在未來，勞動力成本越來越高，需要減少員工以提高勞動生產率。

3.2 發展方向

中國鋼鐵行業面臨的機會鋼鐵流程的優化和高質量發展,利用豐富的國內煤炭資源比較優勢和焦爐煤氣, 并使創新突破生產直接還原鐵煤或焦爐煤氣。美國直接還原鐵的蓬勃發展，對我國鋼鐵工業的創新與發展具有很大的啟示和借鑒意義。

3.3 產業布局

從全世界范圍來看，鋼鐵行業目前的產業布局主要有三種基本形式：一是資源依賴型布局，主要依靠資源的來源方向；另一種是接近交通港口的沿海港口型產業布局，主要指是的沿海大型港口；第三種是接近市場接近型的產品消費市場布局。國外直接還原鐵廠基本布置在電爐廠附近，實現熱裝熱換，降低能耗，降低生產成本。面對更加嚴格的環保政策和對散裝物料產品清潔運輸的要求，中國內陸鋼鐵企業可以考慮在廢料資源占主導地位的內陸鋼廠建設具有一定經濟規模的直接煉鐵廠。此外，對于進口細粒礦資源的利用，也可考慮采用冶煉還原、高爐混合工藝。

3.4 流程優化

近年來，我國的廢鋼鐵工業發展迅速。煉鋼廠每年廢鋼使用量已達3 億t 左右，鋼鐵工業的發展中不論是直接還原或熔煉還原（HIsmelt）電爐煉鋼的短過程（或直接還原與大型鑄鋼的連接），將為大型鋼鐵企業的改造升級提供強有力的技術和生產經驗支持。長工藝與短工藝的融合將成為中國特色鋼鐵產業發展的道路，大力推進非高爐煉鐵綜合發展，實現我國鋼鐵產業的綠色發展、轉型升級。

3.5 智能制造

提高非高爐煉鐵智能制造水平，重視人工智能在非高爐煉鐵過程決策管理、過程控制、質量檢測、智能物流等方面的發展和應用。

4 結語

從我國資源、能源狀況和發展需要來看，非高爐冶煉技術必將在資源綜合利用、含鐵復合礦、難選選礦、特種礦冶煉等領域實現跨越式發展。