我国直接还原铁发展面临的主要问题和对策

2001-12-06 00:00 来源: 我的钢铁 作者:mysteel
    直接还原铁,简称DRI,代替废钢作炼钢原料,更是生产优质钢,纯净钢不可缺少的原料。随着电炉-连铸-连轧短流程钢厂的发展和电炉钢品种中优质钢、纯净钢的比例增加,直接还原铁成为具备资源条件的地区发展钢铁工业首选项目。我国曾将直接还原铁列为钢铁工业发展方向之一,在“八五”至“九五”期间也曾由国家和地方、企业投资上马了一些项目,但时至今日,直接还原铁在我国并没有取得人们当初所期望的那样长足进展,相反,当初建起来的一些直接还原铁厂,现在有一些生产难以为继,走人进退两难的境地。出现这种状况的原因上什么?发展我国的直接还原铁技术究竟应该注意什么?这是值得我们冶金工作者深思的问题。
    
    一、我国直接还原铁的市场前景
    DRI主要用作电炉炼钢的原料,因此,其市场需求量与两个因素密切相关,即废钢的供应量和对钢的质量、品种的追求。
    我国钢的实际产量1996年就超过1亿t,电炉钢比例已超过20%。近年新建成的和在建设中的?批电炉能力达到1000万t以上,我国电炉钢的实际年产量已达到3000万t以上。若作粗略的估算,以16年前即1985年所生产钢(4679万t)之50%形成当前的废钢,是为4679万t×0.5=2339.5万t,能生产钢(废钢用量按0.9t/t钢) 为2339.5÷0.9=2599.5万t,显然不能满足当今电炉炼钢的需要。我国是发展中国家,工业基础薄弱,基建规模很大,所以钢的社会积累和流失的比例大,使得在未来6-8年左右,废钢的形成量仍然不会大幅计增加,而且可以预见未来我国电炉炼钢的能力将会有较大的增长,因此,我国废钢的供应不足在一段时间内将不会得到缓解,事实上近年我国每年都要进口200多万t废钢。
    虽然我国的钢产量已居世界第一,但结构不合理,低附加值的普通钢过剩,而轿车、家电用钢板和不锈钢、模具钢等高档产品每年进口超过1000万t。现在钢铁发展重点由产量转向质量、品种、效益,随着优质高效钢材产量增长,对DRI的需求增大。按目前国内电炉钢年产量3000万t,配用DRI20%估算,每年需要DRI600万t左右,与我国DRI生产能力60万t,实际年产量只有十几万t相比,差距甚大。
    此外,热铁水对于电炉炼钢是高纯高能原料,但电炉配加热铁水的前提条件是有长期稳定的热铁水来源,对于国内电炉钢厂而言,上游可以使用铁水的现有实施极少。如果在上游建高炉,将使工艺流程增长,基建投资增大,对环保不利。因此,电炉炼钢兑加热铁水工艺,在我国推行受到限制。
    由此可见,DRI在我国属短线和替代进口产品,它的发展可以促进我国钢铁产业结构调整,有利于国家资源综合利用。影响我国直接还原铁产业发展的不是市场,在我国DRI市场前景是好的,应该能取得较好经济效益和社会效益。
    
    二、国内直接还原铁产业发展困难的主要原因
    既然影响我国直接还原铁产业发展的不是市场,那么就只能从工艺、原料供应、效益、建厂条件等方面来分析原因。
    1.国内直接还原工艺
    煤基直接还原回转窑法在工业生产中应用最为广泛,是当前我国直接还原铁工业化发展的主流,分为“一步法”和“两步法”两种工艺。国外几乎全部“两步法”。我国采用“一步法”的直接还原厂较多,“一步法”工艺有一个根本性的问题,即铁精矿富选到Si02为3%―1%以下时,生球在链蓖机条件下(1000℃以下)焙烧,根据球团固结机理,抗压和耐磨强度都达不到合格标准,这主要是在焙烧过程中作为粘结剂的Si02含量不够和发生晶格转变产生内应力,进入还原回转窑,还要发生不可避免的相变,使焙球强度进一步降低。“一步法”看似工艺简单,实际上昂贵的链篦机等设施和技措费并不低于氧化球团系统。由此可见,“一步法”很难达到设定的年产量,兑现不了设计的年经济效益,造成企业效益差。当然,并不能由此而断定“一步法”已没有生命力,技术是发展的,要通过技术攻关和不断地探索,才能作出结论。“两步法”的直接还原厂也还存在一些技术等问题,如回转窑的利用系数偏低;窑中部矿物还原成低价氧化物,易形成低熔点的共熔混合物,导致中区结圈等。因此,“两步法”在前进的道路上还任重道远,有待技术改进和在生产实践中不断总结提高。
    我国近几年各地结合本地的条件,开发了多种直接还原新工艺,值得引起我们的重视。这些工艺方法有的已工业化取得了骄人的成绩,有的正在逐步改进完善,但要真正保证长期的作业率,做到质量好、环保好、成本低、能耗低,达到规模效益,还有许多需要解决的问题,对这些新鲜事物,全面认识清楚有一个过程,在市场竞争的条件下,它们将面临优胜劣汰的局面,要靠未来的实践来检验。
    2.直接还原铁原料供应
    直接还原铁对原料的要求要比高炉更加苛刻,如含铁量要高达65%以上,S、P含量要低,其它微量元素更要严格控制。由于国内主要采用煤基回转窑工艺冶炼,故对原料的物理性能,如原料的强度、耐磨性和人炉粒度等也有严格要求。
    我国的铁矿资源以贫铁矿为主,少量的天然富矿,品位也只有60%左右,这就意味着国内基本没有可以直接供直接还原所需的大型富块矿矿山基地。通过细磨精选,将使这些精矿粉的生产线成本升高,铁回收率下降。精矿粉经脱水、干燥、制粒、焙烧加工成具有一定强度的炉料(球团或压块),或因工艺复杂,设备投资过高,或因工艺技术尚未完善,工艺的稳定性或可靠性尚等解决,成为我国直接还原铁发展的限制性环节,严重的影响着我国直接还原铁的迅速、正常发展。
    国内已查明有许多矿山的细磨再选精矿适合于生产直接还原铁原料球团,但这些矿山在过去发展期间大多仅考虑以本矿山或本地区建设一个小的直接还原铁厂,以满足自身矿产品深加工需求,以致现在国内没有一个直接还原原料供应基地,致使国内许多小型直接还原铁生产厂原料供应渠道不畅,原料成分不稳定,造成产品成分大幅度波动,既影响生产,也严重影响直接还原铁厂产品及声誉。
    3.建设规模和厂址选择
    目前我国已投产及建设中的直接还原铁生产厂已有30多家,除天津钢管公司直接还原铁厂外,多建设在矿山,生产规模较小,均在5万t/a以下,多数隧道窑生产能力在1万t/a?台以下,远未达到经济规模。一些厂矿因投资限制,生产工艺装备不够完善,或工艺方案选择不合理,使生产情况不能令人满意或未能投入正常生产,给许多企业造成沉重的压力。而且,这些工厂因建在矿山,产品因无明确用户,产品长期积压,销售渠道不畅,造成这些工厂难以长期稳定生产。同时,过小的生产规模造成原料供应的稳定性、生产成本、产品销售和使用等诸多方面的问题。例如国外的DRI订货单最小批量通常不小于5000t,而对于年产量2万t的工厂,每三个月才能生产出一个最小供货批量,实际操作十分困难。
    概括起来,主要是建设规模小,缺乏科学决策,技术装备水平低,建设盲目性在,技术和管理粗放,没有形成一定的市场规模,因此也不可能有好的经济效益。
    4.投资、成本与经济效益分析
    中国直接还原铁产业要生存发展,必须注重经济效益,要在保证产品质量的前提下,将吨铁投资和成本都降至千元以下。然而,这几年的生产实践和研究表明,国内现有的几种生产方法都很难同时达到这些指标。
    据国外资料,DRI的生产成本约在80~100美元/t之间,国外铁水价格140美元/t,废钢120美元/t,DRI110―130美元/t;国内市场生铁1100―1200元/t,废钢800―1050元/t,DRI 1100―1400元/t。与铁水、废钢相比,DRI显然没有竞争力,成本降不下来,难以生存。通过对国内回转窑法DRI工厂设计指标统计,单位静态投资2638―1285元/t,单位成本1360―1143元/t,实际指标比这还要高。如天津钢管直接还原铁厂设计静态投资8亿元,年产量30万t,实际投资12.5亿元;密云矿山公司设计静态投资7965万元,年产量6.2万t,实际投资9000多万元;宝钢联合西重所和鲁南化工开发出用煤制还原气通人竖炉还原铁的BL法,宝钢按30万t规模估算,该工艺吨铁投资3000元,成本1100元;隧道窑法投资不大,但能耗高、规模小、生产率低、成本高;哈尔滨斜坡法,由于用耐热金属反应罐,增加了投资和成本,其实际成本达到1300元/t以上。
    造成国内DRI投资和成本高的原因是多方面的、复杂的、其中影响最大的是原料。有关资料分析煤基DRI生产成本构成发现,矿石和煤的费用约占整个成本的70%左右,而其中矿石约占成本的45%。如果使用进口矿石生产,产品成本将高出普通炼钢生铁或废钢20%以上。由此可见,降低原料费用对降低DRI的成本,提高企业经济效益将有重大作用。
    
    三、发展思路和对策
    1.关于工艺方案选择
    气基还原法在我国天然气或煤气资源丰富且价格便宜的地方,是可以考虑选用的。因为该工艺利用系数高,吨铁投资额相对较省,对矿石的理化性能要求也较宽。但对其它地区是不适宜的,因为生产ltDRI,要消耗天然气约450m3,仅燃料费就是约700元;若使用煤气需用1600m3则,燃料费就是近千元,远远高于煤基工艺的用煤价格,这是难以接受的。因此,我国的资源条件决定了我国DRI生产在相当长的时间内将以煤基直接还原为主。当前煤基直接还原法中,回转窑法是已工业化的成熟工艺,但因其单机生产能力小(<15万t/a?台),单位投资高,对原料要求苛刻等问题,实践证明回转窑法并非是理想的直接还原工艺,仅是在其它工艺尚未开发到可以代替它时的一种可实用的工艺。
    目前世界上的DRI产量的90%以上是用气基法生产的,其还原设备以竖炉为主;煤基法产品占总量的10%以下,其中使用回转窑工艺生产的占3.8%;使用反应罐和罐式炉等工艺生产的占4.6%。反应罐、罐式炉、流化床设备均属竖炉范畴。因此从还原设备来说,竖炉工艺是直接还原工艺主流。从还原剂来说,煤基法前景好。因此,结合这两个特点,采用煤基竖炉法,可以借鉴技术成熟的竖炉还原技术,实现还原反应器的高利用率(利用系数),降低对原料的苛刻要求,改善和减少对环境的污染;而且,与回转窑工艺相比,回转窑是钢结构,内衬耐火砖,冷却筒也是几十米长的钢筒,两者均由电力拖动旋转,加之排烟温度高达1000~C以上,粉尘大,必须设置余热锅炉和除尘系统。回转窑的连续运转又要求整个生产线机械化、自动化程度高、投资大,致使生产成本高,采用竖炉工艺就避免了这些问题。因此,煤基竖炉法是一条令人神往的应寄予重大期望的工艺方法。
    此外,煤制气――竖炉还原方法也是一种非常有希望和前景的工艺。当前国内外均开展了大量研究,宝钢开发的BL法,已取得了可喜的成果,加速这类煤制气――竖炉还原工艺开发有着十分重要的意义。
    2.关于原料供应体系
    应采用多种途径寻求和建立优质直接的原料稳定供应基地,解决DRI的矿石资源。
    对于没有原料资源的沿海地区,建立多渠道供应网是国际贸易常规做法,单纯依靠某一个供应商供料,不仅将会受治于人,且使生产经营失去主动权。因此,应广开门路,建立多渠道国外块矿或氧化球团供应网。就目前所知,南非的块矿和秘鲁的氧化球团及印度的矿石都可以用于煤基工艺生产DRI。另外,印度用于煤基工艺的煤炭灰份高达25%以上,用作DRI燃料不是很理想,可以向他们出售低灰份煤基工艺生产用煤,从他们国家进口矿石,当然也可以搞易货贸易。总之,应使矿石来源形成货比多家的格局,以市场经济为杠杆,降低矿石成本。
    国内研制适用于直接还原的氧化球团矿,并选择适宜的矿山,建设具有一定规模的直接还原铁专用球团生产厂,是我国发展DBI生产的有力措施。当然,建设直接的专用球团生产厂,不仅需要较大的生产设备投资,同时还需要矿山进行选矿扩大和改造投资,这需要国家计划部门进行规划,行业的统一组织协调及有关部门的支持。
    我国矿产资源虽然天然富矿少,但铁精矿资源较充足,因此建设直接还原铁专用球团生产厂在资源上是可行的。根据现有资料,迁安、辽阳、本溪、武安、桦甸等地区的铁精矿都符合要求,均有可能建设这类球团生产厂。球团成本都可能达到等于或低于国外同类、同质量的矿石或球团的到岸价格。
    冷固球团是另一种降低DBI原料成本的优选产品。冷固球工艺简单,节省能源,它的开发很可能为DRI发展走出新的路子。因此,冷固球团的研究和工业性试验是十分必要的,应该引起冶金工业的重视和支持。
    3.关于建厂规模和厂址选择
    无论采用何种直接还原工艺方法,都要讲究规模效益,无论是老厂改造还是新建厂,都必须正视这个问题。根据国外经验,回转窑的规模单窑最小效益规模应不小于年产10万t,按目前技术水平,单窑大小最好在年产15万t左右;对于隧道工艺,最小效益规模应不小于年产3―5万to在达到效益规模的前提下,加强技术和生产管理,制订科学合理的作业制度,才可能获得较高的生产效率和合格的产品质量,保证能耗较低,环境保护好,实现长期稳定运转,使企业获得较好的经济效益。
    厂址选择应该充分利用地区资源优势,力争把厂建在原料和燃料产地,不具备条件时,也应该选在靠近原料或者燃料供应地,减少运输费用和运输损耗,可大幅度降低生产成本。但也不能一概而论,在目前市场经济时代,生产必须为用户服务,对用户负责。依托DBI用户或用户集团,在临近用户集中的适宜地区建立具有经济规模的DRI生产企业,可使DRI生产厂有稳定的销售渠道,建立稳定的产销系统。并且,在这种地区建DRI厂,可以考虑由多家用户以投股的形式筹措建设资金,以靠近矿山建设的直接还原铁专用球团厂为原料供应基地,不失为良策。例如,苏南地区已建成10多座60―100t电炉,该地区废钢供应不足已成定局,除供给热铁水之外,还需DRI作为补充和代用品。在这类地区建DRI专业生产厂应是符合钢铁生产发展规律的。
    总之,今后我国直接还原铁的发展和建设,应该根据国情,认真总结我国钢铁工业发展道路,充分吸收国外发展直接还原铁的经验,开创本国特色的直接还原铁道路,避免低水平的重复和由此引起的资金、资源浪费,使我国的直接还原铁生产、技术得以健康、迅速发展。

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