王太炎

直接还原铁（dri）是铁矿石在固态条件下直接还原为铁，可以作为冶炼优质钢、特殊钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。直接还原技术是氢冶金在炼铁过程的应用，经研究，氢的还原潜能是co的11倍，在矿石中的渗透速度是co的5倍。因此，氢冶金的还原效率和速率大大高于碳冶金。该工艺不使用焦炭炼铁，原料使用冷压球团，不用烧结矿，因此是一种优质、低耗、低污染的炼铁新工艺，也是世界钢铁冶金的前沿技术之一。

然而，因为要求的原燃料条件高（矿石品位要大于66%，含sio2+al2o3杂质要小于3%，煤中灰分要低等）、规模小、设备寿命短、生产成本高和某些技术问题等原因，直接还原铁生产在全世界的发展受到一定限制。但是，直接还原铁技术的不断发展使该技术的前景更为广阔。

全球dri生产和市场大揭秘

墨西哥。墨西哥hyl-sa公司从事直接还原铁的生产、科研、开发已有60多年的历史，其在长期的生产实践中了积累了丰富的经验和技术专利，并在工业生产中得到应用。hyl-sa公司在大工业生产中创造出hyl-zr直接还原工艺，节省大量的纯镍和能源。hyl-zr技术的出现，在世界上形成了两大派系，即midrex法和hyl-zr法。两种生产技术相互竞争融合推进了直接还原工业的发展。目前，采用hyl-zr技术生产直接还原铁的厂家有超过midrex法的趋势。

特别值得一提的是，为了扩大气基竖炉生产直接还原铁的气体资源，减少对天然气的依赖，hyl-sa公司利用工业性、半工业性装置，采用焦炉煤气生产直接还原铁进行工业试验。经过一年的试验，该法取得完全成功，为焦炉煤气生产直接还原铁提供了翔实的试验结果和技术保证。

美国。美国的直接还原铁工业发展较为成熟，其近一半的钢铁产量是用直接还原铁电炉炼钢生产方式进行生产的。其中，纽柯钢铁公司是世界上直接还原电炉炼钢最先进的生产厂家。美国钢铁公司的钢产量占美国钢材总产量的一半，纽柯和ak钢铁公司各占1/4。但是，纽柯和ak钢铁的粗钢生产成本是美国钢铁公司的一半，其重要原因是两厂采用直接还原电炉炼钢短流程带来了能源和资源的节约。美国钢铁公司的负责人表示，美国钢铁公司没有充分利用本公司的气体资源（天然气、焦炉煤气等），日后计划用天然气、页岩气生产直接还原铁，改变目前被动的局面。

由于天然气价格上涨，美国极力开发页岩气，用页岩气生产直接还原铁的工作正在大力开发和推进中。如果页岩气革命扩展到全球，则直接还原铁的产量将占全球铁产量的16%，届时年产量将达到2亿吨，预计未来10年内可实现这一目标。另外，由于美国积极推进直接还原电炉炼钢工艺，大大改善了美国城市的生态环境。

纽柯投资2.8亿美元在路易斯安那州建设了一个年产能为250万吨的直接还原铁厂，其直接还原铁装置已经于2013年12月24日投产。

印度。目前，印度的钢铁总产能为7500万吨/年，其中直接还原铁产量为3500万吨/年，占世界直接还原铁产量的1/3。印度的直接还原铁生产工艺主要以煤基回转窑工艺为主，但由于该工艺的设备能力小、设备庞大、环境污染严重等问题使其发展受阻。今后气基竖炉工艺将得到长足的发展。

印度气基竖炉生产直接还原铁同样有丰富的生产经验和生产历史。印度京德勒西南钢铁公司（jsw）一套年产180万吨的还原铁装置至今已运行13年，现在依然正常运转。印度的天然气资源同样短缺且价格昂贵，为了扩大气基竖炉的气体资源，印度京德勒集团钢和能源公司（jsp）正在建设一套250万吨/年的energiron直接还原铁工艺装置。该装置采用焦炉煤气作为还原气源，从而减少了对天然气的依赖，不久将投产。

印度未来钢铁的发展方式可以概括为直接还原铁+电炉炼钢，而dri主要以气基竖炉的方式生产，气基竖炉的还原气源主要以焦炉煤气、煤制气、页岩气为主，以最大限度减轻对天然气的依赖。印度未来的钢铁业将适度建设高炉流程的钢铁厂，增加焦炉煤气产量，以满足气基竖炉生产直接还原铁的需要。一位印度气基生产厂负责人认为，用焦炉煤气生产直接还原铁的能耗是用天然气生产直接还原铁能耗的1/10。

阿联酋。由达涅利总承包在阿联酋钢铁公司（esi）建设的两套160万吨/年energiron直接还原铁装置实现了与电炉炼钢的整合，成为世界上规模最大、技术先进的短流程钢铁厂。energiron气基竖炉直接还原装置由单模块20万吨/年发展到了160万吨/年，大大推动了传统钢铁厂生产dri的进程，保证了钢铁工业的可持续发展。esi钢铁公司一期工程的dri设计规模为160万吨/年，电炉设计能力为140吨/年。该装置2009年11月投产到今生产稳定，各项技术指标均超过设计标准。其二期工程完全复制一期工程的工艺，并于2011年5月26日通过设备性能考核试验。2011年底，esi钢铁公司两期工程全部形成生产能力。

从2006年开始，全球在建和已建的energiron装置总产能达到1255万吨，占全球气基装置总产能的48.5%，成为发展直接还原铁工艺的驱动力。

马来西亚。马来西亚全国年粗钢产量为300万吨~350万吨，由于东马来西亚砂拉越州和西马来西亚东海岸盛产天然气，因此选择了气基竖炉直接还原电炉炼钢短流程钢铁生产工艺，其全国dri年产量为200万吨左右，并取得了节能减排和生态环保的效果。

马来西亚丁加努州powaja 型钢厂原设计为60万吨/年的直接还原铁装置由日本某公司总承包，建成后由于技术问题长期不能投产，后经过墨西哥hyl-sa公司4次改造升级，该装置顺利投产，并将产能由60万吨/年扩大到90万吨/年。由此可见hyl—sa公司hyl—ⅲ技术的优越性。

设在沙巴的sabagas直接还原铁厂采用midrex工艺，年生产能力为60万吨，其dri的质量很好。1998年，鞍钢向其购买的5万吨热压铁块（hbi）在鞍钢的180吨转炉上进行代替废钢的试验，取得成功。

中东国家。中东国家拥有丰富的天然气资源，但缺乏炼焦煤，当地钢铁工业主要采用电炉炼钢工艺。然而，中东地区的废钢供应有限，需要大量dri作为电炉炼钢的原料，所以中东地区的直接还原铁工业得到快速的发展，整个中东地区dri的年增长率达到9.1%。其中沙特阿拉伯dri的年增长率高达10.2%，其2011年的产量达到580万吨，满足了当地短流程电炉炼钢原料的需求。

2006年~2011年，伊朗dri产量的年均增长率为8.6%，2011年dri产量增长到1040万吨，新建直接还原铁装置的单模块规模均为80万吨/年~160万吨/年。

中东地区dri生产均以天然气为气源，由于天然气价格爆长，废钢供应短缺，中东国家都在寻求价格低、化学能高的气体资源，各生产厂家和科研部门普遍锁定在焦炉煤气、煤制气和页岩气上。

构建dri技术发展路线图

通过以上全球钢铁工业发展方式的剖析不难看出，世界钢铁工业正沿着直接还原铁工艺的方向前行。中国钢铁工业也应该在这方面多加努力，应对挑战。

直接还原电炉炼钢短流程将成为未来钢铁业的主流技术，传统的钢铁流程将逐步被短流程代替，高炉炼铁将被直接还原炼铁取代。未来钢铁厂典型短工艺流程图见附图。

未来炼铁技术的发展方式可以概括为球团+dri，即铁精矿100%生产球团矿，用100%的球团生产dri，可以减少高炉炼铁对焦炭的依赖，并化解高炉炼铁高能耗、高成本、高污染的问题，实现非烧结、非高炉、非焦炼铁。未来炼钢的发展方式可以概括为dri（50%~100%）+电炉炼钢，即用100%的直接还原铁或50%的热高炉铁在电炉中炼钢。印度的钢铁工业由于缺乏炼焦煤资源，优先发展直接还原炼铁，其dri年产量达到3500万吨，高炉铁为3500万吨~4000万吨。印度钢铁协会谋划其发展方式为50%热高炉铁+50%dri+电炉炼钢短流程生产工艺，将钢铁长流程与短流程紧密整合应对钢铁技术的新挑战。

气基竖炉直接还原装置单模块规模的不断扩大（由年产20万吨发展到160万吨、250万吨，挑战300万吨）意味着直接还原技术具有挺进大型传统钢铁企业的可能性。目前，高炉炼铁的长流程仍占主导地位，但直接还原炼铁短流程在天然气资源充足的国家和地区发展迅速。但受天然气价格上涨的制约，寻找大量的高化学能气体资源代替天然气成为dri生产的重要课题之一。其中的一个方法是，在天然气短缺的地区，高炉炼铁炼焦过程中产生的大量高化学能焦炉煤气可为dri生产提供还原气资源。

我国钢铁业发展方式不平衡，高炉炼铁和转炉炼钢的产能占99.9%。据不完全统计，我国焦炉煤气的年发生量可达到1500亿立方米，而焦炉煤气中含氢62%，是高化学能的还原剂，可作为炼铁过程的原料（氢冶金的原料）。我国钢铁生产中的焦炉煤气全部用作燃料或发电等用途，如果将焦炉煤气全部或部分用于生产dri，将大大推动我国直接还原电炉炼钢短流程的进步和发展。因此，我国未来钢铁业发展方式可以是高炉炼铁长流程+焦炉煤气直接还原电炉炼钢短流程相结合的整合流程。

此外，用焦炉煤气生产直接还原铁将提高炼铁装备的效率，减少炼铁过程的能耗和co2排放。氢冶金的基本原理是：fe2o3+3h2=2fe+3h2o，其反应产物是铁和水，不产生co2。因此，氢冶金被称为低碳炼铁技术。根据工业统计资料和专家认定，每吨dri的co2排放量为800千克，而每吨高炉铁的co2排放量为1600千克，dri工艺可减排50%的co2。据国外生产统计资料显示，生产dri与生产高炉铁比较，可降低生产成本40%，节能30%，减排二氧化碳38%。

信息来源：《中国冶金报》