直接還原鐵工藝技術(shù)的對(duì)比分析論述

在低于礦石融化狀態(tài)下，通過(guò)固態(tài)還原，把鐵礦石煉制成鐵的工藝稱(chēng)作直接還原法，用這種方法生產(chǎn)出的鐵也叫作直接還原鐵（DRI），由于這種鐵保留了失去氧時(shí)形成的大量微小氣孔，在顯微鏡下觀察形似海綿，所以直接還原鐵也稱(chēng)為海綿鐵。

直接還原鐵是精鐵粉在爐內(nèi)經(jīng)低溫還原形成的低碳多孔狀物質(zhì)，其化學(xué)成分穩(wěn)定，雜質(zhì)含量少，主要用作電爐煉鋼的原料，也可作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的冷卻劑，如果經(jīng)過(guò)二次還原還可供給粉末冶金用。

從上世紀(jì)80年代末以來(lái)，我國(guó)一直宣傳推廣使用直接還原技術(shù)，并對(duì)直接還原技術(shù)進(jìn)行了廣泛的開(kāi)發(fā)研究，取得了眾多成果，為直接還原技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。但是，因鐵礦、煤炭、氣源等原燃料條件限制，中國(guó)直接還原發(fā)展的實(shí)際成效不大，與鋼材、生鐵等行業(yè)相比還有相當(dāng)差距。

一、直接還原鐵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

直接還原鐵生產(chǎn)是指在低于熔化溫度之下將鐵礦石還原成海綿鐵的過(guò)程，與傳統(tǒng)高爐煉鐵方法相比取消了焦?fàn)t、燒結(jié)等工序，具有流程短、污染小、消耗少，不受煉焦煤短缺影響等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)海綿鐵中硫、磷 、硅等有害雜質(zhì)含量低，有利于電爐冶煉優(yōu)質(zhì)純凈鋼種 。

近年來(lái)，由于鋼鐵產(chǎn)品向小型輕量化、功能高級(jí)化、復(fù)合化方向發(fā)展，因此鋼材產(chǎn)品中的非金屬材料和有色金屬的使用比例在增加，在廢鋼的破碎分揀過(guò)程中，又不能完全有效的剔除非金屬和有色金屬材料，況且，即使是純粹完全的黑色廢鋼料，由于來(lái)源不同，化學(xué)成分波動(dòng)也是較大的。致使加工后的成品入爐廢鋼的質(zhì)量很難掌握控制，給電爐煉鋼作業(yè)帶來(lái)一定的困難。

如果用一定比例的直接還原鐵（30～50%）作為稀釋劑與廢鋼搭配使用，不僅可增加鋼的均勻性，還可以改善和提高鋼的物理性質(zhì)，從而達(dá)到生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的目的。因此，直接還原鐵不僅僅是優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代品，還是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼必不可少的高級(jí)原料（如天津無(wú)縫鋼管公司的國(guó)外產(chǎn)品設(shè)計(jì)中就明確要求，必須配置50%的直接還原鐵）。

據(jù)國(guó)外冶煉行業(yè)專(zhuān)業(yè)報(bào)道，高功率的電爐冶煉時(shí)，爐料搭配30～50%的直接還原鐵，生產(chǎn)率可提高10～25%，作業(yè)率可提高25～30%。國(guó)內(nèi)某鋼廠在3噸小型電爐上的試驗(yàn)也表明，在爐料中搭配30～50%的直接還原鐵，每噸爐料平均節(jié)電27%，節(jié)約煉鋼時(shí)間28%，耗氧量降低22%，而且鋼材的物理性能明顯提高。再次說(shuō)明，在電爐煉鋼爐料中搭配一定量的直接還原鐵不僅可以提高電爐的生產(chǎn)能力，而且還可以降低電耗和生產(chǎn)成本。

生產(chǎn)實(shí)踐充分證明，純凈合格的直接還原鐵是電爐煉鋼的理想爐料，在這方面早就得到了西方發(fā)達(dá)國(guó)家的普遍認(rèn)可。目前，在產(chǎn)能過(guò)剩，粗鋼泛濫，精品短缺的國(guó)內(nèi)行業(yè)處境下，國(guó)家大力促進(jìn)減低產(chǎn)能，優(yōu)化鋼材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，由產(chǎn)量向質(zhì)量、效益的轉(zhuǎn)變。要提高鋼材的質(zhì)量，如果電爐原料仍舊以廢鋼為主，將是很困難的。這是因?yàn)閺U鋼中的有害雜質(zhì)Sn、As、Cu等幾乎100%的殘留鋼中，很難去除。據(jù)有關(guān)報(bào)道，美國(guó)在過(guò)去25年間碳鋼中Cu的含量上升了20%。鎳鉻增加了1.2倍，錫增加2倍，因此說(shuō)，單純使用廢鋼提高煉鋼質(zhì)量將是非常困難的，而使用部分的直接還原鐵就可避免這些問(wèn)題，所以對(duì)冶煉優(yōu)質(zhì)鋼和特種鋼，如石油套管、汽車(chē)用鋼、核電站用鋼、軍品用鋼等鋼種搭配直接還原鐵是非常重要的，也可以說(shuō)，生產(chǎn)特種鋼和優(yōu)質(zhì)鋼必須配用直接還原鐵。

總之，直接還原鐵是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼和特種鋼的必須材料，是補(bǔ)充廢鋼不足的優(yōu)質(zhì)電爐原料，還可作為轉(zhuǎn)爐煉鋼的冷卻劑，還可用于粉末冶金。直接還原鐵的應(yīng)用發(fā)展對(duì)我國(guó)節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境、調(diào)整鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)， 提高鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量等方面有著重要意義。

二、直接還原鐵的工藝技術(shù)對(duì)比

直接還原鐵生產(chǎn)工藝根據(jù)使用還原劑的不同，可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是以天然氣為還原劑的氣基直接還原工藝，另一類(lèi)是直接用煤作還原劑的煤基直接還原工藝。前者在全球范圍內(nèi)是主流， 占直接還原鐵總產(chǎn)量的70% 以上。由于我國(guó)是一個(gè)天然氣資源相對(duì)貧乏的國(guó)家，天然氣僅占世界儲(chǔ)存量的1.5%， 所以在國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)應(yīng)用的是煤基直接還原法工藝，其主要有隧道窯工藝、回轉(zhuǎn)窯工藝和轉(zhuǎn)底爐工藝。

除此外，目前正在我國(guó)發(fā)展的還有一種介于以上兩類(lèi)之間的工藝，即煤制氣-豎爐直接還原聯(lián)合工藝。我國(guó)煤炭資源豐富，因此適合發(fā)展煤制氣生產(chǎn)直接還原鐵的工藝。該工藝即通過(guò)氣化爐生產(chǎn)出熱直接還原鐵（Hot DRI）和冷直接還原鐵（Cold DRI）。該技術(shù)為使用低成本的煤炭（如次煙煤、褐煤等）來(lái)生產(chǎn)還原氣體，用于直接還原鐵生產(chǎn)，是針對(duì)天然氣不足的我國(guó)發(fā)展直接還原工藝的最佳解決方案。

氣基直接還原法，是將礦石裝入豎爐、流態(tài)床爐或罐式容器中，用還原氣體（經(jīng)過(guò)裂化的天然氣主要成分為H2或CO）使氧化鐵中的氧以H2O和CO2形式除去而還原成金屬鐵。該法由于采用較純的還原氣體，因此產(chǎn)品較純，可以獲得高質(zhì)量還原鐵。 該工藝的生產(chǎn)應(yīng)用主要分布在天然氣資源豐富的國(guó)家和地區(qū)。代表工藝為Midrex豎爐法、HYL反應(yīng)罐法和流態(tài)化法。

1.隧道窯工藝

隧道窯罐裝法生產(chǎn)直接還原鐵是瑞典人在1911年首先用于工業(yè)生產(chǎn)直接還原鐵（海綿鐵）的方法，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展，已經(jīng)是一種有效的生產(chǎn)直接還原鐵的方法。它是將精礦粉、煤粉、石灰石粉按照一定的比例和裝料方法，分別裝入還原罐中，然后把罐放在罐車(chē)上，推入條形隧道窯中或把罐直接放到環(huán)形輪窯中，料罐經(jīng)預(yù)熱，1150℃加熱焙燒和冷卻之后，使精礦粉還原得到直接還原鐵的方法。

因原料限制，以及工藝技術(shù)問(wèn)題，2008年以后的我國(guó)流通使用的直接還原鐵主要以煤基隧道窯法生產(chǎn)為主，高品質(zhì)的直接還原鐵數(shù)量很少。我國(guó)使用隧道窯直接還原鐵生產(chǎn)工藝已有幾十條生產(chǎn)線建成投產(chǎn)。當(dāng)精礦粉含鐵67%以上時(shí)，此法生產(chǎn)的直接還原鐵實(shí)物分析結(jié)果是：C≥0.04%，、S＜0.01%，、P＜0.02%、 SiO2＜3%，、MFe≥86%，、TFe≥92% 、M≥94%。

由于隧道窯法技術(shù)含量低，適合于小規(guī)模生產(chǎn)，投資小，符合民營(yíng)企業(yè)投資需要，在我國(guó)民間得到了迅速的發(fā)展，我國(guó)已建成及在建的隧道窯廠主要分布于新疆、山西、河北、遼寧、吉林、河南、上海、內(nèi)蒙、云南、山東等十多個(gè)省市。

但隧道窯法單機(jī)產(chǎn)能小，自動(dòng)化程度低，能耗高，污染嚴(yán)重，因此解決隧道窯能耗、環(huán)保問(wèn)題是隧道窯法生存和發(fā)展的重大課題。最近幾年來(lái)，潔凈能源技術(shù)的使用以及操作過(guò)程中自動(dòng)裝卸料技術(shù)的應(yīng)用，使得隧道窯技術(shù)在節(jié)能環(huán)保，自動(dòng)化程度方面有了一定程度的改進(jìn)。但從國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所秉持的節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的基本原則出發(fā)，隧道窯生產(chǎn)煉鋼用直接還原鐵不會(huì)成為中國(guó)直接還原發(fā)展的方向。

隧道窯生產(chǎn)工藝的優(yōu)點(diǎn)是：(1)原料、還原劑、燃料容易解決 (2)生產(chǎn)工藝容易掌握 (3)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定 (4)固定資產(chǎn)投資少 (5)生產(chǎn)成本低 (6)設(shè)備簡(jiǎn)單 (7)上馬快，建設(shè)周期短

雖然隧道窯生產(chǎn)工藝在不考慮環(huán)境資源的情況下，具有不少優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)也是明顯的。缺點(diǎn)是：?jiǎn)螜C(jī)產(chǎn)量小、能耗高、污染較嚴(yán)重、自動(dòng)化程度低。

2.回轉(zhuǎn)窯工藝

回轉(zhuǎn)窯是最重要的使用固體還原劑（煤炭）進(jìn)行直接還原的設(shè)備。我國(guó)已建成一批煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵生產(chǎn)廠，如：天津鋼管、富蘊(yùn)金山礦業(yè)、密云、魯中、喀左等。除天津鋼管、富蘊(yùn)金山礦業(yè)的回轉(zhuǎn)窯單機(jī)生產(chǎn)能力達(dá)到15萬(wàn)噸/年外，其他生產(chǎn)線能力均不足7萬(wàn)噸。天津鋼管15萬(wàn)噸生產(chǎn)線經(jīng)過(guò)多年的改造實(shí)踐，生產(chǎn)能力達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)，但因?yàn)槠洳捎脟?guó)外原料，生產(chǎn)上受原料限制。近兩年來(lái)，一些工廠也在積極進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯用于低品位礦還原、以及紅土鎳礦冶煉鎳鐵的還原工藝。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有十多條紅土鎳礦冶煉鎳鐵的還原窯生產(chǎn)線。

另外，據(jù)相關(guān)業(yè)內(nèi)從印度還原鐵生產(chǎn)考察的情況來(lái)看：該國(guó)有數(shù)百條回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)，生產(chǎn)指標(biāo)都還不錯(cuò)。因此可以說(shuō)，回轉(zhuǎn)窯法技術(shù)成熟，在資源適宜、中小規(guī)模需求條件下，是可供選擇的工藝方法。回轉(zhuǎn)窯工藝可從降低投資成本、選擇適合的原料角度考慮推廣應(yīng)用。

回轉(zhuǎn)窯工藝的特點(diǎn)是：機(jī)械化程度較高、勞動(dòng)強(qiáng)度較低，但也存在著產(chǎn)品成本高、投資大、易于發(fā)生結(jié)圈故障、產(chǎn)品質(zhì)量不高、產(chǎn)品分化率高、對(duì)原料及還原劑要求苛刻、生產(chǎn)效率較低、熱效率低、填充系數(shù)低(一般在10%～20%)等缺點(diǎn)。

3.轉(zhuǎn)底爐工藝

近年來(lái)，隨著鋼鐵工業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)的要求，以及對(duì)含鐵塵泥的處理、復(fù)合礦的綜合利用的重視，轉(zhuǎn)底爐工藝受到人們的關(guān)注。在煤基直接還原工藝中， 轉(zhuǎn)底爐直接還原在中國(guó)發(fā)展較快， 龍蟒集團(tuán)、 馬鞍山鋼鐵公司、 日照鋼鐵、 沙鋼、 攀鋼先后建成投產(chǎn)了年處理能力10～20萬(wàn)t的轉(zhuǎn)底爐， 盡管大多數(shù)用于處理鋼鐵廠含鐵塵泥生產(chǎn)DRI廠內(nèi)循環(huán)利用， 但是也積累了處理釩鈦磁鐵礦及新西蘭 海砂生產(chǎn)DRI的經(jīng)驗(yàn)。煤基轉(zhuǎn)底爐直接還原技術(shù)不用焦炭、 燒結(jié)礦， 可以完全使用非煉焦煤， 可以直接處理傳統(tǒng)高爐煉鐵很難利用的各類(lèi)低品質(zhì)難選的含鐵資源， 如含較高的硅、鋁、鎂、 鈦等氧化物， 含鐵45～60%的難選赤鐵礦、 難還原的鐵礦石， 高爐難于大量使用的釩鈦磁鐵礦、 有色冶金含鐵廢渣（煉銅渣、赤泥、硫酸渣等）以及大型高爐無(wú)法使用的含鋅、鉛及堿金屬高的鋼鐵廠含鐵塵泥等。

轉(zhuǎn)底爐在中國(guó)主要用在復(fù)合鐵礦的綜合利用、鋼鐵廠粉塵的處理和難選鐵礦資源的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上；也有的鋼鐵企業(yè)想用轉(zhuǎn)底爐作為預(yù)還原裝置，為高爐提供直接還原鐵，此種工藝過(guò)程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性還有待驗(yàn)證。使用轉(zhuǎn)底爐法處理精礦生產(chǎn)直接還原鐵，由于煤灰滲入，致使鐵品位低，含硫高，難以滿(mǎn)足煉鋼生產(chǎn)的需要。對(duì)于得到的直接還原鐵：采用電爐預(yù)熔化處理直接還原鐵，需要消耗500～550kWh/t電能；采用氧煤為能源的熔化處理，其工藝和裝備還有待開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證；直接入高爐冶煉，加入量較小時(shí)可提高高爐產(chǎn)量，降低焦比，但加入量較大時(shí)對(duì)高爐冶煉過(guò)程、能耗以及經(jīng)濟(jì)效益的影響還有待實(shí)踐的驗(yàn)證。應(yīng)該說(shuō)采用轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)還原鐵，直接入高爐冶煉，擴(kuò)大高爐產(chǎn)能的方法，在技術(shù)、能耗、經(jīng)濟(jì)效益等方面都存在風(fēng)險(xiǎn)，選用該方式應(yīng)持慎重的態(tài)度。

目前，我國(guó)有許多單位都在開(kāi)展煤基轉(zhuǎn)底爐直接還原生產(chǎn)粒鐵新工藝的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)研究， 利用一些達(dá)不到高爐使用要求的低品質(zhì)、 難選含鐵原料生產(chǎn)DRI或含鐵量達(dá)93%以上的粒鐵。預(yù)計(jì)很快就會(huì)有示范生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)。轉(zhuǎn)底爐最大單爐鐵產(chǎn)能可以達(dá)到30萬(wàn)t。是一種在中國(guó)有良好發(fā)展前景的綠色、 節(jié)能、 低排放的煤基短流程直接還原煉鐵工藝。但不可能成為中國(guó)煉鋼用直接還原鐵生產(chǎn)的主導(dǎo)方法。

4.氣基豎爐工藝

2010年全球DRI產(chǎn)量首次突破7000萬(wàn)t， 2014年全球直接還原鐵產(chǎn)量超7450萬(wàn)噸其中以Midrex和HYL/Energiron為代表的氣基豎爐法生產(chǎn)的DRII所占比例超過(guò)80%。與其他直接還原鐵工藝相比， 氣基豎爐法的顯著優(yōu)點(diǎn)是單套設(shè)備產(chǎn)量大、 能耗低、 排放低（見(jiàn)表-1）， 所以氣基豎爐工藝始終占據(jù)著直接還原工藝技術(shù)的主流。但由于我國(guó)天然氣資源短缺和價(jià)格昂貴，加之供給直接還原鐵生產(chǎn)用的高品位球團(tuán)的生產(chǎn)基地尚未形成，我國(guó)還沒(méi)有建成一座天然氣氣基豎爐生產(chǎn)裝置。

Midrex和HYL/Energiron最初都是以天然氣重整獲得還原氣體。由于選擇了不同的天然氣重整路線，兩種工藝進(jìn)入豎爐的還原氣體成分有較大差別。Midrex 采用天然氣與富含CO2的豎爐爐頂氣重整， 重整后得到的還原氣體中CO含 量 較高， 還原氣 的H2/CO 在1.0左 右； HYL/Energiron 采用的是天然氣與水蒸氣重整， 重整后得到的還原氣體中H2較高， 還原氣的 H2/CO 大于2。 眾所周知，CO 與Fe2O3、FeO 的反應(yīng)是放熱反應(yīng)， 而H2與鐵礦石的氧化還原反應(yīng)是吸熱反應(yīng)， 所以進(jìn)入豎爐的還原氣溫度與還原氣體的組成有關(guān)。CO濃度較高的Midrex 還原氣體進(jìn)入豎爐的溫度較低， 只需加熱到850℃， 而H2濃度較高的 HYL/Energiron 還原氣體進(jìn)入豎爐的溫度較高， 可以加熱到930℃。除了還原氣的成分、 溫度之外，Midrex和HYL/Energiron之間的最大差別還包括豎爐的操作壓力，前者的壓力較低，后者的壓力較高， 可以達(dá)到0.5～0.8MPa。

表1 直接還原鐵工藝的設(shè)計(jì)能力和能耗對(duì)比

5.煤制氣-豎爐直接還原聯(lián)合工藝。

我國(guó)天然氣資源比較貧乏，發(fā)展氣基直接還原不能依賴(lài)天然氣。我國(guó)化肥工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)表明， 走煤氣化、 以煤氣代替天然氣在技術(shù)上是可行的， 即可以通過(guò)煤氣化得到還原氣，替代天然氣作為直接還原豎爐的氣源， 組成煤制氣與直接還原豎爐生產(chǎn)DRI的聯(lián)合工藝流程。從技術(shù)的先 進(jìn)性和可靠性來(lái)說(shuō)， Midrex和HYL/Energiron均可選作與煤制氣組成聯(lián)合工藝生產(chǎn)DRI， 而且如選擇HYL/Energiron作為聯(lián)合工藝中的直接還原單元可以帶來(lái)以下好處： ①HYL/Energiron工藝的反應(yīng)器壓力較高， 還原氣體在豎爐中的流速較低，與球團(tuán)或礦石的接觸時(shí)間較長(zhǎng)，利于提高還原效率， 在同等產(chǎn)量規(guī)模下設(shè)備的體積更小；②HYL/Energiron豎爐和天然氣重整是兩個(gè)獨(dú)立的單元，不像Midrex二者是耦合在一起的， 因此只要將天然氣重整單元替換成煤制氣單元就可以與原先的豎爐相連， 豎爐系統(tǒng)基本不用修改或重新設(shè)計(jì)，能夠降低聯(lián)合工藝的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)； ③ 以H2為主的還原反應(yīng)是吸熱過(guò)程， 可以避免因CO還原反應(yīng)放熱而使豎爐內(nèi)局部溫度過(guò)高引起的爐料黏結(jié)， 爐內(nèi)沒(méi)有Midrex 爐必須設(shè)置的破碎裝置等活動(dòng)部件。

（1）煤氣化（煤制氣）工藝的比較分析

過(guò)去20年間煤氣化技術(shù)在中國(guó)取得極大發(fā)展， 幾乎世界上所有類(lèi)型的煤氣化技術(shù)的生產(chǎn)裝置都能在中國(guó)找到。很難說(shuō)現(xiàn)在有哪一種煤氣化技術(shù)可以占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)， 每種煤氣化技術(shù)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和局限性， 適合于不同的工廠條件、 下游工藝及原料要求。煤氣化方法種類(lèi)較多， 本文從三種有代表性、 已經(jīng)過(guò)大規(guī)模商業(yè)運(yùn)行驗(yàn)證的氣化工藝中選取一種為直接還原工藝提供氣源， 這三種氣化工藝的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表-2

表2 三種煤氣化工藝的比較

魯奇爐的特點(diǎn)在于合成氣中CH4含量較高， 這一點(diǎn)對(duì)于生 產(chǎn)DRI尤其有利。不利之處 在于魯奇爐要求使用2～50mm的塊煤， 原料適應(yīng)性較差。另外， 由于廢水中含有焦油、 苯、 酚等有機(jī)物，所以 凈化、環(huán)保系統(tǒng)較復(fù)雜。

德士古爐技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)是將煤粉制成水煤漿后可以實(shí)現(xiàn)高壓泵送， 所以氣化爐的壓力可以比干煤粉氣化更高。當(dāng)下游工藝需要高壓合成氣時(shí)，如合成氣制甲醇，德士古爐出來(lái)的煤氣可以節(jié)省煤氣再壓縮的能量消耗，甚至可能不需要壓縮就直接供下游工藝使用。但是對(duì)于生產(chǎn)DRI來(lái)說(shuō)， 因?yàn)樨Q爐的壓力都在1.0MPa以下， 太高的煤氣壓力反而是浪費(fèi)。另外， 德士古爐的不足之處是每年要更換一次耐火磚內(nèi)襯， 每次更換需停爐約一個(gè)月， 所以通常都需要有備用爐。但德士古爐在中國(guó)已有近20 年的應(yīng)用，比其他引進(jìn)技術(shù)有優(yōu)勢(shì)。

殼牌煤氣化工藝是最新一代的氣化技術(shù)， 在碳轉(zhuǎn)化率、冷煤氣效率、 有效氣（CO+H2）含量、 環(huán)保排放等方面指標(biāo)都很先進(jìn)。從2000年開(kāi)始， 國(guó)內(nèi)先后引進(jìn)的殼牌煤氣化爐共有二三十臺(tái)。近幾年殼牌煤氣化工藝在工藝完善和操作改進(jìn)方面取得了比較大的突破， 單臺(tái)日氣化煤量可達(dá)到3000噸以上， 單臺(tái)年累計(jì)運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)達(dá)到330天。由于技術(shù)和氣化爐要從國(guó)外引進(jìn)， 加之采用昂貴的廢熱鍋爐回收煤氣顯熱， 殼牌煤氣化工藝在投資上要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于德士古，這一點(diǎn)對(duì)DRI的生產(chǎn)成本非常不利。

基于大型化生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性， 本文認(rèn)為采用殼牌干煤粉純氧加壓氣流床煤氣化工藝構(gòu)建煤制氣生產(chǎn)DRI聯(lián)合生產(chǎn)流程是有相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

（2）煤制氣-豎爐直接還原聯(lián)合工藝的技術(shù)分析

基于殼牌煤氣化爐和 HYL/Energiron直接還原豎爐可以構(gòu)建出一個(gè)完整的煤制氣－氣基 豎爐直接還原的聯(lián)合工藝。通過(guò)成熟技術(shù)可將氣化單元和直接還原單元連接起來(lái)。中間的連接過(guò)程主要完成煤氣成分、 溫度和壓力的調(diào)整，使之滿(mǎn)足豎爐對(duì)還原氣的工藝要求。其中煤氣顯熱和壓力的回收直接影響到系統(tǒng)的最終能耗。

聯(lián)合工藝流程如圖-1所示。該工藝流程的特點(diǎn)是：①煤氣化單元和豎爐單元相對(duì)獨(dú)立， 可以直接采用現(xiàn)有成熟裝置； ②通過(guò)煤氣變換、 脫硫脫碳等技術(shù)手段將氣化單元產(chǎn)生的煤氣改質(zhì)成豎爐所需的還原氣， 減少煤氣品質(zhì)波動(dòng)對(duì)豎爐操作和產(chǎn)品質(zhì)量的影響； ③ 采用高壓煤氣化技術(shù)提高氣化強(qiáng)度， 縮小煤氣變換、 脫硫脫碳等改質(zhì)裝置體積；④利用減壓膨脹透平回收高壓煤氣能量， 利用換熱器回收變換反應(yīng)后煤氣的顯熱； ⑤ 豎爐爐頂氣以脫碳、 循環(huán)利用為主， 部分用作熱還原氣的燃料， 盡量減少煤氣輸出。

圖-1 煤制氣-豎爐直接還原聯(lián)合工藝

由于采用了最新一代的潔凈煤氣化技術(shù)， 大型直接還原豎爐也是一種清潔、高效、 節(jié)能的煉鐵工藝， 流程中避免了環(huán)境污染最嚴(yán)重的燒結(jié)和焦化工序， 所以在能耗及排放指標(biāo)上聯(lián)合工藝與高爐流程相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

三、結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)直接還原鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展緩慢，但隨著中國(guó)鋼鐵蓄積量及廢鋼比逐漸提高， 短流程鋼鐵制造流程在我國(guó)將有廣闊的發(fā)展前景， 短流程鋼鐵制造業(yè)的發(fā)展勢(shì)必將逐步推動(dòng)中國(guó)直接還原產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。發(fā)展直接還原鐵有利于節(jié)約寶貴的煉焦煤資源，有利于鋼鐵工業(yè)的結(jié)構(gòu)性調(diào)整，有利于減少環(huán)境污染和減少CO2的排放量，有利于開(kāi)發(fā)復(fù)合鐵礦、難選鐵礦，有利于處理鋼鐵廠粉塵和有色冶金含鐵渣等含鐵廢棄物，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大政方針，應(yīng)該大力推進(jìn)發(fā)展。在政策方面也應(yīng)對(duì)有條件建設(shè)直接還原鐵的單位給予政策性?xún)A斜。

氣基直接還原鐵技術(shù)未能在中國(guó)發(fā)展的原因，在于我國(guó)大部分地區(qū)天然氣資源不足且價(jià)格昂貴。但我國(guó)煤炭資源豐富，因此適合發(fā)展以煤氣化為氣源的直接還原煉鐵工藝。采用最新一代的潔凈煤氣化技術(shù)的大型直接還原豎爐是一種最節(jié)能、 低排放、 高效率的大型先進(jìn)煉鐵工藝，流程中避免了環(huán)境污染最嚴(yán)重的燒結(jié)和焦化工序， 在能耗及排放方面聯(lián)合工藝與高爐流程相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是中國(guó)直接還原產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。另外低品質(zhì)難選含鐵原料用轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)粒鐵工藝技術(shù)的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化也將是中國(guó)煤基直接還原工藝技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。R