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1、全球直接还原铁生产技术现状与展望直接还原铁（DRI）是铁矿石在固态条件下直接还原为铁，可以作为冶炼优质钢、 特殊钢的纯净原料，也可作为铸造、铁合金、粉末冶金等工艺的含铁原料。直接 还原技术是氢冶金在炼铁过程的应用，经研究，氢的还原潜能是CO的11倍， 在矿石中的渗透速度是CO的5倍。因此，氢冶金的还原效率和速率大大高于碳 冶金。该工艺不使用焦炭炼铁，原料使用冷压球团，不用烧结矿，因此是一种优 质、低耗、低污染的炼铁新工艺，也是世界钢铁冶金的前沿技术之一。然而，因为要求的原燃料条件高（矿石品位要大于66%,含SiO2+AI2O3杂质要 小于 3%，煤中灰分要低等）、规模小、设备寿命短、生产成本高
2、和某些技术问题 等原因，直接还原铁生产在全世界的发展受到一定限制。但是，直接还原铁技术 的不断发展使该技术的前景更为广阔。全球 DRI 生产和市场大揭秘墨西哥。墨西哥HYL-SA公司从事直接还原铁的生产、科研、开发已有60多年的 历史，其在长期的生产实践中了积累了丰富的经验和技术专利，并在工业生产中 得到应用。HYL-SA公司在大工业生产中创造出HYL-ZR直接还原工艺，节省大量 的纯镍和能源。HYL-ZR技术的出现，在世界上形成了两大派系，即Midrex法和 HYL-ZR 法。两种生产技术相互竞争融合推进了直接还原工业的发展。目前，采用 HYL-ZR技术生产直接还原铁的厂家有超过Midrex
3、法的趋势。特别值得一提的是，为了扩大气基竖炉生产直接还原铁的气体资源，减少对天然 气的依赖，HYL-SA公司利用工业性、半工业性装置，采用焦炉煤气生产直接还 原铁进行工业试验。经过一年的试验，该法取得完全成功，为焦炉煤气生产直接 还原铁提供了翔实的试验结果和技术保证。美国。美国的直接还原铁工业发展较为成熟，其近一半的钢铁产量是用直接还原 铁电炉炼钢生产方式进行生产的。其中，纽柯钢铁公司是世界上直接还原电炉炼 钢最先进的生产厂家。美国钢铁公司的钢产量占美国钢材总产量的一半，纽柯和 AK钢铁公司各占1/4。但是，纽柯和AK钢铁的粗钢生产成本是美国钢铁公司的 一半，其重要原因是两厂采用直接还原电炉炼
4、钢短流程带来了能源和资源的节约。 美国钢铁公司的负责人表示，美国钢铁公司没有充分利用本公司的气体资源（天 然气、焦炉煤气等），日后计划用天然气、页岩气生产直接还原铁，改变目前被 动的局面。由于天然气价格上涨，美国极力开发页岩气，用页岩气生产直接还原铁的工作正 在大力开发和推进中。如果页岩气革命扩展到全球，则直接还原铁的产量将占全 球铁产量的16%，届时年产量将达到2亿吨，预计未来10年内可实现这一目标。 另外，由于美国积极推进直接还原电炉炼钢工艺，大大改善了美国城市的生态环 境。纽柯投资2.8 亿美元在路易斯安那州建设了一个年产能为 250 万吨的直接还原铁 厂，其直接还原铁装置已经于2013
5、 年12 月24日投产。印度。目前，印度的钢铁总产能为 7500 万吨/年，其中直接还原铁产量为 3500 万吨/年，占世界直接还原铁产量的 1/3。印度的直接还原铁生产工艺主要以煤基 回转窑工艺为主，但由于该工艺的设备能力小、设备庞大、环境污染严重等问题 使其发展受阻。今后气基竖炉工艺将得到长足的发展。印度气基竖炉生产直接还原铁同样有丰富的生产经验和生产历史。印度京德勒西 南钢铁公司（JSW） 套年产180万吨的还原铁装置至今已运行13年，现在依 然正常运转。印度的天然气资源同样短缺且价格昂贵，为了扩大气基竖炉的气体 资源，印度京德勒集团钢和能源公司（JSP）正在建设一套250万吨/年的En
6、ergiron 直接还原铁工艺装置。该装置采用焦炉煤气作为还原气源，从而减少了对天然气 的依赖，不久将投产。印度未来钢铁的发展方式可以概括为直接还原铁+电炉炼钢，而 DRI 主要以气基 竖炉的方式生产，气基竖炉的还原气源主要以焦炉煤气、煤制气、页岩气为主， 以最大限度减轻对天然气的依赖。印度未来的钢铁业将适度建设高炉流程的钢铁 厂，增加焦炉煤气产量，以满足气基竖炉生产直接还原铁的需要。一位印度气基 生产厂负责人认为，用焦炉煤气生产直接还原铁的能耗是用天然气生产直接还原 铁能耗的 1/10。阿联酋。由达涅利总承包在阿联酋钢铁公司（ESI）建设的两套160万吨/年Energiron 直接还原铁装置
7、实现了与电炉炼钢的整合，成为世界上规模最大、技 术先进的短流程钢铁厂。Energiron气基竖炉直接还原装置由单模块20万吨/年发 展到了160 万吨/年，大大推动了传统钢铁厂生产 DRI 的进程，保证了钢铁工业 的可持续发展。 ESI 钢铁公司一期工程的 DRI 设计规模为160 万吨/年，电炉设计 能力为140 吨/年。该装置 2009年 11 月投产到今生产稳定，各项技术指标均超 过设计标准。其二期工程完全复制一期工程的工艺，并于2011 年 5 月26 日通过 设备性能考核试验。 2011 年底， ESI 钢铁公司两期工程全部形成生产能力。从2006 年开始，全球在建和已建的 Ener
8、giron 装置总产能达到1255 万吨，占全 球气基装置总产能的 48.5%，成为发展直接还原铁工艺的驱动力。马来西亚。马来西亚全国年粗钢产量为3 0 0 万吨350 万吨，由于东马来西亚砂 拉越州和西马来西亚东海岸盛产天然气，因此选择了气基竖炉直接还原电炉炼钢 短流程钢铁生产工艺，其全国DRI年产量为200万吨左右，并取得了节能减排和 生态环保的效果。马来西亚丁加努州POWAJA型钢厂原设计为60万吨/年的直接还原铁装置由日 本某公司总承包，建成后由于技术问题长期不能投产，后经过墨西哥HYL-SA公 司 4次改造升级，该装置顺利投产，并将产能由 60 万吨/年扩大到 90 万吨/年。 由此
9、可见HYLSA公司HYLIII技术的优越性。设在沙巴的SABAGAS直接还原铁厂采用Midrex工艺，年生产能力为60万吨， 其DRI的质量很好。1998年，鞍钢向其购买的5万吨热压铁块（HBI）在鞍钢的 180 吨转炉上进行代替废钢的试验，取得成功。中东国家。中东国家拥有丰富的天然气资源，但缺乏炼焦煤，当地钢铁工业主要 采用电炉炼钢工艺。然而，中东地区的废钢供应有限，需要大量DRI作为电炉炼 钢的原料，所以中东地区的直接还原铁工业得到快速的发展，整个中东地区DRI 的年增长率达到9.1%。其中沙特阿拉伯DRI的年增长率高达10.2%，其2011年 的产量达到580万吨，满足了当地短流程电炉炼
10、钢原料的需求。2006年2011年，伊朗DRI产量的年均增长率为8.6%, 2011年DRI产量增长到 1040万吨，新建直接还原铁装置的单模块规模均为 80万吨/年160万吨/年。中东地区DRI生产均以天然气为气源，由于天然气价格爆长，废钢供应短缺，中 东国家都在寻求价格低、化学能高的气体资源，各生产厂家和科研部门普遍锁定 在焦炉煤气、煤制气和页岩气上。构建 DRI 技术发展路线图通过以上全球钢铁工业发展方式的剖析不难看出，世界钢铁工业正沿着直接还原 铁工艺的方向前行。中国钢铁工业也应该在这方面多加努力，应对挑战。直接还原电炉炼钢短流程将成为未来钢铁业的主流技术，传统的钢铁流程将逐步 被短流
11、程代替，高炉炼铁将被直接还原炼铁取代。未来钢铁厂典型短工艺流程图 见附图。未来炼铁技术的发展方式可以概括为球团+DRI，即铁精矿100%生产球团矿，用 100%的球团生产DRI，可以减少高炉炼铁对焦炭的依赖，并化解高炉炼铁高能耗、 高成本、高污染的问题，实现非烧结、非高炉、非焦炼铁。未来炼钢的发展方式 可以概括为 DRI（50%100%） +电炉炼钢，即用 100%的直接还原铁或 50%的热高 炉铁在电炉中炼钢。印度的钢铁工业由于缺乏炼焦煤资源，优先发展直接还原炼 铁，其 DRI 年产量达到 3500 万吨，高炉铁为 3500 万吨4000 万吨。印度钢铁协 会谋划其发展方式为50%热高炉铁+
12、50%DRI+电炉炼钢短流程生产工艺，将钢铁 长流程与短流程紧密整合应对钢铁技术的新挑战。气基竖炉直接还原装置单模块规模的不断扩大（由年产20万吨发展到160万吨、 250万吨，挑战300万吨）意味着直接还原技术具有挺进大型传统钢铁企业的可 能性。目前，高炉炼铁的长流程仍占主导地位，但直接还原炼铁短流程在天然气 资源充足的国家和地区发展迅速。但受天然气价格上涨的制约，寻找大量的高化 学能气体资源代替天然气成为 DRI 生产的重要课题之一。其中的一个方法是，在 天然气短缺的地区，高炉炼铁炼焦过程中产生的大量高化学能焦炉煤气可为DRI 生产提供还原气资源。我国钢铁业发展方式不平衡，高炉炼铁和转炉炼
13、钢的产能占99.9%。据不完全统 计，我国焦炉煤气的年发生量可达到 1500 亿立方米，而焦炉煤气中含氢 62%， 是高化学能的还原剂，可作为炼铁过程的原料（氢冶金的原料）。我国钢铁生产 中的焦炉煤气全部用作燃料或发电等用途，如果将焦炉煤气全部或部分用于生产 DRI，将大大推动我国直接还原电炉炼钢短流程的进步和发展。因此，我国未来 钢铁业发展方式可以是高炉炼铁长流程+焦炉煤气直接还原电炉炼钢短流程相结 合的整合流程。此外，用焦炉煤气生产直接还原铁将提高炼铁装备的效率，减少炼铁过程的能耗 和C02排放。氢冶金的基本原理是：Fe2O3+3H2=2Fe+3H20,其反应产物是铁和 水，不产生C02。因此，氢冶金被称为低碳炼铁技术。根据工业统计资料和专家 认定，每吨DRI的C02排放量为800千克，而每吨高炉铁的C02排放量为1600 千克，DRI工艺可减排50%的CO2。据国外生产统计资料显示，生产DRI与生产 高炉铁比较，可降低生产成本 40%，节能30%，减排二氧化碳 38%。
