我国直接还原铁工艺的发展现状及趋势实践探究

汪翔宇，刘荣幸，肖香普

（唐山奥特斯科技有限公司，河北 唐山 063020）

现阶段，在现代化钢铁行业发展过程中，直接还原铁生产工艺的应用越来越普遍。直接还原铁生产工艺在比熔化温度更低的情况下，能够将铁矿石还原为海绵铁。与传统高炉炼铁相比，能够节省焦炉以及烧结等流程，整体炼铁流程比较短，产生的污染也相对较小。并且在炼铁过程中的能源消耗量比较低，能够解决在传统炼铁过程中受炼焦煤短缺影响的问题。再加上海绵铁内的硫、磷、硅等有害杂质的含量相对较低，可以提升电炉冶炼钢产品的整体质量。因此，对直接还原铁工艺进行深入研究，对促进我国钢铁行业节能减排工作的有序开展，调整钢铁产品结构，提高钢铁产品的整体质量有积极意义。

1 我国直接还原铁工艺发展现状

我国的煤炭资源储量比较丰富，尤其是焦煤储量丰富。因此，在我国传统钢铁冶炼过程中，使用的炼铁工艺主要是以高炉炼铁技术为主。这一技术的稳定性比较强，并且经过长时间应用，该技术比较成熟和稳定。但是随着钢铁行业的不断发展，这一技术逐渐不能满足钢铁冶炼的实际需求，特别是对优质钢种的生产需求。在一定程度上影响了我国钢铁行业的长远持续发展。此外，我国优质铁矿石的储量较低，对国外矿石依赖性较强。在2013年我国的铁矿石进口为8.19亿吨，对进口矿石的依赖度超过50%，在很大程度上制约了我国钢铁企业的长远发展。而我国却占96%以上难选铁矿复合矿以及工业含铁废渣等资源。如果不能对这些矿产资源进行能有效开发和利用，不仅会造成资源闲置和浪费，而且会严重影响我国钢铁产业的可持续发展。此外，在钢铁冶炼过程中产生的环境污染比较严重，直接影响了生态环境保护水平。为了减少焦煤资源的利用，加强地贫系难选铁矿以及含铁废料技术研发工作至关重要。对这些闲置资源进行充分利用，除了能够降低钢铁冶炼成本之外，更重要的是可以降低在钢铁生产过程中的环境污染情况，提高工业的经济生态效益。其中直接还原铁工艺是在当前钢铁冶炼过程中的重要工艺类型。需要对这一工艺进行深入研究和探讨，分析在我国直接还原铁工艺研发和应用过程中存在的各种问题，才能够提出有针对性的发展策略[1]。

2 我国直接还原铁工艺在发展中存在的问题

现阶段，在我国直接还原铁工艺发展过程中，还存在一些问题直接影响直接还原铁工艺的应用效益。这些问题主要表现在以下方面：第一，直接还原铁工艺在发展过程中的组织指导权威性和方向性不足。钢铁行业是我国重要的支柱性产业。而我国企业改革后，只有钢协组织对钢铁冶金行业进行指导，促使我国钢铁行业走向市场。这是当前粗钢发展泛滥的重要原因。虽然在钢铁行业不断发展过程中，国家相关部门鼓励钢铁企业进行开发，对直接还原铁工艺以及如何还原铁工艺进行深入探索，综合利用各种先进技术提高钢铁产业的整体生产水平。但是在实际研发过程中，不管是煤基还原铁还是气基还原铁工艺以及装备细节都没有明确规定，都会对直接还原铁工艺的研发效果产生影响。第二，相关的教育内容不完善，导致钢铁直接还原铁工艺研发人才缺乏，学术研究与实际应用存在脱节情况。现阶段，非焦炼铁专业的相关课程设置并不科学，相应的教学内容也不完善。学校依然更加重视高炉炼铁技术的教学，导致非焦炼铁专业人才缺乏，还有一些大专院校的课题组仅仅开展学术研究，并没有对相关技术的实际应用效果进行深入探索。导致可行性较强的工艺技术和装备比较少。还有一些具有较强实力的大钢铁企业对直接还原铁工艺的研发也不够重视，更加重视高炉生产工艺的维护工作。这些问题很难促进直接还原铁工业的长远稳定发展，并且在研究过程中相应的研发经费不足也在一定程度上影响了直接还原铁工艺的研发质量。例如有的学校虽然有能力编写课题和与研究课题，但是大多数经费直接进入到学校的课题组。并没有充足的经费开展实践研究工作。导致直接还原铁工艺的应用走入困境。第三，宣传推广力度不足。近年来，我国直接还原铁领域的相关技术研发和装置设备的创新已经取得一定成果，例如海绵铁快速还原法、难选铁矿渣铁分离低温快速还原法等都具有较强的经济效益和应用价值。但是在实际应用过程中，并没有利用有效的宣传推广促进这些新兴技术的广泛应用。导致新技术和新装备不能在实践应用过程中充分发挥作用，阻碍直接还原铁工艺的进一步发展。第四，在直接还原铁工艺应用和发展过程中，还原铁的规模比较小，产能相对较低，不能满足钢铁厂的生产需求。我国的直接还原铁生产工艺在应用过程中还存在一些问题，在一定程度上影响了整体生产规模。并且产生的钢铁品质不稳定，不能满足钢铁厂的实际要求，会严重限制直接还原铁工艺在钢铁企业的有效应用和发展[2]。

3 促进我国直接还原铁工艺发展的因素

现阶段，在我国直接还原铁工艺不断发展的背景下，在一定程度上推动了直接还原铁技术的进一步发展，为直接还原铁技术的创新研发提供了一定动力。主要表现在以下方面：第一，直接还原铁技术是以非焦炭为能源的，能够大大降低在钢铁冶炼过程中的环境污染以及生态破坏问题。与传统高炉炼铁相比，其生态效益更强。传统炼铁工艺主要是以焦炭作为主要能源，而世界性焦煤资源不断，焦炭的价格在不断上升，直接影响了钢铁企业的生产成本以及可持续发展水平。为了摆脱焦炭资源短缺对钢铁工业发展产生的阻碍，需要促进钢铁生产能源结构的改进。在这种情况下，以非焦碳煤作为主要能源的直接还原铁工艺成为钢铁企业在发展过程中必须重视的技术类型。第二，具有较强的生态环保效益。传统高炉炼铁产生的污染比较严重，会向环境排放污水、二氧化碳、硫化物等，不能满足当前生态环境保护工作的需求。而直接还原铁生产工艺减少了炼焦工序，防止焦化生产对生态环境产生的污染和破坏。再加上在直接还原铁工艺应用过程中，其原料含碳量为0.3%～3%左右，利用直接还原铁进行炼钢生产，可以大大降低脱碳环节向大气排放的二氧化碳。可以提高钢铁冶炼行业的环保效益。第三，符合电炉短流程发展过程中的需求。在钢铁企业发展过程中，紧凑流程是钢铁生产的主要发展方向之一。在社会钢铁存量以及废钢回收量不断增加的情况下，对废钢进行有效应用能够大大提高钢铁产业的整体效益。随着电炉炼铁产量的不断增长，经济发达的国家电能钢产量占粗钢产量50%以上。以废钢作为原料的废钢电炉炼钢短流程的能耗以及二氧化碳排放量比传统高炉转炉炼钢工业更低。废钢质量不断降低会对电炉炼钢的长远发展产生负面影响。而直接还原铁作为优质废钢的替代物，对废钢残留元素进行稀释，可以作为电炉冶炼优质品种钢的重要原材料。从这一方面分析直接还原铁技术满足电炉炼钢短流程的具体发展需求，这是促进其创新研发的关键因素。第四，直接还原铁工艺能够提高钢产品的质量以及品质，对钢铁产品结构进行有效改善。在直接还原铁工艺应用过程中能够对钢铁产品质量和品质进行优化，改善钢铁产品结构，特别是能够提高纯净钢产量，这是促进钢铁产业长远稳定发展的重要基础。直接还原工艺在低温下能够完成还原过程，可以减少原燃料中非铁元素进入到产品直接还原铁中。利用同一种原料进行生产，直接还原铁中的非铁元素含量更低，将其作为纯净钢优质钢在生产过程中不能缺少的重要稀释剂，能够大大提高钢铁产品的质量和品质，对改善传统钢铁产品结构有重要帮助。第五，随着我国在社会经济发展中对资源综合利用的要求越来越高，为直接还原铁工艺的进一步发展提供了重要动力。在自然界大量含铁资源，并不能满足高炉炼铁对原料的具体需求，特别是超细晶赤铁矿、菱铁矿等都需要进行一定处理后，才能够进行高炉炼铁。对这些资源进行综合开发和利用是推动钢铁产业可持续发展的重要内容。而经过大量试验研究发现，利用直接还原铁工艺对这些资源进行可以进行综合利用，有助于提高资源的综合利用水平。因此，促进直接还原铁工艺的研发和创新是钢铁产业未来发展过程中必须关注的重要课题。

4 我国直接还原铁工艺的发展趋势分析

在我国直接还原铁工艺的未来发展过程中，其主要发展表现在以下方面：

第一，直接还原铁工业在我国具有广阔的发展前景，在我国传统钢铁工业发展过程中，受焦煤资源采矿资源以及废钢资源短缺的影响相对较大，而尽可能降低钢铁生产过程中对焦煤的依赖性，促进低能耗，环境友好型的钢铁生产工艺发展，提高钢铁生产品质，改善钢铁产品结构是我国钢铁行业未来的主要发展方向。这位直接还原铁工艺的研发，奠定了重要的产业基础。在对直接还原铁工艺进行研发的过程中，需要由国家相关部门引导支持构建直接还原工业化示范项目。这样能够使研究人员以及钢铁企业更加重视直接还原铁工艺的研发工作，对推动我国直接还原铁工业的进一步发展有重要帮助。除此之外，需要促进原料优化，除了要加强低成本高品位铁矿精选技术研究工作之外，还要积极探索冷固结球团、内配煤球团等工艺在生产过程中的具体应用效果。要对温度、压力以及物料性能进行深入研究，探讨这些参数对炉况产生的各种影响。并且要对竖炉进行进一步优化和研究。在实际研究中需要根据当前直接还原工艺的研发理论，对竖炉内的流场以及温度分布等进行模拟分析，同时要综合考虑球团热胀、还原膨胀对竖炉生产产生的各种影响，才能够确定最合适的竖炉参数，开展竖炉路线研究作业。

第二，在直接还原铁工艺不断研发和创新的过程中需要促进煤制气输入直接还原工艺的发展。这一工艺技术比较成熟，能耗相对较低，单机产能比较大，具有较强的生态环保效益。是我国在发展直接还原铁工艺过程中必须重视的重要技术类型。在研发过程中，该工艺包含了化工、冶金、装备制造等各项内容，在发展过程中需要建立直接还原原料生产以及供应基地，构建大型煤制气输入直接还原铁工艺示范生产线。这是推动直接还原铁生产进一步发展的重要方法。此外，在实际研发中还需要提供直接还原铁工艺的自主研发水平。现有的工艺技术所使用的直接还原铁工艺是以一定的资源、技术条件和装备条件为基础进行研发的。这些技术并不能充分满足我国资源装备以及技术的具体需求。并且在对先进技术进行引进时，受技术供应商和知识产权的制约比较大，在具体应用过程中对这些引进的技术也难以借鉴。在这种情况下必须提高我国钢铁行业直接还原铁工艺的自主研发能力，才能够真正促进我国直接还原铁工艺的稳定持续发展[3]。

5 结语

综上所述，与发达国家相比，我国直接还原铁工艺的研发相对落后，直接还原铁产量比例相对较低。但是我国国内直接还原铁工艺的应用市场比较广阔，发展空间比较大。在这种情况下需要根据我国直接还原铁工艺的具体研究现状，以直接还原铁工艺在发展过程中存在的问题为基础，促进直接还原铁技术理论和实践应用的发展，提高直接还原铁工艺的自主研发能力。进而推动我国钢铁产业的可持续发展。