我国气基直接还原铁生产蓄势待发

夏杰生

　　“钢铁生产短流程(直接还原铁+废钢—电炉炼钢)是钢铁工业发展的重要方向，我国已具备发展直接还原铁的资源和技术条件，依托国内资源和技术，发展我国直接还原产业是改善我国钢铁工业能源结构、降低能耗、减少CO2排放、改善钢铁产品结构、实现绿色可持续发展的重要途径之一。依托国内的技术力量进行联合攻关，借力、引进国外成熟的技术，建设煤制气—气基直接还原竖炉—直接还原铁热装电炉炼钢示范性生产线，是推动我国直接还原铁发展的当务之急。”12月17日~18日，在北京举行的2016年气基直接还原工艺技术研讨会上，东北大学冶金学院赵庆杰教授就我国气基直接还原技术的发展趋势做了上述论述。

　　中国金属学会顾问王天义表示，发展气基还原技术对钢铁行业是有促进作用的。制约我国气基还原技术推广的三大障碍如下：一是很多地区的铁精粉品质不能满足直接还原铁生产要求；二是还原气源难以保证，这主要受限于技术问题和经济问题，技术问题是气源成分保证不了，经济问题是制气成本居高不下；三是国家限制增铁增钢。通过多年来我国非高炉炼铁行业人士的努力，技术层面的困难已经或基本得到解决。例如，我国当前已经可以生产出含铁量在70%以上满足直接还原铁生产要求的高品质铁精粉，并且成本增加并不大；经过多年的研究探讨，煤制气技术可以生产出满足气基竖炉要求的合格气，且合格气的成本在可承受范围内；国家经济发展需要的优质钢材应该有洁净的原料保证，而直接还原铁是其中的一项重要途径。

　　此次会议由中国废钢铁应用协会直接还原铁工作委员会、中国直接还原网主办，天津奥沃冶金技术咨询有限公司承办，中晋冶金科技有限公司协办，并得到中国废钢铁应用协会、钢铁研究总院的大力支持。会上，与会代表认为，我国气基直接还原铁的生产条件已经具备，应该大力发展。

　　多年发展成效甚微但方向明确

　　我国对直接还原铁技术及生产进行了近50年的探索、开发、研究，因受天然气资源的限制，开发研究主要集中在煤基直接还原工艺(隧道窑、转底炉、多种固定床、移动床等)，同时，进行了气基竖炉、流化床等气基直接还原铁工艺方法的开发研究。直接还原技术的研发投资和投入的人力物力巨大，但成效甚微。截至2014年，我国曾建成煤基回转窑直接还原铁生产线6条(天津钢管2条，新疆富蕴1条，北京密云、山东莱芜、辽宁喀左各1条)，年总产能仅约65万吨。

　　总结我国直接还原铁技术的开发研究经验、教训，业内的主流认识是：

　　———我国生铁的生产能力严重过剩，但缺乏洁净钢、优质钢生产中不可缺少的残留元素稀释剂———高品质、高洁净的直接还原铁。我国发展直接还原铁生产必须坚持高质量、高品质的路线。直接还原铁产品应保证TFe≥92.0%，S≤0.015%，P≤0.015%，SiO2≤3.00%。我国现行炼钢用直接还原铁标准难以满足炼钢生产，尤其是洁净钢生产对直接还原铁的要求。我国现行炼钢用直接还原铁标准应予修订。

　　———气基竖炉是直接还原铁生产的最成熟、能耗最低、CO2排放量最小、运行最稳定、单机生产能力最大(单机生产能力250万吨)的工艺方法，是我国发展直接还原铁生产的首选工艺。我国的资源条件决定了我国直接还原铁生产采用天然气为能源的可能性极小，煤制气是解决还原气来源的主要出路，常压、纯氧制气是可供选择的主要方向。

　　低压煤制气技术日趋成熟

　　目前，我国钢铁产能严重过剩，90%的粗钢靠传统的高炉—转炉长流程生产，但这种长流程依赖煤炭资源中仅占5%的焦煤为主要能源，而且存在能耗高、对环境的负面影响大、CO2排放量大等一系列问题。我国钢铁工业的铁钢比大于0.950，即我国吨粗钢消耗生铁高达950kg，而世界钢铁工业的铁钢比仅0.7，工业化国家的铁钢比仅0.500。高铁钢比是我国粗钢能耗远高于世界平均钢铁粗钢能耗，使钢铁工业成为我国对环境负面影响最大的工业之一的重要原因，并成为制约钢铁工业自身发展的重要因素之一。

　　我国洁净钢、优质钢的生产远落后于先进的工业化国家，洁净钢、优质钢生产的品种、数量和品质远不能满足国民经济发展和国防建设的需要，成为我国钢铁工业的短板。我国每年出口钢材和钢铁加工产品过亿吨，但每年不得不进口洁争钢和优质钢超过1000万吨。

　　我国钢铁工业要实现可持续发展，亟待突破“巨大的环境压力”和“产品结构中洁净钢、优质钢的质和量难以保障”的困局。直接还原铁+废钢—电炉流程，即短流程或紧凑流程是世界公认的钢铁工业节能减排、减少CO2排放量、提高钢铁产品品质的发展方向之一。在一些具备资源条件的地区发展直接还原将有益于我国钢铁工业可持续发展、绿色发展，有益于推进我国钢铁工业改善钢铁产品的结构，有益于促进我国洁争钢、优质钢的发展，是我国钢铁工业绿色发展的重要途径之一。

　　随着我国钢铁社会积存量不断增加，社会废钢回收量将不断增加，电炉钢产量也将随之增加，对废钢残留元素的稀释剂———直接还原铁的需求量也将大幅度增加。因此，发展直接还原铁生产是钢铁工业可持续发展的需要。

　　我国煤制气技术在化工生产中是成熟的通用技术。其多种方法在国内均有大型化生产装置在运行。其中，低压煤制气是直接还原铁竖炉配套制气方法的主要选择方向。

　　国内提供的直接还原气基竖炉煤制气技术方案表明，以动力煤为原料，低压气化生产气基竖炉还原气技术是成熟的，在动力煤价格为400元/吨～450元/吨的条件下，净还原气生产成本可控制在≤0.55元/平方米，可以满足气基直接还原铁竖炉生产的需要。

　　矿粉精选技术取得突破

　　试验研究和工业化生产表明：我国多地具有的磁铁矿资源通过细磨、单一磁选，可以经济地生产TFe＞70.550%、SiO2＜2%的高品位精矿粉。高品位精矿粉经链箅机—回转窑生产，能生产出满足气基竖炉生产直接还原铁要求的氧化球团。该氧化球团经气基直接还原竖炉还原后可获得TFe＞95.00%～96.50%，SiO2＜3.00%的高品质直接还原铁，是生产洁净钢的优质铁源材料和残留元素的稀释剂。

　　2016年1月，“超级铁精矿与洁净钢基料短流程绿色制备技术研究”课题通过了中国钢铁工业协会组织专家进行的技术鉴定。专家们认为，该课题成功开发了生产超级铁精矿的“普通铁精矿预先抛尾—阶段磨矿—电磁精选—反浮选脱硅”选矿工艺流程和新型捕收剂。该课题以TFe品位65%～67%的普通铁精矿为原料，采用上述新工艺和新药剂，工业生产已获得铁品位71.99%、SiO2含量0.11%、酸不溶物0.15%、P＜0.005%、S含量0.002%的超纯铁精矿和铁品位70.31%、SiO2含量1.96%、P＜0.005%、S含量为0.035%的高纯铁精矿，铁总回收率＞93%，该项成果解决了我国缺少直接还原铁优质原料的技术难题。

　　该课题设计了针对超纯铁精矿和高纯铁精矿所采用氧化球团造块—气基竖炉还原—电炉熔分生产洁净钢基料的工艺流程。该课题成功开发了关键工艺控制技术，生产出下列优质产品：氧化球团，抗压强度＞2100牛/个，还原膨账率低于20%；直接还原铁，铁品位≥98.48%，金属化率＞96.00%，S含量≤0.0083%，P含量0.0014%；纯钢，铁品位99.94%，P含量0.0006%，S含量0.0068%，C含量0.002%，其他杂质含量极低，是一种优质的洁净钢基料。

　　气基还原条件具备应大力发展

　　上世纪80年代，宝钢成功开发了以煤制气为还原气的竖炉直接还原铁技术———BL法，在山东进行了半工业化试验。试验结果表明，采用煤制气—竖炉，可以生产满足电炉炼钢需要的直接还原铁。

　　近年，宝钢在熔融还原COREX2号炉建设中，与国内相关设计单位对系统中还原竖炉的结构进行了成功改进，取得良好效果。

　　我国具有丰富的高炉设计、建设、生产经验，高炉炉腰以上部分的还原机理、控制与气基竖炉完全相似，而且德国MME工艺(伊朗气基直接还原竖炉技术)的诸多改进皆出于高炉、竖炉氧化球团的成熟技术和经验。

　　因此，建议国内建立产学研联合体进行联合攻关，建设依托国内资源和已有技术的相关工艺技术流程，例如，铁精矿精选、高品位气基直接还原竖炉专用氧化球团制备、动力煤气净化处理、气基直接还原竖炉、直接还原铁热出料、热输送、电炉热装、连续加料电炉、连铸、轧制等工序完整的短流程钢铁生产示范性生产线，能极大地推动我国直接还原铁的发展，从而促进我国钢铁工业实现绿色可持续发展。

　　会上，中国废钢铁应用协会直接还原铁副秘书长、天津奥沃冶金技术咨询有限公司经理陶江善表示，节能减排需要钢铁产品的升级换代，需要优质的原料保证，而DRI产品中有害元素含量低、铁纯度高，是适用于钢铁行业的纯净铁料。发展直接还原铁有利于实现节能减排、绿色发展，以及钢铁业的转型升级。

我国近年来选矿技术的进步已经使得高品质的直接还原铁用铁精粉的生产可行，而煤制气技术的成熟和成本的降低，也使得气基还原竖炉用合格气源更为经济。根据以上分析判断，我国已具有开发气基竖炉直接还原铁技术的经历和经验，具备建设煤制气—气基直接还原竖炉的条件和能力。