山东墨龙实现HIsmelt连续工业化生产具备5大优势

HIsmelt熔融还原工艺是当今冶金领域前沿技术,经过三十多年的研究开发和工业化生产实践,工艺技术逐步成熟。HIsmelt 工艺是一种全然不同的冶炼方法,是现代氧气炼钢技术与高炉炼铁技术有机的结合,其独特的工艺条件尤其适用于冶炼高磷矿、钒钛磁铁矿以及用于钢厂固废粉尘处理等,可以完全不使用焦炭和铁矿粉造块,具有原燃料适用性强、生产效率高、工艺流程简洁、操作灵活、低碳环保等特点,是解决生产资源贫乏和环保问题的先进冶炼技术。

2005年,在澳大利亚奎那那工厂建成了设计产能为每年80万t的全球首座HIsmelt工业化示范工厂,并开展了连续化的工业化生产。澳大利亚奎那那工厂的生产实践验证了HIsmelt工艺工业规模生产的可行性,但同时也暴露出流化床和熔融还原炉(Smelting Reduction Vessel, 简称SRV)工艺设备故障率过高以及由于渣中FeO含量高导致炉衬耐材寿命过短的问题。受金融危机影响,工厂于2008年12月份关闭,3年多时间共生产生铁38.8万吨。

山东墨龙自2004年以来一直致力于新冶炼工艺、技术、装备的研究以及高端铸造及专用装备的开发。山东墨龙于2012年联合多家合作单位引进澳大利亚HIsmelt技术,并通过进一步优化工艺流程,建设并成功商业化运行了墨龙HIsmelt熔融还原工厂。墨龙HIsmelt创新性提出回转窑+熔融还原炉新工艺流程,相比于奎那那HIsmelt工艺(流化床+SRV)故障率大大降低,作业率大幅提高。针对奎那那HIsmelt炉衬寿命过短的问题,墨龙HIsmelt采用新型耐火材料提高炉衬寿命,通过铝铬砖代替奎那那工厂的镁铬砖,避免了耐火材料侵蚀严重的问题,目前连续生产一年,没有换过炉衬,且没有明显侵蚀。墨龙通过消化吸收再到自主研发过程,通过数次开炉探索,在全球首次实现了HIsmelt连续工业化生产。

我国已是世界钢铁生产大国,生铁产量是世界之首。高炉是我国炼铁生产的主体。经过长时期的发展,它的技术已经非常成熟,但它也存在着固有的工艺局限性。与传统高炉相比,墨龙HIsmelt具有下列5个主要优势:

(1)环保及政策优势。

党的十九大报告提出,建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策,像对待生命一样对待生态环境,统筹山水林田湖草系统治理,实行最严格的生态环境保护制度,形成绿色发展方式和生活方式,坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路,建设美丽中国,为人民创造良好生产生活环境,为全球生态安全作出贡献。从十九大报告可以预见将来我国必将采取更加严格的环保法规。而传统高炉炼铁生产过程非常复杂,除高炉本体外还需要焦化、烧结、球团等工艺,生产过程中产生大量的粉尘、污水、废气等,对环境造成严重污染,所以高炉炼铁流程必将面临巨大环保和政策压力。墨龙HIsmelt通过变革性的工艺创新,取消了焦炉、烧结工序,极大的降低了SO2和NOx的产生、基本遏制了二恶英、焦油和酚的污染排放,环保优势明显。

(2)产品质量好,纯净度高。

墨龙HIsmelt工艺洁净生铁产品相比传统高炉洁净度大幅提升。HIsmelt工艺的生铁具有低Si,低P,低五害(Pb铅,Sn锡,As砷,Sb锑,Bi铋)的优势,因此可进行少渣炼钢,降低炼钢成本。而且由于HIsmelt工艺渣中(FeO)较高,脱磷能力很强, 85-95%磷进入渣相。该工艺非常适合使用中国湘西的10亿吨鲕状高磷铁矿进行冶炼。

(3)资源利用范围广,原料灵活性高。

目前的高炉炼铁流程必须使用块状原料,需要配用质量好的炼焦煤在焦炉内炼成性能好的冶金焦,粉矿和精矿粉要制成烧结矿或球团矿,这两道生产工序不但能耗高,而且采购成本较高。而HIsmelt工艺可直接喷吹传统高炉烧不宜使用的低品位含铁物料,利用低成本的烟煤和无烟煤代替优质炼焦煤作为原燃料进行冶炼,原料物料范围广。同时HIsmelt工艺可利用钢铁企业氧化铁皮、钢铁厂尘泥等各种二次资源,具有更大的原料灵活性。

(4)基建成本及生产成本低。

根据各个钢铁企业修建成本统计,在建设投资上,高炉本体仅占总成本的15%-20%,而高炉的辅助系统的建设投资是高炉本体的4-5倍。各个辅助系统布置串联复杂,同时辅助系统操作需要大量的人力物力,综合成本高。而且焦化、烧结、高炉生产有大量的返矿,带来巨大的二次能源消耗。HIsmelt熔融还原工艺取消高能耗的烧结与炼焦工艺,不用焦炭和造块,直接用低成本的烟煤和无烟煤代替优质炼焦煤,用低品质含铁物料代替烧结矿球团矿,因此无需大型原料混匀场、焦化厂、烧结厂,极大降低了HIsmelt工厂的占地面积和建造成本。同时工厂布置简单,操作简单,原料价格便宜,人力成本低,因此显著降低企业运营成本。以墨龙的HIsmelt工厂为例,总投资项目成本低,占地面积小,仅为是1080高炉占地面积的1/3,成本相比于高炉低200元/t左右。

(5)生产效率高,操作简便,工艺生产灵活。

传统高炉中铁氧化物低温区(570℃1000℃),最终表现为固体碳做还原剂的还原反应,总体传热传质条件差,反应速率低。在墨龙HIsmelt工艺中,煤与含铁物料、溶剂等通过多组喷枪直接喷入铁浴区深处,使煤粉中的碳能够迅速溶解并直接与固态或液态的(FeO)反应,熔融还原反应产生大量上浮气体(H2、CO),使熔池上下翻滚、剧烈沸腾,形成涌泉,传热传质条件极佳,溶解碳还原铁氧化物的速度比固体碳还原速度高出1-2个数量级,而且铁浴中FeO还原速度不受限于反应区的工作状态和铁浴中FeO含量。同时在液相中很难产生较大的温度梯度(±30℃)可以看作等温熔融反应,这种喷泉式沸腾也改善了上部空间燃烧产生的热与铁液之间的传递效率。因此墨龙HIsmelt工艺从根本上破除了高炉还原铁矿石工艺的局限性。

高炉生产具有连续、不间断的特点。高炉开炉之后,整个系统必须日以夜继的进行生产,除了计划检修和特殊事故暂时休风外,一般要到高炉一代寿命终了才停炉。墨龙HIsmelt工艺技术操作简变、灵活,具有快速响应特性,能够对工场厂生产变化以及经济形势变化进行积极调整,化被动为主动。

综上所述,墨龙经过数年的技术研发形成的具有中国特色的墨龙HIsmelt技术,带来原燃料技术革新,使未来钢铁生产不再是污染大户,而是消耗社会废弃物并且为城市提供能源的绿色花园。同时HIsmelt工艺生产洁净生铁产品相比传统高炉洁净度大幅提升,必将带动后续机械制造工艺的革新。考虑我国铁矿资源细精矿多的特点、焦煤产量不足的现状和日益严峻的环保政策, HIsmelt熔融还原技术的发展是我国未来产业突破的方向之一。

来源:北京科技大学