267-paper－建设中的宝钢COREX 3000在技术上的主要进步

1建设中的宝钢COREX3000在技术上的主要改进孙逸文田广亚闵通宏（宝钢集团浦东钢铁有限公司搬迁工程指挥部）周渝生李维国钱晖甘菲芳（上海宝钢研究院）摘要：本文简要介绍了宝钢罗泾COREX3000概况及其在技术上的主要改进。COREX是目前唯一实现了工业化生产的熔融还原炼铁工艺，先后发展出了C1000、C2000、C3000三个系列，在充分吸取C1000、C2000的设计、生产经验教训及高炉的成功经验的基础上，建设中的宝钢集团浦东钢铁有限公司搬迁工程COREX3000在炉体、耐材、炉体冷却系统以及布料装置等方面的设计上作了大量改进，设计产能也由C2000的80万吨扩大到了C3000的150万吨；同时结合罗泾工程本身特点，宝钢正在COREX煤气、粉矿、粉煤有效利用等方面展开技术研发，以实现整个工艺流程的优化，力求在技术经济指标、作业率、炉役寿命等方面比C2000有较大的提高。关键词：COREX、熔融还原、粉煤利用、粉矿利用1.前言根据2010年上海世博会选址的要求，宝钢决定将卢浦大桥下的浦东钢铁公司搬迁到宝山罗泾地区，浦钢搬迁罗泾工程采用了目前最成熟、最环保的COREX熔融还原绿色炼铁新工艺技术取代浦钢原有的落后的化铁炼钢工艺，解决热铁水的供应问题。熔融还原输出的剩余煤气除用于钢厂自用燃料外，将有效地梯级循环利用。首家采用COREX3000型炼铁设备是宝钢非高炉炼铁技术创新的起点和机遇，宝钢将在消化吸收COREX技术基础上，进一步研究开发具有自主的知识产权的非高炉炼铁新技术，宝钢将把罗泾建成非高炉炼铁新工艺的研发基地。本文简要介绍了宝钢罗泾COREX3000概况及其在技术上的主要改进。2.宝钢罗泾COREX3000概况罗泾工程是宝钢集团的精品基地，坐落在上海市最北端长江边的罗泾煤码头旁，占地约3.2平方公里，整个工程分两期建设，一期生产规模200万吨坯，主要产品为特种中厚板。一期建设一座COREXC-3000炉并预留了将来发展为FINEX的接口,包括煤干燥设施、粉煤利用、矿槽/煤槽及上料设施、COREXC-3000炉本体、煤气清洗系统、渣、铁系统、铸铁机、水处理系统等、煤气用作工厂自用燃料及CCPP发电机组。配套建设煤气压差发电（TRT）和煤气脱硫。二期生产规模335万吨坯，再建设一座COREX炉及一套DR竖炉。罗泾工程是一个高效清洁并充分循环利用资源、能源低能耗新工艺流程，是一个环境友好的现代化的、可持续发展的绿色制造体系。工程技术装备水平按世界一流考虑，贯彻先进性、完整性、前瞻性、经济性的原则，实现工艺先进、装备可靠、产品一流、环境优美、投资合理的目标，确保罗泾工程高速度、高质量、高效益。在COREXC3000炉基本工艺设计由奥钢联承担的原则下，确定合理中、外方的分交比例，为了降低工程投资，只引进关键技术与关键设备。COREX是由奥钢联和德国科夫公司开发的一种熔融还原炼铁工艺，也是目前唯一实现了工业化生产的熔融还原炼铁工艺，其原理相当于从软熔带将高炉分为2了两截，可以直接使用天然块矿、少量粉矿和非焦煤进行生产，在资源利用、环图1.COREX熔融还原炼铁流程示意图境保护等方面具有传统高炉无法比拟的优势；到目前为止,先后已有5套COREX设备投入生产运行（1套C1000，4套C2000）,除第一套南非伊斯科公司比勒陀利亚厂的C1000停产和韩国浦项钢铁公司(POSCO)的C2000改为FINEX以外,其它三套COREXC2000都在进行正常的生产；宝钢集团浦钢公司目前正在建设世界上第一座C3000型COREX，设计年产量为150万吨。宝钢罗泾COREX3000的主要设计技术经济指标见表1。表1COREX3000主要设计技术经济指标序号项目单位数值1铁水年产量万t/a1502铁水小时产量t/h1803作业率h/a84004铁水温度℃14805渣量kg/t铁35036输出煤气量万Nm3/h297输出煤气的热值kJ/Nm382008煤耗量（含水5%计）kg/t铁9319小块焦炭耗量（粒度8-40mm）kg/t铁4910铁矿球团、块矿耗量kg/t铁146411石灰石kg/t铁16312白云石耗量kg/t铁14413石英耗量kg/t铁3714氧气耗量（纯度99.5%）Nm3/t铁52815氮气耗量Nm3/t铁7516电力消耗kWh/t铁9017新水消耗m3/t铁1.3318天然气耗量Nm3/t铁1.519回收能源MJ/t铁1339320工序能耗MJ/t铁1280821劳动定员人360罗泾COREX3000的预还原竖炉（总高29m、还原段高12m内径8m）下部水平沿圆周方向布置8台螺旋排料机，连续地在热状态下向熔融气化炉供料。螺旋排料机由DRI螺旋输送机、DRI下料管、DRI下料管补偿器及DRI分配器组成。在熔融气化炉输出煤气管路系统中设有4个热旋风除尘器，从熔融气化炉引出的高温煤气管道及除尘器内壁衬有耐火材料。在热旋风除尘器下部设有4套热旋风除尘灰返送装置。热旋风除尘器收集的粉末经4套粉尘喷吹系统由熔融气化炉上部拱顶的4个燃烧口返送回熔融气化炉。COREX3000的熔融气化炉（高33m、炉缸内径9m）设有28个氧气风口，氧气风口由风口小套、风口大套及氧枪组成。在半焦固定床上方的拱顶空间设有6个氧气烧嘴以改善和调整熔融气化炉的热状态。COREX3000的熔融气化炉设有2个出铁口，铁口间夹角180°。水渣采用新4英巴法粒化。水渣脱水后用汽车外运。3.COREXC3000在设计方面的主要改进(1)熔融气化炉的设计改进奥钢联借鉴高炉的成功经验对C3000熔融气化炉的设计进行了多项改进，比如吸收了大型富氧喷煤高炉长寿经验，加大了炉腹角，将冷却壁置于5x12呎线以外,炉腹角增大到22º,以避免冷却壁被烧蚀.风口以上采用了3段铜冷却壁,增大了半焦碳固定床的体积。增加了出铁口的长度及死铁层深度以减轻铁水对炉缸的冲刷侵蚀。同时在C3000气化炉的其它方面设计也进行了改进，比如半焦固定床上方拱顶自由空间比C2000有所减少，发生煤气管道出口角度的增加，改进优化了灰尘再循环系统，拱顶自由空间的灰尘烧嘴中间的氧气烧嘴由C2000的4个增加到6个，风口以上的半焦床的高度由C2000的7m增加到了10m,等。(2)还原竖炉设计改进为适应炉料在还原过程中的体积膨胀，C3000在设计过程中对还原竖炉的炉身角度进行了调整，以利于炉料的顺行。C3000增大了还原竖炉煤气围管的直径及围管以下部分的高度，增加竖炉下部的压差，防止或减少气化炉煤气通过海绵铁下料管直接窜入还原竖炉，导致局部炉料温度过高产生粘结，改进了耐火材料的设计。同时，为了减少海绵铁结块的堵塞，C3000在设计过程中还对海绵铁螺旋排料机的长度、直径以及海绵铁下料管直径进行了调整。(3)炉体冷却系统设计改进根据C2000的生产实践经验，为了改善熔化气化炉粉尘烧嘴以下半焦固定床部分的炉体冷却，C3000对熔化气化炉的冷却系统进行了设计改进，冷却壁由9段增加到10段，同时在冷却壁的材质的选择上也作了改进，风口以上炉腹采用了两段铜冷却壁以改善炉体的冷却效果，实现对炉体的有效保护。(4)布料系统的设计改进A.还原竖炉布料系统的设计改进为了解决还原竖炉布料粒度偏析、密度偏析以及料面分布不均匀等缺点，竖炉布料方式由原有的蜘蛛脚布料方式改为Gimbal型动态布料器布料的方式,可有效改善竖炉内的煤气分布,提高煤气的利用率及海绵铁质量的均匀性；B.熔融气化炉海绵铁布料器的设计改进C3000在海绵铁布料上采用了角度可以调节的挡料板(图2)，通过对挡料板角度的调节来控制海绵铁的分布，使海绵铁在半焦床料面区域尽量均匀分布，改善气化炉内海绵铁熔化终还原的工艺条件。C.熔融气化炉煤布料系统的设计改进C3000熔融气化炉增加了Gimbal型环型旋转动态布料器，可以根据工艺的需要对煤的布料模式及范围进行有效的控制(图3)，避免煤集中落到料面中心,使煤尽量均匀分布在半焦床表面广大区域，改善炉内煤气化结焦的工艺条件,使工艺过程更加平稳。5图2.熔融气化炉的海绵铁布料装置图3.熔融气化炉的煤及DRI布料系统效果图6(5)耐材设计的改进根据C2000的设计、生产经验，C3000在气化炉和还原竖炉的耐火材料设计过程中作了很多改进，其中对竖炉煤气围管耐材的设计进行了改进，提高了耐材的结构稳定性，同时有利于改善竖炉煤气的分布；同时对竖炉的人工死料柱进行了一体化设计，改善炉料的顺行，有利于降低竖炉炉料堵；结合宝钢高炉的经验对COREX-3000的耐材做了优化设计,在炉缸耐火材料的配置及设计方面进行了较多改进，COREX3000的一代炉役设计寿命可达10-15年。(6)其它设计改进C3000在C2000的基础上对粉尘返吹系统的结构进行了改进，由原来的“CLOSE”模式改为“OPEN”模式，同时改进了T型混合器的结构，增加了粗颗粒过滤栅，可以有效的减少粉尘返吹系统的堵塞情况。同时C3000在煤气管道的设计上也进行了改进，可以有效的减少进入竖炉的煤气中的粗颗粒粉尘的含量，提高还原竖炉料柱的透气性。4.宝钢罗泾COREXC3000的主要研究课题从1989年第一座C1000型COREX的投产到现在，COREX的发展时间只有17年，同高炉的600年发展历史相比还很短暂，在工艺、技术上还有很多需要完善的地方。宝钢集团浦钢公司正在建设的COREX项目，不但是中国第一座COREX，同时也是世界上第一座C3000型COREX，结合罗泾工程自身的特点，宝钢研究院和浦钢公司正在就COREX3000生产相关的大量技术开发课题开展研究工作，这些课题有：满足COREX3000生产要求的配煤配矿技术；进厂的-5mm铁矿筛下粉及-5mm煤粉的有效利用技术；引进消化COREX3000炼铁生产操作管理新工艺技术；COREX3000大量使用氧气、煤粉有关的安全生产技术；COREX煤气脱硫用于CCPP发电技术；COREX煤气高效梯级用于生产DRI或清洁能源等的工艺技术；COREX流程的一种产品的生命周期评价研究；COREX固体废弃物循环利用的工艺技术等；开展这些方面研发工作的目的是以提高COREX使用资源的稳定性和经济性，同时在引进消化的基础上开展二次创新，对整个COREX炼铁工艺流程进行优化配置，以期达到更好的技术经济指标，争取对中国非高炉炼铁技术的发展做出自己的贡献。5.结语COREX通过将高炉分为两段的方式减轻了炼铁对焦煤资源及烧结矿的依赖，在资源的利用及环境保护上具有传统高炉无法比拟的优势，在COREX上大量采用现代大型高炉的成熟技术降低了技术风险，为COREX技术的发展及推广打下了良好的基础。本文简介了宝钢罗泾COREX3000概况，以及建设中的宝钢集团浦钢搬迁罗泾工程在COREX3000还原竖炉、熔融气化炉的结构、耐材、炉体冷却系统以及布料装置等方面的主要改进。COREX是目前唯一实现了工业化生产的熔融还原炼铁工艺，C3000的设计产能由C2000的80万吨扩大到了150万吨，宝钢正在COREX煤气、粉矿、粉煤有效利用等方面展开技术研发，以实现整个工艺流7程的优化，力求在技术经济指标、作业率、炉役寿命等方面比C2000有较大的提高。宝钢COREX技术的建设，将有力地推动中国非高炉炼铁技术的发展，为我国钢铁工业的可持续发展及技术创新做出新贡献。参考文献1.K.WIEDER,C.BOHM.J.WURM,B.VULETIC,采用COREX技术应对焦炭短缺,2004年国际钢铁大会技术交流会论文集,107-1152.周渝生，钱辉，COREX熔融还原炼铁新工艺，世界钢铁，2005年第5期，22-26联系人：闵通宏，电话：66036123。宝钢集团浦东钢铁有限公司搬迁工程指挥部炼铁项目组。周渝生，电话26648978，上海宝钢研究院。备选图1