直接还原技术现状及其在中国的发展展望VIP免费

直接还原技术现状及其在中国的发展展望沈峰满，魏国，高强健，赵庆杰（东北大学钢铁冶金研究所，辽宁沈阳110819）摘要：近年来，全球直接还原铁（DRI/HBI）产量和需求逐年增加，表明直接还原技术是钢铁工业不可缺少的组成部分，有助于炼铁生产摆脱焦煤资源短缺的羁绊，降低钢铁生产能耗，提高钢铁产品质量和品质。气基竖炉生产规模不断增大，成为主要的生产工艺；竖炉直接还原铁热装热送技术的发展进一步降低了工序能耗。回转窑、隧道窑等工艺在特定地区有迅速发展，但很难成为直接还原铁生产的主流。我国具备发展直接还原生产的资源条件和技术基础，煤制气—气基竖炉技术是可能的主要发展方向。关键词：直接还原；煤制气—竖炉直接还原；节能减排；资源综合利用直接还原铁技术是现代钢铁工业重要工序之一，其产品—直接还原铁（DRI、HBI）是优质纯净钢生产不可短缺的原料。1.直接还原铁技术发展的动力近十年来，全球直接还原铁（DRI/HBI）产量和需求逐年增加。主要原因包括：（1）以非焦煤为能源。传统的高炉炼铁以焦炭为主要能源，世界性焦煤资源短缺，焦炭价格上升成为影响钢铁工业可持续发展的重要因素。摆脱焦煤资源短缺的羁绊，改善钢铁生产的能源结构，是非高炉炼铁技术发展的最重要动力。（2）环境友好。传统的高炉炼铁污染严重，向环境排放污水、CO2、硫化物、氮氧化物量大，难以满足不断增长的环境保护的需要。直接还原铁生产没有炼焦工序，避免了焦化生产对环境的污染。高炉铁水的碳接近饱和（含C~4.50%），钢材的含碳量平均0.35%，高炉铁水炼钢仅脱碳环节CO2排放量每吨钢约140~175公斤。煤基直接还原铁含碳仅0.30%，气基直接还原铁含碳通常≯1.50%，用直接还原铁炼钢吨钢仅脱碳环节可减少向大气排放CO2约100~150公斤。直接还原铁生产环境友好，符合清洁化生产的需要。（3）废钢——电炉短流程发展的需要。短流程或紧凑流程（废钢——电炉炼钢流程）是钢铁工业实现清洁化生产的重要方向之一。随着社会钢铁存量及废钢回收量的增加，废钢——电炉炼钢产量持续增长，经济发达国家电炉钢产量占粗钢产量已超过50%。以废钢为原料的废钢——电炉炼钢短流程的能耗及CO2排放量明显低于传统的高炉—转炉炼钢流程。废钢质量不断恶化是制约电炉钢发展的重要因素，直接还原铁是优质废钢的替代物、是废钢残留元素的稀释剂，是电炉冶炼纯净钢的必备铁源材料。因此，废钢/DRI—电炉炼钢短流程的发展也促进了直接还原法发展。（4）提高钢铁产品质量的需要。直接还原法在低温下完成还原过程，可大幅度减少原燃料中非铁元素进入产品DRI，用同一种原料生产，直接还原铁中的硅、锰、镍、铬、钛、钒、砷、锑、铋等非铁元素含量比高炉铁水低1~2个数量级。直接还原铁（DRI）是纯净钢、优质钢生产的重要的不可缺少的残留元素的稀释剂。因此，提高钢铁产品质量的需要是推进直接还原铁技术发展的重要动力。（5）资源综合利用的需要。自然界大量含铁资源难以满足高炉炼铁对原料要求，如：鲕状赤铁矿、羚羊石铁矿、超细晶赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿；多金属共生矿（钒钛磁铁矿、钛铁矿、硼铁矿、低品位红土镍矿）等，开发利用这些资源是实现钢铁工业可持续发展的重要课题，而直接还原技术是资源综合利用的有效手段。2．直接还原铁技术的发展现状2.1直接还原铁生产概况近年全球直接还原铁产量持续增加，见表1。2012年世界直接还原铁（DRI/HBI）的产量约7402万吨，约占全球铁总量的6.31%。2013年世界直接还原铁（DRI/HBI）的产量约7719万吨，约占当年全球铁总量116461万吨的6.63%。直接还原铁技术按所使用的还原剂的形态分为：气基法（竖炉法、流化床法等）、煤基法（回转窑法、隧道窑法、煤基竖炉法、转底炉法等）。迄今为止，有数十种直接还原工艺实现了工业化生产，其中气基竖炉占直接还原铁的主导地位。气基竖炉产量约占总产量的75%，各种直接还原铁生产工艺产量见表2[1]。2.2直接还原工艺现状（1）气基竖炉直接还原气基竖炉实现了大型化，单机年产能已达到200万吨，如：阿布扎比的阿联酋钢铁工业公司直接还原竖炉单机年产能200万吨，埃及Suez钢公司直接还原竖炉单机年产能190~220万吨，纽柯钢公司计划...