周庆华1  刘  成1  苏兆平1  周柯岑2  徐忠民1  李  全1

（1.昆钢经济运行部；2.德累斯顿工业大学）

摘  要  云南某钢铁企业考察了韩国浦项制铁所FINEX熔融还原炼铁技术，并对引进该技术的可行性进行分析。FINEX炼铁技术在节能减排、生产成本方面与同级别高炉相比有较大优势，但FINEX技术尚不完全成熟，原料条件要求较高，本地资源难以满足生产需求。引进FINEX工艺还需要进行针对性的工艺研究和改进。

关键词  FINEX  高炉炼铁  经济效益

1  前言

云南地处高原内陆，交通不便、优质矿石煤焦资源匮乏，云南钢企的传统高炉炼铁工艺受到上游原料短缺和日益严厉的节能环保政策双重挤压，可持续性发展空间严重受限。随着城市建设的推进和环保要求的不断升级，钢铁企业的退城搬迁、转型发展成为必须认真研究的重要课题。为了应对上述问题，云南某钢铁企业对韩国浦项制铁所FINEX熔融还原炼铁技术进行考察，以期为解决内陆钢铁企业的可持续性发展问题寻求突破。FINEX工艺是韩国浦项钢铁公司（POSCO）和奥地利奥钢联工程公司（VAI）以COREX为基础联合开发的“粉矿流态化还原-DRI熔融还原”生产技术。该技术历经近30年的发展在工艺流程、节能环保、生产效率、规模投资方面不断改进，现已具备商业运营的条件，且随着技术改进还有较大完善和发展的空间。FINEX工艺具有较强的原料适应性、较低的污染物排放等特点，对拓展云南钢铁企业原料范围、解决节能环保问题、实现可持续发展具有较强的吸引力。

2  FINEX工艺简介

韩国浦项制铁集团公司，成立于1968年，是全球最大的钢铁制造厂商之一。目前拥有4座高炉，产能合计1 360万吨，3座Finex炉，产能350万吨。2003年，1＃FINEX炉投产，产能60万吨，现已停产。2007年，2＃FINEX炉投产，产能150万吨/年。2014年，3＃FINEX炉投产，产能200万吨/年。到目前为止FINEX工艺已累计生产铁水3 000多万吨。FINEX工艺与高炉工艺对比示意图详见图1。

FINEX工艺采用多级流态化反应器，以熔融气化炉产生的热煤气为还原剂，对铁矿粉进行还原。铁矿粉经多级还原后，制得细颗粒还原铁（DRI），DRI热压成块后装入熔融气化炉，块煤、型煤、熔剂同步装入熔融气化炉，并从下部风口鼓入纯氧进行熔炼。熔炼过程中产生的热煤气进入多级流态化反应器对铁矿粉进行还原。FINEX工艺实际上是把高炉上部块状带的间接还原功能移至多级流态化反应器，把高炉滴落带以下的直接还原-熔分功能移至熔融气化炉内。这样调整使得FINEX工艺可以直接使用粉矿，不再需要烧结矿、球团矿。燃料也可以直接使用块煤、型煤。

3  云南钢企引进FINEX的可行性分析

3.1  原燃料条件分析

1）矿石

受交通不便限制，云南钢企大量使用进口矿既不现实也不经济，基本用矿思路是“少用进口矿，用好用足本地矿，多用攀西钒钛矿”，用矿结构大致为“进口矿40～50 %+本地矿石40～50 %+钒钛矿10 %”。各种矿石的理化指标详见表1，粒度组成详见表2，FINEX的矿石条件一并列入表中。

从表1、表2可以看出，FINEX原料矿石的化学成分要求较宽，但对原料的粒度要求较严格，0.25～8 mm的部分高达80 %。精矿由于小于0.125 mm的部分高达90 %以上，基本不能使用。只有品质较好的南非粉、巴西粉基本能满足FINEX工艺要求。

2）燃料煤

云南省煤炭资源主要分布在滇东、滇南和滇东北地区，其中，曲靖地区以焦煤、瘦煤为主，有少量肥煤和气煤，全省炼焦用煤的98 %集中于该地区；富源地区以无烟煤、焦煤、肥焦煤、气肥煤为主。此外红河、昭通、楚雄、宜良地区还有储量丰富的褐煤资源。

FINEX工艺对煤质要求较宽，可以使用无烟煤、瘦煤、弱粘煤。通常8～80 mm块煤可以直接入炉，8 mm以下粉煤配加粘结剂压制成型煤入炉，部分粉煤通过喷吹方式入炉。燃料煤结构为：型煤60～70 %，粉煤15～20 %，其余为块煤[2]。云南及周边地区煤质情况及FINEX工艺对煤质要求详见表3。

从表3可以看出，FINEX工艺对燃料煤的适应性较强，云南及周边的煤种能够满足工艺要求。云南褐煤资源丰富，且为露天开采，成本较低，但固定碳略低，如果FINEX工艺能大量使用褐煤，将有望获得较好经济效益。

3）焦炭

FINEX工艺与高炉相比，料柱高度大幅降低，对焦炭冷态强度、热态强度、块度的要求可以适当降低，可以大幅减少甚至不使用焦炭进行冶炼。料柱高度示意图详见图2。

云南本地及周边优质炼焦煤资源匮乏，尤其缺乏粘结性较强的肥煤，且煤灰分、碱金属含量较高，因此与国内高炉用焦相比，本地焦炭冷态热态强度较低、灰分较高。本地焦距离FINEX工艺的用焦要求还有一点差距。云南周边焦炭质量情况、国内高炉焦炭质量要求、FINEX工艺要求对比详见表4。

3.2  成本分析

用云南省内年产150万吨高炉与年产150万吨FINEX工艺进行比较，由于FINEX工艺省去了烧结、球团工序，为了增强可比性，把烧结、球团技术经济指标纳入高炉工艺统计、折算，用折算结果进行比较，详见表5。

按照表5所列主要技术经济指标以及当期市场价格对两种工艺的铁水成本进行测算，结果显示，与高炉炼铁相比，FINEX工艺铁水成本低79.31元/吨，详见表6。

3.3 铁水质量分析

FINEX工艺铁水成份与高炉铁水成份相近，虽然[Si]含量较高，但基本满足炼钢要求。高炉工艺和FINEX工艺的铁水成份情况详见表7。

3.4  综合能耗分析

与高炉炼铁相比，FINEX的煤耗高186  kg/tHM，氧气、氮气的消耗量也远高于高炉炼铁工艺，但FINEX回收的高热值煤气约为高炉的1.68倍。将包括燃煤、氧气、回收煤气等在内的所有动力换算成标准煤，FINEX工艺总能耗比高炉低约23.85 %。详见表8。

3.5  污染物排放分析

FINEX省去了烧结、球团工序，环境友好度大幅提升。矿石、煤、焦中的S元素在熔融气化炉中生成H2S气体，随热煤气进入流态化反应器，在流态化条件下与熔剂中的CaO、MgO发生脱硫反应生成CaS、MgS，随炉料进入熔融气化炉，最后随炉渣排出。因此FINEX工艺的硫排放较低。另，FINEX使用纯氧冶炼，热煤气中的NOX产生量也很少。高炉和FINEX工艺主要污染物排放情况详见表9。

3.6  投资收益分析

1）投资方面 

FINEX工艺流程紧凑、省略了烧结和炼焦工序，大幅减小建设场地面积，与高炉流程相比，FINEX工艺占地面积减少34 %。FINEX工艺建设场地还应考虑以下两点：①FINEX工艺需要大量的氧气，在实际建设中应考虑建设配套的制氧站；②FINEX生产过程中会产生大量高热值煤气，需要建设发电厂或者配套化工产品工艺。

建设年产150万吨的高炉炼铁工艺总投资约23亿元，其中高炉本体7亿元；建设年产150万吨FINEX工艺总投资约33.3亿元，其中FINEX设备15亿元、制氧设备10.8亿元、发电设备7.5亿元。FINEX工艺总投资较高炉流程约高出10.3亿。

2）收益方面

两种炼铁工艺产量相同且品质相当，因此认为二者在生铁产品上的收益相当。

150万t/a规模的高炉煤气量16万m3/h，热值1 548 kcal/m3，可配套建设50 MW超高温超高压发电机组一座，年可发电约4.5亿kWh，产值2.5亿元。

FINEX工艺煤气量28.95万m3/h，热值1 548 kcal/m3，可配套建设100 MW超高温超高压发电机组一座，年发电量11.5亿度，产值5亿元。如进行化产开发，则总投资额约10亿元，化工产品甲醇年产量可达46万吨，每吨按2 500元计算，产值11.5亿元。

FINEX工艺投资高于高炉工艺，但收益也比高炉工艺大一些。

4  分析评价

1） FINEX工艺由韩国浦项、奥钢联合作开发，相关知识产权归属不十分清楚，是技术引进过程中要首先解决的问题。国内也有钢铁企业拟引进该技术，但没有实质性的进展。

2） FINEX工艺对矿石原料条件看似较宽，实则较严，主要原因是为了满足流态化还原的要求，对粉矿粒度组成有较严格的限制。目前FINEX工艺对铁精矿的使用比例最高仅为30 %，浦项建议控制在20 %以内，而云南本地优质粉矿匮乏、精矿较多，优质粉矿严重依赖进口。因此本地原料条件暂不能对FINEX工艺形成支撑。

3）FINEX工艺号称可不使用焦炭冶炼，但实际生产过程中仍需配加一部分焦炭（丁）。从冶炼角度分析，为了使渣铁排放顺畅，FINEX的气化熔融还原炉炉缸仍然需要具备良好的透液性、透气性，措施上就是配加焦炭进行冶炼。其生产实践也侧面表明，焦炭（丁）配加量越高，炉子顺行程度越好，因此完全脱离焦炭进行冶炼还不太现实。

4）FINEX工艺采用纯氧冶炼，炉内燃烧温度较高、直接还原度较高，因此铁水[Si]含量较高、铁水温度较高。从炼钢铁水条件考虑，较高的铁水温度和[Si]含量有利于提高废钢加入量，提高粗钢产量，但是较高的铁水[Si]含量将导致氧耗增加、铁损增加、渣量增加、成本升高，尤其铁水[Si]超过0.8 %还容易导致转炉喷溅。如果增加铁水脱硅设施，又会增加生产成本和设备投入。FINEX工艺在炉温控制上还有不完善的地方。

5）距离云南较近的攀枝花钒钛磁铁矿储量丰富，是未来云南钢铁企业重要的矿石支柱。目前尚无资料表明FINEX工艺在冶炼钒钛矿方面的技术表现，未来发展存在不确定性。

6）FINEX工艺热压块设备故障率较高也是影响生产的重要障碍，从浦项现有装备1用5备可见一斑。

7）以150万t/a的生产线测算，FINEX工艺比传统高炉工艺投资高约10亿元，幅度达45 %，资金成本偏高。同时，高热值的煤气用来发电，显然不如化产品经济性好，但钢铁冶炼和化工隶属不同行业，协同难度大。

5  结论

1）FINEX工艺省去了烧结、球团工序，缩短了炼铁流程，并具有原料适应性强、综合能耗低、环境友好等特点，对解决云南钢铁企业原燃料资源短缺、环保等问题具有较强的吸引力，值得重点关注。

2）FINEX工艺本土化引进时要根据云南资源条件进行针对性的研究，包括：提高精矿入炉比例、特殊矿冶炼（如钒钛矿、褐铁矿等）、铁水降硅、褐煤冶炼、副产品综合利用等。

3）与高炉工艺相比，FINEX工艺投资高，但收益也高。目前虽已具备商业运营条件，但冶炼技术、设备技术还不完全成熟，还有较大改进空间。

6  参考文献

[1] 王薇.Finex工艺技术的现状与可行性分析[J].炼铁技术通讯,2009,(3):3-4.

[2] 徐书刚、李子木、吕庆.浦项FINEX熔融还原工艺技术考察[J].炼铁,2008.27.(5)60-61