2022年中國非高爐煉鐵行業現狀及發展展望

前言

“十四五”更趨嚴格的能耗“雙控”要求和“雙碳”目標約束，促使鋼鐵行業將碳減排擺在更突出的位置，“做好碳達峰、碳中和工作”已經成為“十四五”的重點任務之一。在全球“脫碳”大潮的背景下，以減少碳足跡、降低碳排放量為中心的傳統鋼鐵冶金工藝技術變革已成為鋼鐵行業綠色發展的新趨勢。鋼鐵行業向低碳轉型給綠色、節能、環保的非高爐冶煉技術迎來了難得的機會。

氫冶金通常是指利用氫氣生產海綿鐵的氣基直接還原工藝或其它富氫冶金技術，氫冶金工藝因其低碳低能耗特征受到業內關注，行業內對于該工藝的探索一直熱度不減。用氫氣代替煤炭，改變能源消耗結構，實現“低碳”甚至“零碳”工藝的產業化，是徹底解決鋼企生產過程中環境污染和碳排放問題的技術方向。

1我國非高爐行業現狀

非高爐冶煉技術分為直接還原工藝和熔融還原工藝。直接還原工藝是使用煤、氣體或液態燃料為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度以下，不熔化即將礦石中的氧化鐵還原獲得固態直接還原鐵( DRI、HBI、HDRI) 的生產工藝。按還原劑可分為氣體還原劑法和固體還原劑法，按爐型可分為豎爐法、回轉窯法、轉底爐法、隧道窯法和流化床法幾種。熔融還原是指不用高爐而在高溫熔融狀態下還原鐵礦石的方法，其產品是成分與高爐鐵水相近的液態鐵水。常用的熔融還原法有Corex工藝、HIsmelt工藝、Finex工藝等。

1.1 隧道窯工藝

隧道窯法單機產能小、自動化程度低、勞動強度大、能耗高。近年對環保和能耗的日益強化，多數隧道窯從煤炭改為煤制氣或天然氣供能，環境問題大幅改善，但也同時大幅增加了生產成本，使得隧道窯發展明顯受限。由于規模小、原料外購為主、得不到穩定的原料供應保證、產品質量波動大，隧道窯較少用于煉鋼海綿鐵的生產。

隧道窯工藝相對簡單、原料、還原劑、燃料容易解決，前期投資小，適合小規模生產，是粉末冶金行業普遍使用的還原生產工藝。近年來隨著鐵精粉品質的提高，高品質鐵精粉原料生產的還原鐵粉質量優異，可應用于高端磁性材料和優質的化工材料，尤其在新能源電池領域應用有大幅增加，使得高端還原鐵的需求量有所增加，2021年以來，一些資源優勢的地方開始再度增加隧道窯生產線。

近年來，隧道窯在國外一些國家得到了一定發展：伊朗、印度等鐵礦資源豐富且缺乏焦煤的國家引進了中國隧道窯工藝技術，生產煉鋼海綿鐵。唐山奧特斯窯爐公司在伊朗Kavian公司一期年產7萬噸項目兩條206米天然氣隧道窯均正常生產，生產效益良好，廠家順利投建了二期項目；伊朗ＫＮＺ一期項目已經完工，2021年6月順利投產。另外，該公司在印度也有隧道窯生產線業績。湖北中基窯爐也有在伊朗建設隧道窯的業績，還有其它窯爐公司也有非洲建廠業績。

 

1.2 回轉窯工藝

國際上常用的煤基還原技術多是回轉窯“二步法”技術，即：采用氧化球團或高品位塊礦加入回轉窯的還原工藝，印度有300余條年產2-15萬噸的回轉窯生產線。2020年印度的直接還原鐵產量為3298萬噸，其中回轉窯工藝的產量為2534萬噸，占比76.8%。天津鋼管公司引進英國DAVY技術的回轉窯“二步法”也證明了這是一種技術成熟的工藝，其單機產能最高達到18萬噸，超過了15萬t/年的設計能力，可生產出TFe>92.0%的高品質煉鋼海綿鐵。目前，這兩條生產線被內蒙古中盛科技拆走，用于其年產60萬噸（4*15萬噸）回轉窯直接還原鐵項目的一期2*15萬噸項目，預計2023年年初建成投入運行。采用“一步法”回轉窯工藝，即用冷固結球團或預干燥球團直接加入到回轉窯中進行還原焙燒，由于球團強度不夠，粉化問題較為突出，面臨一定的生產操作問題。

回轉窯裝置是常用的冶金裝備、容易獲得，回轉窯直接還原工藝技術被廣泛應用于鋼廠塵泥處理、含鋅渣生產氧化鋅等固廢綜合利用，以及鈦鐵礦還原、鉻鐵礦還原、紅土鎳礦直接還原生產鎳鐵，目前建成并生產運行的回轉窯還原生產線有數百條之多，鋼鐵企業近年來鋼廠粉塵利用多是采用回轉窯還原工藝:日鋼、舞鋼、立恒鋼鐵、建邦鋼鐵、美錦鋼鐵、萊鋼、本鋼、晉源、邯鋼、衢州鋼鐵等數十家鋼廠均采用回轉窯粉塵處理工藝。酒鋼煤基氫冶金中試基地(年處理能力8萬噸)也是基于煤基氫冶金技術的回轉窯工藝，經調試改造后于2020年10月份開始進行工業生產試驗。

回轉窯直接還原法在鉻礦還原、鈦鐵礦的還原生產上也取得了不錯的效果,豐鎮市新太新材料公司采用鏈篦機—回轉窯預還原—熱送熱裝工藝生產高碳鉻鐵，電耗降低25%，焦耗降低近50%，產量提高超過30%?；剞D窯直接還原鈦鐵礦的工藝過程是指將合格的鈦鐵礦原料、部分還原煤送至車間日用料倉，按一定的比例配料后用帶式輸送機送往窯尾加料端，經喂料管加入窯內?；剞D窯具有2.5—3°的傾斜度，借助回轉窯的旋轉運動和傾角作用，使裝入的爐料緩慢向排料端運動。燃燒煤及部分還原煤則從窯頭排料端噴入，與定量的一次空氣進行燃燒，產生高溫煙氣。煙氣與爐料成逆流運動，將爐料加熱900-1050℃，不超過1150℃，并將鈦鐵礦還原為高品位富鈦料。國內主要的回轉窯直接還原生產線裝置見表2：