直接还原将成为短流程电炉炼钢发展新趋势

在我国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段的背景下，中国钢铁工业未来的发展方向是我国钢铁工作者共同关注的问题。

本文从我国钢铁工业的实际与发展状况出发，分析了高炉-转炉长流程与直接还原-电炉短流程的关系，提出了完善长流程发展短流程推进钢铁转型升级的理念。

1、两种典型钢铁工艺流程概述

钢铁工艺流程的研究和定位，极大影响着我国钢铁工业的未来发展方向。

全球钢铁流程大致可以概括为两种：

1)长流程(高炉炼铁，转炉炼钢长流程);

2)短流程(直接还原炼铁，电炉炼钢短流程)。

由于历史原因，我国钢铁工业长流程工艺占主导地位。我国年产8-10亿吨钢均为长流程制造，直接还原铁的产能仅为30-40万吨，这种状况应该有所改变。

中国、日本、欧洲以长流程为主导流程，而气基直接还原-电炉炼钢短流程的工艺流程多应用于北美、中东、东南亚、印度。

这种发展趋势，究其原因只有一个：前者气体资源短缺，后者天然气资源相对丰富，或者说气体资源、炼焦煤资源决定了钢铁工艺流程的定位。

钢铁工艺流程的选择，向来是个模糊选题，特别是在中国，只有长流程，没有短流程的参照物，因此无法精准的选择，只能根据国家或地区的具体情况灵活运用和选择。

我国生态环境特点是天然气短缺、煤资源相对丰富。选择高炉炼铁的长流程不无道理，或者说长期历史形成的高炉-转炉工艺流程支撑我国成为全球的钢铁大国。

一些国家和地区如印度，由于炼焦煤资源紧缺，钢铁工艺流程采用了短流程。2017年，印度钢产量为1.014亿吨，直接还原铁产量为 2590万吨，是大规模使用直接还原-电炉炼钢短流程钢铁工艺的国家。

北美钢铁工艺近年来发生突变，特别是页岩气开采技术获得突破后，为直接还原炼铁提供了优质气体资源，大型的直接还原装置相继投产，推动大型钢铁厂转型升级，表1为近年北美气基直接还原铁项目。

2、长流程是钢铁发展的压舱石

首先，近几十年全球长流程高炉炼铁工艺日趋成熟、快速稳步发展，满足了全球市场的需求，2017年全球高炉生铁产量达11.748亿吨，我国占60.5%，达7.108亿吨。

多年来，炼铁工艺的装备大型化是炼铁技术的发展趋势。明显提高的高炉操作系数和生产效率，大大改善了高炉工艺的经济技术指标。

其次，中国钢铁业发展表现尤为突出的是节能、环保技术的创新(例如：干熄焦技术的推广)，改善了钢铁工业生态环境，成为钢铁生产的压舱石。

特别应该提及的是长流程为钢铁工业发展带来高质量高化学能气体资源——焦炉煤气，可以弥补天然气短缺地区发展直接还原炼铁的发展短板，构成钢铁未来发展又一块压舱石，保证钢铁大船破浪前进。

3、直接还原炼铁是钢铁发展的驱动力

直接还原炼铁基于氢冶金原理，由碳冶金转为氢冶金是钢铁工业的一场革命，它必将推动钢铁工业转型升级。

直接还原即用氢还原炼铁，所以首先要解决氢资源问题。全球直接还原炼铁普遍采用天然气经转化、重整、裂解生成H2+CO作为还原剂，完成炼铁工艺。

然而，在天然气短缺，长流程为主导的钢铁厂中，采用焦炉煤气为还原剂实现短流程工艺是最佳的选择。

其原因有二：

1)长流程中自产高化学能的焦炉煤气，不需要外购天然气，质量和数量上均满足直接还原工艺的需要;

2)焦炉煤气中含氢60%以上，大大优于天然气，是节能高效的还原剂。

直接还原炼铁技术是成熟的，被钢铁业普遍认可。气基竖炉单模块产能不断扩大，由年产20万吨扩大到30、50、180、250、300万吨;

DRI的质量不断提高，金属化率由90%-92%提高到94%-96%;焦炉煤气生产DRI技术的突破，是钢铁工业的重大创新，推动钢铁转型升级的新发展。

经多年的研究和实践证明，钢铁厂中实现直接还原-电炉炼钢短流程工艺，具备以下八个特点和优势。

1)根据数据统计，高炉铁吨铁CO₂排放量为1600kg，直接还原铁吨铁CO₂排放量为800kg。

据此计算，年产100万吨钢铁厂年减少CO₂排放量80万吨，按照吨CO₂交易费用为每吨40美元计算，年节约CO₂交易费用为3200万美元，将极大地减轻企业的成本负担。

2)根据大数据统计结果，直接还原铁-电炉钢吨钢的生产成本比高炉-转炉炼钢吨钢成本低42美元，按年产100万吨计算，年降低成本4200万美元，为传统钢铁厂转型升级提供莫大驱动力。

3)根据工厂实际运行状况统计，焦炉煤气生产直接还原铁是焦炉煤气发电产生经济效益的2.6倍。

直接还原炼铁工艺是利用焦炉煤气的还原潜能，燃烧发电则是利用焦炉煤气的热能。

H2的热值为2586 kCal/Nm3，而CH4热值为9000-9500 kCal/Nm3，用天然气燃烧发电才是正确的选择，而焦炉煤气应用作原料(还原剂)。

4)由于焦炉煤气中含氢气为60%，而天然气中含氢气为0，用焦炉煤气生产直接还原铁可以大大降低能耗，并降低纯氧消耗。

从这个角度而言，在天然气匮乏的地区，用焦炉煤气生产直接还原铁，经济和技术上都是合理的。

5)在当今的钢铁联合企业中，用“五联供”的办法(焦炉煤气、高炉煤气、转炉气、煤制气、天然气)可以做到焦炉煤气供应量的平衡，用顶替出的大量焦炉煤气生产直接还原铁，可谓是一次能源革命。

6)直接还原铁是纯净铁，最适合于在电炉中生产纯净钢，可以明显增加钢材的附加值，推动供给侧改革。

7)用100%的球团矿作为直接还原的原料，用100%的直接还原铁作为电炉炼钢的原料，这是世界钢铁发展的新趋势。

单模块的直接还原装置生产能力已达250万吨/年，由此不难看出，直接还原-电炉炼钢短流程具有极大的发展潜力。

8)直接还原与大型铸钢的对接或直接还原-电炉炼钢短流程工艺的复制，项目的落地，成为直接还原电炉炼钢短流程的工业实验厂，将为大型钢铁联合企业的转型升级取得技术和生产经验。

长流程与短流程的融合将构成中国特色的钢铁发展方式，成为全球钢铁工业的最先进流程。我国钢铁工业应颠覆式发展，推进直接还原铁的发展，实现钢铁转型升级。