直接還原將成為短流程電爐煉鋼發(fā)展新趨勢

　　在我國經(jīng)濟由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段的背景下，中國鋼鐵工業(yè)未來的發(fā)展方向是我國鋼鐵工作者共同關(guān)注的問題。

　　本文從我國鋼鐵工業(yè)的實際與發(fā)展?fàn)顩r出發(fā)，分析了高爐-轉(zhuǎn)爐長流程與直接還原-電爐短流程的關(guān)系，提出了完善長流程發(fā)展短流程推進鋼鐵轉(zhuǎn)型升級的理念。

　　1、兩種典型鋼鐵工藝流程概述

　　鋼鐵工藝流程的研究和定位，極大影響著我國鋼鐵工業(yè)的未來發(fā)展方向。

　　全球鋼鐵流程大致可以概括為兩種：

　　1）長流程（高爐煉鐵，轉(zhuǎn)爐煉鋼長流程）;

　　2）短流程（直接還原煉鐵，電爐煉鋼短流程）。

　　由于歷史原因，我國鋼鐵工業(yè)長流程工藝占主導(dǎo)地位。我國年產(chǎn)8-10億噸鋼均為長流程制造，直接還原鐵的產(chǎn)能僅為30-40萬噸，這種狀況應(yīng)該有所改變。

　　中國、日本、歐洲以長流程為主導(dǎo)流程，而氣基直接還原-電爐煉鋼短流程的工藝流程多應(yīng)用于北美、中東、東南亞、印度。

　　這種發(fā)展趨勢，究其原因只有一個：前者氣體資源短缺，后者天然氣資源相對豐富，或者說氣體資源、煉焦煤資源決定了鋼鐵工藝流程的定位。

　　鋼鐵工藝流程的選擇，向來是個模糊選題，特別是在中國，只有長流程，沒有短流程的參照物，因此無法精準(zhǔn)的選擇，只能根據(jù)國家或地區(qū)的具體情況靈活運用和選擇。

　　我國生態(tài)環(huán)境特點是天然氣短缺、煤資源相對豐富。選擇高爐煉鐵的長流程不無道理，或者說長期歷史形成的高爐-轉(zhuǎn)爐工藝流程支撐我國成為全球的鋼鐵大國。

　　一些國家和地區(qū)如印度，由于煉焦煤資源緊缺，鋼鐵工藝流程采用了短流程。2017年，印度鋼產(chǎn)量為1.014億噸，直接還原鐵產(chǎn)量為 2590萬噸，是大規(guī)模使用直接還原-電爐煉鋼短流程鋼鐵工藝的國家。

　　北美鋼鐵工藝近年來發(fā)生突變，特別是頁巖氣開采技術(shù)獲得突破后，為直接還原煉鐵提供了優(yōu)質(zhì)氣體資源，大型的直接還原裝置相繼投產(chǎn)，推動大型鋼鐵廠轉(zhuǎn)型升級，表1為近年北美氣基直接還原鐵項目。

　　2、長流程是鋼鐵發(fā)展的壓艙石

　　首先，近幾十年全球長流程高爐煉鐵工藝日趨成熟、快速穩(wěn)步發(fā)展，滿足了全球市場的需求，2017年全球高爐生鐵產(chǎn)量達11.748億噸，我國占60.5%，達7.108億噸。

　　多年來，煉鐵工藝的裝備大型化是煉鐵技術(shù)的發(fā)展趨勢。明顯提高的高爐操作系數(shù)和生產(chǎn)效率，大大改善了高爐工藝的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。

　　其次，中國鋼鐵業(yè)發(fā)展表現(xiàn)尤為突出的是節(jié)能、環(huán)保技術(shù)的創(chuàng)新（例如：干熄焦技術(shù)的推廣），改善了鋼鐵工業(yè)生態(tài)環(huán)境，成為鋼鐵生產(chǎn)的壓艙石。

　　特別應(yīng)該提及的是長流程為鋼鐵工業(yè)發(fā)展帶來高質(zhì)量高化學(xué)能氣體資源——焦?fàn)t煤氣，可以彌補天然氣短缺地區(qū)發(fā)展直接還原煉鐵的發(fā)展短板，構(gòu)成鋼鐵未來發(fā)展又一塊壓艙石，保證鋼鐵大船破浪前進。

　　3、直接還原煉鐵是鋼鐵發(fā)展的驅(qū)動力

　　直接還原煉鐵基于氫冶金原理，由碳冶金轉(zhuǎn)為氫冶金是鋼鐵工業(yè)的一場革命，它必將推動鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

　　直接還原即用氫還原煉鐵，所以首先要解決氫資源問題。全球直接還原煉鐵普遍采用天然氣經(jīng)轉(zhuǎn)化、重整、裂解生成H2+CO作為還原劑，完成煉鐵工藝。

　　然而，在天然氣短缺，長流程為主導(dǎo)的鋼鐵廠中，采用焦?fàn)t煤氣為還原劑實現(xiàn)短流程工藝是最佳的選擇。

　　其原因有二：

　　1）長流程中自產(chǎn)高化學(xué)能的焦?fàn)t煤氣，不需要外購天然氣，質(zhì)量和數(shù)量上均滿足直接還原工藝的需要;

　　2）焦?fàn)t煤氣中含氫60%以上，大大優(yōu)于天然氣，是節(jié)能高效的還原劑。

　　直接還原煉鐵技術(shù)是成熟的，被鋼鐵業(yè)普遍認可。氣基豎爐單模塊產(chǎn)能不斷擴大，由年產(chǎn)20萬噸擴大到30、50、180、250、300萬噸;

　　DRI的質(zhì)量不斷提高，金屬化率由90%-92%提高到94%-96%;焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)DRI技術(shù)的突破，是鋼鐵工業(yè)的重大創(chuàng)新，推動鋼鐵轉(zhuǎn)型升級的新發(fā)展。

　　經(jīng)多年的研究和實踐證明，鋼鐵廠中實現(xiàn)直接還原-電爐煉鋼短流程工藝，具備以下八個特點和優(yōu)勢。

　　1）根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，高爐鐵噸鐵CO2排放量為1600kg，直接還原鐵噸鐵CO2排放量為800kg。

　　據(jù)此計算，年產(chǎn)100萬噸鋼鐵廠年減少CO2排放量80萬噸，按照噸CO2交易費用為每噸40美元計算，年節(jié)約CO2交易費用為3200萬美元，將極大地減輕企業(yè)的成本負擔(dān)。

　　2）根據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，直接還原鐵-電爐鋼噸鋼的生產(chǎn)成本比高爐-轉(zhuǎn)爐煉鋼噸鋼成本低42美元，按年產(chǎn)100萬噸計算，年降低成本4200萬美元，為傳統(tǒng)鋼鐵廠轉(zhuǎn)型升級提供莫大驅(qū)動力。

　　3）根據(jù)工廠實際運行狀況統(tǒng)計，焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵是焦?fàn)t煤氣發(fā)電產(chǎn)生經(jīng)濟效益的2.6倍。

　　直接還原煉鐵工藝是利用焦?fàn)t煤氣的還原潛能，燃燒發(fā)電則是利用焦?fàn)t煤氣的熱能。

　　H2的熱值為2586 kCal/Nm3，而CH4熱值為9000-9500 kCal/Nm3，用天然氣燃燒發(fā)電才是正確的選擇，而焦?fàn)t煤氣應(yīng)用作原料（還原劑）。

　　4）由于焦?fàn)t煤氣中含氫氣為60%，而天然氣中含氫氣為0，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵可以大大降低能耗，并降低純氧消耗。

　　從這個角度而言，在天然氣匱乏的地區(qū)，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，經(jīng)濟和技術(shù)上都是合理的。

　　5）在當(dāng)今的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，用“五聯(lián)供”的辦法（焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐氣、煤制氣、天然氣）可以做到焦?fàn)t煤氣供應(yīng)量的平衡，用頂替出的大量焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，可謂是一次能源革命。

　　6）直接還原鐵是純凈鐵，最適合于在電爐中生產(chǎn)純凈鋼，可以明顯增加鋼材的附加值，推動供給側(cè)改革。

　　7）用100%的球團礦作為直接還原的原料，用100%的直接還原鐵作為電爐煉鋼的原料，這是世界鋼鐵發(fā)展的新趨勢。

　　單模塊的直接還原裝置生產(chǎn)能力已達250萬噸/年，由此不難看出，直接還原-電爐煉鋼短流程具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?br />
　　8）直接還原與大型鑄鋼的對接或直接還原-電爐煉鋼短流程工藝的復(fù)制，項目的落地，成為直接還原電爐煉鋼短流程的工業(yè)實驗廠，將為大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級取得技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗。

　　長流程與短流程的融合將構(gòu)成中國特色的鋼鐵發(fā)展方式，成為全球鋼鐵工業(yè)的最先進流程。我國鋼鐵工業(yè)應(yīng)顛覆式發(fā)展，推進直接還原鐵的發(fā)展，實現(xiàn)鋼鐵轉(zhuǎn)型升級。