直接還原煉鐵裝置不需要象高爐那樣大規(guī)模的設(shè)備投資，也不需要焦炭，因此，在以出產(chǎn)天然氣的發(fā)展中國家為中心，作為煉鐵的鐵源設(shè)施而發(fā)展起來了。近年，發(fā)達(dá)國家對(duì)于灰分少的潔凈鐵源的需求量正在日益增大，也同樣將直接還原鐵作為廢鋼的替代品。再者，由于HBI技術(shù)的開發(fā)，海上運(yùn)輸直接還原鐵成為可能，開辟了世界范圍的市場。由于最近的鋼鐵需求量的增大，直接還原鐵裝置的建設(shè)需求也在日益高漲，從2005年開始，采用MIDREX法的直接還原煉鐵裝置處于建設(shè)突增的狀況。

　　1．生產(chǎn)率與單位能耗的發(fā)展史

　　在MIDREX直接還原煉鐵法的發(fā)展過程中，貢獻(xiàn)最大的項(xiàng)目是生產(chǎn)金屬化率高、灰分少的直接還原鐵的豎爐的生產(chǎn)率持續(xù)性的改善。尤其是，最關(guān)鍵的重點(diǎn)是豎爐內(nèi)消耗的CO和H2量的改善。這些改善對(duì)生產(chǎn)率和單位消耗的改善給予了很大的貢獻(xiàn)。CO和H2氣的消耗量在這30年間改善幅度達(dá)到25％以上。這主要依靠對(duì)原料性狀的控制、豎爐內(nèi)部的氣流的均質(zhì)化導(dǎo)致的固－氣接觸的改善、還原氣體的高溫化等。

　　上世紀(jì)70年代的還原氣體溫度為780℃，到90年代提高至850℃，豎爐的生產(chǎn)率約提高了13％。到90年代后期，通過對(duì)原料球團(tuán)施行特殊的包覆，還原氣體的溫度提高到900℃，豎爐的生產(chǎn)率進(jìn)一步提高了約11％。這些改善是在沒有變更MIDREX直接還原工藝基本性機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)的。

　　2．最近的技術(shù)發(fā)展

　　豎爐技術(shù)改善工作的近期重點(diǎn)在于借助吹氧進(jìn)一步提高還原氣體的溫度。這是將高純度的氧氣(12～20Nm3／t－DRI)吹入高溫還原氣體之中的技術(shù)。上世紀(jì)90年代后期引入此項(xiàng)技術(shù)，還原氣體溫度約為1000℃，豎爐內(nèi)的溫度達(dá)900℃以上，豎爐的生產(chǎn)率約提高了12％。到2005年，此項(xiàng)技術(shù)重新命名為“OXY＋”而進(jìn)行了改良。

　　OXY＋就是向通常的重整生成的高溫還原氣體中再加入借助天然氣的部分氧化生成追加的高溫還原氣體。這種部分氧化是用特別設(shè)計(jì)的燃燒器使氧和天然氣部分燃燒的結(jié)果。

　　借助這種OXY＋生成的追加的還原氣體(CO和H2)不需要重整，是不增設(shè)重整爐就可以提高豎爐生產(chǎn)率的技術(shù)。因而，即使是已建廠也一樣，在工廠有多余氧氣的時(shí)候，不增設(shè)重整爐也可以提高豎爐的生產(chǎn)率。

　　表1中列示了關(guān)于豎爐生產(chǎn)率的演變史。從上世紀(jì)70年代到90年代，主要依靠余熱回收的強(qiáng)化和固－氣接觸的改良，以及主要通過原料性狀的調(diào)整等導(dǎo)致豎爐內(nèi)還原層溫度(爐料溫度)的提升而逐漸實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)率的改善。對(duì)直接還原煉鐵裝置本體而言，可以說，大體達(dá)到了單位能耗改善的極限。從上世紀(jì)90年代后半期開始，重點(diǎn)逐步放到了依靠提高還原層溫度(吹氧或者OXY＋)來改善生產(chǎn)率和借助增強(qiáng)還原氣體(OXY＋)改善生產(chǎn)率。

　　表1  Midrex工藝生產(chǎn)率提高的歷程                    
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　　實(shí) DRI生產(chǎn)率  與實(shí)例1的  富化天然氣  還原煤氣溫度  料層溫度  加氧氣  天然氣   電耗
　　例    t/h    生產(chǎn)率比較      ％           ℃          ℃      Nm3/t   Nm3/t   kWh/t
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　　1     88.8     1.000        4.5          780         789       0.0    268.6    135
　　2    100.3     1.130        3.5          850         814       0.0    262.3    120
　　3    110.2     1.241        3.5          918         834       0.0    257.9    109
　　4    121.5     1.368        4.5         1050         860      17.5    260.3     99 
　　5    129.2     1.455        3.0          961         857      30.2    265.8     93 
　　6    133.6     1.504        3.0         1050         898      41.2    264.6     90 
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　　實(shí)例1：初期的實(shí)踐操作——70年代；           實(shí)例4：吹氧實(shí)踐——90年代后期； 
　　實(shí)例2：使用塊礦的實(shí)踐——80年代；           實(shí)例5：OXY＋實(shí)踐——2000年；
　　實(shí)例3：使用氧化物料包覆層的實(shí)踐——90年代； 實(shí)例6：吹氧和OXY＋的組合使用——將來。

　　3．還原鐵的高溫排出(HOTLINK)

　　前面表述的開發(fā)成果是MIDREX法冶煉裝置的發(fā)展經(jīng)歷，而作為最近的新方案，正在實(shí)施以將下游的煉鋼過程也包含在內(nèi)的最佳生產(chǎn)效率的提高為目標(biāo)的技術(shù)改良，即工藝整體的單位能耗和生產(chǎn)率的改善。

　　作為把豎爐生產(chǎn)的高溫還原鐵送往下游的煉鋼設(shè)備的方法，已經(jīng)提出了下列3種方案。

　　1)用轉(zhuǎn)送車送供煉鋼設(shè)備；
　　2)用輸送機(jī)送供煉鋼設(shè)備；
　　3)借助重力供給煉鋼設(shè)備。

　　借助氣力輸送也可以作為一種選擇方案考慮，但存在高溫的輸送氣體、管內(nèi)的高溫輸送引起還原鐵的粉化、高的輸送能量費(fèi)用、輸送過程中還原鐵溫度降低等問題，一般認(rèn)為這并非上策。在這3種方案之中，借助重力供給煉鋼設(shè)備(HOTLINK)作為將豎爐排出的700℃以上的高溫還原鐵供給煉鋼設(shè)備的方法最為簡單，從節(jié)約費(fèi)用和質(zhì)量穩(wěn)定性(再氧化等)的觀點(diǎn)出發(fā)，也是一種被推薦的方法。部分而言，已被具體化的其它方法則犧牲了作為重要條件的還原鐵的化學(xué)成分、還原鐵的粒度和溫度等等，在用到已建的裝置上的時(shí)候，由于平面布置上的問題等，是處于不得不予采用的狀況，但是在新建工藝設(shè)備的時(shí)候，按照保持還原鐵的品質(zhì)、降低輸送成本、簡化設(shè)備維護(hù)、實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率等觀點(diǎn)，可以說，作為借助重力輸送的簡單系統(tǒng)的HOTLINK是優(yōu)越的最為適當(dāng)?shù)姆椒ā?/span>

　　HOTLINK將豎爐置于靠近煉鋼設(shè)備外側(cè)的上方，由豎爐排出的高溫直接還原鐵先貯存在設(shè)置在其下面的貯罐里，再供給下面的煉鋼設(shè)備(電爐)。

　　4．HOTLINK的詳細(xì)情況

　　HOTLINK的最重要之處在于與下游的煉鋼設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的匹配。電爐煉鋼設(shè)備是周期(間歇)運(yùn)轉(zhuǎn)，其定期維護(hù)的時(shí)間安排與上游的直接還原煉鐵裝置不同，如何與基本上是連續(xù)運(yùn)行的直接還原煉鐵裝置協(xié)調(diào)？這對(duì)提高裝備總體的綜合生產(chǎn)率至為重要。

　　首先，為了與間歇運(yùn)行的煉鋼設(shè)備(電爐)的運(yùn)行相匹配而設(shè)置的是高溫還原鐵貯存罐。由豎爐排出的高溫還原鐵一度貯存到貯存罐里，抵消與間歇運(yùn)行的下游的煉鋼設(shè)備(電爐)運(yùn)行的時(shí)間差異。

　　再者，為了抵消定期維護(hù)的時(shí)間安排與上游的直接還原煉鐵設(shè)備的差異，以及突發(fā)性停爐導(dǎo)致的停爐時(shí)間的區(qū)別，需要經(jīng)由旁路，通過產(chǎn)物冷卻器將高溫直接還原鐵冷卻成冷DRI，或者用制團(tuán)機(jī)制成HBI，將向煉鋼設(shè)備(電爐)的供料一度排出系統(tǒng)之外予以貯存的設(shè)備。這些貯存設(shè)備排出的直接還原鐵再經(jīng)由另外的系統(tǒng)供給煉鋼設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)的HOTLINK生產(chǎn)率的比較列于表2。

　　表2  HOTLIK工藝流程的生產(chǎn)率比較               
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　　                                實(shí)例1    實(shí)例2   實(shí)例3   實(shí)例4 
　　 Midrex裝置的產(chǎn)品              高溫DRI   冷DRI   冷DRI     HBI  
　　 Fe的收得率（從DRI/HBI到鋼水）  0.96      0.94    0.89    0.91 
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　　 能量使用                                                        
　　     天然氣，mmBtu/t－鋼水      12.9      12.5    13.2    13.5 
　　     電耗，kWh/t－鋼水           565       695     701     742   
　　     氧氣，Nm3t－鋼水          15～20    15～20  15～20  15～20
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　　實(shí)例1：經(jīng)由HOTLIK,100％使用臨近的熱DRI  實(shí)例3：電爐100％使用遠(yuǎn)方的冷DRI
　　實(shí)例2：電爐100％使用臨近的冷DRI         實(shí)例4：電爐100％使用遠(yuǎn)方的HBI 

　　通過裝入高溫的DRI，直接有下列效果：

　　①電弧爐的電力消耗降低120～140kWh／t－鋼液；
　　②電弧爐的電極消耗減少0．5～0．6kg／t－鋼液；
　?、垭娀t的產(chǎn)量增加，電氣系統(tǒng)小型化，并且有減少輸送過程中和貯存過程中的再氧化、粉化等間接效果。

　　HBI有可以從海上輸往國外這一優(yōu)點(diǎn)，但另一方面，在還原鐵生產(chǎn)上，與生產(chǎn)DRI相比較，由于生產(chǎn)HBI時(shí)原料球團(tuán)不能包覆(還原層的溫度上限比生產(chǎn)DRI低)，需要制團(tuán)機(jī)等原因，總體的單位能耗增大。各種制品的典型的技術(shù)規(guī)范列于表3。

　　表3  各種直接還原產(chǎn)物的指標(biāo)        
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　　                   DRI       熱DRI      HBI 
　　TFe，％          90～94       →        →  
　　金屬鐵，％       83～89       →        →  
　　金屬化率，％     92～95       →        →  
　　含碳量，％      1.0～3.5      →        →  
　　P*，％        0.005～0.09     →        →
　　S*，％        0.001～0.03     →        →  
　　脈石*，％       2.8～6.0      →        →  
　　堆密度，t/m3    1.6～1.9      →        →  
　　表觀密度，t/m3  3.4～3.6   3.4～3.6  5.0～5.6
　　排出溫度，℃       40       ＞700       80  
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　　* 取決于礦石的來源。            
         
　　5．結(jié)語

　　本文闡述了關(guān)于MIDREX直接還原煉鐵裝置的歷史和最近的技術(shù)發(fā)展。神戶鋼鐵公司和Midrex公司的MIDREX直接還原煉鐵工藝的優(yōu)越性得到公認(rèn)，從2004年到2005年為世界各地所采用?，F(xiàn)在，兩公司正在設(shè)計(jì)或建設(shè)中的項(xiàng)目如下：

　?。R來西亞：LionGr
　?。ㄋ枺?/span>QASCO公司
　?。砹_斯：LebedinskyGOK公司
　?。⒙?/span>Al－Ghaith公司
　?。程匕⒗?/span>HADEED公司
　?。亓⒛徇_(dá)·多巴哥：紐柯公司
　?。突固梗?/span>Al－TuwairqiGr

　　在圍繞MIDREX法直接還原煉鐵裝置的情況中，如何降低環(huán)境負(fù)荷、對(duì)應(yīng)地球變暖，在近年也已成為重大的課題。一般認(rèn)為，這不僅是要從如何處理排出物的觀點(diǎn)，而且是要從減少排放絕對(duì)量的觀點(diǎn)來應(yīng)對(duì)的問題。在這個(gè)意義上，減少能量消耗本身不僅僅是出自降低成本的觀點(diǎn)，而且在環(huán)境對(duì)應(yīng)上也已成為重要的要素。

　　MIDREX直接還原煉鐵裝置的產(chǎn)量占有世界還原鐵產(chǎn)量的64％，在環(huán)境保護(hù)方面也擔(dān)負(fù)著重要的任務(wù)，對(duì)于以天然氣為主體進(jìn)行鐵鋼生產(chǎn)的各個(gè)國家，今后也會(huì)持續(xù)很大的影響，是一種?？善诖粩喔倪M(jìn)的方法。

　　神戶鋼鐵公司和Midrex公司在有效地利用煤炭氣化技術(shù)而讓使用天然氣的MIDREX法換成煤炭燃料的工藝，并與煤基的直接還原煉鐵技術(shù)ITmK3組合起來，進(jìn)一步提高效率的工藝等新技術(shù)方面也在積極地開展合作，打算繼續(xù)進(jìn)行以能源多樣化和高效化為目標(biāo)的技術(shù)開發(fā)，為世界鋼鐵工業(yè)做出貢獻(xiàn)。