低碳和脱碳炼铁工艺研究进展

　　目前，高炉采取热风热送，热风中的氮起热传递的作用，但对还原不起作用。氧气高炉炼铁工艺是从风口吹入冷氧气，随着还原气体浓度的升高，能够提高高炉的还原功能。由于气体单耗的下降和还原速度的提高，因此如果产量一定，高炉内容积就可比目前高炉减小1/3，还有助于缓解原料强度等条件的制约。

　　国外进行了一些氧气高炉炼铁的试验，但都停留在理论研究。日本已采用试验高炉进行了高炉吹氧炼铁实验和在实际高炉进行氧气燃烧器的燃烧实验。大量的制氧会增加电耗，这也是一个需要研究的课题。但是，由于炉顶气体中的氮是游离氮，有助于高炉内气体的循环，且由于气体量少、CO2分压高，因此CO2的分离比目前的高炉容易。将来在可进行工业规模CO2分离的情况下，可以大幅度减少CO2的排放。如果能开发出能源效率比目前的深冷分离更好的制氧方法，将会得到更高的好评。

　　对氧气高炉炼铁工艺、以氧气高炉为基础再加上CO2分离及炉顶气体循环的炼铁工艺进行了比较。两种工艺都喷吹大量的粉煤作为辅助还原剂。由于高炉上部没有起热传递作用的氮，热量不足，因此要喷吹循环气体。以氧气高炉为基础再加上CO2分离及炉顶气体循环的炼铁工艺，在去除高炉炉顶气体中的CO2后，再将其从炉身上部或风口吹入，可提高还原能力。对未利用的还原气体进行再利用，可大幅度削减输入碳的量，可大幅度减少CO2排放。高炉内的还原变化，可分为CO气体还原、氢还原和固体碳的直接还原，在普通高炉中它们的还原率分别为60%、10%和30%。如果对炉顶气体进行CO2分离，并循环利用CO气体，就能提高气体的还原功能，使直接还原比率降至10%左右，从而降低还原剂比。

　　为降低焦比，在外部制造还原气体再吹入高炉内的想法很早就有，日本从20世纪70年代就进行技术开发，主要有FTG法和NKG法。前者是通过重油的部分氧化制造还原气体再从高炉炉身上部吹入；后者是用高炉炉顶煤气中的CO2对焦炉煤气中的甲烷进行改质后作为高温还原气体吹入高炉。这些工艺技术的原本目的就是要大幅度降低焦比，它们与炉顶煤气循环在技术方面有许多共同点和参考之处。已对高炉内煤气的渗透进行了广泛的研究，如模型计算和炉身煤气喷吹等。

　　在以氧气高炉外加CO2分离并进行炉顶煤气循环工艺为基础的整个炼铁厂的CO2产生量中，根据模型计算可知利用炉顶煤气循环可将高炉还原剂比降到434kg/t。由于不需要热风炉，因此可减少该工序产生的CO2。但另一方面，由于制氧消耗的电力会使电厂增加CO2的产生量。总的来说，可以减少CO2排放9%。如果在制氧过程中能使用外部产生的清洁能源，削减CO2的效果会进一步增大,郑州汇金,专注磷铁23年。