【摘要】：直接還原鐵（DRI/HBI）是電爐冶煉純凈鋼最佳的殘留元素的稀釋劑。直接還原是鋼鐵工業技術發展的重要方向，氣基豎爐和煤基回轉窯是成熟的直接還原工業化生產技術。中國直接還鐵的生產仍處于起步時期，2008年產量約60萬t，占世界總產量不足1.0%。直接還原鐵在中國有廣闊的發展前景，以國內鐵礦資源為原料的氧化球團-煤制氣-豎爐是中國發展直接還原鐵的主要方向。

一、直接還原鐵生產技術及現狀

直接還原是鐵氧化物在不熔化、不造渣，在固態下還原為金屬鐵的工藝。直接還原產品統稱為直接還原鐵（Direct Reduction Iron，縮寫為 DRI），由于DRI的結構呈海綿狀，也稱為“海綿鐵”，為了提高產品的抗氧化能力和體積密度，DRI熱態下擠壓成型產品稱為熱壓塊（HBI），DRI冷態下擠壓成型產品稱為DRI壓塊。

直接還原是已實現大規模工業化生產技術，已實現工業化生產的直接還原法有數10種。2008年世界直接還原鐵（DRI/HBI）的產量約 6845萬t，約為世界生鐵產量9.30億t的7.23%。直接還原鐵由于產品純凈、質量穩定、冶金特性優良，成為生產優質鋼、純凈鋼不可缺少的原料，是世界鋼鐵市場最緊俏的商品之一，直接還原是世界鋼鐵生產的一個不可缺少的組成部分。

世界直接還原的現狀可歸納為以下幾個方面。

（一）產量持續增加，氣基豎爐占主導地位

DRI的產量持續迅速增加，見表1。氣基豎爐Midrex法及HYL法是生產規模最大的工藝方法，回轉窯是煤基直接還原主要方法。氣基工藝的產量約占世界總產量的75%。煤基直接還原約占25%。直接還原鐵各工藝產量的分布見表2。俄羅斯、印度、中東等地近年來都有大型氣基豎爐直接還原生產廠的建設計劃。拉美、北非及亞洲天然氣豐富地區是直接還原鐵主要產地。印度是世界直接還原鐵產能和產量最大的國家，2008年產量達到 2120萬 t。

（二）煤制氣-豎爐直接還原為DRI發展開辟了新途徑

由Midrex公司提出，并在南非實現了工業化生產的COREX熔融還原尾氣作為Midrex還原氣的工藝技術，以及墨西哥HYL 公司提出的HYL－ZR工藝直接使用焦爐煤氣、合成氣、煤制成氣為還原氣的技術，為天然氣資源不足的地區，以天然氣以外的能源發展氣基直接還原工藝開辟了新途徑。

氣基豎爐生產 DRI可以實現 DRI熱出料，DRI熱裝入電爐煉鋼。500～700℃的DRI熱裝電爐煉鋼可以節約電能60～80kw·h/t（鋼）。同時，簡化了DRI出爐后的處理過程，可以減少DRI在冷卻、運輸中的再氧化。

煤制氣技術是煤化工技術中成熟的常規技術，在中國已有長期使用經驗。煤制氣-堅爐直接還原技術受到中國鋼鐵工作者的關注，國內已有20個單位開展了以煤制氣為還原氣的豎爐直接還原廠的建設規劃或設計。從能耗、環境保護、生產規模、與后續工藝的銜接等諸多方面綜合分析，煤制氣-豎爐直接還原工藝將成為中國DRI生產的主要工藝。

（三）回轉窯法技術成熟，在印度和中國得到發展

回轉窯法是煤基直接還原技術中最成熟、規模最大、最主要的工藝方法。在印度、南非、中國等國家和地區得到發展。具有關資料報道，2008年印度DRI總產量 2120萬t中回轉窯產量約占30%，運行中的回轉窯約300座。

中國天津鋼管在引進DRC技術的基礎上，進行了大量改造，技術上有了重大進步，最好年份產量超過設計產量20%，煤耗僅900～950kg/t（DRI），尾氣預熱發電進一步降低了能耗，在使用SAMARCO球團時產品ωTFe＞94.0%，金屬化率＞93.0%，ω[S]、ω[P]＜0.015%，SiO2≈1.0%，生產指標在世界同類裝置中最好，但自2008年8月后因進口球團價格過高停產。

回轉窯對原燃料的要求苛刻，能耗高（實物煤的消耗約 950kg/t（DRI）），投資高，運行費用高，生產運行的穩定難度大，生產規模難以擴大（最大15萬t/（a·座））。因此，回轉窯法在資源條件適宜地區，對中小規模DRI生產可能得到運用，但難以成為中國DRI發展的主體工藝。

（四）隧道窯法在中國大量發展

隧道窯法生產直接還原鐵是最古老的煉鐵方法之一，世界其他地區隧道窯法僅用于粉末冶金還原鐵粉生產的一次還原工序。除中國外，未見到有用隧道窯生產煉鋼用直接還原鐵的報道。隧道窯法技術含量低，適合于小規模生產，投資小，符合民營企業投資需要，近期在中國得到大量的發展。中國已建成或正在建設的隧道窯有200多座，設計年產能超過400萬t，至今DRI隧道窯建設熱潮有增無減，從多媒體檢索發現有數10個單位規劃建設產能5萬～30萬t/a的隧道窯直接還原鐵廠。

隧道窯采用罐式法還原熱效率低、能耗高，還原煤450～650 kg/t（DRI）；加熱用煤450～550kg/t（DRI）；生產周期長（48～76h）；污染嚴重（還原煤灰、廢還原罐等固體廢棄物多，粉塵多）；產品質量不穩定；單機生產能力難以擴大等問題，不可能成為中國直接還原鐵發展的主導方法。

（五）轉底爐法是煤基直接還原技術開發熱點

日本、美國等國家開展的轉底爐煤基直接還原技術（Fastmet、Inmetco、Itmk3）因采用含鐵原料與還原劑混合造球，還原條件好；能源來源廣泛；對原料的適應性強，在鋼鐵廠粉塵、復合礦利用有優勢，受到人們重視。中國從20世紀90年代開始，先后在舞陽、鞍山、河南等地建成試驗裝置或工業化試生產裝置多座，對轉底爐煤基直接還原技術進行了大量研究。近年來，隨著鋼鐵工業發展、環境保護的需要，含鐵塵泥的處理，復合礦的綜合利用，以及擴大產能的需要，轉底爐工藝受到人們的關注。四川龍蟒建成年處理釩鈦磁鐵礦10萬t的轉底爐試驗裝置，天津榮城鋼鐵公司正在建設年產80萬t的轉底爐，用于擴大產能。馬鋼、攀鋼、萊鋼、沙鋼、日照等多個鋼鐵企業都在建設轉底爐還原裝置，多數將在明年初投產。

國內外的研究表明，轉底爐是以含碳球團或含碳壓塊為原料快速還原為特征的煤基直接還原裝置，處理冶金廠含鐵塵泥（含鋅粉塵、冶煉不銹鋼的粉塵）是有效的、成功的。但作為生產煉鋼用DRI，由于煤灰的摻入，產品鐵品位低，含S高，難以滿足煉鋼生產的需要。如采用電爐進行預熔化處理，需要消耗電能 500～550kw·h/t。如采用氧煤為能源熔化處理，工藝裝備和工藝還有待開發和驗證。采用轉底爐生產還原鐵產品直接入高爐冶煉，當加入量較小時可提高高爐產量，降低焦比，但加入量大時對高爐冶煉過程、能耗的影響，以及經濟效益的影響還有待實踐的驗證。采用轉底爐生產還原鐵，直接入高爐冶煉擴大高爐產能的方法，在技術、能耗、經濟效益等方面都存在風險，選用這種途徑應持慎重的態度。

（六）流化床法的發展受挫

流化床法采用粉狀原料、鐵礦粉單體顆粒在高溫還原氣流中進行還原，粉礦不必造塊、還原速度快，在還原機理上是氣基法中最合理的工藝方法，在直接還原開發和發展的過程倍受關注。但生產實踐中，因物料流化所需要的氣體流量遠大于還原所需要的氣量，還原氣的一次通過的利用率過低（約10%），氣體循環消耗的能量高；流化床是全混床，產品的還原程度不均勻；“失流”及粘結問題一直困擾流化床生產穩定等問題至今未得到有效的解決，造成世界已建成的多個流化床直接還原裝置法中只有Finmet法（委內瑞拉 Matazas的 Orlnoco Iron）和Circored法（特里尼達與多巴哥Point Lisas 的Cliffs＆Associates）在生產，但產量僅為生產能力的50%左右。

二、中國直接還原鐵發展前景

直接還原是鋼鐵生產的短流程（緊湊流程）的基礎，短流程因其不使用焦煤、能耗低、單位產能投資少、建設周期短、對環境的影響小等特點是鋼鐵工業發展的方向，受到鋼鐵界的推崇。DRI/HBI是國際鋼鐵市場中最緊俏的產品之一，近年來，國際市場DRI價格不斷攀升（中國進口DRI/HBI的價格最高報價達586美元/t）。從國際市場角度，直接還原鐵有著廣闊的發展前景。

中國的鋼鐵蓄積量不足，廢鋼產生量遠不能滿足鋼鐵生產的需要，廢鋼短缺是影響中國電爐鋼發展的重要因素；同時中國鋼鐵生產的主要能源是焦炭，世界性焦煤資源的短缺，價格飛漲嚴重的干擾和威脅著中國鋼鐵工業的可持續發展。發展直接還原有利于改善中國鋼鐵生產的能源結構，擺脫焦煤資源對發展的羈絆，是減少鋼鐵生產對環境的不良影響的重要途徑，中國DRI的市場容量估計可達到1500萬～2000萬t/a。

2007年中國DRI產量僅僅60多萬t，占世界DRI總產量6722萬t的不足1.0%。而且，其中約40%的產品的質量達不到國家所要求直接還原鐵H90的標準，ωTFe＜90%，體密度＜2.0kg/cm3，質量不穩定，在煉鋼生產中不受歡迎，被迫以低價銷售，這不僅造成DRI生產企業經濟效益差，更重要的是電爐使用低質量的DRI使煉鋼的能耗大幅度上升。

中國已建成DRI生產廠數10個，除喀左、天津鋼管、密云、魯中、富蘊金山5個是回轉窯法外，其余的都是隧道窯法。近年來，由于礦山生產效益好，從有益生產組織角度出發，密云、魯中的回轉窯停產。因而，隧道窯法在中國的DRI生產中占據重要的地位。中國國民經濟發展要求單位國民經濟產值的能耗要大幅下降，從保護環境的基本原則出發，隧道窯法生產煉鋼用直接還原鐵不符合“節能減排”的發展方向，如何解決隧道窯能耗、環保問題是隧道窯法生存和發展的重大課題。

煤制氣-豎爐直接還原鐵生產工藝為中國直接還原的發展提供了新的途徑。中國有豐富的煤炭資源，有成熟的煤制氣技術和長期運行的經驗，煤制氣技術是國家推廣的環保的用煤技術，煤制氣-豎爐直接還原將成為中國DRI生產的主要途徑。圖1為煤制氣-豎爐直接還原工藝流程示意圖。

近年來，中國眾多的鋼鐵、化工工作者，對煤制氣-豎爐直接還原鐵生產進行了大量調查、研究工作，取得了大量的數據，為中國采用煤制氣-堅爐直接還原技術奠定了良好的基礎。但煤制氣方法的選擇、煤種的選擇、煤制氣-豎爐工藝的多聯產的組合的選擇、煤制氣與豎爐的銜接、煤氣壓力與豎爐壓力的銜接及相關裝備等問題還有待進一步深入研究和探討。海城東四、唐鋼不銹鋼公司（青龍）、內蒙眾興（曹妃店）、延吉東方創新、吉林天池、安徽霍邱、內蒙烏海、包鋼等都在籌劃、規劃、設計建設豎爐直接還原鐵項目，這些項目的建成將徹底改變中國直接還原鐵生產的面貌，為中國鋼鐵工業的發展開辟新的途徑。