我国非高炉炼铁探寻科学发展路

 2012年世界高炉生铁产量达到11亿吨，熔融还原炼铁生铁产量仅250万吨，直接还原铁(DRI/HBI)总产量约为5544万吨，约为世界生铁产量的5.04%，比2011年降低了12.65%。2012年我国直接还原铁(DRI/HBI)总产量约为80万吨，约占生铁产量6.543亿吨的1.2%，主要生产装置为煤基转底炉。效益低下使得钢铁企业进一步增加投入开展技术创新的困难加大。在成本压力和市场压力凸显的当下，我国非高炉炼铁发展也陷入困境。

    非高炉炼铁成本高、能源紧缺

    目前世界上仅有COREX和FINEX两种熔融还原炼铁工艺实现了工业应用。宝钢2007年引进了两套大型COREX熔融还原炼铁生产装置，实现了连续4年顺行生产。在投产运行的4年中，宝钢COREX3000熔融还原炼铁工艺平均入炉焦比低于200kg/t，环境负荷较小，属于清洁生产的炼铁新工艺，宝钢也对引进投产的COREX3000存在的技术缺陷作了一些局部改进。

    但是，COREX/FINEX的能耗和生产成本比高炉炼铁工艺高，在我国大多数地区，熔融还原炼铁的投资、生产成本及能耗均竞争不过技术、装备十分成熟的高炉炼铁工艺。

    总体上看，我国非高炉炼铁技术鲜有类似韩国浦项FINEX那样达到工业化应用的重大创新，在钢铁行业中属于发展缓慢且生产率落后于国际先进水平的领域。与已生产几百年的高炉炼铁技术相比，非高炉炼铁技术总体上还处于开发阶段，目前还面临着成本高、能源紧张的不利局面，如何克服当前困难，找到适应现实的科学发展之路有待进一步研究。

    气基竖炉直接还原具有一定优势

    直接还原铁(DRI/HBI)是电炉冶炼纯净钢、高等级钢的最佳废钢残留元素的稀释剂，是提高我国废钢铁使用比例、降低钢铁产业能耗及CO2排放量的重要原料。发展直接还原铁是我国钢铁工业实现可持续发展、适应日益提高的环境保护要求及提高钢铁产品质量的一条重要途径。目前，我国的钢铁蓄积量大约为60亿吨。专家预测，“十二五”期末我国的钢铁蓄积量将达到90亿吨。这意味着我国钢铁工业使用废钢的比例或将在未来快速上升，对直接还原铁的需求或将有爆发性增长。

    与其他炼铁工艺相比，气基竖炉直接还原法的优点是单套设备产量大、不消耗焦煤，低能耗、低CO2排放，是直接还原无焦炼铁技术的一项主流技术。在过去20年间，煤气化技术获得较大发展，各类型煤气化技术的生产装置在我国都有运行。建设大型竖炉直接还原与煤制气无焦炼铁联合工艺，关键是煤制合成气的成本能否大幅度降低，在非炼焦煤、天然气和焦炉煤气较便宜的地区和企业，可采用此项技术。

    加压煤制气工艺是我国今后发展大型直接还原新工艺的基础条件，采用现有成熟的煤气化装置和竖炉，应用现有MIDREX、HYL-Ⅲ竖炉直接还原技术，可将二者连接起来，形成大型煤制合成气生产直接还原铁的联合工艺。在新疆、内蒙古等缺乏焦煤而非焦煤资源丰富且廉价的地区，大型煤制气-竖炉海绵铁联合流程具有很强的竞争力。由于缺乏天然气和富矿资源，我国迄今为主尚没有建设技术成熟、节能的大型气基直接还原竖炉、粉矿直接还原工业生产等炼铁前沿技术生产装置，尚缺乏对成熟的大型气基直接还原竖炉、粉矿直接还原等炼铁生产技术的应用经验，但是目前在内蒙古和江苏省都有企业在筹建煤制气竖炉直接还原工程。

    我国目前的能源结构较适合发展以煤气化为气源的直接还原炼铁工艺。该工艺流程可避免目前环境污染相对较严重的烧结和焦化工序。

    资源、能源、技术创新与经济性难题待解

    使用低品质难选矿炼铁是直接还原铁创新的方向之一，直接还原铁可以充分利用国内铁矿石资源，努力提高成本竞争力。我国铁矿具有分布广泛、资源相对集中、矿石品位偏低、贫矿多富矿少、复杂伴(共)生组分多等特点，矿产资源整体保障程度低。去年以来，采用符合高炉炼铁标准的精料生产的高炉炼铁企业普遍面临铁矿石成本居高不下、产品市场价格持续低迷，企业生产持续大量亏损的局面。此时，非高炉炼铁要想走出困境，必须另辟蹊径，在生产经营思路上创新，尤其在资源成本方面。

    由于竖炉、转底炉是在炉渣熔点以下的温度还原，不消耗焦炭，不用像高炉或熔融还原炼铁那样必须配加大量熔剂造渣，直接还原工艺产出的DRI产品可以通过磨矿磁选或重力选矿富集得到含铁92%以上的铁粉或压块铁产品代替废钢，也可以使用熔分技术获得铁水，因此铁矿石的品位低一点对工艺能耗影响不大。非高炉炼铁可以尽可能因地制宜，使用我国较为丰富的廉价含铁原料或铁矿石资源炼铁。这符合我国资源利用、循环经济的国家发展战略，作为高炉炼铁工艺的补充，非高炉炼铁工艺的使用范围和市场生存能力也可得到提高。

    制约我国直接还原铁快速发展的能源“瓶颈”问题亟待解决。随着经济快速发展，能源的消费量急剧增加，我国已由能源基本自给自足转化为仅次于美国的世界第二大能源进口国。据统计，我国煤炭消费占一次能源消费总量的68%，给环境带来了巨大压力，而目前我国天然气消费占消费能源总量的比例仅为5.5%。我国能源革命的重点就是要加强天然气的开发和应用。《能源发展“十二五”规划》提出，到2015年天然气要占到一次能源消费量的7.3%。对我国直接还原铁而言，能否有充足廉价的天然气，成为发展的重要影响因素。

    页岩气或许能成为解题关键。页岩气是一种特殊的非常规天然气，它是赋存于泥岩或页岩中的天然气贫矿，具有自生自储、无汽水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征。我国油页岩储量丰富，含油率为中上水平，估计全国油页岩总储量为4800亿吨，相当于页岩油资源476亿吨，居世界第4位，主要分布在东部和中部地区的15个省和自治区，其中吉林省、广东省、辽宁省合计占80%以上。《天然气发展“十二五”规划》提出，到2015年我国页岩气年产量要达到65亿立方米，希望到2020年把产量进一步提高至600亿立方米~1000亿立方米。

    生产市场适销产品是煤基转底炉直接还原工艺技术创新的方向。转底炉具有原燃料适应性广的优点，因此具有生产成本低、能耗低、环境负荷低的优势，但同时也存在产品金属化率较低(一般为70%左右)、产品含残留有害元素略高(S、P、As、Cu等)、容易再氧化等问题，一般用于钢铁厂内部配料循环使用问题不大，但是这种中间产品进入市场会受到钢铁原料标准的限制。为了适应市场竞争，必须将用煤基转底炉直接还原炼铁工艺生产市场适销对路的产品作为技术创新研发的方向。例如，研究将直接还原铁细磨分选后压制成含铁92%以上的铁粉压块，代替废钢使用。

    实现大型煤制气工艺的科学性、经济性发展是衡量我国直接还原炼铁新工艺是否成功的标准。煤制气工艺的选择是我国今后发展大型竖炉直接还原工艺的基础和条件，也是煤基多联产、联合循环发电(IGCC)等工艺过程的共性技术和关键技术。与煤化工专业部门合作，进一步提高大型煤制气装备的国产化率，降低大型煤气化的设备及工程投资，从而降低直接还原铁产品的投资成本，提高大型直接还原铁生产装置的市场竞争力是亟待解决的课题。