日本毛片高清观看

返回首頁 站點地圖 加入收藏 English
 
首頁 > 技術交流 > 技術論文
直接還原電爐煉鋼工藝的發展趨勢
发布时间: 2016-03-28 來源:東北特鋼 浏覽人數:18833
 

 

  在全球鋼鐵工業陷入低迷、困惑之際,如何走出鋼鐵業的“寒冬”是人們思考的問題。用世界的眼光,從長遠與當前相結合的角度,理性分析全球鋼鐵發展的挑戰、機遇和趨勢,對探索我國鋼鐵發展新方向具有重要意義。
  1 全球直接還原電爐煉鋼工藝正步入成熟期
  直接還原電爐煉鋼工藝步入成熟期的主要標志如下。
  (1)世界直接還原鐵産量大7000萬-8000萬噸
  世界直接還原鐵産量從20世紀70年代的80萬噸提高到2014年的7455萬噸,增長了進100倍。特別是進入21世紀,直接還原鐵産能的發展更爲迅速,北美到2016年後將釋放産能1200萬-1500萬噸,印度直接還原鐵産能將達到4000萬噸,成爲世界直接還原産能最大的國家。專家預測,2020年全球直接還原電爐煉鋼的産量在總量將占總産量的16%。
  (2)氣基豎爐直接還原鐵生産技術發展方興未艾。
  兩種典型直接還原技術競爭、融合、相向發展。當今世界上有兩種典型的直接還原鐵生産工藝,及MIDREX工藝和HYL工藝。這兩種工藝屬于氣基豎爐生産工藝,兩種技術具有各自的特點和優勢,它們推動著全球直接還原電爐煉鋼工藝的發展。
  1)MIDREX工藝
  MIDREX工藝中天然氣在熱裂解過程發生重整反應,如(1)式和(2)式。
  CH4+H2O=CO+3H2    (1)
  CH4+CO2=2CO+2H2   (2)
  這種反應在裝有純鎳的重整器中進行,並噴入大量水蒸汽,發生水煤氣反應(如(1)式),增加還原性氣體産率,降低氣體原料消耗。依此原理,還原過程的水不外排,返回原料氣中增濕,還原過程中産生的CO2,不進行回收,同樣返回原料氣中,經過大容量重整裝置,將H2O和CO2重整爲H2+CO。這種工藝流程在印度JSW直接還原鐵廠已有多年的踐行,不僅簡化裝備流程,還大大改善了工廠的生態環境,這是MIDREX工藝技術優勢之一。
  MIDREX工藝在豎爐內發生還原反應,見(3)式和(4)式。
  Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O    (3)
  Fe2O3+3CO=2Fe +3CO2   (4)
  由此可見,重整反應和還原反應分別在兩個設備中進行,重整過程消耗純鎳,這對鎳短缺的國家和地區,增加了額外的負擔。
  2)HYL-ZR工藝
  HYL-ZR工藝最大的特點之一是在重整過程中不加純鎳催化劑,而是利用還原反應器中純鐵作催化劑,催化鐵精礦的還原反應。在還原反應器中同時發生三種化學反應。
  1重整反應:CH4+H2O=CO+3H2,CH4+CO2=2CO+2H2 
  2還原反應:Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O ,Fe2O3+3CO=2Fe +3CO2 
  3滲碳反應:Fe2O3+3H2= 2Fe+3H2O
  這三種反應在高溫(1050℃)、高壓(6巴)的條件下進行,故産生DRI高質量(DRI的金屬化率達94%-96%)、高碳(DRI的碳含量達4%-6%)和高效的生産效率。可以實現産品高質量、高金屬收得率、低能耗、低水耗、低排放的生産效果。
  3)直接還原裝置單模塊生産規模不斷擴大,爲大型聯合鋼鐵廠生産直接還原鐵,創造大型裝備能力的條件。
  近年來,有直接還原電爐煉鋼工藝不斷成熟和發展,帶動了直接還原裝置的單模塊生産能力不斷擴大。工業化投産裝置統計表明,還原裝置生産能力由原來的年産20萬噸,發展到50、100、160、200、250萬噸,並在挑戰300萬噸,這意味著直接還原技術具有挺進大型傳統鋼鐵企業的可能性。美國紐柯鋼鐵公司引進250萬噸直接還原裝置于2013年12月順利投産,爲全球大型鋼鐵廠生産直接還原鐵開辟先河。另外,美國鋼鐵公司將永遠關閉240萬噸高爐,用160萬噸電弧爐煉鋼所代替。
  4)制約直接還原發展的資源問題實現突破。
  實驗證明,直接還原入爐爐料的適應性有較大的提升,如鐵礦球團礦、塊礦、配合高爐球團入爐,均可生産出高質量的DRI。制約氣基豎爐直接還原發展是氣體資源問題,用頁岩氣代替天然氣生産直接還原鐵,推動著直接還原鐵的生産發展。
  實踐證明,對當代直接還原工藝和設備,不進行任何的改動,采用焦爐煤氣和煤制氣完全可以生産高質量的直接還原鐵,從而開辟了直接還原工藝新的氣體資源,使天然氣短缺地區生産直接還原鐵成爲可能。特別是利用焦爐煤氣生産直接還原鐵,將是大型鋼鐵企業的一次能源和創新。
  5)直接還原工藝與電爐煉鋼合理結合、整合,將使當代煉鋼技術發生了1+1大于2的效應,特別是熱直接還原鐵熱送到電爐不僅縮短、簡化了煉鋼流程,而且大大降低電爐電耗。
  2 直接還原電爐煉鋼工藝挑戰傳統高爐工藝
  由于直接還原電爐煉鋼工藝日趨成熟,大有挑戰高爐工藝之勢,特別是前者顯現出的優勢,對後者提出多方面挑戰。
  首先是环保减排倒逼效应。众所周知,当今的钢铁企业污染严重工序集中于炼铁、烧结、焦化,这三个工序产生的污染占整个钢铁联合企业的85%-90%以上,特别被世界卫生组织公认的致癌物(二恶英)全部发生在烧结和焦化工序。据统计,PM2.5 80%-90%发生在以上三个工序,而钢铁企业中M2.5发生量占全部工业企业的15%以上。因此在钢铁制造流程中,取消以上三个工序,成为钢铁企业治理污染颠覆性思路。经研究,直接还原电炉炼钢工艺流程可全部或部分取消以上三个工序。
  其次是提質增效效應。當今鋼鐵企業普遍面臨的問題是鋼鐵産品質量低,不能滿足供給側需求,造成市場低迷,當然鋼鐵的生産成本高也是市場不暢原因之一。直接還原工藝生産的鐵是純淨鐵,采用直接還原鐵爲原料,進行電爐煉鋼,可以生産高純淨鋼。資料表明,全球70%的純淨鋼是由純淨鐵、電爐煉鋼生産的。由此不難看出,高爐流程向直接還原電爐工藝轉換是當今高爐企業體質增效的重要途徑。
  第三,直接還原電爐煉鋼具有成本優勢。國外資料顯示,典型鋼鐵廠高爐噸鐵的生産成本要高于氣基直接還原電爐煉鋼生産成本。因此,直接還原電爐煉鋼工藝可以提高鋼鐵工業流程效能,大大降低噸鐵生産成本。
  另外,去年鋼鐵工業的産能過剩,倒逼鋼鐵廠減産、停産。從某種意義而言,鋼鐵的減産、停産,又爲大型鋼鐵廠的技術改造,轉型升級創造了條件和機遇。
  3 聚焦全球直接還原電爐煉鋼的發展挑戰未來
  通過多全球鋼鐵工業發展方式的剖析,不難看出,世界鋼鐵工業正沿著新的創意路線圖前行。
  (1)直接還原電爐煉鋼短流程工藝將占更大的市場份額。
  預計未來的10年,由于“頁岩氣革命”引發直接還原工藝革命,直接還原鐵産量將占全球鐵産量的16%,屆時直接還原鐵産量將達到2.0億噸。表1顯示出未來北美氣基直接還原鐵項目。
表1 北美氣基直接還原鐵項目
公司名稱
設備建設地
年産能,萬噸
啓動時間
紐柯鋼鐵公司
路易斯安娜州
250
3013
紐柯鋼鐵公司
路易斯安娜州
250
2015年以後
奧鋼聯
德克薩斯州
200
2016
博恩格鋼鐵公司
俄亥俄州
100
2016年以後
埃薩鋼鐵公司
明尼蘇達州
250
2016年以後
美國鋼鐵公司
明尼蘇達州
160萬噸電弧爐
2016年以後
 
  直接還原鐵+電爐煉鋼工藝是未來煉鋼重要的發展方向。用100%的直接還原鐵或50%的熱高爐鐵,在電爐中煉鋼,可以實現提高能源利用率和資源利用率的效果。
  由于缺乏煉焦煤資源,印度煉鋼工業優先發展直接還原煉鐵,印度直接還原鐵産量達3500萬噸,高爐鐵爲3500-4000萬噸。進度鋼鐵協會謀劃的未來鋼鐵生産發展方式爲50%高爐鐵+50%直接還原鐵+電爐煉鋼短流程生産工藝,經鋼鐵長流程與短流緊密整合,以應對鋼鐵技術的新挑戰。
  (2)球團加直接還原鐵煉鐵技術將得到進一步發展。
  球团+直接还原铁是未来炼铁技术发展方式之一,即铁精矿100%生产球团矿,用100%的球团生产直接还原铁,这样可以减少高炉炼铁对焦炭的依赖,化解高炉炼铁高能耗、高成本、高污染的困惑。在美国电力炼钢中,使用65%-70%直接还原铁作为熔化废钢的稀释剂,可生产出高等级、高附加值的钢材,直接还原铁中高碳含量还有化解电炉 炼钢有氮危害的功能。
  (3)世界傳統鋼鐵廠中,高爐煉鐵的長流程仍占霸主地位。天然氣資源富裕的國家和地區直接還原電爐煉鋼短流程工藝發展迅速,但受到天然氣資源及價格的制約,尋找大量的高化學能的氣體資源代替天然氣,成爲直接還原鐵生産的重要課題之一。高爐煉鐵長流程的煉焦生産過程中産生大量的、高化學能的焦爐煤氣,爲直接還原鐵生産提供大容量的氫氣資源,爲天然氣缺少地區生産直接還原鐵構建了新的發展路線。
  (4)根據不完全統計,中國焦爐煤氣的發生量每年可達2000億立方米。衆所周知,焦爐煤氣中含氫爲60%-62%,是高化學能的還原劑,應作爲煉鐵過程的原料而不是作爲加熱過程的燃料使用。氫氣的熱值低,僅爲天然氣的三分之一,作爲燃料使用,效率太低。在我國鋼鐵生産過程中,焦爐煤氣全部或部分用于生産直接還原鐵,將大大提高焦爐煤氣的利用效率,推動我國直接還原電爐煉鋼短流程的進步和發展。因此,我國未來鋼鐵業應該發展高爐煉鐵長流程+焦爐煤氣直接還原電爐煉鋼短流程整合流程。
  (5)直接還原技術是氫冶金在煉鐵過程的應用。經研究,氫的還原潛能是CO的11倍。氫在礦石中的滲透速度是CO的5倍。故氫冶金的還原效率和速率大大高于碳冶金,用焦爐煤氣生産直接還原鐵,是氫冶金煉鋼的可行實踐,將大大提高煉鐵裝備的效率,降低煉鐵過程的能耗和CO2排放量。
  (6)氫冶金的基本原理是Fe2O3+3H2= 3Fe+2H2O,從反應式中可以看出,反應後的産品是鐵+水,不是鐵+CO2。因此,理論上可以大大減少CO2的排放。氫冶金是煉鐵過程,它可以降低CO2排放量,理論上的突破,推動未來綠色鋼鐵的發展。
  (7)國外資料顯示,與高爐鐵相比,直接還原鐵生産成本降低40%,節能30%,CO2排放量減少38%。
  4 結語
  近年,由于頁岩氣生産技術的突破,引發美國能源結構的變革,進而引領直接還原電爐煉鋼工藝新發展。用頁岩氣代替天然氣生産直接還原鐵可大大降低生産成本。用同樣生産規模進行比較,直接還原鐵生産工藝CO2排放量是高爐工藝的1/3,設備投資額是高爐的一半。從而引起美國氣基直接還原鐵裝置超常規的發展,美國氣基直接還原電爐煉鋼工藝發展趨勢不能不給鋼鐵大國—中國,帶來啓迪和啓發。
 
 
 
摘選自《世界金屬導報》2016年第9期
上一篇:行業信息
下一篇:100t DC EAF-LF-VD-CC流程硫易切削钢SAE1144的生产实践
 
站點地圖 法律聲明 隱私政策 聯系我們
版权所有:日本毛片高清视频_日本毛片高清免费视频_日本毛片高清观看  品牌网站建设:
遼ICP備05005497號