FINEX熔融还原炼铁技术简介
来源：中冶集团
近代高炉炼铁工艺经过150多年的发展，在生产效率、工艺技术、装备大型化等方面日臻成熟，各项潜力得以较为充分的发挥，为人类文明和经济发展做出了巨大贡献。但高炉生产依赖的焦煤资源供应不足，加之烧结及焦化工序污染严重，其可持续发展面临巨大挑战。
因此，基于不用焦炭的非高炉炼铁技术，成为近30多年来世界钢铁业着力研究和发展的前沿技术之一。其中，熔融还原炼铁技术得到广泛关注，这项技术以非焦煤为能源，在高温熔态下还原铁氧化物得到铁水，主要包括COREX和FINEX两种工艺。FINEX起源于COREX，但针对COREX存在的问题进行了集成创新，形成特有的技术如流态化还原炉、煤压块、还原铁压块等，已成为目前世界上技术相对成熟、工业生产适应性较好的熔融还原炼铁工艺。
自1992年起，韩国浦项与奥钢联合作启动FINEX技术基础研究，历经20余年的研发，先后建成60万t/a的示范厂、150万t/a的工业化生产厂，2011年已开工建设200万t/a的FINEX工厂。2013年，我国重庆钢铁集团与POSCO正式签署了建设年产300万吨规模“FINEX一贯制铁所”合作协议，标志着该项技术首次引入国内。
一、FINEX工艺概述
FINEX工艺是在COREX工艺基础上开发的一种新的熔融还原工艺。其工艺主要由3个工序组成：流化床预还原装置、DRI粉压块装置和熔融气化炉装置。第一步是流化床反应装置，可以把铁矿粉进行预还原，其所使用的还原性气体是由熔融气化炉的煤经燃烧和高温分解而产生的；第二步，经流化床预还原后进入压块工序，变成热压块铁。非焦煤经过压块变成压块煤，加入到熔融气化炉中；第三步，压块煤在熔融气化炉中燃烧产生热量，把经流化床中还原过的热压块铁熔化成铁水和炉渣[1]。其工艺流程图见图1所示。
图1 FINEX工艺流程图
二、FINEX工艺的优势[2]
FINEX工艺具有几个方面的优势：
1.可采用资源丰富、廉价的铁粉矿。FINEX工艺可采用资源丰富、廉价的铁粉矿；另外，传统高炉很难加工富含氧化铝和锌的铁矿石，因为这种矿石会影响烧结料层的质量，锌累积起来还会破坏高炉内壁的难熔层。而FINEX工艺由于省去了烧结工艺，因此不存在这样的问题。如采用FINEX工艺，锌将很容易地随尾气一起被排出。
2.可用非焦煤。FINEX可以几乎完全使用非炼焦煤，而且对煤种和成分没有严格限制。
3.大幅度减少污染源。
4.输出的优质高价煤气可广泛用于冶金和发电。
三、FINEX与COREX的工艺区别[3]
FINEX与COREX除了预还原段不同外，还有以下主要区别：
1.FINEX吨铁消耗的煤气量比COREX多。FINEX因采用多级流化床而使吨铁消耗的煤气量比COREX多，煤气除了使铁矿还原，还要保持矿粉流态化。
2.FINEX耗氧量比Corex多。
3.为避免粘结，FINEX预还原料的金属化率要比COREX低。COREX的预还原金属化率为90%-93%的海绵铁，而FINEX的为80%-85%的细颗粒直接还原铁。
4.Corex与FINEX所产生的煤气量及其热值稍不同。COREX炼铁工艺输出1750Nm3/t低SO2洁净煤气(CO+H2>65%)，热值为7900kJ/Nm3；FINEX煤耗率为850kg/t铁时，可输出的煤气约1530Nm3/t，单位热值约为7044kJ/Nm3。
5.FINEX与COREX相比，排放的CO2量稍有不同。FINEX排放的CO2为1050kg/t，COREX排放的CO2量为905kg/t。
四、FINEX工艺与高炉工艺的比较
冶金界最关心的是该工艺的原料、能耗和生产成本。FINEX的优势是用贮量丰富的普通煤种代替焦煤，但流态化反应器的还原效率不如竖炉，其金属化率只有80%-85%，增加了熔融气化炉的还原负担，使得每吨生铁耗用的煤量要比高炉高得多。目前，先进的大型高炉燃料比约500kg/t，而FINEX约850kg/t（也有报导是1050kg/t），还有500Nm3/t的氧气消耗。如高炉工艺考虑焦化、烧结、球团等铁前工序的全流程能耗，则二者的差距明显减少。加上FINEX从煤气回收的能量远高于高炉，有计算表明FINEX的工序能耗还略低于高炉工艺（含铁前工序）。
高炉生铁成本中原料占60%左右，而FINEX只占45%左右。高炉成本中燃料和动力占30%左右，扣除煤气回收约28%。而FINEX燃料和动力因使用大量氧气约占55%，扣除煤气回收仍占约41%，其中氧气每吨铁消耗约500m3，其费用为成本的20%，有专家估算，在国内情况下，FINEX与大型高炉相比（如1座3800m3高炉与2座年产150万t铁的FINEX），高炉比FINEX生铁成本低12.5%。
FINEX较高炉工艺而言，目前最大的竞争优势是焦炭用量明显减少，依照其设计初衷，未来存在完全不用焦炭的可能。如能实现，其竞争力将进一步增大（与1750m3高炉配套的焦炉工序占地面积约15万m2，投资约5亿元，还增加了废水和SOx等排放量）。综合来看，FINEX工艺除了焦炭用量少，并有可能最终不用焦炭外，仅占地面积和环保指标有一定优势，能耗指标两者基本相当，但在原料选择、投资等指标方面与高炉工艺（原料场、焦化、烧结、球团、炼铁）相比差距较大，特别是投资差距巨大。FINEX替代高炉工艺尚不具备条件[4]。
五、FINEX工艺仍需进行的改进和创新
FINEX工艺经过不断的完善和创新，目前已经取得了较大进展，但距离工业化、规模化推广仍有较大差距，替代高炉工艺的条件明显不足。国内研究人员[4]对FINEX工艺仍需要进行的改进和创新提出了几点建议：
1.尽快实现非焦冶炼。非焦冶炼是包括FINEX工艺在内的非高炉炼铁技术的初衷和核心竞争力，目前FINEX生产仍然依赖焦炭，不利于该工艺的推广应用。
2.大幅度降低投资。相比高炉工艺，FINEX工艺处于起步阶段，即便充分考虑该因素，FINEX工艺庞大的投资也令其难以推广。需要通过包括减少流化床数量在内的系统改进，大幅度降低投资强度。
3.提高原料适应性。FINEX工艺的原料仅为粉矿，且理化指标要求较高，不利于推进替代高炉工艺的进程。扩大原料供应范围和种类是FINEX工艺需要解决的重大问题。
4.降低燃料比。目前FINEX工艺燃料比为760kg/t（折煤）高于高炉工艺约683kg/t（折煤）的水平，未来还需在减少燃料消耗方面进一步加强研发投入。
参考文献：
[1] Siuka.D，Bohm.C，Wieder.K，COREX and FINEX Technology Process Updates.2006，澳钢联网站.
[2] 王薇.Finex工艺技术的现状与可行性分析[J].炼铁技术通讯，2009，3:3-6.
[3] 胡俊鸽，周文涛，毛艳丽.Finex熔融还原技术的新发展[J].冶金信息导刊，2007，4：22.
[4] 张龙强，周翔.FINEX与高炉炼铁工艺对比[J].中国钢铁业，2012，4：18-21.
