對我國鋼鐵流程未來發展趨勢的思考

1 我國鋼鐵工業面臨工藝流程再造問題

中國工程院院士徐匡迪在談改革開放40年中國鋼鐵工業的經驗教訓及未來發展路徑時提出，我國鋼鐵工業目前存在三個主要問題：

1）鋼鐵工業發展沒有嚴格按照生態環境的要求健康綠色發展；

2）鋼鐵工業發展初期只考慮短期的供需效應，沒有考慮合理布局；

3）中國鋼鐵工業面臨工藝流程再造問題。

針對鋼鐵工藝流程再造問題，徐匡迪院士指出：“現在中國鋼鐵行業的長流程占比近90%，而美國、歐盟短流程已經占到40%以上，美國生產普通鋼材的主要流程就是用短流程的電弧爐冶煉，爐外精煉然后就軋制”。

徐匡迪院士還表示：“如果我國鋼鐵工藝流程再造成功，一方面可以降低對國外鐵礦石的依存度，另一方面可以大大降低碳排放，符合綠色發展要求。用短流程冶煉還可以調峰運行，解決能源供應的峰谷問題和環境問題，同時降低能耗。在當前技術水平下，如果企業有自有電廠，長流程生產1噸成品鋼要消耗700多公斤標準煤，而短流程只需消耗其60%左右。此外，由于工藝流程的再造，將產生出很多新的產業，如廢鋼回收和加工等產業?！?/p>

我國由于廢鋼及天然氣資源短缺，長流程工藝在鋼鐵工業中占絕對統治地位，但要推進我國鋼鐵工業的轉型升級，就需要進行鋼鐵工藝流程的再造。因此，完善長流程、發展短流程、推動DR-EAF（直接還原電爐煉鋼）短流程的構建，應該是我國鋼鐵工藝流程再造的發展方向之一。

2 北美鋼鐵工藝流程的現狀與發展趨勢

2012年以來，北美鋼鐵工藝流程悄然發生變化。盡管目前北美鋼鐵流程仍以BF-BOF（高爐-轉爐流程）長流程為主要工藝流程，而以DR-EAF短流程為輔，但短流程的流程效能越來越強烈地顯現出來。

2015年，在北美鋼鐵工業中，采用DR-EAF短流程工藝，只有10家運營或在建設中。2015年后，直接還原鐵生產有了突破性進展，啟動建設了一批直接還原鐵項目，促進了DR-EAF短流程的構建與發展。其中一個項目值得注意，即歐洲奧鋼聯公司在美國德克薩斯州建造了一座年產200萬噸HBI（熱壓塊鐵）直接還原鐵廠，并于2016年投產。

該項目以下幾個特點值得我國鋼鐵企業關注。

1）歐洲奧鋼聯公司直接在美國投資建造直接還原鐵廠，利用美國廉價且豐富的頁巖氣資源，生產直接還原鐵，并將產品運回奧地利，供林茨鋼鐵廠使用。這條工藝路線與歐洲傳統鋼鐵工藝流程不同，是鋼鐵流程的再造。

2）該直接還原鐵廠100%生產HBI，保證長途運輸中DRI（直接還原鐵）的氧化鐵損最低。

3）天然氣短缺是歐洲生產DRI的短板，奧鋼聯的這種生產方式，是奧地利鋼鐵企業DR-EAF短流程的成功嘗試，是鋼鐵流程的創新，在歐洲影響非凡。

4）數據顯示，采用長流程的鋼鐵廠，噸鋼CO2排放量約1 600 kg，而采用短流程的鋼鐵廠，噸鋼CO2排放量約800 kg。由此可見，短流程鋼鐵工藝可以大幅度降低CO2排放，它是實現綠色鋼鐵的重要手段。

3 我國發展鋼鐵短流程的最大短板是天然氣短缺

綜觀全球，特別是天然氣產量豐富的國家和地區（如中東、美國、南美、東南亞、非洲），近年DR-EAF短流程均有實質性地發展。例如，伊朗氣基豎爐直接還原鐵電爐煉鋼年產量有望達到2000萬噸以上，而美國DR-EAF短流程已步入常態發展狀態。另外，還存在其他發展模式，例如印度，由于煉焦煤短缺，采用煤基+氣基兩種工藝生產直接還原鐵，之后進行電爐煉鋼，印度已成為全球直接還原鐵生產大國。

這些國家的生產實踐證明，DR-EAF短流程具有建設成本低、能耗低、CO2排放低的特點，已被鋼鐵界所認可，但發展DR-EAF的前提條件是必須有足夠氣體資源做支撐。

我國天然氣資源相對短缺，利用天然氣發展氣基直接還原煉鐵受到限制。但是，我國可以采用高化學能或廉價的氣體資源（如焦爐煤氣、頁巖氣、煤制氣）生產直接還原鐵，與電爐煉鋼對接，這是我國鋼鐵流程未來發展的方向之一，是推進我國DREAF短流程工藝再造的關鍵所在。

4 我國發展DR-EAF短流程工藝的最大優勢在于焦爐煤氣的利用與創新

盡管我國天然氣短缺，但我國擁有大量的焦爐煤氣，應該合理利用我們的優勢，發展DR-EAF短流程工藝，推動鋼鐵工業轉型升級。

由于歷史和資源稟賦原因，我國鋼鐵制造流程以長流程為主導，可以為直接還原生產提供足夠數量和高質量的氣體資源——焦爐煤氣。這是我國發展DR-EAF短流程的最大優勢。

焦爐煤氣含有60%H2，是高化學能氣體資源，是寶貴的氫資源，是不可多得的還原劑。焦爐煤氣用作燃料是低效率的，應該用作還原劑。焦爐煤氣生產直接還原鐵是氫冶金在鋼鐵流程再造中的應用。另外，氫冶金在冶金過程中不與焦炭接觸，生產的DRI為高純鐵，產品質量高，有利于電爐生產出高純凈鋼。

直接還原煉鐵基于氫冶金反應原理，而高爐煉鐵基于碳冶金反應原理，其反應式如下：

碳冶金：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

氫冶金：Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O

由碳冶金轉向氫冶金是鋼鐵工藝流程巨大的變化。高爐煉鐵是用焦炭不完全燃燒產生的CO作還原劑，而氫冶金是高化學能氫作還原劑，還原劑的改變引發了冶金流程效能的根本性變化。降2.16%，噸鋼耗氧量下降1.75 Nm3/t，明顯提高了金屬收得率，降低了噸鋼耗氧量，從而降低了噸鋼成本。

氫是高化學能還原劑，從反應機理推算，H2的還原潛能是CO的11倍，由此不難看出，氫冶金的能耗大大低于碳冶金。

由于H2的分子直徑小，在鐵礦石中的穿透能力是CO的5倍，大大提高了反應速度，降低了反應溫度，鐵礦石不經過相變，可直接還原成純鐵。

5 BF-BOF長流程與DR-EAF短流程的融合共存，將成為未來鋼鐵發展的新趨勢

BF-BOF長流程與DR-EAF短流程的融合共存，在美國鋼鐵界已成為常態，為我國鋼鐵業發展提供了新思路，為推進鋼鐵業轉型升級提供了新方向。

我國鋼鐵工業長流程的格局，為發展氣基直接還原鐵生產提供了最佳的氣體資源，可以彌補天然氣短缺的短板，可為大容量的發展DR-EAF工藝提供可靠的氣體資源，可以保持鋼鐵工業的可持續發展。合理、創新地用好焦爐煤氣，將為世界鋼鐵發展提供變革的機遇和發展模式，推進世界鋼鐵新發展。