1  鋼鐵冶金長流程與短流程之優(yōu)劣比較
    鋼鐵冶金長流程是與短流程比較而言的，是現(xiàn)代鋼鐵冶金的常規(guī)流程,典型的鋼鐵冶金長流程如圖1。

圖1    典型的鋼鐵冶金長流程示意圖

    鋼鐵冶金長流程在鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展的歷程中已沿用百余年，生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展和完善，目前已很成熟。但仍存在工序多、過程復(fù)雜、流程長的弊病。特別在高爐的冶煉過程中，能耗占全流程的80%。因此，簡化高爐冶煉過程是鋼鐵冶金技術(shù)的重要課題。在高爐冶煉過程中，焦炭不完全燃燒轉(zhuǎn)化為一氧化碳，將氧化鐵還原成鐵。一氧化碳的還原潛能低（與氫還原的潛能比），故能耗高。另外，一氧化碳還原氧化鐵的產(chǎn)物為二氧化碳，因此要排放大量的二氧化碳,污染空氣。高爐冶煉流程的燒結(jié)、焦化工序會產(chǎn)生較多的制癌物質(zhì)（二噁英、苯并[a]芘等），危及人們生命和健康，亟待消除。
    鋼鐵冶金短流程是指用直接還原鐵代替高爐鐵，直接用于煉鋼，可大大簡化流程，解決或部分解決長流程帶來的問題，其典型的工藝流程見圖2。

圖2    鋼鐵冶金短流程示意圖

    直接還原鐵生產(chǎn)工藝大致可分為煤基回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝和氣基豎爐生產(chǎn)工藝兩種。前者直接還原鐵（DRI）產(chǎn)量占全世界DRI總量的8％～9％，后者的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的91％～92％。由此可見，氣基豎爐工藝占優(yōu)勢。與此同時(shí)，后者的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大。例如，埃及某鋼鐵廠建成并投產(chǎn)年產(chǎn)192萬噸的DRI裝置。印度某鋼鐵廠正建設(shè)年產(chǎn)160萬噸的直接還原鐵廠，不久即可投產(chǎn)。氣基豎爐直接還原技術(shù)正在不斷發(fā)展、創(chuàng)新和完善。墨西哥HYISR公司DRI生產(chǎn)已有50年歷史，并開創(chuàng)了HYLZR新工藝，見圖3。

圖3   墨西哥HYLZR公司的DRI生產(chǎn)新工藝

    應(yīng)當(dāng)指出，國外氣基豎爐直接還原鐵生產(chǎn)工藝的還原劑氣源都來自于天然氣。像南美的委內(nèi)瑞拉和墨西哥、東南亞的馬來西亞和印度尼西亞、南非和中東地區(qū)的富氣（天然氣）國家均采用此種工藝生產(chǎn)直接還原鐵。美國明尼蘇達(dá)鋼鐵廠正在建設(shè)年產(chǎn)259萬噸直接還原鐵板坯生產(chǎn)廠，是美國較大規(guī)模的鋼鐵冶金短流程工廠。該廠從加拿大引進(jìn)天然氣作為直接還原的氣源，采用HYLZR技術(shù)。由此可見，美國鋼鐵冶金發(fā)展路線的技術(shù)定位對我國鋼鐵工業(yè)來說是個(gè)重要啟示。
2  重塑鋼鐵冶金短流程的新模式
     靠長流程支撐的我國鋼鐵工業(yè)急需改變生產(chǎn)方式和降低能耗，因此，開發(fā)鋼鐵冶金短流程勢在必行。超常規(guī)發(fā)展的中國鋼鐵工業(yè)為開發(fā)鋼鐵冶金短流程提供了資源條件，為發(fā)展電爐煉鋼提供了精料（DRI），為轉(zhuǎn)爐煉鋼提供了廢鋼代用品新資源。
    隨著鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，煉焦工業(yè)必然相應(yīng)發(fā)展。2006年，全國規(guī)模以上焦化廠的焦炭產(chǎn)量達(dá)3.0億噸，占全世界焦炭產(chǎn)量的60％～70％。在煉焦過程中，每噸裝入煤可發(fā)生400m³焦?fàn)t煤氣，大量的焦?fàn)t煤氣未能合理利用。以獨(dú)立焦化廠為例，每年大約排放300億m3焦?fàn)t煤氣，折合7000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。焦?fàn)t煤氣中含有氫氣56％～58％，是優(yōu)于天然氣的還原性氣源。因此，焦?fàn)t煤氣作為氣基直接還原氣源是符合中國國情的最佳選擇。
    近年來，我國的煉鐵技術(shù)發(fā)展很快。特別是高爐爐料結(jié)構(gòu)的明顯變化，高爐爐料的球團(tuán)比大幅提升，高爐操作明顯改善。因此，我國的球團(tuán)礦產(chǎn)量劇增。以鞍鋼為例，球團(tuán)產(chǎn)量高達(dá)1000萬噸，無疑為直接還原鐵生產(chǎn)創(chuàng)造了原料條件。
    我國電爐煉鋼發(fā)展較緩慢，制約其發(fā)展的因素一是電力不足，二是廢鋼短缺。電爐煉鋼發(fā)達(dá)的國家，在電爐的爐料中需加入近50％的直接還原鐵作為精料?？梢哉f，發(fā)展直接還原鐵生產(chǎn)也為發(fā)展電爐煉鋼創(chuàng)造了原料條件。針對以上情況，筆者認(rèn)為“中國式”冶金短流程宜采用的新模式如下：
    （1）長流程與短流程并存模式。我國鋼鐵冶金長流程已發(fā)展到了極致階段。為了消除長流程的弊病，采用長流程與短流程并存的生產(chǎn)模式是符合我國鋼鐵發(fā)展實(shí)際的過渡選擇。其流程見圖4。
   （2）獨(dú)立焦化廠生產(chǎn)焦炭又生產(chǎn)直接還原鐵的短流程模式。獨(dú)立焦化廠或城市煤氣焦化廠，由于民用煤氣逐漸被天然氣頂替，造成了大量焦?fàn)t煤氣的富裕而被迫排放或低價(jià)值利用。若將焦?fàn)t煤氣用于生產(chǎn)直接還原鐵后，不僅可為煉鋼廠提供精料，而且可大大降低煉鐵工序的能耗。其流程見圖5。
   （3）用煤制氣生產(chǎn)DRI-電爐煉鋼-軋鋼短流程模式。用褐煤或長焰煤等非煉焦煤生產(chǎn)合成氣代替天然氣生產(chǎn)直接還原鐵，并熱送電爐煉鋼。對我國這樣的貧天然氣而煤資源相對較多的國家來說，該流程是理想的選擇。其流程見圖6。
   （4）用天然氣生產(chǎn)DRI-電爐煉鋼-軋鋼典型短流程模式。對天然氣充裕的地區(qū)（例如我國西北地區(qū)）采用國外的典型短流程模式亦是合適的選擇。其流程見圖7。

圖4      長流程與短流程并存模式

圖5     獨(dú)立焦化廠生產(chǎn)焦炭和直接還原鐵的短流程模式

圖6     用煤制氣生產(chǎn)DRI-電爐煉鋼-軋鋼短流程模式

圖7     用天然氣生產(chǎn)DRI-電爐煉鋼-軋鋼典型短流程模式

    總之，鋼鐵冶金短流程由于簡化了燒結(jié)、焦化工序，可大大減少冶金工廠污染物的排放。因?yàn)橹苯舆€原過程的最終產(chǎn)物大部分是水，所以可大幅度減少CO2的排放量，為解決地球變暖問題作出貢獻(xiàn)。權(quán)威部門通過比較發(fā)現(xiàn)，直接還原鐵生產(chǎn)較高爐鐵生產(chǎn)可降低原燃料消耗25％，增加液鋼產(chǎn)量35％，減少CO2排放量38％。對于天然氣缺乏而煤資源相對富裕的我國來說，重塑鋼鐵冶金短流程是符合我國國情的最佳選擇。