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1、 “先进钢铁流程及材料”国家重点实验室中试基地建设立项报告目 录项 目 摘 要1第一章 中试基地建设意义和必要性31.1 钢铁工业可持续发展面临的压力31.2 熔融还原工艺是节能减排的重要措施41.3中试基地是创新性科研成果转化的重要平台6第二章 技术现状和发展趋势72.1 国家开发熔融还原的历史和现状分析82.2 我国熔融还原工艺的开发状况122.3 国内外技术发展趋势17第三章 中试基地主要方向、任务与目标193.1 中试基地的主要发展方向193.2 中试基地的主要功能与任务203.3 中试基地主要技术突破方向213.4 中试基地的近期和中期目标22第四章 组织机构、管理与运行机制234.
2、1 建设项目法人单位概况234.1.1 有限责任公司234.1.2 钢铁研究总院254.2 国家工程实验室的机构设置与职责264.3 运行和管理机制28第五章 中试基地的建设方案295.1 半工业试验的工艺流程295.2 建设方案和建设内容305.2.1 原燃辅料供、配系统305.2.2炉顶装料及煤气除尘系统315.2.3 炉体系统315.2.4 渣铁系统325.2.5 氧煤粉喷吹325.2.6 热力设施335.2.7给排水设施345.2.8 化学消防设施355.2.9 通风除尘设施365.2.10 供配电设施375.2.11 自动化仪表385.2.12 总图运输425.2.13土建工程435
3、.3 投资概算455.4 计划进度455.4.1 设计阶段455.4.2 施工阶段465.5 建设地点465.6 项目招标内容46第六章 环境保护496.1 设计依据及采用的标准496.2 建设项目所在地区的环境状况496.3 气候条件506.4 拟建项目概况506.5 主要污染源、污染物及其控制措施506.5.1 主要污染源及污染物506.5.2 污染控制措施516.6 厂区绿化536.7 环境检测和环保管理机构536.8 环境影响分析536.9 环保投资53第七章 劳动安全卫生与安全547.1 劳动安全与工业卫生547.1.1 设计依据547.1.2自然灾害因素分析及防范措施547.1.3
4、 试验过程中职业危险、危害因素分析及防范措施567.1.4 医疗保健及生活福利设施607.1.5 完全卫生机构、教育与检测607.1.6 安全与工业卫生预期效果617.2 消防617.2.1 设计依据617.2.2 设计原则627.2.3 工程火灾因素分析627.2.4 设计采取的防范措施62第八章 经济和社会效益分析658.1 经济效益分析658.2 社会效益分析66项 目 摘 要、项目提出的背景国家科学技术部于2005年批准以钢铁研究总院为依托单位建立“先进钢铁流程及材料”国家重点实验室，这也是国家科技部首次批准在产业研究院建立国家重点实验室的试点.实验室阶段的建设已于年月完成，并陆续开展
5、了炼铁新工艺、冶金渣干法粒化与余热回收、冶金煤气新型干法除尘技术等一系列节能减排课题的实验室研究，在关键的理论和技术方面取得了重大突破。急需做进一步的放大和技术集成的试验，尽快将实验室研究成果工程化，进行推广应用。因此，钢铁研究总院与有限责任公司经过多次友好协商，达成了双方共建“先进钢铁流程及材料”国家重点实验室中试基地的协议。有限责任公司具有使用研究成果的优先权，推广研究成果的利益双方共享。、中试基地建设的主要内容和规模熔融还原炼铁新工艺、冶金渣干法粒化与余热回收、高效长寿集约型新式冶金煤气干法除尘技术等已被列为国家科技部重点支撑计划项目的重大课题。这些课题的研究与开发对于我国钢铁生产节约焦
6、煤资源、降低能耗和减少新水消耗都具有重大的现实和长远意义。中试基地将采用集成式设计和建设方案，在一条半工业试验线上，同时可以开发多项冶金新工艺和新技术，实现试验装置的多功能化。拟建的中试基地将主要具有如下功能：（）开发高效二步熔融还原非焦煤炼铁新工艺，验证该工艺的技术经济可行性；（）开发高效纯氧一步熔融还原炼铁新工艺，验证该工艺的技术经济的可行性；（）开发冶金渣干法粒化与余热回收技术，实现工程化；（）开发高效长寿集约型新式冶金煤气干法除尘技术，实现工程化。中试基地的建设以纯氧非焦煤熔融还原炼铁新工艺的半工业试验装置为纽带，将在半工业试验线中融入冶金渣干法粒化与余热回收、高效长寿集约型新式冶金煤
7、气干法除尘技术。建设的主要内容包括以下几部分：（） 原燃料储运系统；（） 氧煤喷吹系统；（） 熔融还原装置的本体系统；（） 熔融还原煤气的除尘处理系统（包括新型干法除尘）；（） 熔融还原的渣铁处理系统（包括冶金渣干法粒化与余热回收）；（） 中试基地的公辅设施。熔融还原半工业试验线的规模为每小时产3吨铁水。、建设地点及用地、建设资金中试基地拟建于优先责任公司的炼铁区段内，位于铸铁车间的西侧。建设占地面积约3828米。工程投资范围包括原燃料储运、高炉本体及框架、喷吹站、煤气除尘、焦炉煤气预热、出铁场除尘、渣铁处理系统等。工程概算总投资648万。按费用划分：建筑工程：120安装工程：50设备：438
8、（工艺：336，仪表：94，电气：8）其它：40第一章 中试基地建设意义和必要性1.1 钢铁工业可持续发展面临的压力到2010年，我国单位GDP能耗比“十五”期末降低20%左右，污染物排放总量减少10%，单位工业增加值用水量降低30%，都是必须完成的约束性指标。钢铁行业是资源、能源、新水资源消耗的大户，同时也是污染物排放的大户。近几年我国钢铁工业的迅速发展加剧了国内能源、资源紧张，并造成了严重的环境污染。钢铁工业总能耗约占全国的15%，二氧化硫排放量占全国的6.6%，耗水量占工业总量的14%。我国吨钢能耗和吨钢排放量比发达国家分别高80-100kgce和15-20%，二次资源和二次能源循环使用
9、率平均比发达国家低20%以上。钢铁工业能否进一步降低生产能耗和减少污染物排放量对我国能否实现总体节能减排目标的影响是十分巨大的，也直接影响到我国钢铁工业能否可持续发展。为此，国家发改委与钢铁协会根据我国钢铁工业的能耗和排放现状，联合制订了中长期的节能减排目标，即，2010年使我国重点大中型钢铁企业的吨钢综合能耗、可比能耗分别降低到730kgce/t、685kgce/t，吨钢新水耗量7M3/t以下；2020年分别达到700kgce/t、640kgce/t和5M3/t以下；资源循环利用率提高15%；力求2010年，重点大中型钢铁企业吨钢CO2排放量小于1900kg/t，其它钢铁企业吨钢CO2排放量
10、小于2000kg/t；吨钢SO2排放量，重点大中型钢铁企业小于2kg/t，其它小于3kg/t。若采用烟气脱硫处理，则吨钢SO2将降到1.5kg/t以下。对于实现上述目标，钢铁工业面临巨大的压力，但同时也为开发钢铁生产新工艺和节能、减排新技术提供了前所未有的机遇。1.2熔融还原工艺是节能减排的重要措施我国的钢铁生产主要是以高炉-转炉流程为主，即以矿石为原料，要经过选矿、烧结、高炉炼铁、转炉、精练、连铸和轧钢等一系列工序，才能最终生产出产品。而使用的主要能源是炼焦煤，必须要经过选煤、洗煤、配煤和炼焦等工序，才能生产出符合高炉炼铁要求的焦炭。尽管高炉-转炉生产工艺几近完善，但流程长、必须依赖焦煤资源
11、、污染物排放大是其致命的弱点，这已经成为我国钢铁工业可持续发展的瓶颈，而且日益凸显。解决我国钢铁生产能耗高和环境负荷大的重要措施之一就是从根本上改变传统的高炉炼铁方式，摆脱或减少对焦煤的依赖，取消焦化和烧结工序。熔融还原炼铁技术正是这样一种能够从根本上改变传统炼铁工艺的炼铁新技术。在理论上熔融还原炼铁工艺可以实现理论最低碳耗、完全摆脱对焦煤的依赖、取消焦化和造块工序，简化工艺流程，过程污染物排放量最低。目前世界上已经工业化的熔融还原技术，如COREX和FINEX，虽然还没有实现理论目标，但已经显现出比传统高炉炼铁流程的巨大优势，基本摆脱了对焦煤的依赖、取消了焦化和烧结工序，简化了工艺流程，大幅
12、度减少了污染物的排放。COREX每吨铁仅用50100kg焦丁，原料以球团和块矿为主。由于取消了焦化和烧结工序，污染物排放量大幅度降低。SO2、NOx和烟尘的排放量仅为传统炼铁流程的5%、8%和14%。我国钢铁工业正处在一个非常关键的发展时期，国家中长期科学与技术发展规划纲要中已经明确指出，今后钢铁工业的重点是研究开发以熔融还原和资源优化利用为基础，集产品制造、能源转换和社会废弃物再资源化三大功能于一体的新一代可循环钢铁流程，作为循环经济的典型示范。因此，开发熔融还原技术将是我国钢铁工业非常紧迫的现实任务和长期的发展趋势。有限责任公司是一家具有300万吨生产规模的国有控股的联合钢铁企业。但由于没
13、有自己的焦化厂，长期以来依赖外购焦炭，制约了企业的可持续发展。所以，熔融还原工艺尤其适合该公司的实际生产状况。1.3中试基地是创新性科研成果转化的重要平台“九五”期间在国家科技部（原科委）的支持下，启动了国家攀登计划项目“熔融还原技术基础研究”。原冶金部组织了全国熔融还原专家，实行举国体制，开展了这项技术的开发研究。专家组在认真总结国外熔融还原开发的经验教训和我国过去的体会，提出了具有自主知识产权的煤氧熔融还原炼铁技术，并制定了研究开发方案。19951998年开展了单元技术的实验室研究。1999年在总结单元技术研究成果的基础上，开展了半工业试验的研究。在当时的承德冶金部试验厂建成了2T/h的半
14、工业联动热态试验装置，先后进行了两次试验，突破了一些关键技术难题，取得了阶段性成果，在某些技术指标上达到了当时的世界领先水平。但由于该项技术在开发阶段完全依靠政府财政支持，企业界受当时经济条件的限制，认为投资风险较大，未作为投资主体全面介入。因此，当时建设的半工业试验装置规模偏小，功能不配套，试验设备简单，一些关键设备的可靠性较差，试验中由于非技术原因而中断运行的现象比较普遍。又由于没有后续资金支持，深入开发工作被迫中止，造成我国该项重要技术的产业化进程拖后，丧失了与国外技术同步开发的良好机会，拉大了与国外同类技术的差距，与我国目前钢铁大国的地位很不相称。 “先进钢铁流程及材料”国家重点实验室
15、认真总结了“九五”攀登计划项目的经验教训，进一步完善了工艺方案，在实验室对关键的技术难点进行了基础性研究。但如果没有中试基地，进一步做放大的半工业试验，就很难将实现工程化和产业化。只有建立中试基地，集中科研院所和企业的人力、物力和技术和软硬件资源，充分发挥各自的优势，建立产学研结合的研发队伍，以企业创新为主体，共同开发我国自主知识产权的熔融还原工艺，才能使实验室的成果真正实现工程化和产业化。最终实现熔融还原工艺替代传统的高炉炼铁工艺，取消焦化和烧结工序，缩短和简化工艺流程，大幅度降低能耗和减少污染物的排放。并实现集成创新，促进钢厂生产流程的整体结构优化，提升钢铁行业自主研发能力和技术创新能力。
16、通过中试基地的建设和技术辐射，起到以点带面的作用，加速21世纪我国自主知识产权的熔融还原炼铁新工艺的推广应用，实现钢铁行业可持续发展，为实现“十一五”节能减排目标和2020年我国实现人均GDP翻两番提供支撑条件。第二章 技术现状和发展趋势2.1 国家开发熔融还原的历史和现状分析上世纪80年代，德国、日本、美国、澳大利亚、荷兰、奥地利以及前苏联等国为谋求技术垄断地位，抢占21世纪钢铁工业技术制高点，相继投入大量人力、物力和财力，在国际上掀起开发煤基熔融还原炼铁新工艺的浪潮。（1）工业化的COREX工艺迄今为止，可以商业化生产的熔融还原只有COREX，上世纪70年代末形成该工艺的概念流程，由德国K
17、orf公司和奥钢联（VAI）合作开发，1981年在德国克尔(Kehl/Rhine)建成了年产6万吨铁水的半工业性试验装置(即KR法)，先后进行了6000小时的各种试验，证明了工艺的可行性。1985年4月VAI与南非依斯科尔公司签约决定在Pretoria厂建造一座C-1000型的COREX装置，年产铁水30万吨，1989年11月10日正式投产。这是世界上第一套COREX熔融还原生产装置。经过约一年半实践，生产渐趋稳定，从1991年3月起已经可以高于设计能力10%稳定地运行。接着这一技术在世界上进一步推广：第二套C-2000型COREX装置（见图2-1和图2-2）于1995年11月在韩国浦项（PO
18、SCO）建成投产；第三套C-2000型于1998年12月在南非萨尔达纳建成投产；第四、第五套C-2000型分别于1999年8月和2001年4月在印度京德尔公司建成投产。目前，除了第一套C-1000因原料运输成本过高而关闭外，其余4套C-2000型COREX装置都在生产运行中。2005年宝钢向奥钢联引进COREX技术并进一步扩容为C-3000，将其设计产能从80万吨扩大到150万吨/年，计划2007年10月出铁，这将是世界上第一座大型的COREX炼铁炉。图2-2 COREX C2000外景图2-1 COREX熔融还原工艺流程COREX技术发展至今移植大型高炉的成熟技术逐渐增多，如耐材配置、冷却装
19、置、局部的炉型、布料方式等使其生产的稳定性大为提高，炉龄也有明显延长，产能进一步扩大，技术正逐步走向成熟（2）进入示范性工厂试验的Hismelt和Finex技术图2-3 Hismelt工艺现在正在进行商业示范性规模生产的有2家澳大利亚的Hismelt（见图2-3）和韩国浦项Finex（见图2-4和图2-5）。Hismelt是19821984年由CRA公司和KLOCKNER公司合作，在德国的Maxhutte用60吨的底吹氧气转炉成功地试验了HIsmelt技术。在此基础上19841990年开发出了卧式熔融还原炉（简写SRV），仍在德国Maxhutte建成并投入小型试验。1987年KLOCKNER公
20、司退出后，1989年CRA公司与Midrex公司合作共同开发此项技术，在1991年耗资1.05亿美圆在澳大利亚Kwinana建设10万吨/年的卧式熔融还原炉并于1993年生产出第一炉铁水。1995年CRA公司和RTZ公司合并，组建了Rio Tinto集团公司，于1997年-1999年以炉缸直径2.7m的竖式熔融还原炉取代了卧式炉，经历了132天各种各样的试验，其中最长的连续运行时间为38天，先后共生产铁水2万多吨，为HIsmelt技术的发展奠定了基础。2002年由HIsmelt有限公司、Nucor澳大利亚有限公司、日本三菱MC钢铁有限公司和我国的首钢国际贸易工程公司共同参股（股份依次为：60%
21、、25%、10%、5%），在西澳Kwinana修建炉缸直径为6m、产能80万吨/年的商业化示范工厂，于2005年4月投产，投产后各种外围问题不少，不能保持连续生产，但最近有较大的进步。韩国POSCO的Finex以4级流化床的Finmet工艺取代COREX工艺中的还原竖炉，用流化床还原粉矿、压块成热压铁块再加入COREX的熔融气化炉，克服了COREX炉不能使用粉矿的缺点。POSCO在19921995年进行了实验室规模的流化床还原的基础性研究，19961998进行了15吨/日规模的流化床操作小试，19992002年进行了150吨/日规模的中试和煤压块及热压铁块试验，2001年1月2003年5月，在
22、引进的COREX-2000旁边建设了60万吨/年规模的Finex示范性工厂并于2003年6月投产。投产后的运行状况非常好，产量可达到80万吨/年水平，其余指标也达到或超过预定的目标，于是在2004年8月POSCO决定建造150万吨/年Finex以取代其原有的中型高炉，计划于2006年投产，实际直到2007年4月才正式投产。最近POSCO计划在印度投资的独资公司一期工程将投资37亿美圆建设400万吨/年的联合钢厂其中建设2座200万吨/年的Finex炉，其发展势头令人瞩目。图2-4 直接用粉矿和粉煤冶炼的FINEX技术图2-5 FINEX示范工厂但POSCO对该技术严格保密，只公布了其成功的业绩
23、，是否遇到了技术问题不得而知。如FINEX 生产示范装置生产的稳定性或设备利用率还不高，迄今为止最长连续运行时间仅93天，譬如流化床的产能问题、流化床的粘结和失流问题，热压成型机的作业率问题等还是不明朗。但Finex以粉矿取代块矿和球团，以压块煤替代大部分焦炭是对COREX最重要的发展。（3）以转底炉还原为基础的熔融还原技术也在发展图2-6转底炉工艺流程示意图最近，以粉矿、粉煤混合造球通过转底炉（见图2-6）还原，连接电炉或转炉炼钢的技术也在悄然兴起。美国Midrex公司的Fastmelt技术、美国Dynamics公司的IDI技术和美国Midrex公司与日本神户制钢合作开发的Itmk3技术都在
24、不断进行试验并取得了一些成功，IDI的50万吨/年转底炉连接电炉炼钢一直在生产，Itmk3技术尚处在小试和中试阶段。熔融还原技术更趋于成熟、理性，技术的趋向更加集中，这就是主要采用二步法：预还原装置主要是竖炉、流化床、转底炉；终还原装置主要有半焦填充床、铁浴炉、电炉，主要形成3大类型：一是以较高预还原度和半焦填充床为终还原炉相连接，低二次燃烧率的COREX、Finex；二是低预还原度和竖式铁浴炉相连接、高二次燃烧率的HIsmelt；三是以铁碳球团通过转底炉还原，连接电弧终还原炉的Fastmelt、Itmk3技术等。2.2 我国熔融还原工艺的开发状况在“八五”和“九五”期间，原冶金部、科技部等部
25、门就组织我国科研院所和大专院校及相关企业开展了熔融还原技术研究与开发，并形成了多项专利技术。特别是“九五”攀登计划项目“熔融还原技术基础研究”，在充分吸收了国外各种流程的经验和教训的基础上，形成了适合于我国资源与能源结构具有中国特色的煤氧熔融还原工艺，而且完成了半工业试验，并在一些重大关键技术与环节上取得了突破，同时申报并获批了多项发明专利。从试验结果看，其能耗指标、投资和运行成本都明显优于COREX。只是由于缺乏后续的资金支持，没能继续进行工业化试验。我国钢铁工业正处在一个非常关键的发展时期，国家中长期科学与技术发展规划纲要中已经明确指出，今后钢铁工业的重点是研究开发以熔融还原和资源优化利用
26、为基础，集产品制造、能源转换和社会废弃物再资源化三大功能于一体的新一代可循环钢铁流程，作为循环经济的典型示范。因此，开发熔融还原技术将是我国钢铁工业非常紧迫的现实任务和长期的发展趋势。国内熔融还原及相关技术的研究始于20世纪60年代，在基础研究、模拟试验和相关技术开发方面，曾取得许多基础研究和应用研究的成果，为后续开发工作奠定了基础。1984年在原冶金部的支持下东北大学开始了实验室规模的流化床预还原竖炉熔融还原法的研究，经过2年多的时间研究了16项课题，做了13次实验室小型竖炉热模拟试验，最终炼出了合格生铁，可是这一工作没有继续进行下去，到5kg的实验室装置为止，1987年完成了结题报告后就偃
27、旗息鼓了。1994年，通过原冶金部向国家科委申请国家“攀登计划”项目，在国内开展熔融还原技术开发工作，并获得支持。在实施“攀登计划”的五年中，围绕我国提出的煤氧熔融还原炼铁工艺（中国专利）主体流程，开展了大量基础研究和工程化研究。借鉴COREX和DIOS两种典型技术路线的优点，采用中等预还原度（金属化率70%左右）和低二次燃烧率（10-15%）的两步法熔融还原技术路线.l 以冷固结含碳球团为原料；l 采用液体渣-焦流动床进行终还原；l 熔渣中浸没喷吹煤氧制造还原煤气；l 熔池在强搅拌条件下实现渣铁分离。在实施“攀登计划”中取得基础研究成功后，1999年钢铁总院在承德炼钢试验厂建成了2吨/小时的
28、半工业试验装置（见图2-7和图2-8），进行了中试热态试验。使我国成为继德国、日本和澳大利亚之后，第四个具有吨级熔融还原联动试验装置的国家。图2-7 熔融还原流程示意图图2-8熔融还原工艺出铁照片熔融还原半工业试验分两个阶段进行。第一阶段工作的主要目的是打通工艺流程，认真总结试验结果，解决试验中暴露出的各种问题，进行改进和完善。第二阶段的主要目的是实现连续稳定运行，全面实现攻关目标。第一阶段热试历时14天，主要成绩如下：l 基本打通了预还原-终还原工艺流程，实现了出渣出铁，将概念流程转变为可实际操作的工程化流程；l 实现了密闭带压操作和安全操作；l 验证了主要设备和结构基本合理：终还原和预还原
29、设备和构造、水冷螺旋排料及动密封装置、气动锁气阀、煤氧枪结构、安全检测装置、煤气分析系统和计算机监控系统等。l 验证了终还原工艺原理，积累了工艺控制经验。出现的主要问题：l 设备管道系统容易堵塞；l 煤氧枪浸没喷吹时稳定性差，容易堵塞；l 前炉渣铁过道太长，造成渣铁不易分离；l 含碳球团耐磨性差，造成预还原炉内粉尘增加，透气性变差。针对第一阶段的问题，对设备进行了全面改进和完善。于1999年11月3日始开展了第二阶段的试验工作。第二阶段工作主要由烘炉开炉、72小时连续试验和全煤炼铁等构成。第二阶段试验达到了预期目标，获得了大量有价值的数据、资料，积累了宝贵的经验，验证了该工艺的技术可行性，在熔
30、融还原炼铁技术上取得较大的技术突破。试验结果归纳如下：l 设备连续热运行10天，其中无故障运行82小时，超过规定的72小时的考核指标；l 累积产铁量120吨，平均产铁率1.5吨/小时，接近2吨/小时产铁率的考核指标，利用系数达到5.22t/m3.d；l 氧气消耗525m3/t，优于600650Nm3/t的考核指标；l 综合煤耗1271kg/t，按AISI同口径算法推算出工业化后所能达到的综合煤耗水平为780 kg/t，低于当时同等规模的各种熔融还原工艺的能耗指标；l 终还原炉炉衬平均侵蚀速度0.1mm/h（最低侵蚀速度0.06mm/h），比日本DIOS法和美国AISI法的终还原炉炉衬侵蚀速度（
31、3-5mm/h）明显降低，有利于实现工业化；l 终还原正常煤气成分和变化规律基本满足预还原要求，CO/(CO+CO2)92%；l 解决煤氧枪在渣焦床中大量喷煤的关键技术，累计喷煤92吨，安全可靠；l 进行了全煤炼铁试验，试验证明在维持一定的渣焦床可以稳定运行；l 正常冶炼条件下，铁水可以满足质量要求：S-0.012%、P-0.042%、C-4.0%。虽然由于资金的问题，没能进一步进行工业化试验，但通过两次半工业试验，初步证明了该工艺技术路线是合理的，在许多方面优于COREX、Hismelt等工艺，预示了实现工业化的可能性。试验中存在的问题，主要来自设备的选型不尽合理，如除尘器的除尘效率低，造成
32、粉尘堵塞管道等。这些问题都是在今后的工业化试验中能够克服解决的。我国经过20多年的开发研究，培养了一批熔融还原的专门人才，积累了丰富的实践经验，为今后的工业化试验奠定了扎实的基础。2.3 国内外技术发展趋势从国外已经商业化的COREX熔融还原技术和正在向商业化靠近的HIsmelt熔融还原技术的发展趋势看，有以下特点值得关注：（1）副产煤气的高效利用熔融还原过程副产煤气如何高效利用成为其经济上能否具有竞争力的关键。根据传统高炉炼铁系统与COREX熔融还原炼铁系统一次能耗对比发现，单位铁水的能耗分别为21.4GJ和29.5GJ，意味着COREX过程副产煤气比传统高炉煤气载能高出8.1GJ（相当于2
33、77公斤标煤/吨铁）。这部分高出的能量不能被充分利用，很难替代高炉，也很难在经济上站住脚。目前比较简单的方法是直接用于燃气发电，从副产煤气使用的经济性看，直接用于发电似乎不是最佳使用方法。（2）直接使用粉矿技术积极开展直接用粉矿进行熔融还原的尝试。炼铁过程直接使用粉矿或部分使用粉矿，并逐步取消烧结或球团过程，是炼铁界长期梦寐以求的目标。韩国在引进奥钢联COREX技术的基础上，推出FINEX技术。它是利用COREX过程副产煤气对部分粉矿进行预还原，得到一定金属化率的海绵铁粉，经热压块后，再返回送入COREX的熔融气化炉中。韩国浦项先后在15吨/天和150吨/天规模的试验装置上进行了热态试验，并在
34、原有COREX C-2000装置的旁边，建设了150万吨/年的FINEX装置。但这是一种中间环节造块的方式，难度更大。因为预还原矿的温度在700度以上，势必造成运行成本更高，设备耐热性和耐磨性要求也非常高。（3）利用热风替代纯氧，降低炼铁成本利用热风替代纯氧（如HIsmelt技术），降低生产成本。如前所述，用纯氧进行熔融还原炼铁时，必须解决副产高热值煤气的高效利用。但利用热风代替纯氧必须走一步法还原的路子，因为，用热风代替纯氧使煤气的化学能和还原势很低，使预热还原的效率很低。而且煤气的热值也很低，二次利用较为困难。（4）直接还原铁接熔分炉的工艺技术2000年日本新日铁建成世界第一套商业化转底炉
35、生产线，生产直接还原铁（DRI），每年可回收19万吨轧钢铁皮、转炉尘泥等钢厂废弃物，还可以用来回收含锌粉尘，变废为宝。它是将含铁废料粉碎后与煤粉或焦粉、粘结剂等混合制成生球，进入转底炉，也可直接将含铁粉料和煤粉混合后直接进入转底炉，在13001350温度下发生铁氧化物的快速还原，得到海绵铁。据报道，转底炉流程的能耗（按吨铁水折算）为16.5GJ，比目前高炉铁水的能耗低（18GJ），生产过程排放的CO2约1.39吨/铁水，也比高炉指标（2.0吨/铁水）先进。国外开发这项技术的初衷是解决含铁废料的回收，如作为钢铁大生产中的关键生产设备，其经济性和技术可行性仍有待观察。 在开发熔融还原的过程中，我们
36、应密切关注国外的熔融还原发展动向和趋势，认真加以总结，汲取经验和教训，逐渐完善我们自己的工艺流程，加快开发步伐，尽快缩小与国外的差距，使我国自主知识产权的熔融还原工艺实现产业化。第三章 中试基地主要方向、任务与目标3.1 中试基地的主要发展方向中试基地的建设将紧密配合钢铁工业可持续发展的需求，通过产学研相结合的方式，整合熔融还原炼铁新工艺和节能减排新技术开发力量的优化，加强组织协调，充分发挥企业、科研院所的各自优势，以项目为纽带，各尽所能、各用所长、分工协作，打造国际一流的熔融还原新工艺和节能减排技术的开发平台和工程化试验环境，支持钢铁生产流程的简化与高效运行、节能减排和优化控制，为提升钢铁企
37、业的国际竞争能力而努力。中试基地在突破冶金关键共性技术、研究开发熔融还原新工艺和节能减排技术的同时，将注重人才的培养与流通，培养造就一批具有创新能力的开发人才，特别是高层冶金新工艺和节能减排技术的开发和工程化人才，为我国冶金行业培养一批创新能力突出的高层次人才创造良好的环境，形成国际一流、结构合理的创新团队。中试基地将建立长效发展机制，努力建立熔融还原新工艺、节能减排技术的研发、实施和推广体系，成为熔融还原炼铁新工艺和节能减排技术应用研究成果向工程技术转化的有效渠道、产业技术自主创新的重要源头和提升企业创新能力的支撑平台。 3.2中试基地的主要功能与任务熔融还原炼铁新工艺、冶金渣干法粒化与余热
38、回收、高效长寿集约型新式冶金煤气干法除尘技术等已被列为国家科技部重点支撑计划项目的重大课题。这些课题的研究与开发对于我国钢铁生产节约焦煤资源、降低能耗和减少新水消耗都具有重大的现实和长远意义。中试基地将采用集成式设计和建设方案，在一条半工业试验线上，同时可以开发多项冶金新工艺和新技术，实现试验装置的多功能化。拟建的中试基地将主要具有如下功能：（）开发高效二步熔融还原非焦煤炼铁新工艺，验证该工艺的技术经济可行性；（）开发高效纯氧一步熔融还原炼铁新工艺，验证该工艺的技术经济的可行性；（）开发冶金渣干法粒化与余热回收技术，实现工程化；（）开发高效长寿集约型新式冶金煤气干法除尘技术，实现工程化。通过开
39、发熔融还原炼铁新工艺和关键的节能减排技术，为提高钢铁生产资源利用效率和降低污染排放提供技术支撑，解决钢铁行业资源能源消耗高、污染重等突出问题。 3.3中试基地主要技术突破方向 纯氧非焦煤二步熔融还原炼铁新工艺：l 竖炉预还原工艺与装备的开发l 熔融气化终还原工艺与技术装备的开发l 纯氧大喷煤长寿氧煤抢的开发l 预还原与终还原炉连接系统的开发 纯氧非焦煤一步熔融还原炼铁新工艺：l 一步熔融还原炉本体合理炉型设计与制造技术的开发l 炉顶煤气CO2脱除与加热技术和装备的开发l 炉顶煤气循环与喷吹技术与设备的开发 熔融还原炉渣的干法粒化与余热回收：l 低动力消耗的炉渣干法粒化的工艺与装备的开发l 高效
40、换热技术与设备的开发l 炉渣余热利用技术的开发 熔融还原煤气新型干法除尘技术l 新型干法除尘器的材质与结构形式l 熔融还原煤气的温度调控技术干法除尘的反吹、破损检测和控制技术3.4中试基地的近期和中期目标“十一五”期间：中试基地的建设以纯氧非焦煤熔融还原炼铁新工艺的半工业试验装置为纽带，将在半工业试验线中融入冶金渣干法粒化与余热回收、高效长寿集约型新式冶金煤气干法除尘技术。建成一条每小时产3吨铁水的熔融还原半工业试验线，打通工艺路线，并实现以下目标：（） 无故障稳定连续运行半年以上；（） 燃耗小于kg/铁，氧耗小于铁，喷煤量占总燃料消耗以上，焦炭用量kg/铁；（） 生铁质量满足炼钢要求；（）
41、铁损小于；（） 煤氧枪使用寿命大于半年。在总结半工业试验成果的基础上，设计和建设工程化熔融还原炼铁工艺装备，开发出若干节能减排新工艺新技术，形成系列优化控制装备，通过示范工程进行典型应用。“十二五”期间：建成年产150万吨的熔融还原生产示范线，在生产示范线上实现：（1）吨铁燃耗小于560kg/T-铁，氧耗小于400M3/T-铁，完全不用焦炭；（2）炉役超过20年；（3）年工作时间大于350天；（4）与传统高炉流程相比：CO2减少10%以上，SO2 减少60%以上，NOx减少70%以上。 通过典型的示范作用，向全国推广应用。第四章 组织机构、管理与运行机制4.1建设项目法人单位概况4.1.1有限
42、责任公司有限责任公司是由中国五矿集团公司、五矿发展股份有限公司及5家民营企业共同投资创建的股份制企业，是集烧结、球团、炼铁、铸铁、炼钢、连铸、轧钢、制氧、发电于一体的钢铁联合生产企业，公司注册资本28.98亿元，总资产63亿元人民币，在国内钢铁行业85家重点企业“经济效益评价考核指标”排序中始终位于前列。2006年公司的人均产钢在国内同行业中列第1位，人均利税、工业经济效益综合指数列第2位，人均工资收入、吨钢工资列第3位。公司所处的营口市位于环渤海经济圈内，背倚东北腹地，是全国重点沿海开放城市之一，东北第二大港口城市，也是东北地区最近的出海口；公司距离鲅鱼圈新港40公里，营口老港10公里，沈大
43、高速公路3公里；运输成本低，原料的83%以及产品的80%通过水路运输。与国内、国外各主要厚板厂相比，无论是针对沿海的各大造船厂，还是内陆机械加工、交通运输等行业，公司都具有极佳的交通优势，可有效地降低运输成本，缩短交货期，且有效避免了道路运输对超宽规格钢板的运输限制。公司是中国五矿集团唯一投资控股的钢铁生产企业，中国五矿集团公司是中央直属企业，在世界上具有强大的贸易优势，能够充分保证公司的原料供应。由国家发改委核准建设的有限责任公司宽厚板升级改造项目采用当今世界最先进的宽厚板生产技术，SMSD公司负责提供300余钢组的生产工艺，其生产业绩来自于欧洲典型宽厚板生产厂Dillingen、Dunke
44、rque现有生产技术，能够涵盖世界上所有钢种，能够顺利生产当今所有钢种的宽厚板产品。项目采用世界上最先进的板形控制技术、凸度及平面度控制技术，热装（HCR）工艺技术、控制轧制和控制冷却(TMCP)技术，在粗轧机后设置近接式立辊轧机，采用全液压矫直机及自动化控制技术、滚切式剪机及自动化剪切技术、全数字式交流传动控制等技术。有限责任公司将努力使项目的装备水平、产品水平提升至宽厚板领域的世界前列，在高级别宽厚板上做大、做强、做深，形成单一品种的规模效益，体现出在合理经济规模上的可持续发展和提高市场竞争力的原则，达到世界一流水平。 4.1.2 钢铁研究总院钢铁研究总院创建于1952年，直属原冶金工业部
45、，1999年7月转制为中央直属大型科技型企业。是目前我国冶金行业最大的综合性研究开发机构。建院50余年来，钢铁研究总院在材料科学、冶金工艺与工程、分析测试等领域共取得了4000余项科研成果，授权专利677项（60%以上为发明专利）。钢铁研究总院是我国冶金新材料的研发基地，承担了85%以上关键冶金新材料的研制任务。为两弹一星、长征系列运载火箭和神舟号飞船等诸多国家重点工程研制生产了大量的关键材料，为我国的国民经济建设做出了重大贡献。 钢铁研究总院致力于国家冶金行业共性和关键技术的研发与集成。多年来，承担了50%以上冶金行业发展的关键、共性和重大前沿技术的开发任务，在钢铁行业的每一个重要技术变革时
46、期，钢铁研究总院都起到了先锋和推动作用。90年代以来，在冶金行业发展的六大关键技术中有四项关键技术由钢铁研究总院牵头取得重大突破并在行业推广，依靠高新技术推动了冶金行业向新型工业化发展的进程，并在推进冶金企业品种、质量、效益的提高、节能降耗、资源的综合利用、环境保护等可持续发展方面发挥了重要作用。钢铁研究总院作为国家冶金分析测试技术的权威机构，与30多个国家实现了金属材料化学分析数据的有效互认，在国际实验室能力对比实验中多次名列第一。研究开发并拥有自主知识产权的原位分析仪、痕量分析仪、快速在线检测仪等设备达到国际水平，起到了引导冶金分析检测发展方向和潮流的作用。“九五”和“十五”期间，作为牵头
47、单位，承担了国家攀登计划项目“熔融还原技术基础研究”的重大课题，在基础研究的基础，建设了半工业试验生产线并进行了半工业试验，取得重大突破，并形成了具有自主知识产权的熔融还原技术（Coal Oxygen Smelting Reduction Ironmaking），为本项目的实施打下了坚实的基础。4.2国家工程实验室的机构设置与职责构建合理高效的组织结构，营造和谐开放的学术氛围是中试基地形成良好运行机制的基础。机构设置的原则是有利于中试基地的“技术、资金、人才、效益”的良性运行机制的形成。为此，机构设置如图4-1所示：计划管理部综合部中试基地理事会中试基地主任中试基地技术委员会熔融还原技术开发部系统与装备开发部流程模拟仿真研究室 现场验证与试验环境环境监测部节能减排工艺开发部图4-1机构设置图中试基
