李秀强

广西北海市诚德金属压延有限公司

摘  要    随着时代的发展，科技的进步，钢铁行业的市场日益壮大， 竞争也越来越激烈。在这严峻的形势下，各企业开始创新，寻求新的生存空间。直接还原铁应势而生，直接还原是一种采用天然气、煤气、非焦煤粉作燃料和还原剂,使用球团矿、块矿、粉矿在固态下直接还原生产固体直接还原铁(DRI/HBI)的炼铁工艺技术。直接还原铁的化学成分稳定，杂质含量低，是一种优质的炼钢原料。

关键词   钢铁行业、直接还原、炼铁工艺、DRI/HBI

1 钢铁产业的政策

钢铁行业是工业领域的耗能大户，也是我国节能减排潜力最大的行业之一。“十一五”期间，钢铁行业一方面频频被“点名”，成为全社会节能减排的重点和难点领域；另一方面，钢铁行业节能减排取得的成效，也为全社会推进节能减排做出了巨大贡献。国家已经出台《钢铁行业生产经营规范条件》，对钢铁企业的环境保护、能源消耗和资源回收利用、工艺装备等方面做出了具体的要求。  

在“十二五”规划纲要提出的钢铁行业发展重点方向中，与节能减排相关的内容占据了大多数：支持非高炉炼铁、洁净钢生产、资源综合利用等技术开发；重点推广能源管控系统技术和高温高压干熄焦、余热综合利用、烧结烟气脱硫等节能减排技术。

我国钢铁工业已不再是大规模发展时期，将进入结构调整、转型升级为主的发展阶段，是钢铁工业结构性改革的关键阶段。钢铁行业要积极适应、把握、引领经济发展新常态，落实供给侧结构性改革，以全面提高钢铁工业综合竞争力为目标，以化解过剩产能为主攻方向，坚持结构调整、坚持创新驱动、坚持绿色发展、坚持质量为先、坚持开放发展，加快实现调整升级，提高我国钢铁工业发展质量和效益。主要的战略方向有以下几方面：

去产能，考虑到产能过剩是制约行业发展的根本性问题，为使产能利用率恢复到合理水平，促进行业健康持续发展，按照国发〔2016〕6号文件要求，《规划》提出“十三五”期间，粗钢产能在现有11.3亿吨基础上压减1亿－1.5亿吨，控制在10亿吨以内，产能利用率由2015年的70%提高到80%。

绿色发展，近年来我国钢铁工业节能减排指标大幅改善，但由于行业总体规模大，导致能源消耗总量和污染物排放总量仍然居高不下。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出了“十三五”期间，单位GDP能源消耗降低15%、主要污染物排放总量减少10%－15%的要求。为此，结合“十三五”期间粗钢产量缓降态势，以及目前我国钢铁行业能源消耗水平和污染物排放强度的实际，《规划》提出“十三五”期间能源消耗总量和污染物排放总量双下降的目标，分别下降10%和15%以上。

产业集中化，目前我国钢铁企业数量众多、高度分散，是造成行业恶性竞争的主要因素。“十二五”期间我国前10家钢铁企业产业集中度由2010年的49%降至2015年的34%，产业集中度不升反降。这是由多种原因造成的，其中最主要的是为做大而联合，协同作用没有发挥出来，经济效益不好。经过以往的挫折，国家、行业、企业各方面思路逐渐清晰，目的更加明确，方向正在理清。更加注重区域协调的重要作用，不再追求规模的扩张，先中央后地方，树立示范引领作用，强化市场影响力，打击违法违规企业，规范公平市场秩序，多管齐下、持续坚持、不断调整，力争“十三五”期间前10家钢铁企业产业集中度由目前34%提高到60%，完成“十二五”期间未尽事宜。

劳动生产率，目前我国部分钢铁企业还存在机构设置复杂、重叠，人员冗余，效率低的问题，制约了钢铁行业的提质增效，为引导行业提高生产效率，提升综合竞争力，《规划》首次提出了主业劳动生产率目标，由目前的514吨钢/人·年提高到国际先进水平的1000吨钢/人·年以上。[1]

2  冶金还原工艺技术

直接还原法炼铁法按其还原剂种类不同可以分为两种，分别为气基法和煤基法。气基法以CO、H2作为还原剂，其主要特点是利用率高、热效率高以及生产率高等。也因为这些特有的优势让它在非焦煤冶金工艺中成为主流。

2.1气基法生产技术

气基直接还原代表工艺有Midrex竖炉法、HYL反应罐法、流态化法等，它们的工艺原理以及设备都有较大的区别，各自的优缺点和条件限制也都不一样。

2.1.1 Midrex竖炉法

Midrex竖炉法是气基直接还原铁生产技术的主导工艺，该工艺由Midland Rose公司开发，目前已发展成为占直接还原铁市场60%以上的主要方法。工艺反应所需还原气使用天然气经催化裂化制取，裂化剂采用炉顶煤气。块矿在竖炉内被天然气还原生成DRI(直接还原铁)。此工艺必须有充裕的天然气，因此在我国天然气富裕的地区较容易发展。以下是Midrex竖炉法的工艺流程[2]

2.1.2 HYL法

该生产技术属墨西哥希尔萨公司所有。该工艺是用天然气和水蒸气制取还原气，还原气在竖炉中将铁矿石还原成海绵铁。HYL工艺具有制气部分和还原部分相对独立的特点，从而竖炉可以跟其他形式的制气设备相结合。我国煤炭资源丰富，将煤气化可制取还原气，因此 HYL工艺在我国有广阔的发展前景。[3]其工艺流程如图2所示。

以上两种直接还原炼铁法具有各自的优点和不足。其共同特点是较传统炼铁法环保和能耗较低，符合国家可持续发展战略方向，但他们也有不可忽视的缺陷。首先需要有丰富的天然气资源作保障，天然气的储存量直接影响到此技术的发展；其次它需要反应的温度比较低，反应速度较慢，炉料在还原带大约停留6小时，在整个炉内停留时间约10小时，所以其生产效率较差，产能较低；然后其工艺对原材料要求苛刻，铁矿石颗粒度适宜而且均匀，颗粒过大会影响CO和H2的扩散使反应速度降低；颗粒过小，透气性差，还原气分布不均匀。同时对于铁矿石的品味要求也高，这是直接还原生产海绵铁的通病，对于矿石中的S和Ti的含量要求也很严格；最后设备较为复杂，直接影响到技术的普及。

2.2  直接还原铁生产应用技术

直接还原铁是精铁粉在炉内经低温还原形式的低碳多孔状物质，其化学成分稳定，杂质含量少（碳、硅含量低），主要用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，如果经二次还原还可供粉末冶金用。近年来由于钢铁产品朝小型轻量化、功能高级化、复合化方向发展，故钢材中非金属材料和有色金属使用比例增加，致使废钢质量不断下降。废钢作为电炉钢原料，由于其来源不同，化学成分波动很大，而且很难掌握、控制。这给电炉炼钢作业带来了极大的困难。如果用一定比例的直接还原铁(30～50%)作为稀释剂与废钢搭配不仅可增加钢材的均匀性，还可以改善和提高钢的物理性质，从而达到生产优质钢的目的。因此直接还原铁不仅仅是优质废钢的替代物，还是生产优质钢材必不可少的高级原料。[4]

主要用途：

①为粉末冶金制品的原料，耗用量约占铁粉总耗用量的60～80%。 

②作为电焊条的原料，在药皮中加入10～70%铁粉可改进焊条的焊接工艺并显著提高熔敷效率。

③作为火焰切割的喷射剂，在切割钢制品时，向氧-乙炔焰中喷射铁粉,可改善切割性能，扩大切割钢种的范围，提高可切割厚度。

④还可作为有机化学合成中的还原剂、复印机油墨载体等。

2.3  废钢铁利用

2.3.1  国内外废钢资源情况

据不完全统计，中国社会钢铁积蓄量已经达到二十多亿吨，可回收钢铁量自90年代以来也大幅度增长，但是国内回收钢铁入炉量却未增长，甚至有所下降。

中国历年入炉回收钢铁远少于可回收钢铁量，这与我国钢铁工业大发展以及可持续发展的国策不相称。造成此现象的一部原因是部分废钢难以回收利用（如用于建筑业的钢材）；另一部分被用于“地条钢”，此现象尤为严重。

钢铁工业多用废钢不仅有利于保存自然资源，而且有利于节约能源、减少污染，更能有效地降低成本和消耗。若想使我国真正地成为世界钢铁强国，需要调整废钢回收政策，扩大废钢铁回收数量，合理回收和利用废钢铁，提高废钢铁回收质量。

2.3.2  直接还原铁与废钢铁的配合应用

根据国外报导，高功率电炉冶炼时，炉料搭配30～50%直接还原铁，生产率提高10～25%，作业率提高25～30%。1996年在鹿泉市轧钢厂三吨电炉上试验表明：在炉料中搭配30～50%直接还原铁，每吨炉料平均节约电能27%，节约炼钢时间28%，耗氧量降低22%，钢材物理性能明显提高。就此，在电炉钢炉料中搭配一定量直接还原铁不仅可以提高电炉的生产能力而且还能降低电耗和生产成本。[5]

3  结束语

直接还原铁技术虽在较短的一段时期内还不能取代传统的高炉炼铁工艺，但随着其工艺的逐步完善和发展，必将对钢铁工业的发展产生深远的影响。一个真正的钢铁大国，为了适应钢铁生产的需要，进一步增强在世界上的竞争力，必须加大直接还原铁的研发及生产力度。从长远来说，发展直接还原铁技术也符合国家可持续发展战略。

4  参考文献

[1] 《钢铁工业调整升级规划（2016－2020年）》解读材料.

[2]稻叶晋一.新铁源—直接还原制造技术综述[J].现代冶金，2003，（1）

[3] 胡俊鸽，毛艳丽，赵晓燕. 气基竖炉直接还原技术的发展.2008,4(2)

[4]朱德庆，张汉泉.冷固结球团基直接还原新工艺及其应用[J].钢铁研究.2003.（1）

[5]陆明春，张学启。直接还原法炼铁技术的发展历程及其应用前景[J].新技术讲座.2008.(2)