我國直接還原鐵工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢實踐探究

汪翔宇，劉榮幸，肖香普

（唐山奧特斯科技有限公司，河北 唐山 063020）

現(xiàn)階段，在現(xiàn)代化鋼鐵行業(yè)發(fā)展過程中，直接還原鐵生產(chǎn)工藝的應用越來越普遍。直接還原鐵生產(chǎn)工藝在比熔化溫度更低的情況下，能夠?qū)㈣F礦石還原為海綿鐵。與傳統(tǒng)高爐煉鐵相比，能夠節(jié)省焦爐以及燒結(jié)等流程，整體煉鐵流程比較短，產(chǎn)生的污染也相對較小。并且在煉鐵過程中的能源消耗量比較低，能夠解決在傳統(tǒng)煉鐵過程中受煉焦煤短缺影響的問題。再加上海綿鐵內(nèi)的硫、磷、硅等有害雜質(zhì)的含量相對較低，可以提升電爐冶煉鋼產(chǎn)品的整體質(zhì)量。因此，對直接還原鐵工藝進行深入研究，對促進我國鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排工作的有序開展，調(diào)整鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高鋼鐵產(chǎn)品的整體質(zhì)量有積極意義。

1 我國直接還原鐵工藝發(fā)展現(xiàn)狀

我國的煤炭資源儲量比較豐富，尤其是焦煤儲量豐富。因此，在我國傳統(tǒng)鋼鐵冶煉過程中，使用的煉鐵工藝主要是以高爐煉鐵技術(shù)為主。這一技術(shù)的穩(wěn)定性比較強，并且經(jīng)過長時間應用，該技術(shù)比較成熟和穩(wěn)定。但是隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，這一技術(shù)逐漸不能滿足鋼鐵冶煉的實際需求，特別是對優(yōu)質(zhì)鋼種的生產(chǎn)需求。在一定程度上影響了我國鋼鐵行業(yè)的長遠持續(xù)發(fā)展。此外，我國優(yōu)質(zhì)鐵礦石的儲量較低，對國外礦石依賴性較強。在2013年我國的鐵礦石進口為8.19億噸，對進口礦石的依賴度超過50%，在很大程度上制約了我國鋼鐵企業(yè)的長遠發(fā)展。而我國卻占96%以上難選鐵礦復合礦以及工業(yè)含鐵廢渣等資源。如果不能對這些礦產(chǎn)資源進行能有效開發(fā)和利用，不僅會造成資源閑置和浪費，而且會嚴重影響我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，在鋼鐵冶煉過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染比較嚴重，直接影響了生態(tài)環(huán)境保護水平。為了減少焦煤資源的利用，加強地貧系難選鐵礦以及含鐵廢料技術(shù)研發(fā)工作至關(guān)重要。對這些閑置資源進行充分利用，除了能夠降低鋼鐵冶煉成本之外，更重要的是可以降低在鋼鐵生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染情況，提高工業(yè)的經(jīng)濟生態(tài)效益。其中直接還原鐵工藝是在當前鋼鐵冶煉過程中的重要工藝類型。需要對這一工藝進行深入研究和探討，分析在我國直接還原鐵工藝研發(fā)和應用過程中存在的各種問題，才能夠提出有針對性的發(fā)展策略[1]。

2 我國直接還原鐵工藝在發(fā)展中存在的問題

現(xiàn)階段，在我國直接還原鐵工藝發(fā)展過程中，還存在一些問題直接影響直接還原鐵工藝的應用效益。這些問題主要表現(xiàn)在以下方面：第一，直接還原鐵工藝在發(fā)展過程中的組織指導權(quán)威性和方向性不足。鋼鐵行業(yè)是我國重要的支柱性產(chǎn)業(yè)。而我國企業(yè)改革后，只有鋼協(xié)組織對鋼鐵冶金行業(yè)進行指導，促使我國鋼鐵行業(yè)走向市場。這是當前粗鋼發(fā)展泛濫的重要原因。雖然在鋼鐵行業(yè)不斷發(fā)展過程中，國家相關(guān)部門鼓勵鋼鐵企業(yè)進行開發(fā)，對直接還原鐵工藝以及如何還原鐵工藝進行深入探索，綜合利用各種先進技術(shù)提高鋼鐵產(chǎn)業(yè)的整體生產(chǎn)水平。但是在實際研發(fā)過程中，不管是煤基還原鐵還是氣基還原鐵工藝以及裝備細節(jié)都沒有明確規(guī)定，都會對直接還原鐵工藝的研發(fā)效果產(chǎn)生影響。第二，相關(guān)的教育內(nèi)容不完善，導致鋼鐵直接還原鐵工藝研發(fā)人才缺乏，學術(shù)研究與實際應用存在脫節(jié)情況。現(xiàn)階段，非焦煉鐵專業(yè)的相關(guān)課程設(shè)置并不科學，相應的教學內(nèi)容也不完善。學校依然更加重視高爐煉鐵技術(shù)的教學，導致非焦煉鐵專業(yè)人才缺乏，還有一些大專院校的課題組僅僅開展學術(shù)研究，并沒有對相關(guān)技術(shù)的實際應用效果進行深入探索。導致可行性較強的工藝技術(shù)和裝備比較少。還有一些具有較強實力的大鋼鐵企業(yè)對直接還原鐵工藝的研發(fā)也不夠重視，更加重視高爐生產(chǎn)工藝的維護工作。這些問題很難促進直接還原鐵工業(yè)的長遠穩(wěn)定發(fā)展，并且在研究過程中相應的研發(fā)經(jīng)費不足也在一定程度上影響了直接還原鐵工藝的研發(fā)質(zhì)量。例如有的學校雖然有能力編寫課題和與研究課題，但是大多數(shù)經(jīng)費直接進入到學校的課題組。并沒有充足的經(jīng)費開展實踐研究工作。導致直接還原鐵工藝的應用走入困境。第三，宣傳推廣力度不足。近年來，我國直接還原鐵領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)研發(fā)和裝置設(shè)備的創(chuàng)新已經(jīng)取得一定成果，例如海綿鐵快速還原法、難選鐵礦渣鐵分離低溫快速還原法等都具有較強的經(jīng)濟效益和應用價值。但是在實際應用過程中，并沒有利用有效的宣傳推廣促進這些新興技術(shù)的廣泛應用。導致新技術(shù)和新裝備不能在實踐應用過程中充分發(fā)揮作用，阻礙直接還原鐵工藝的進一步發(fā)展。第四，在直接還原鐵工藝應用和發(fā)展過程中，還原鐵的規(guī)模比較小，產(chǎn)能相對較低，不能滿足鋼鐵廠的生產(chǎn)需求。我國的直接還原鐵生產(chǎn)工藝在應用過程中還存在一些問題，在一定程度上影響了整體生產(chǎn)規(guī)模。并且產(chǎn)生的鋼鐵品質(zhì)不穩(wěn)定，不能滿足鋼鐵廠的實際要求，會嚴重限制直接還原鐵工藝在鋼鐵企業(yè)的有效應用和發(fā)展[2]。

3 促進我國直接還原鐵工藝發(fā)展的因素

現(xiàn)階段，在我國直接還原鐵工藝不斷發(fā)展的背景下，在一定程度上推動了直接還原鐵技術(shù)的進一步發(fā)展，為直接還原鐵技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)提供了一定動力。主要表現(xiàn)在以下方面：第一，直接還原鐵技術(shù)是以非焦炭為能源的，能夠大大降低在鋼鐵冶煉過程中的環(huán)境污染以及生態(tài)破壞問題。與傳統(tǒng)高爐煉鐵相比，其生態(tài)效益更強。傳統(tǒng)煉鐵工藝主要是以焦炭作為主要能源，而世界性焦煤資源不斷，焦炭的價格在不斷上升，直接影響了鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)成本以及可持續(xù)發(fā)展水平。為了擺脫焦炭資源短缺對鋼鐵工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的阻礙，需要促進鋼鐵生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)的改進。在這種情況下，以非焦碳煤作為主要能源的直接還原鐵工藝成為鋼鐵企業(yè)在發(fā)展過程中必須重視的技術(shù)類型。第二，具有較強的生態(tài)環(huán)保效益。傳統(tǒng)高爐煉鐵產(chǎn)生的污染比較嚴重，會向環(huán)境排放污水、二氧化碳、硫化物等，不能滿足當前生態(tài)環(huán)境保護工作的需求。而直接還原鐵生產(chǎn)工藝減少了煉焦工序，防止焦化生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的污染和破壞。再加上在直接還原鐵工藝應用過程中，其原料含碳量為0.3%～3%左右，利用直接還原鐵進行煉鋼生產(chǎn)，可以大大降低脫碳環(huán)節(jié)向大氣排放的二氧化碳。可以提高鋼鐵冶煉行業(yè)的環(huán)保效益。第三，符合電爐短流程發(fā)展過程中的需求。在鋼鐵企業(yè)發(fā)展過程中，緊湊流程是鋼鐵生產(chǎn)的主要發(fā)展方向之一。在社會鋼鐵存量以及廢鋼回收量不斷增加的情況下，對廢鋼進行有效應用能夠大大提高鋼鐵產(chǎn)業(yè)的整體效益。隨著電爐煉鐵產(chǎn)量的不斷增長，經(jīng)濟發(fā)達的國家電能鋼產(chǎn)量占粗鋼產(chǎn)量50%以上。以廢鋼作為原料的廢鋼電爐煉鋼短流程的能耗以及二氧化碳排放量比傳統(tǒng)高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼工業(yè)更低。廢鋼質(zhì)量不斷降低會對電爐煉鋼的長遠發(fā)展產(chǎn)生負面影響。而直接還原鐵作為優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代物，對廢鋼殘留元素進行稀釋，可以作為電爐冶煉優(yōu)質(zhì)品種鋼的重要原材料。從這一方面分析直接還原鐵技術(shù)滿足電爐煉鋼短流程的具體發(fā)展需求，這是促進其創(chuàng)新研發(fā)的關(guān)鍵因素。第四，直接還原鐵工藝能夠提高鋼產(chǎn)品的質(zhì)量以及品質(zhì)，對鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行有效改善。在直接還原鐵工藝應用過程中能夠?qū)︿撹F產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)進行優(yōu)化，改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，特別是能夠提高純凈鋼產(chǎn)量，這是促進鋼鐵產(chǎn)業(yè)長遠穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)。直接還原工藝在低溫下能夠完成還原過程，可以減少原燃料中非鐵元素進入到產(chǎn)品直接還原鐵中。利用同一種原料進行生產(chǎn)，直接還原鐵中的非鐵元素含量更低，將其作為純凈鋼優(yōu)質(zhì)鋼在生產(chǎn)過程中不能缺少的重要稀釋劑，能夠大大提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)，對改善傳統(tǒng)鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有重要幫助。第五，隨著我國在社會經(jīng)濟發(fā)展中對資源綜合利用的要求越來越高，為直接還原鐵工藝的進一步發(fā)展提供了重要動力。在自然界大量含鐵資源，并不能滿足高爐煉鐵對原料的具體需求，特別是超細晶赤鐵礦、菱鐵礦等都需要進行一定處理后，才能夠進行高爐煉鐵。對這些資源進行綜合開發(fā)和利用是推動鋼鐵產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。而經(jīng)過大量試驗研究發(fā)現(xiàn)，利用直接還原鐵工藝對這些資源進行可以進行綜合利用，有助于提高資源的綜合利用水平。因此，促進直接還原鐵工藝的研發(fā)和創(chuàng)新是鋼鐵產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展過程中必須關(guān)注的重要課題。

4 我國直接還原鐵工藝的發(fā)展趨勢分析

在我國直接還原鐵工藝的未來發(fā)展過程中，其主要發(fā)展表現(xiàn)在以下方面：

第一，直接還原鐵工業(yè)在我國具有廣闊的發(fā)展前景，在我國傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)發(fā)展過程中，受焦煤資源采礦資源以及廢鋼資源短缺的影響相對較大，而盡可能降低鋼鐵生產(chǎn)過程中對焦煤的依賴性，促進低能耗，環(huán)境友好型的鋼鐵生產(chǎn)工藝發(fā)展，提高鋼鐵生產(chǎn)品質(zhì)，改善鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是我國鋼鐵行業(yè)未來的主要發(fā)展方向。這位直接還原鐵工藝的研發(fā)，奠定了重要的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。在對直接還原鐵工藝進行研發(fā)的過程中，需要由國家相關(guān)部門引導支持構(gòu)建直接還原工業(yè)化示范項目。這樣能夠使研究人員以及鋼鐵企業(yè)更加重視直接還原鐵工藝的研發(fā)工作，對推動我國直接還原鐵工業(yè)的進一步發(fā)展有重要幫助。除此之外，需要促進原料優(yōu)化，除了要加強低成本高品位鐵礦精選技術(shù)研究工作之外，還要積極探索冷固結(jié)球團、內(nèi)配煤球團等工藝在生產(chǎn)過程中的具體應用效果。要對溫度、壓力以及物料性能進行深入研究，探討這些參數(shù)對爐況產(chǎn)生的各種影響。并且要對豎爐進行進一步優(yōu)化和研究。在實際研究中需要根據(jù)當前直接還原工藝的研發(fā)理論，對豎爐內(nèi)的流場以及溫度分布等進行模擬分析，同時要綜合考慮球團熱脹、還原膨脹對豎爐生產(chǎn)產(chǎn)生的各種影響，才能夠確定最合適的豎爐參數(shù)，開展豎爐路線研究作業(yè)。

第二，在直接還原鐵工藝不斷研發(fā)和創(chuàng)新的過程中需要促進煤制氣輸入直接還原工藝的發(fā)展。這一工藝技術(shù)比較成熟，能耗相對較低，單機產(chǎn)能比較大，具有較強的生態(tài)環(huán)保效益。是我國在發(fā)展直接還原鐵工藝過程中必須重視的重要技術(shù)類型。在研發(fā)過程中，該工藝包含了化工、冶金、裝備制造等各項內(nèi)容，在發(fā)展過程中需要建立直接還原原料生產(chǎn)以及供應基地，構(gòu)建大型煤制氣輸入直接還原鐵工藝示范生產(chǎn)線。這是推動直接還原鐵生產(chǎn)進一步發(fā)展的重要方法。此外，在實際研發(fā)中還需要提供直接還原鐵工藝的自主研發(fā)水平。現(xiàn)有的工藝技術(shù)所使用的直接還原鐵工藝是以一定的資源、技術(shù)條件和裝備條件為基礎(chǔ)進行研發(fā)的。這些技術(shù)并不能充分滿足我國資源裝備以及技術(shù)的具體需求。并且在對先進技術(shù)進行引進時，受技術(shù)供應商和知識產(chǎn)權(quán)的制約比較大，在具體應用過程中對這些引進的技術(shù)也難以借鑒。在這種情況下必須提高我國鋼鐵行業(yè)直接還原鐵工藝的自主研發(fā)能力，才能夠真正促進我國直接還原鐵工藝的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，與發(fā)達國家相比，我國直接還原鐵工藝的研發(fā)相對落后，直接還原鐵產(chǎn)量比例相對較低。但是我國國內(nèi)直接還原鐵工藝的應用市場比較廣闊，發(fā)展空間比較大。在這種情況下需要根據(jù)我國直接還原鐵工藝的具體研究現(xiàn)狀，以直接還原鐵工藝在發(fā)展過程中存在的問題為基礎(chǔ)，促進直接還原鐵技術(shù)理論和實踐應用的發(fā)展，提高直接還原鐵工藝的自主研發(fā)能力。進而推動我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。