周渝生

我國鋼鐵工業(yè)近三十年快速發(fā)展，由于與天然氣相比，中國的焦煤資源十分豐富，焦炭價(jià)格便宜，中國的高爐煉鐵流程工程及設(shè)備制造工業(yè)也十分成熟，比國外便宜很多，高爐流程的生產(chǎn)率、成本競爭力、設(shè)備利用率非常高，基建及城市化帶動(dòng)的鋼鐵市場產(chǎn)品需求量非常大，造成了中國龐大的煉鐵工藝實(shí)際上被高爐煉鐵壟斷的局面。

2021年中國經(jīng)濟(jì)總量突破114萬億元RMB，穩(wěn)居世界第二大經(jīng)濟(jì)體的地位。同時(shí)，我國的二氧化碳排放形勢十分嚴(yán)峻，我國碳排放也進(jìn)入“總量高、增量高”的歷史階段。我國2020年度二氧化碳排放量達(dá)98.94億噸，約占全球總排放量的30.7%，位居世界第一，超過了美國+印度+俄羅斯排放量的總和，2019年中國人均二氧化碳排放量達(dá)9.21噸/人，超過世界平均水平，而且仍處于增長階段。我國的單位GDP的二氧化碳排放量目前處于全球平均水平兩倍左右的高位。這意味著中國的碳減排承諾對實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的全球目標(biāo)有舉足輕重的意義。也意味著我國在兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況下，還需要做出特別巨大努力來降低碳排放。2020年9月22日，國家主席習(xí)近平代表中國承諾將采取更加有力的政策和措施，力爭于2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，使中國單位GDP的CO2排放量比2005 年下降 60%-65%。努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和；從碳達(dá)峰到碳中和，發(fā)達(dá)國家承諾用45～70年，中國承諾僅用30年，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。從我國粗鋼產(chǎn)量與碳排放量的變化曲線可以看出，我國的碳排放量隨著我國城市化比例提高、粗鋼產(chǎn)量逐年增加而增加。

隨著2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的最后敲定，鋼鐵行業(yè)的能耗雙控向著碳排放總量和碳排放強(qiáng)度雙控過渡已經(jīng)成為必然，外部世界碳中和能力建設(shè)對我國的壓力也在不斷增加。歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制即將生效。歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制提案將涵蓋進(jìn)入歐洲碳市場中的電力、鋼鐵、水泥、鋁和化肥5個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)品。2025年前輸入歐盟的上述產(chǎn)品需要履行排放報(bào)告義務(wù)，暫不征收費(fèi)用。

如期實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品的碳中和的緊迫性。目前中國還沒有開始對化工、鋼鐵產(chǎn)品征收碳排放稅，歐盟已經(jīng)開始對中國出口產(chǎn)品的碳排放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2022年5月19日碳關(guān)稅文本在歐洲議會(huì)的環(huán)境委員會(huì)投票通過，歐盟碳關(guān)稅的過渡期縮短為2年，從2025年開始對中國向歐盟出口的產(chǎn)品征收碳排放稅，歐盟采用逐年減少一部分免征碳排放稅，直至2025年完全取消免費(fèi)配額，同時(shí)要求產(chǎn)品進(jìn)口者對產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放支付費(fèi)用（生產(chǎn)產(chǎn)品的碳排放在中國，卻要向歐盟交錢，實(shí)際上是打著減碳的旗號(hào)敲詐勒索中國）。初步分析顯示，歐盟完全取消免費(fèi)配額后，將造成我國出口歐盟的鋼鐵成本增加21%，而2025年以后，碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制會(huì)導(dǎo)致中國向歐盟出口的鋼鐵產(chǎn)品及含有的金屬部件的成本增加約25%，將嚴(yán)重壓低中國鋼鐵產(chǎn)品在歐盟的競爭力，亟待發(fā)掘新的成本競爭優(yōu)勢。僅有碳排放較低的鋼鐵產(chǎn)品可以按照實(shí)際碳排放量征收碳邊境調(diào)節(jié)稅。另一方面，越來越多的使用鋼鐵產(chǎn)品的下游企業(yè)，將在鋼鐵產(chǎn)品采購中，要求鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)提供低碳或零碳排放的鋼材，鋼鐵企業(yè)實(shí)施碳減排是大勢所趨，形勢逼人。

      隨著2030年的日益臨近，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的碳排放以及CO2利用技術(shù)帶來的碳中和比例將成為我國調(diào)控鋼鐵產(chǎn)能和稅收的終極手段。于是，強(qiáng)化自身企業(yè)碳中和能力建設(shè)，如期實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品的碳中和，已經(jīng)成為事關(guān)每一個(gè)鋼鐵企業(yè)生死存亡的頭等大事。

高爐煉鐵流程的優(yōu)勢及減排二氧化碳能力有限的原因?，F(xiàn)代高爐煉鐵工藝流程經(jīng)過近百年的革新和發(fā)展，近25年來使我國鋼鐵產(chǎn)量從年產(chǎn)1億噸飛躍到10億噸，連續(xù)多年超過其他國家煉鐵產(chǎn)量的總和，達(dá)到全世界鋼鐵總產(chǎn)能的一半以上已成為常態(tài)，鋼鐵工業(yè)是我國工業(yè)現(xiàn)代化的功臣和表率，2021年我國重點(diǎn)大中型企業(yè)噸鋼綜合能耗、噸鋼二氧化硫排放量較2015年分別下降4.7%、46%，總體達(dá)到世界先進(jìn)水平，成為獨(dú)一無二最有競爭力的鋼鐵生產(chǎn)力。

目前鋼鐵生產(chǎn)的能源約有75%直接或間接來自煤炭，鋼鐵產(chǎn)品的碳排放占全球能源系統(tǒng)排放量的7%。中國鋼鐵行業(yè)年碳排放量已達(dá)18億噸，占全國碳排放總量的15％，占全國工業(yè)碳排放量的20％。
 

作為巨型豎爐型填充床反應(yīng)器，高爐煉鐵有幾個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，對入爐原料的理化性能要求很高，必須采用透氣、透液性能良好的人造塊礦及冶金焦炭等昂貴爐料，而人造塊礦及焦炭的成本及能耗、環(huán)境污染物的排放量都很高，尤其是高爐煉鐵流程生產(chǎn)每噸鐵水的二氧化碳排放量高達(dá)2.0噸，面對“十四五”更趨嚴(yán)格的碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”要求，和2030年“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的壓力，迫使人們急于尋找一種符合低碳時(shí)代要求的新煉鐵技術(shù)來逐步代替或者革新高爐煉鐵流程。

2022年2月，國家發(fā)改委、工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布《高耗能行業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級實(shí)施指南（2022年版）》提出工作目標(biāo)：即到 2025年，鋼鐵行業(yè)煉鐵、煉鋼工序能效標(biāo)桿水平以上產(chǎn)能的比例必須達(dá)到 30%，能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零，行業(yè)節(jié)能、降碳效果顯著，綠色低碳發(fā)展能力大幅提高?！吨改稀诽岢鰞纱蠊ぷ鞣较?一是加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)攻關(guān)，培育標(biāo)桿示范企業(yè)。重點(diǎn)圍繞副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣或天然氣直接還原煉鐵、高爐大富氧或富氫冶煉、熔融還原、純氫冶煉等低碳前沿技術(shù)。

在COREX、FINEX的主體熔煉爐中，其熔化終還原部分的填充床均采用了與傳統(tǒng)高爐的爐缸相同的結(jié)構(gòu)，都有一個(gè)以焦炭和煤為主要燃料形成的焦鐵柱（死鐵層），死鐵層在高達(dá)10-28m、質(zhì)量達(dá)到上千噸的料柱的壓迫下，底部浸沒入爐渣和鐵水中，甚至焦炭柱持續(xù)接觸爐底，可以直接不斷地向底層的鐵水滲碳，使鐵水達(dá)到碳飽和，1500℃的高溫鐵水中的碳又會(huì)快速將浮在其上面的熔融爐渣中的氧化亞鐵（FeO）快速充分還原，使得爐渣中的（FeO）含量始終低于1%，從而使得COREX、FINEX的爐襯壽命與高爐一樣，可以達(dá)到十五年以上。因此，它們都具有高爐相同的的爐體耐材長壽的優(yōu)勢；同時(shí)，與高爐下部一樣，由于爐缸內(nèi)死鐵層存在有極強(qiáng)控制力的紅熱固體碳，爐內(nèi)1000℃等溫線以下的區(qū)域，無論在從風(fēng)口噴吹氧氣燃燒了多少含氫燃料，生成的CO2、H2O，以及爐渣中未還原的（FeO）都不可能穩(wěn)定存在，都會(huì)被分解或還原成CO、H2或生成Fe3C。只有在爐內(nèi)1000℃等溫線以上區(qū)域，CO或H2才能對固態(tài)的鐵礦石起到還原作用。傳統(tǒng)高爐以焦炭和煤為主要燃料，焦炭和噴煤仍然占總?cè)剂媳鹊?0%以上。因此，因?yàn)闊o論噴吹多少含氫燃料，傳統(tǒng)高爐爐頂煤氣的主要成分仍然是CO以及CO2，所以，高爐噴吹含氫燃料只能在這個(gè)低溫區(qū)域起到還原效果，也很難大幅度降低高爐、COREX、FINEX的碳排放量。

煤氣利用率可以用以下公式計(jì)算出來：煤氣利用率=0.555-0.317XH2 ，還原煤氣利用率與氫氣的摩爾分?jǐn)?shù)XH2呈直線關(guān)系。通常的高爐爐頂煤氣的含氫量低于3%，先進(jìn)高爐的煤氣利用率可以達(dá)到50%左右。高爐噴吹綠氫時(shí)，由于氫氣還原鐵礦石是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，氫氣還原鐵礦石會(huì)使煤氣利用率降低；在同一個(gè)溫度下高爐的煤氣利用率會(huì)隨著吹入高爐氫氣量的增加而不斷降低，隨著氫氣比例的提高，爐身上部的煤氣利用率會(huì)逐步下降，由純CO還原的煤氣利用率由0.555，逐步降低到到純氫還原的0.238。這意味著引入高爐的大量氫氣將會(huì)從爐頂煤氣中逸出爐外。雖然可以將其從爐頂煤氣中分離出來，再次加壓加熱循環(huán)噴入高爐，但是從高爐煤氣中提取氫氣、加壓、加熱到900℃再循環(huán)噴吹進(jìn)入高爐爐身，不僅增加了能耗、成本及碳排放，還需要增加建設(shè)循環(huán)利用氫氣的設(shè)備投資，使高爐系統(tǒng)的工藝設(shè)備管理復(fù)雜化。業(yè)主也不可能為了提高氫氣配入量而無限制地降低高爐的煤氣利用率，使高爐煉鐵的燃料消耗成本無限制地增加。由于噴吹含氫燃料只能在高爐爐身上部塊狀帶直接還原起到減排CO2的作用，2013年日本在其COURSE 50項(xiàng)目試驗(yàn)操作中，曾經(jīng)向試驗(yàn)高爐內(nèi)大量噴吹氫氣，試驗(yàn)結(jié)果表明，與不噴吹氫氣條件的高爐相比，碳減排僅達(dá)9.4%。歐洲高爐噴吹含氫燃料的試驗(yàn)實(shí)踐表明，高爐減排CO2的效果不超過11%，這也許這就是這一類煉鐵爐的單獨(dú)噴吹含氫燃料可以減少CO2排放量的上限。除非提高入爐原料中顆粒狀廢鋼，或者使用一部分高金屬化率的DRI爐料，同時(shí)通過CCUS利用一部分CO2+CO2生產(chǎn)一部分甲醇或甲烷燃料，才有可能達(dá)到減碳30%以上的目標(biāo)。高爐操作專家通常會(huì)將煤氣利用率控制在45%-53%，使能耗及成本的經(jīng)濟(jì)性達(dá)到業(yè)主期望的水平。

“十四五”更趨嚴(yán)格的能耗“雙控”要求和“雙碳”目標(biāo)約束，促使鋼鐵行業(yè)將碳減排擺在更突出的位置。“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)“十四五”的重點(diǎn)任務(wù)。中國鋼鐵協(xié)會(huì)何文波會(huì)長指出：“中國是世界最大的鋼鐵生產(chǎn)和消費(fèi)國，中國鋼鐵具有完備、先進(jìn)的鋼鐵生產(chǎn)體系，技術(shù)水平穩(wěn)步邁入國際先進(jìn)行列。由于與企業(yè)節(jié)能、環(huán)保、降本增效密切相關(guān)。加快推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型，早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、走向碳中和，是行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求和必由之路。同時(shí)，我們也要客觀、清醒的認(rèn)識(shí)到，鋼鐵行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，發(fā)達(dá)國家提出要用20年實(shí)現(xiàn)的發(fā)展目標(biāo)，規(guī)模龐大的中國鋼鐵工業(yè)不可能五年十年就能實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。對于目前還處于研究發(fā)展完善過程中，尚未產(chǎn)業(yè)化、還有一些不確定性的新工藝技術(shù)，不能盲目跟風(fēng)、操之過急。不宜在沒有統(tǒng)籌規(guī)劃，評估落實(shí)發(fā)展條件及潛力的情況下，就提出幾年之內(nèi)減碳很多的不切實(shí)際的目標(biāo)和指標(biāo)。”

我們研究和發(fā)展非高爐煉鐵技術(shù)的目的，在于擺脫短缺的焦煤資源對鋼鐵工業(yè)發(fā)展的羈絆，適應(yīng)日益提高的環(huán)境保護(hù)要求、降低鋼鐵生產(chǎn)的能耗、碳排放量以及改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和提高質(zhì)量和品質(zhì)、解決廢鋼短缺及質(zhì)量不斷惡化的問題，并努力實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。目前實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原和熔融還原已成為世界煉鐵工業(yè)不可或缺的組成部分，低碳?xì)湟苯?非高爐煉鐵新工藝已經(jīng)成為鋼鐵工業(yè)亟待發(fā)展成功的重大前沿技術(shù)。

如果認(rèn)真研究歐盟日本等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體提出的非高爐氫冶金低碳煉鐵發(fā)展方案，可以發(fā)現(xiàn)他們十分謹(jǐn)慎，近幾年的試驗(yàn)方案大多是小規(guī)模的中試裝置，有規(guī)模的試驗(yàn)或示范生產(chǎn)大都放在2030年前后。這不僅意味著氫冶金、低碳技術(shù)的發(fā)展有一個(gè)試驗(yàn)研究的成熟期，而且還有一系列與氫冶金低碳煉鐵密切相關(guān)、但是又相互制約、限制的重要技術(shù)條件需要配合研究解決，例如廉價(jià)的低碳綠氫生產(chǎn)技術(shù)，設(shè)備作業(yè)率能達(dá)到95%的焦?fàn)t煤氣、天然氣重整技術(shù)、能夠經(jīng)濟(jì)地利用CO2制造社會(huì)需要的消費(fèi)品的CCUS工藝技術(shù)，這些相關(guān)技術(shù)的研究開發(fā)及成熟都需要時(shí)間和空間。

在目前的條件下，我國發(fā)展氫冶金直接還原鐵工藝，還要面臨一些工程難題需要研究解決。例如，

如何保障高效豎爐使用的鐵品位＞67%氧化球團(tuán)礦資源長期穩(wěn)定地大量生產(chǎn)供應(yīng)？

如何獲得長期穩(wěn)定供應(yīng)的大量的氫氣資源？

如何大幅度降低氫冶金必不可少的的二次能源氫氣的制造成本？

如何降低生產(chǎn)單位海綿鐵產(chǎn)品的氫氣消耗量？

長流程鋼鐵企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)碳中和，有哪些回收利用CO2低成本制造成受市場歡迎的產(chǎn)品CCUS工藝技術(shù)？

設(shè)備利用率較低的煤制氣、COG-NG重整工藝設(shè)備與設(shè)備利用率高于95%的豎爐如何高效匹配運(yùn)行？ 

2021年，我國粗鋼產(chǎn)量已達(dá)10.35億噸，進(jìn)口鐵礦石11.24億噸，國產(chǎn)鐵精礦2.85億噸，煉鋼用廢鋼消耗量達(dá)2.3億噸，當(dāng)年粗鋼生產(chǎn)所需鐵資源的61%依賴進(jìn)口鐵礦。鋼鐵產(chǎn)業(yè)需要資源產(chǎn)業(yè)的支撐，目前我國對國內(nèi)外鐵資源的自主開發(fā)力度，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展的需求。要學(xué)習(xí)日本和韓國的鋼鐵企業(yè)通過投資占有海外煤礦鐵礦資源的股份參與操控鐵資源及焦煤的價(jià)格及分享利潤。我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)內(nèi)外雙循環(huán)，要從產(chǎn)業(yè)安全的高度重視解決好優(yōu)質(zhì)鐵資源和能源的供應(yīng)保障，才能達(dá)到供應(yīng)量和原料成本受控，才能支撐低碳?xì)湟苯痄撹F生產(chǎn)發(fā)展。我國鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，傳統(tǒng)煉鐵工藝優(yōu)化升級的解決途徑在于推進(jìn)低碳技術(shù)進(jìn)步，核心是技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)突破和技術(shù)推廣，目標(biāo)是煉鐵領(lǐng)域低碳工藝革新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

氣基直接還原煉鐵裝置不需要象高爐配套建設(shè)的大規(guī)模的燒結(jié)、煉焦設(shè)備投資，也不需要焦炭、焦煤。因此，在以出產(chǎn)天然氣的發(fā)展中國家為中心，蓬勃發(fā)展起氣基豎爐煉鐵的鐵源設(shè)施。近年，鋼鐵企業(yè)對于低灰分的潔凈鐵源的需求量正在日益增大，部分企業(yè)已將直接還原鐵作為廢鋼的優(yōu)質(zhì)替代品。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。由于最近的優(yōu)質(zhì)鋼材需求量的增大，建設(shè)氣基豎爐直接還原鐵裝置的需求也在日益高漲。

熔融還原煉鐵工藝技術(shù)也一直在持續(xù)創(chuàng)新、不斷成熟和向大型化的技術(shù)進(jìn)步中發(fā)展。1980’年代美國和日本鋼鐵協(xié)會(huì)與政府合作斥巨資持續(xù)6-8年時(shí)間，先后完成了美國的AISI-DOE項(xiàng)目及日本鋼鐵協(xié)會(huì)的DIOS法攻關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目，在分別花費(fèi)了1 億多美元研發(fā)費(fèi)用試驗(yàn)之后，日本完成了DIOS法大規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)，美國在完成了預(yù)還原度、低預(yù)還原度（25%-30%）爐料-高二次燃燒率（30%-60%）鐵浴熔融還原煉鐵工業(yè)規(guī)模試驗(yàn)后，半途終止了研究項(xiàng)目。他們得出了比較一致的結(jié)論：由于鐵浴中1500℃爐渣的(FeO)含量高達(dá)15%-50%，對爐襯耐火材料侵蝕速度達(dá)到了約2-3mm/h，爐襯壽命過短，設(shè)備作業(yè)率低下，由于煤氣利用率低，其噸鐵煤耗難于達(dá)到1000kg以下，運(yùn)行成本居高不下，難以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)鐵水，目前這些問題在工程技術(shù)上難以解決。試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)果表明，相對比較而言，以目前最高產(chǎn)能達(dá)到130-150萬噸鐵水規(guī)模的的COREX、FINEX熔融還原為代表的較高預(yù)還原度-焦炭填充床熔融還原的工藝路線更加具有市場競爭力和生命力。

氣基直接還原豎爐的直接還原鐵的生產(chǎn)率一直在持續(xù)改善。近50年豎爐內(nèi)的CO和H2利用率的提高幅度達(dá)25％以上，對豎爐的節(jié)能和單耗的改善貢獻(xiàn)很大。依靠提高還原氣體的溫度、壓力，以及對入爐原料質(zhì)量的嚴(yán)格控制、促進(jìn)豎爐內(nèi)煤氣流均勻分布、改善固－氣接觸等使還原氣的消耗量逐步減少。上世紀(jì)70年代豎爐的還原氣的溫度通常僅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，通過對原料球團(tuán)施行水泥噴涂包覆，還原氣的溫度可提高到930℃，豎爐的生產(chǎn)率又進(jìn)一步提高了約11％。這些改善是在沒有變更直接還原豎爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)的。由于HBI技術(shù)的開發(fā)成功，使得從海上運(yùn)輸直接還原鐵成為可能，開辟了氣基豎爐產(chǎn)品在全世界的銷售市場。

上世紀(jì)90年代后期開始，豎爐技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)逐步放到了借助吹氧進(jìn)一步提高豎爐還原層溫度的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是將高純度的氧氣(12～20Nm3／tDRI)吹入高溫還原氣中，同時(shí)補(bǔ)吹少量甲烷，使入爐的工藝還原氣的溫度可提高到1000℃，隨著工藝煤氣的氫氣含量進(jìn)一步提高，豎爐的生產(chǎn)率約提高了20％，同時(shí)可節(jié)能5％。HYL法直接還原鐵豎爐也在持續(xù)改進(jìn)，2010年前后嘗試著在小型豎爐工程設(shè)計(jì)中逐步取消了用水蒸氣催化重整天然氣工序，采用天然氣直接加熱到950℃，甲烷被加熱分解約70%，入爐前補(bǔ)吹少量氧氣，進(jìn)入豎爐使煤氣部分燃燒的零重整新工藝(HYL-ZR)，他們借助特別設(shè)計(jì)的彌散裝置向加熱后的工藝煤氣管道中補(bǔ)吹少量氧氣，使部分甲烷氧化分解生成高溫工藝煤氣高速噴吹進(jìn)入豎爐，入爐時(shí)工藝煤氣可被加熱到約1010℃，在還原帶下部有甲烷部分氧化-分解-重整-析碳等多個(gè)化學(xué)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，在豎爐中甲烷再消耗約5%，同時(shí)煤氣中一部分甲烷會(huì)與海綿鐵發(fā)生析碳反應(yīng)生成碳化鐵。這項(xiàng)甲烷直接加熱的自重整技術(shù)（ZR），首先在幾座小型豎爐工程中得到了應(yīng)用，由于不必增設(shè)水蒸氣重整爐而較大幅度地降低了投資，也有節(jié)能的效果。甲烷自重整技術(shù)（ZR）雖然在鈕科250萬噸豎爐運(yùn)行中受到一些挫折，但是經(jīng)過大修改進(jìn)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，如果合理地控制操作壓力和溫度，可以實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。但是對于焦?fàn)t煤氣采用自重整技術(shù)需要更加謹(jǐn)慎，由于焦?fàn)t煤氣含有許多復(fù)雜的大分子有機(jī)物成分，需要更高溫度或配合催化劑才能快速分解，豎爐中會(huì)有更多復(fù)雜的的化學(xué)反應(yīng)競爭熱量，爐內(nèi)零重整環(huán)境可能會(huì)面臨更復(fù)雜的情況，還需要做更多的研究，去探索其運(yùn)行規(guī)律和更加安全有效的應(yīng)用技術(shù)。

世界上第一座以COREX輸出煤氣作還原劑的大型MIDREX還原豎爐直接還原設(shè)備，以及用他們生產(chǎn)的鐵水和海綿鐵為原料電爐煉鋼聯(lián)合鋼鐵廠，1999年6月在南非撒旦那鋼鐵廠投產(chǎn)，該豎爐年產(chǎn)80萬噸金屬化率大于93％的DRI,與COREX鐵水一起供該廠轉(zhuǎn)電爐煉鋼使用。該COREX生產(chǎn)的煤氣94％用于生產(chǎn)1噸DRI，其余用于鋼鐵廠內(nèi)生產(chǎn)用公輔熱源。本項(xiàng)目的投產(chǎn)具有劃時(shí)代的意義，證明直接還原豎爐可以不依賴天然氣，可以主要使用含CO高于70％的煤制氣來生產(chǎn)海綿鐵（其H2/CO比例僅為0.3），該流程采用了一種專門技術(shù)加熱豎爐的工藝煤氣，有效避開了通常高CO含量煤氣加熱過程中必然發(fā)生的析碳反應(yīng)。后來，印度安古爾也建成了兩座相同工藝流程-相同生產(chǎn)能力的煤基COREX-MIDREX鐵水-海綿鐵聯(lián)產(chǎn)工廠（參見圖6、圖7），可以消耗1噸煤生產(chǎn)出1t海綿鐵+1t熱鐵水。