岳崇鋒1，洪益成1，陶江善2，龐建明1，石麗偉1

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       1 國外直接還原發(fā)展背景

國外的直接還原工藝起源于20世紀(jì)50年代，隨著天然氣的大量開采和利用，推動了氣基豎爐直接還原技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了Midrex、HYL-Ⅰ、HYL-Ⅲ、和HYL/Energiron-ZR等以氣基豎爐為還原反應(yīng)器的直接還原工藝。由國外的生產(chǎn)實踐及發(fā)展經(jīng)驗表明，目前國際上主流的直接還原工藝為氣基豎爐直接還原工藝（≥75%），主要包括Midrex工藝和HYL工藝兩類。

Midrex工藝和HYL工藝在世界還原鐵生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢，都是以天然氣作為主要還原劑。進(jìn)入21世紀(jì)以來，直接還原技術(shù)發(fā)展迅猛，美國、伊朗、印度、埃及和阿聯(lián)酋等國家相繼建成了多座氣基豎爐直接還原生產(chǎn)裝置。目前，單套豎爐生產(chǎn)裝置的設(shè)計規(guī)模最高可達(dá)275萬t/a，大型化成為氣基豎爐直接還原工藝在本世紀(jì)初最顯著的技術(shù)特征，單套裝置的產(chǎn)能和生產(chǎn)效率是目前非高爐煉鐵工藝中最大的，甚至可以和高爐煉鐵工藝相媲美。

根據(jù)米德雷克斯技術(shù)公司的數(shù)據(jù)，2019年全球直接還原鐵產(chǎn)量為1.081億噸，較2018年增長7.3%。從生產(chǎn)工藝來看，60.9%的直接還原鐵由米德雷克斯工藝生產(chǎn)，24%由回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)，13.2%由希爾和Energiron工藝生產(chǎn)。

2 我國直接還原行業(yè)的發(fā)展情況

我國對直接還原技術(shù)曾進(jìn)行了大量的開發(fā)研究，取得了較好的結(jié)果，也有許多寶貴的經(jīng)驗和教訓(xùn)。例如在20世紀(jì)70年代，原冶金部組織相關(guān)專家在成都進(jìn)行了5m3天然氣直接還原法的研究，鞍山的焦?fàn)t氣豎爐還原研究，韶關(guān)、佛山的煤制氣豎爐直接還原研究等?？上в捎诜N種原因，均未能投入工業(yè)化生產(chǎn)中，但這些研究為后續(xù)的研究工作打下了基礎(chǔ)。隨著在1992年我國鋼管公司直接還原鐵生產(chǎn)實現(xiàn)了零的突破，我國終于實現(xiàn)了DRI的工業(yè)化生產(chǎn)，與此同時我國DRI的生產(chǎn)研究又掀起了一個新的熱潮。例如遼寧喀左縣在1994年建成投產(chǎn)我國第一臺直接還原回轉(zhuǎn)窯，1996年天津鋼管公司直接還原廠建成投產(chǎn)，1997年魯中冶金礦山公司煤基冷固結(jié)球團(tuán)回轉(zhuǎn)窯直接還原裝置建成投產(chǎn)。此外，國內(nèi)的一些民營企業(yè)也對直接還原鐵煤基法和氣基法進(jìn)行了摸索。

我國現(xiàn)有直接還原鐵生產(chǎn)能力約60萬t，生產(chǎn)直接還原鐵的企業(yè)的產(chǎn)量都不大，多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)能力在5萬t左右。由于我國天然氣匱乏，傳統(tǒng)的以天然氣為燃料生產(chǎn)直接還原鐵在我國的發(fā)展受到了較大的制約，導(dǎo)致我國直接還原鐵生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小、產(chǎn)地分散、生產(chǎn)組織不穩(wěn)定，技術(shù)更新緩慢，產(chǎn)能與世界相比有很大差距。

3 我國直接還原產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望

中國作為鋼鐵大國，特別是高爐—轉(zhuǎn)爐長流程結(jié)構(gòu)占比高達(dá)90%，低碳發(fā)展任務(wù)艱巨。2019年4月28日，生態(tài)環(huán)境部等5部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，意在進(jìn)一步降低鋼鐵行業(yè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的污染物排放。隨著去產(chǎn)能政策的推進(jìn)、新環(huán)保法的實施和環(huán)保督察力度的不斷加大、碳排放交易系統(tǒng)的建立，推動了我國冶金還原冶煉新工藝技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

隨著全國工業(yè)化發(fā)展的深入，對于環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，提倡環(huán)保，積極探索環(huán)保新工藝迫在眉睫。直接還原鐵主要應(yīng)用于煉鋼生產(chǎn)中，它以雜質(zhì)元素少等優(yōu)點作為價格日益高漲的廢鋼的替代原料而備受青睞。又由于該生產(chǎn)方法中的還原反應(yīng)可以在較低溫度下進(jìn)行，可以省去煉焦設(shè)備和燒結(jié)設(shè)備，從而凸顯其節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢。

由于市場需求和我國短流程煉鋼的快速發(fā)展，廢鋼需求量越來越大。廢鋼，特別是含雜質(zhì)較低的優(yōu)質(zhì)廢鋼缺口將日趨增大，直接還原鐵可替代廢鋼作為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的原料，將會有更大的市場前景。據(jù)中國廢鋼應(yīng)用協(xié)會估計，中國直接還原鐵的市場需求約2000～3000萬噸/年。由此可見，直接還原鐵在中國具有較大的發(fā)展空間。

目前，我國直接還原鐵（含熔融還原）產(chǎn)能共約400萬噸。隨著中國國內(nèi)廢鋼積蓄量增加、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)及碳排放嚴(yán)苛、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，我國直接還原項目將加快發(fā)展，非高爐冶煉技術(shù)迎來一波發(fā)展小高潮。“十四五”期間，我國直接還原（含熔融還原）產(chǎn)能預(yù)計將增加至約1000萬噸。 

4 我國直接還原技術(shù)發(fā)展展望

與傳統(tǒng)的高爐煉鐵方式相比，直接還原煉鐵工藝具有投資小、能耗低、流程短、環(huán)保等特點。作為一個鋼鐵大國，我國應(yīng)該在直接還原技術(shù)方面有長遠(yuǎn)的發(fā)展規(guī)劃和相應(yīng)的投入。“十四五”期間，我國直接還原技術(shù)展望：

4.1 氣基豎爐成套工藝技術(shù)

發(fā)展目標(biāo)：形成成套的技術(shù)體系并建成示范工程

技術(shù)內(nèi)容：開發(fā)氣基還原豎爐及配套關(guān)鍵裝備；建設(shè)產(chǎn)能50萬噸以上的氣基豎爐示范工程。

技術(shù)說明：我國沒有氣基還原豎爐的工程實踐和經(jīng)驗，這一技術(shù)主要掌握在國外公司手中，需要開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工藝裝備。

4.2 新一代熔融還原流程開發(fā)

發(fā)展目標(biāo)：開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于氫冶金的熔融還原煉鐵新工藝。

技術(shù)內(nèi)容：開發(fā)新一代的熔融煉鐵工藝。

技術(shù)說明：為降低高爐流程碳排放，歐盟、日本在對傳統(tǒng)高爐流程進(jìn)行技術(shù)研究的同時，還在研究新的煉鐵工藝，如新一代熔融還原流程。融還原技術(shù)更趨于成熟、理性，技術(shù)的趨向更加集中，而開發(fā)熔融還原的目的就是向傳統(tǒng)高爐流程提出挑戰(zhàn)，使煉鐵生產(chǎn)更加清潔環(huán)保、降低碳排放、降低能源消耗。中國雖然成為一個鋼鐵大國，但是在煉鐵的新技術(shù)上很少有我們自己原創(chuàng)的，中國應(yīng)該研究我們自己具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新鋼鐵流程。

4.3 純氫冶金基礎(chǔ)研究

發(fā)展目標(biāo)：形成純氫冶金的基本理論、技術(shù)及中試裝備

技術(shù)內(nèi)容：純氫冶金的基本理論研究，并對高溫高壓耐氫腐蝕換熱材料進(jìn)行攻關(guān)，完成小時噸級的中試驗證工作，建設(shè)純氫氣基豎爐的中試驗證線。

技術(shù)說明：純氫冶金是冶金綠色化的終極目標(biāo)，各國已經(jīng)開始相關(guān)的基礎(chǔ)研究，我國也剛剛起步，應(yīng)該提前布局。

4.4 其他直接還原工藝研究與升級

針對其他直接還原工藝的特點，進(jìn)行工藝的優(yōu)化升級。

4.5 服務(wù)平臺建設(shè)

建立直接還原技術(shù)服務(wù)與對接平臺，對直接還原發(fā)展過程中的各種問題進(jìn)行溝通交流。成立直接還原產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟，促進(jìn)技術(shù)、項目和裝備的發(fā)展。

4.6 國際合作

建立密切的國際合作關(guān)系，與國際鋼協(xié)、知名科研院所加強(qiáng)聯(lián)系，舉行定期的技術(shù)與裝備交流。同時，與歐洲、日本、韓國等國家加強(qiáng)合作，特別是在重大項目方面進(jìn)行交流溝通。

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