浦项钢铁公司的FINEX工艺的开发过程和FINEX工艺设备的运行现状及其对中国高炉炼钢的启示。
1、FINEX工艺的开发过程
COREX工艺是奥钢联VAI公司开发的非高炉炼铁工艺中的一种实现工业化的熔融还原工艺。第一套COREXC-1000于1989年在南非投产。浦项公司引进的COREXC-2000在1995年投产设计能力为年产铁水60万t。鉴于COREX工艺存在的缺点和问题，POSCO与VAI已于1992年开始联合开发FINEX工艺的计划。COREXC-2000在韩国浦项投产后，浦项公司组织对熔融还原的过程的应用基础开发研究。1996年通过流态化床铁矿粉煤基气体还原试验小型试验装置（15t/d）确认了流态化还原工艺。1999年进行了150t/d的半工业试验。在流态化床还原试验取得成功的基础上，POSCO将已投产的COREXC-2000改造为60万t/a的FINEX示范装置，并于2003年6月投产。在FINEX示范装置取得成功的基础上，POSCO设计投产了一套年产铁水150万t的工业化成产设施，并于2007年建成投产，4月11日出第一炉钢。其开发过程见表1。
表1FINEX的工艺开发过程
Table1 The process development of FINEX
FINEX工艺由COREX以及COREX由高炉工艺的演变过程见图1。
2 FINEX工艺的主要技术改进
2.1COREXC-2000生产中出现的问题
（1）还原竖炉中的炉料发生粘结，而不得不停炉清理
一般情况，COREX投产后一年左右，还原竖炉中矿石发生粘结。粘结从炉壁开始，愈粘愈厚，最后还原铁完全漏不下去，而不得不停炉清空。粘结物是部分还原的铁料。粘结周期的长短与使用的炉料结构有关。块矿使用的比例越高，粘结周期越短。使用球团矿的粘结周期比使用块矿长。还原竖炉的粘结大大降低了COREX装置的作业率。粘结使COREX入炉铁料的要求比高炉对铁料的要求更为严格。
（2）离不开小块焦（nutcoke），对煤的要求高，燃料比高。
COREX工艺迄今为止仍不能100%用煤做燃料。小块焦的用量最少的也超过燃料总量的5%，对煤的质量也有严格要求，远不是大部分煤的资源都可以使用。目前运行中的COREX装置，焦炭使用的比例大致在14%～20%以上，也就是说每吨铁水的焦炭消耗在200kg。目前先进大高炉焦比在300kg水平。换句话说，COREX装置的单位铁水焦炭消耗比大高炉只少100kg，而燃料比高出500kg，燃料消耗过高，与设计目标差距很大。
2.2FINEX的主要技术创新和改进
FINEX工艺的技术创新和改进主要从以下5个方面入手：
（1）取消还原竖炉，用多级流态化床反应器代替还原竖炉；
（2）用铁矿粉替代球团矿和块矿。铁矿粉在多级态化床反应器中大部分得到还原。部分还原的热矿粉经热压成HCI（热压铁Hotcompactedlron）作为唯一的含铁炉料加入熔融气化炉中；
（3）改变将煤直接加入熔融气化炉的方式，将煤部分磨细成煤粉，喷入熔融气化炉中，其余的粉煤与结合剂混合后，压成煤球，以及从煤气系统回收的炉尘；
（4）装入熔融气化炉的炉料由原来的还原竖炉出来的DRI（直接还原铁）、煤块和煤粉改变成HCI（热压铁）、煤球和直接喷入的煤粉，以及从煤气系统回收的炉尘；
（5）还原竖炉使用的还原剂是熔融气化炉排出的高温煤气。还原竖炉取消后，开始多级流态化床反应器使用熔融气化炉煤气作为还原剂。为减少煤耗，将部分自流态化床反应器排出煤气返回作还原气利用。为提升煤气还原能力，在煤气管网中增加CO2变压吸附装置，将还原煤气中的CO2质量分数由约33%降至约1.5%。
改进后形成的FINEX的流程见图2。
2.3主要技术改进和创新的要点
FINEX所进行的主要技术改进和创新，并非原创性技术创新，而是在已有的技术基础上，为满足FINEX工艺要求，进行了创新性的技术改进。总体来说，FINEX工艺属于集成创新。
（1）铁矿石流态化床还原工艺，早已存在，但有问题：铁矿粉还原度不高，达不到生产DRI（直接还原铁）的要求，反应器容易粘接，连续作业时间不长。浦项对反应器结构和气流分布进行改进，将多级还原反应器的温度降低，将铁矿粉还原度降至60%~70%，解决了反应器不能连续作业的问题，使流态化床还原工艺替代还原竖炉取得成功。
（2）流态化床出来的部分还原的铁矿粉要压成块，才能装入熔融气化炉。将DRI压成HBI（HotBriquetedIron热压铁球）早已是成熟工艺，但缺点是能耗高，成本高。浦项将压球改成压成密实度较低的矿饼后破碎，降低了成本并提高了压辊寿命。
（3）煤的加入方法由全部装入熔融气化炉改为一部分磨成煤粉喷入熔融气化炉，喷煤量最高时可达300kg/t（铁水）。其余的煤，破碎后加粘结剂压成煤球装入熔融气化炉中。
（4）上述两项技术改进使熔融气化炉中装入的固体料的形态成为块状的HCI及煤球以及喷入的煤粉。现在示范的FINEX装置已不使用小块焦，FINEX1.5MT小块焦目前尚使用大约在50kg/t。HCI金属化率比DRI低，使气化炉的温度降低。加入煤球比加入煤粉对改善熔融气化炉内熔池渗透性有利。与高炉相比，熔融气化炉中没有软熔带，消除了初成渣对反应过程的影响。
（5）在FINEX的煤气处理系统中，增加了CO2脱除装置，用成熟的变压吸附法脱除煤气中的CO2。脱除CO2以后的煤气，作为还原剂用于流态化床反应器，提高了铁矿粉的还原效率，是FINEX的燃料消耗下降。上述主要技术改进中的前4项的基本思路见图3。
3 浦项FINEX工艺装置运行现状
如前所述，FINEX工艺是在COREX工艺的装置上改进形成的。开始COREX与FINEX的示范工厂的装置是结合在一起的，由于并未折除COREX的还原竖炉，故仍可按COREX工艺照常运行，或按FINEX工艺运行，以减少在改造和试运行过程中的产量损失。
FINEX的流态化反应器系统，HCI系统，煤造球系统，喷煤系统分步陆续投入，2003年5月以后，示范装置全部转入按FINEX工艺运行，FINEX示范工厂2003年至2007年的运行情况见图4。
如前所述，示范工厂取得成功后，2004年8月浦项开工建设一套年产150万t的FINEX工艺炼铁装置，设计目标年产铁水150万t，年均日产4200t铁水。这套150万t装置于2007年4月投产，到2007年4季度，产量达到设计目标。
3.1FINEX使用的铁矿石
到目前为止，FINEX1.5MT所使用的原料均属于氧化矿，尚未使用磁铁矿。所用的矿均是矿山直接输出的。
3.2FINEX的作业率
FINEX示范厂投产后，遇到的最主要的问题是流态化床反应器的粘结和阻塞。2007年以后情况大为好转。1.5MTFINEX投产后不久就超过了示范厂。现在已接近高炉水平（见图6）。
3.3FINEX工艺的环境状况
FINEX工艺由于不需要炼焦及烧结工序，故FINEX如同COREX一样环境排放远优于高炉工艺，见图7。
关于FINEX的建设投资，浦项公司以韩国浦项的价格为基础，以建设年产生铁300万t炼铁系统为目标，将高炉流程与FINEX流程（FINEX1.5MT两套，包括各流程本身的全系统以及制氧机、发电机等）进行投资对比，认为FINEX的建设投资比高炉流程节省近20%。同时，对两种流程的生产成本也根据浦项的实际情况进行了对比计算，认为FINEX生产成本低15%。因为各地域和企业的价格基本不同，需要根据具体情况进行分析比较。
4 结论
（1）FINEX工艺属于引进技术自主集成创新。浦项引进COREX工艺后，针对存在的问题，进行技术攻关和研发，形成具有自主创新特色的FINEX工艺。是哟有的主要技术改进，均是在已有技术的基础上，自主创新，集成为具有度创新的技术，达到期望的目标。在这方面，值得学习借鉴。
（2）浦项对重大技术项目的管理方式值得学习。FINEX项目在浦项公司研发课题中排在首位。项目由公司领导专门负责，将应用基础研究，工艺研究，生产操作人员和工程设计人员集中在一起，组成专门的团队，效率高。浦项的工作方法值得中国重大研发项目借鉴。
（3）FINEX工艺的铁水质量已达到高炉炼铁同一水平。作业率、燃料消耗与当代高炉炼铁水平接近。目前，浦项FINEX的铁水与浦项高炉的铁水一样供应两座炼钢厂。
FINEX工艺目前已经具备1000～2000m3级高炉的条件。浦项将在FINEX工艺大型化方面进行进一步开发，这方面还有大量的研发工作要做。
（4）浦项历经数年努力，成功开发FINEX工艺技术的过程，体现了他们提倡的“资源有限，创意无限”的创新精神，是值得赞许的。
1、FINEX工艺的开发过程
COREX工艺是奥钢联VAI公司开发的非高炉炼铁工艺中的一种实现工业化的熔融还原工艺。第一套COREXC-1000于1989年在南非投产。浦项公司引进的COREXC-2000在1995年投产设计能力为年产铁水60万t。鉴于COREX工艺存在的缺点和问题，POSCO与VAI已于1992年开始联合开发FINEX工艺的计划。COREXC-2000在韩国浦项投产后，浦项公司组织对熔融还原的过程的应用基础开发研究。1996年通过流态化床铁矿粉煤基气体还原试验小型试验装置（15t/d）确认了流态化还原工艺。1999年进行了150t/d的半工业试验。在流态化床还原试验取得成功的基础上，POSCO将已投产的COREXC-2000改造为60万t/a的FINEX示范装置，并于2003年6月投产。在FINEX示范装置取得成功的基础上，POSCO设计投产了一套年产铁水150万t的工业化成产设施，并于2007年建成投产，4月11日出第一炉钢。其开发过程见表1。
表1FINEX的工艺开发过程
Table1 The process development of FINEX
|
时间 |
1992-1997 |
1998-2003 |
2003-05-31至今 |
2007-04-10至今 |
|
开发目标 |
基础研究 |
商业化 |
示范工厂 |
年产150万t的生产装置 |
|
工作内容 |
煤基还原气为还原剂的铁矿粉流态化床，反应过程的研发； |
FINEX商业化理念的形成； |
建成年产60万t的生产装置形成年产150万t铁水的生产厂（目前的操作状况见后面的叙述） |
形成年产150万t铁水的生产厂（目前的操作状况见后面的叙述） |
FINEX工艺由COREX以及COREX由高炉工艺的演变过程见图1。
2 FINEX工艺的主要技术改进
2.1COREXC-2000生产中出现的问题
（1）还原竖炉中的炉料发生粘结，而不得不停炉清理
一般情况，COREX投产后一年左右，还原竖炉中矿石发生粘结。粘结从炉壁开始，愈粘愈厚，最后还原铁完全漏不下去，而不得不停炉清空。粘结物是部分还原的铁料。粘结周期的长短与使用的炉料结构有关。块矿使用的比例越高，粘结周期越短。使用球团矿的粘结周期比使用块矿长。还原竖炉的粘结大大降低了COREX装置的作业率。粘结使COREX入炉铁料的要求比高炉对铁料的要求更为严格。
（2）离不开小块焦（nutcoke），对煤的要求高，燃料比高。
COREX工艺迄今为止仍不能100%用煤做燃料。小块焦的用量最少的也超过燃料总量的5%，对煤的质量也有严格要求，远不是大部分煤的资源都可以使用。目前运行中的COREX装置，焦炭使用的比例大致在14%～20%以上，也就是说每吨铁水的焦炭消耗在200kg。目前先进大高炉焦比在300kg水平。换句话说，COREX装置的单位铁水焦炭消耗比大高炉只少100kg，而燃料比高出500kg，燃料消耗过高，与设计目标差距很大。
2.2FINEX的主要技术创新和改进
FINEX工艺的技术创新和改进主要从以下5个方面入手：
（1）取消还原竖炉，用多级流态化床反应器代替还原竖炉；
（2）用铁矿粉替代球团矿和块矿。铁矿粉在多级态化床反应器中大部分得到还原。部分还原的热矿粉经热压成HCI（热压铁Hotcompactedlron）作为唯一的含铁炉料加入熔融气化炉中；
（3）改变将煤直接加入熔融气化炉的方式，将煤部分磨细成煤粉，喷入熔融气化炉中，其余的粉煤与结合剂混合后，压成煤球，以及从煤气系统回收的炉尘；
（4）装入熔融气化炉的炉料由原来的还原竖炉出来的DRI（直接还原铁）、煤块和煤粉改变成HCI（热压铁）、煤球和直接喷入的煤粉，以及从煤气系统回收的炉尘；
（5）还原竖炉使用的还原剂是熔融气化炉排出的高温煤气。还原竖炉取消后，开始多级流态化床反应器使用熔融气化炉煤气作为还原剂。为减少煤耗，将部分自流态化床反应器排出煤气返回作还原气利用。为提升煤气还原能力，在煤气管网中增加CO2变压吸附装置，将还原煤气中的CO2质量分数由约33%降至约1.5%。
改进后形成的FINEX的流程见图2。
2.3主要技术改进和创新的要点
FINEX所进行的主要技术改进和创新，并非原创性技术创新，而是在已有的技术基础上，为满足FINEX工艺要求，进行了创新性的技术改进。总体来说，FINEX工艺属于集成创新。
（1）铁矿石流态化床还原工艺，早已存在，但有问题：铁矿粉还原度不高，达不到生产DRI（直接还原铁）的要求，反应器容易粘接，连续作业时间不长。浦项对反应器结构和气流分布进行改进，将多级还原反应器的温度降低，将铁矿粉还原度降至60%~70%，解决了反应器不能连续作业的问题，使流态化床还原工艺替代还原竖炉取得成功。
（2）流态化床出来的部分还原的铁矿粉要压成块，才能装入熔融气化炉。将DRI压成HBI（HotBriquetedIron热压铁球）早已是成熟工艺，但缺点是能耗高，成本高。浦项将压球改成压成密实度较低的矿饼后破碎，降低了成本并提高了压辊寿命。
（3）煤的加入方法由全部装入熔融气化炉改为一部分磨成煤粉喷入熔融气化炉，喷煤量最高时可达300kg/t（铁水）。其余的煤，破碎后加粘结剂压成煤球装入熔融气化炉中。
（4）上述两项技术改进使熔融气化炉中装入的固体料的形态成为块状的HCI及煤球以及喷入的煤粉。现在示范的FINEX装置已不使用小块焦，FINEX1.5MT小块焦目前尚使用大约在50kg/t。HCI金属化率比DRI低，使气化炉的温度降低。加入煤球比加入煤粉对改善熔融气化炉内熔池渗透性有利。与高炉相比，熔融气化炉中没有软熔带，消除了初成渣对反应过程的影响。
（5）在FINEX的煤气处理系统中，增加了CO2脱除装置，用成熟的变压吸附法脱除煤气中的CO2。脱除CO2以后的煤气，作为还原剂用于流态化床反应器，提高了铁矿粉的还原效率，是FINEX的燃料消耗下降。上述主要技术改进中的前4项的基本思路见图3。
3 浦项FINEX工艺装置运行现状
如前所述，FINEX工艺是在COREX工艺的装置上改进形成的。开始COREX与FINEX的示范工厂的装置是结合在一起的，由于并未折除COREX的还原竖炉，故仍可按COREX工艺照常运行，或按FINEX工艺运行，以减少在改造和试运行过程中的产量损失。
FINEX的流态化反应器系统，HCI系统，煤造球系统，喷煤系统分步陆续投入，2003年5月以后，示范装置全部转入按FINEX工艺运行，FINEX示范工厂2003年至2007年的运行情况见图4。
如前所述，示范工厂取得成功后，2004年8月浦项开工建设一套年产150万t的FINEX工艺炼铁装置，设计目标年产铁水150万t，年均日产4200t铁水。这套150万t装置于2007年4月投产，到2007年4季度，产量达到设计目标。
3.1FINEX使用的铁矿石
到目前为止，FINEX1.5MT所使用的原料均属于氧化矿，尚未使用磁铁矿。所用的矿均是矿山直接输出的。
3.2FINEX的作业率
FINEX示范厂投产后，遇到的最主要的问题是流态化床反应器的粘结和阻塞。2007年以后情况大为好转。1.5MTFINEX投产后不久就超过了示范厂。现在已接近高炉水平（见图6）。
3.3FINEX工艺的环境状况
FINEX工艺由于不需要炼焦及烧结工序，故FINEX如同COREX一样环境排放远优于高炉工艺，见图7。
关于FINEX的建设投资，浦项公司以韩国浦项的价格为基础，以建设年产生铁300万t炼铁系统为目标，将高炉流程与FINEX流程（FINEX1.5MT两套，包括各流程本身的全系统以及制氧机、发电机等）进行投资对比，认为FINEX的建设投资比高炉流程节省近20%。同时，对两种流程的生产成本也根据浦项的实际情况进行了对比计算，认为FINEX生产成本低15%。因为各地域和企业的价格基本不同，需要根据具体情况进行分析比较。
4 结论
（1）FINEX工艺属于引进技术自主集成创新。浦项引进COREX工艺后，针对存在的问题，进行技术攻关和研发，形成具有自主创新特色的FINEX工艺。是哟有的主要技术改进，均是在已有技术的基础上，自主创新，集成为具有度创新的技术，达到期望的目标。在这方面，值得学习借鉴。
（2）浦项对重大技术项目的管理方式值得学习。FINEX项目在浦项公司研发课题中排在首位。项目由公司领导专门负责，将应用基础研究，工艺研究，生产操作人员和工程设计人员集中在一起，组成专门的团队，效率高。浦项的工作方法值得中国重大研发项目借鉴。
（3）FINEX工艺的铁水质量已达到高炉炼铁同一水平。作业率、燃料消耗与当代高炉炼铁水平接近。目前，浦项FINEX的铁水与浦项高炉的铁水一样供应两座炼钢厂。
FINEX工艺目前已经具备1000～2000m3级高炉的条件。浦项将在FINEX工艺大型化方面进行进一步开发，这方面还有大量的研发工作要做。
（4）浦项历经数年努力，成功开发FINEX工艺技术的过程，体现了他们提倡的“资源有限，创意无限”的创新精神，是值得赞许的。
