直接还原与熔融还原 解读COREX技术优势与发展前景

摘要：

作为熔融还原炼铁流程中的一种，COREX采用预还原竖炉+熔融气化炉的纯氧炼铁流程，目前已经工业化。韩国浦项、印度金达尔和南非萨尔达纳共4套COREX设备的成功运行．已充分证明COREX工艺是除传统高炉技术之外的一个成熟的工艺流程。比如，金达尔的2套设备运行的这几年间，其产品质量、特别是生产能力，均超过了预期的指标。加上不断丰富的操作经验，以及COREX工艺本身的发展。使得工艺投资成本明显下降，同时生产率大幅度提高。本文分析了COREX工艺的特点，原、燃料的性能要求，技术经济指标，讨论了其发展前景和进一步研究完善的方向

关键词：炼铁，COREX，奥钢联，发展现状

引言：

熔融还原炼铁是当代冶金工业前沿技术之一，它的开发应用是对传统高炉炼铁工艺的根本性变革。COREX熔融还原炼铁工艺是近年已趋成熟的新型炼铁生产方法，它不仅能使用非炼焦煤直接炼铁，而且工艺流程短、投资省、生产成本低、污染少、生产的铁水质量能与高炉铁水相媲美[1]；能够利用排出的过程煤气在竖炉中生产海绵铁，替代优质废钢供应电炉炼钢。这对没有条件采用天然气气基竖炉法大量生产海绵铁的我国来说，其更具意义。中国宝钢集团浦东钢铁公司签订了建设一座年产能力为1 50万吨铁水的COREX C一3000厂的合同，这是COREX技术发展的一座新的里程碑。

1.COREX工艺

1.1COREX工艺原理

COREX是一种新的熔融还原炼铁工艺。它之所以可以取得成功，是因为它综合了竖炉和煤的气化两种较成熟的工艺[2]。设备主要由熔融气化炉，预还原炉，加料设备与气体处理设备组成。如图（1-1）所示，上部装置为还原竖炉，下部是熔化气化炉。COREX熔融还原炼铁相当于把高炉看作两部分，即等价于高炉炉身中上部的还原竖炉，矿石90％～95％的还原反应由还原竖炉承担；相当于高炉炉腹、炉缸的COREX熔融气化炉，承担融化还原竖炉送来的海绵铁并将其进一步融化还原造渣水达到最终的温度和成分[3]。

图（1-1）COREX工艺装置示意图

1.2原燃料要求

矿石：块矿、球团矿；粒度范围：6～45mm。COREX

工艺可采用比高炉用矿强

度较低的铁矿石。由于装置本身要求及块矿在运输和存储过程中会产生粉化，因此对其强度还有一定要求，平均抗压强度通常应大于250kg/cm2。在选矿过程中，要考虑到矿石的还原性，粒度大小，热爆性等。煤：非焦煤；最优平均粒度：20～25mm。COREX工艺无需炼焦煤，只需要热煤用于产生热量、还原气体和适当的渗透床。在高炉炼铁工艺中，焦炭起的作用和COREX中热煤的效用相同。[4]由于特殊的工艺需要热煤必须满足一定的条件，见表(1-1)。熔剂：白云石和石灰石。

表 1-1 COREX工艺所需煤的性能

1.3COREX工艺的优缺点

COREX工艺较高炉炼铁工艺的优点是：

（1）环境友好，污染小，属“绿色工艺”。所用原料为非焦煤，块煤，减去了高炉炼铁炼焦，烧结等，减少环境的污染。

（2）流程短，布置紧凑，生产周期短，占地面积仅为高炉流程的40％。（3）用原料范围广，原材料的多样化，除了炼焦煤，还可以用各种非焦煤和粉煤。也可以进行适当的配煤。生产调节灵活，开停炉需要的时间也较高炉小。

（4）COREX 工艺脱硫能力强。原因之一是预还原炉中煅烧的熔剂可吸收气化的硫；二是熔融气化炉吹氧口上方由于缺少软熔带而形成高碱度初渣，使COREX 装置所用原料中含硫量比高炉燃料高，COREX

铁水含硫量与高炉铁水相近。

COREX工艺缺陷：（1）规模较小；（2）作业率比高炉低；（3）炉龄较短；

（4）检修周期短；（5）用氧量大；（6）只能使用块煤。

1.4 原料优化

由于COREX 工艺要求使用块煤，粉煤的产生是很不利的，为了了解粉煤的生成因素，减少粉煤量，R. Sahoo 等人进行了COREX 用煤分化的研究，分析了煤的粉化特性。Gupta 等人影响COERX 工艺燃料比的因素。研究了对燃料比起显著影响的水分含量、挥发分含量、渣比和熔化速度等因素。同时研究表明高的生产效率时，焦床的稳定性和透气性是关键性指标，操作中要求煤焦化后要有很高的反应后强度。Gupta等还研究了填充床内空洞的形成条件和消失的条件，建立了鼓风口的尺寸和风速与形成的空穴的半径之间的关系式。并且建立了气固相之间的压力方程和摩擦力的表达式公式，并且通过试验验证了该模型的可行性，所得结果与实际状况相吻合，这对于进一步研究有重要的参考价值。

1.5 尾气利用研究

尾气的利用主要有以下几方面：

（1）用于直接还原铁的生产，生产直接还原铁。当前比较成功的是在韩国浦项钢厂采用的COREX 还原尾气后接MIDREX 工艺炉，相当于一个熔融气化炉供应上部竖炉和一个后接直接还原炉。除此之外还在COREX的技术基础上，开发了FINEX工艺，该工艺能更好的利用粉矿，将COREX装置的竖炉改为多级流化床装置，终还原仍然沿用气化炉装置。

（2）用于发电。

（3）用作高炉燃料。

（4）生产清洁能源甲醚。

2.发展现状

2.1印度金达尔钢厂

印度的金达尔首先采用了COREX炼铁技术。按设计规划，金达尔钢厂建立了两个COREX C-2000设备，分别于1999年8月和2001年4月试运行。该工艺操作灵活，使用各种不同类型的非炼焦用煤作为主要燃料[5]，对原料无特别严格的质量要求，

该工艺产生的煤气用于发电或用作燃料。COREX铁水具有温度高(1 480～1 510℃)，硫低、氮低和杂质少等特性。金达尔COREX对煤有一定的要求，如表（2-1）。

表2-1 金达尔用煤质量要求

挥发分应在25％～35％范围内，因为挥发分物质在熔融气化炉的拱顶分解形成CO和H2，这些还原气体用于过程的还原。挥发分太低，不利于含铁物料的还原；

挥发分太高，增加熔融气化炉中的热需求，导致氧耗和燃耗较高。煤的灰分上限为12％，灰分太高使渣量增大，燃料比升高。对煤的另一个要求是热稳定性。包括反应后强度和反应性以及自由膨胀指数、转鼓指数等。煤的平均粒度也是重要的参数。平均粒度减小会影响炭床透气性，导致管道现象，并使铁水温度和质量下降。金达尔主要使用澳大利亚、南非和中国进口煤。

2.2南非萨尔达纳厂

南非萨尔达纳的COREX设备于1998年末投产，设备能力为65万T/年，以本地铁矿和煤为原料。设备同电炉炼钢相结合，已被伊斯科的实践证明是非常成功的。在伊斯科，每天有1000tCOREX生产的铁水供给两台120t电炉，直到1997年9月钢厂停产为止[6]。

基于COREX设备和MIDREX的直接还原竖炉联合工艺的新建短流程钢厂于1999年初在南非的西海岸投产。COREX铁水和直接还原铁都供给2台150t双炉壳交流电炉[7]。萨尔达纳的COREX-2000设备全部使用本地原料.

直接还原铁厂则使用

30％～40％的进口球团和60％～70％的西森块矿。所有需要的添加剂都由国内供货。萨尔达纳热轧卷的生产完全依靠65万T/年，的COREX铁水和80万T/年的直接还原铁[8]。铁水和直接还原铁都由双炉壳电炉冶炼优质钢水，然后进行连铸连轧。所生产的热轧卷中，大约50％用于出口，另外50％左右则在相邻的杜佛科钢加工中心进行冷轧和进一步处理[9]。

2.3宝钢的COREX C-3000

上海宝钢集团是中国最大的钢铁企业，其下属的浦东钢铁公司与西门子奥钢联签订了建设世界上第一个年产能力为150万吨的COREX C3000工业生产合同。宝钢决定采用COREX技术的主要原因是：1）铁水生产具有良好的经济性。2）罗泾新址附近的宝钢本部大高炉的生产成本被宝钢作为衡量基准。3）铁水生产的环保效果出色。4）罗泾地区的环保要求十分严格，因为该地区是上海市的水源地之一。由于COREX工艺的环保优势已经得到验证，因此可以获得审批。5）与传统高炉路线相比，COREX使用不同的煤种。宝钢的主要目标是在COREX工艺中使用100％的国产煤。宝钢制定了类似于金达尔的COREX用煤计划，并将与宝钢本部的现有大高炉协调用煤[9]。6）降低了对于当地电力和天然气供应的依赖性。 结语：

我国宝钢引进的COREXC-3000当前很多的研发工作正在进行，如何更好的了解炉内的传质传热，复杂的冶金反应，将是我们掌握好这项技术，并加以改造吸收的重要战略。气化炉的操作是该设备的核心技术。我们的研究也将围绕核心技术进行。今后的研究中将从下方面进行：

（1）竖炉和气化炉的匹配操作。

（2）竖炉内部的布料研究。

（3）气化炉中煤气和矿料的行为研究。

（4）气化炉内部的传热和传质。

（5）配煤和配矿的优化研究。建立适合我国矿煤资源的数据库。尤其是针对贫矿和低品位煤的综合利用研究。

（6）尾气的综合利用开发。

我国的COREX工艺研究尚处在掌握吸收阶段，我们应当不断的借鉴国内外的先进研究方法和经验，努力尽快的将其本土化，在掌握吸收的基础上开发具有自主知识产权的工艺技术。