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(guò)程中，直接還原鐵生產(chǎn)工藝的應(yīng)用越來(lái)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?fàn)t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(duì)較小。并且在煉鐵過(guò)程中的能源消耗量比較低，能夠解決在傳統(tǒng)煉鐵過(guò)程中受煉焦煤短缺影響的問(wèn)題。再加上海綿鐵內(nèi)的硫、磷、硅等有害雜質(zhì)的含量相對(duì)較低，可以提升電爐冶煉鋼產(chǎn)品的整體質(zhì)量。因此，對(duì)直接還原鐵工藝進(jìn)行深入研究，對(duì)促進(jìn)我國(guó)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排工作的有序開(kāi)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(guó)直接還原鐵工藝發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的煤炭資源儲(chǔ)量比較豐富，尤其是焦煤儲(chǔ)量豐富。因此，在我國(guó)傳統(tǒng)鋼鐵冶煉過(guò)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(qiáng)，并且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)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(shí)際需求，特別是對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼種的生產(chǎn)需求。在一定程度上影響了我國(guó)鋼鐵行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)持續(xù)發(fā)展。此外，我國(guó)優(yōu)質(zhì)鐵礦石的儲(chǔ)量較低，對(duì)國(guó)外礦石依賴性較強(qiáng)。在2013年我國(guó)的鐵礦石進(jìn)口為8.19億噸，對(duì)進(jìn)口礦石的依賴度超過(guò)50%，在很大程度上制約了我國(guó)鋼鐵企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。而我國(guó)卻占96%以上難選鐵礦復(fù)合礦以及工業(yè)含鐵廢渣等資源。如果不能對(duì)這些礦產(chǎn)資源進(jìn)行能有效開(kāi)發(fā)和利用，不僅會(huì)造成資源閑置和浪費(fèi)，而且會(huì)嚴(yán)重影響我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。此外，在鋼鐵冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染比較嚴(yán)重，直接影響了生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平。為了減少焦煤資源的利用，加強(qiáng)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(duì)這些閑置資源進(jìn)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(guò)程中的環(huán)境污染情況，提高工業(yè)的經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益。其中直接還原鐵工藝是在當(dāng)前鋼鐵冶煉過(guò)程中的重要工藝類型。需要對(duì)這一工藝進(jìn)行深入研究和探討，分析在我國(guó)直接還原鐵工藝研發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中存在的各種問(wèn)題，才能夠提出有針對(duì)性的發(fā)展策略[1]。

2 我國(guó)直接還原鐵工藝在發(fā)展中存在的問(wèn)題

現(xiàn)階段，在我國(guó)直接還原鐵工藝發(fā)展過(guò)程中，還存在一些問(wèn)題直接影響直接還原鐵工藝的應(yīng)用效益。這些問(wèn)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(guò)程中的組織指導(dǎo)權(quán)威性和方向性不足。鋼鐵行業(yè)是我國(guó)重要的支柱性產(chǎn)業(yè)。而我國(guó)企業(yè)改革后，只有鋼協(xié)組織對(duì)鋼鐵冶金行業(yè)進(jìn)行指導(dǎo)，促使我國(guó)鋼鐵行業(yè)走向市場(chǎng)。這是當(dāng)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(guò)程中，國(guó)家相關(guān)部門鼓勵(lì)鋼鐵企業(yè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，對(duì)直接還原鐵工藝以及如何還原鐵工藝進(jìn)行深入探索，綜合利用各種先進(jìn)技術(shù)提高鋼鐵產(chǎn)業(yè)的整體生產(chǎn)水平。但是在實(shí)際研發(fā)過(guò)程中，不管是煤基還原鐵還是氣基還原鐵工藝以及裝備細(xì)節(jié)都沒(méi)有明確規(guī)定，都會(huì)對(duì)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(dǎo)致鋼鐵直接還原鐵工藝研發(fā)人才缺乏，學(xué)術(shù)研究與實(shí)際應(yīng)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(xué)，相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也不完善。學(xué)校依然更加重視高爐煉鐵技術(shù)的教學(xué)，導(dǎo)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(kāi)展學(xué)術(shù)研究，并沒(méi)有對(duì)相關(guān)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行深入探索。導(dǎo)致可行性較強(qiáng)的工藝技術(shù)和裝備比較少。還有一些具有較強(qiáng)實(shí)力的大鋼鐵企業(yè)對(duì)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(hù)工作。這些問(wèn)題很難促進(jìn)直接還原鐵工業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展，并且在研究過(guò)程中相應(yīng)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)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(xué)校雖然有能力編寫(xiě)課題和與研究課題，但是大多數(shù)經(jīng)費(fèi)直接進(jìn)入到學(xué)校的課題組。并沒(méi)有充足的經(jīng)費(fèi)開(kāi)展實(shí)踐研究工作。導(dǎo)致直接還原鐵工藝的應(yīng)用走入困境。第三，宣傳推廣力度不足。近年來(lái)，我國(guó)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(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用價(jià)值。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，并沒(méi)有利用有效的宣傳推廣促進(jìn)這些新興技術(shù)的廣泛應(yīng)用。導(dǎo)致新技術(shù)和新裝備不能在實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中充分發(fā)揮作用，阻礙直接還原鐵工藝的進(jìn)一步發(fā)展。第四，在直接還原鐵工藝應(yīng)用和發(fā)展過(guò)程中，還原鐵的規(guī)模比較小，產(chǎn)能相對(duì)較低，不能滿足鋼鐵廠的生產(chǎn)需求。我國(guó)的直接還原鐵生產(chǎn)工藝在應(yīng)用過(guò)程中還存在一些問(wèn)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(shí)際要求，會(huì)嚴(yán)重限制直接還原鐵工藝在鋼鐵企業(yè)的有效應(yīng)用和發(fā)展[2]。

3 促進(jìn)我國(guó)直接還原鐵工藝發(fā)展的因素

現(xiàn)階段，在我國(guó)直接還原鐵工藝不斷發(fā)展的背景下，在一定程度上推動(dòng)了直接還原鐵技術(shù)的進(jìn)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(dòng)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(guò)程中的環(huán)境污染以及生態(tài)破壞問(wèn)題。與傳統(tǒng)高爐煉鐵相比，其生態(tài)效益更強(qiáng)。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(jià)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(duì)鋼鐵工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的阻礙，需要促進(jìn)鋼鐵生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。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(guò)程中必須重視的技術(shù)類型。第二，具有較強(qiáng)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(yán)重，會(huì)向環(huán)境排放污水、二氧化碳、硫化物等，不能滿足當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護(hù)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(duì)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(yīng)用過(guò)程中，其原料含碳量為0.3%～3%左右，利用直接還原鐵進(jìn)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(guò)程中的需求。在鋼鐵企業(yè)發(fā)展過(guò)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(huì)鋼鐵存量以及廢鋼回收量不斷增加的情況下，對(duì)廢鋼進(jìn)行有效應(yīng)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(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)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(huì)對(duì)電爐煉鋼的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。而直接還原鐵作為優(yōu)質(zhì)廢鋼的替代物，對(duì)廢鋼殘留元素進(jìn)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(jìn)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(duì)鋼鐵產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改善。在直接還原鐵工藝應(yīng)用過(guò)程中能夠?qū)︿撹F產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)進(jìn)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(jìn)鋼鐵產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)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(guò)程，可以減少原燃料中非鐵元素進(jìn)入到產(chǎn)品直接還原鐵中。利用同一種原料進(jìn)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(guò)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(duì)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(guó)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)資源綜合利用的要求越來(lái)越高，為直接還原鐵工藝的進(jìn)一步發(fā)展提供了重要?jiǎng)恿?。在自然界大量含鐵資源，并不能滿足高爐煉鐵對(duì)原料的具體需求，特別是超細(xì)晶赤鐵礦、菱鐵礦等都需要進(jìn)行一定處理后，才能夠進(jìn)行高爐煉鐵。對(duì)這些資源進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)和利用是推動(dòng)鋼鐵產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。而經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，利用直接還原鐵工藝對(duì)這些資源進(jìn)行可以進(jìn)行綜合利用，有助于提高資源的綜合利用水平。因此，促進(jìn)直接還原鐵工藝的研發(fā)和創(chuàng)新是鋼鐵產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展過(guò)程中必須關(guān)注的重要課題。

4 我國(guó)直接還原鐵工藝的發(fā)展趨勢(shì)分析

在我國(guó)直接還原鐵工藝的未來(lái)發(fā)展過(guò)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(guó)具有廣闊的發(fā)展前景，在我國(guó)傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，受焦煤資源采礦資源以及廢鋼資源短缺的影響相對(duì)較大，而盡可能降低鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)焦煤的依賴性，促進(jìn)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(guó)鋼鐵行業(yè)未來(lái)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(duì)直接還原鐵工藝進(jìn)行研發(fā)的過(guò)程中，需要由國(guó)家相關(guān)部門引導(dǎo)支持構(gòu)建直接還原工業(yè)化示范項(xiàng)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(duì)推動(dòng)我國(guó)直接還原鐵工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展有重要幫助。除此之外，需要促進(jìn)原料優(yōu)化，除了要加強(qiáng)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(tuán)、內(nèi)配煤球團(tuán)等工藝在生產(chǎn)過(guò)程中的具體應(yīng)用效果。要對(duì)溫度、壓力以及物料性能進(jìn)行深入研究，探討這些參數(shù)對(duì)爐況產(chǎn)生的各種影響。并且要對(duì)豎爐進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和研究。在實(shí)際研究中需要根據(jù)當(dāng)前直接還原工藝的研發(fā)理論，對(duì)豎爐內(nèi)的流場(chǎng)以及溫度分布等進(jìn)行模擬分析，同時(shí)要綜合考慮球團(tuán)熱脹、還原膨脹對(duì)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(kāi)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(guò)程中需要促進(jìn)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(duì)較低，單機(jī)產(chǎn)能比較大，具有較強(qiáng)的生態(tài)環(huán)保效益。是我國(guó)在發(fā)展直接還原鐵工藝過(guò)程中必須重視的重要技術(shù)類型。在研發(fā)過(guò)程中，該工藝包含了化工、冶金、裝備制造等各項(xiàng)內(nèi)容，在發(fā)展過(guò)程中需要建立直接還原原料生產(chǎn)以及供應(yīng)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(dòng)直接還原鐵生產(chǎn)進(jìn)一步發(fā)展的重要方法。此外，在實(shí)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?，F(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(jìn)行研發(fā)的。這些技術(shù)并不能充分滿足我國(guó)資源裝備以及技術(shù)的具體需求。并且在對(duì)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)時(shí)，受技術(shù)供應(yīng)商和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制約比較大，在具體應(yīng)用過(guò)程中對(duì)這些引進(jìn)的技術(shù)也難以借鑒。在這種情況下必須提高我國(guó)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(jìn)我國(guó)直接還原鐵工藝的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)直接還原鐵工藝的研發(fā)相對(duì)落后，直接還原鐵產(chǎn)量比例相對(duì)較低。但是我國(guó)國(guó)內(nèi)直接還原鐵工藝的應(yīng)用市場(chǎng)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(guó)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(guò)程中存在的問(wèn)題為基礎(chǔ)，促進(jìn)直接還原鐵技術(shù)理論和實(shí)踐應(yīng)用的發(fā)展，提高直接還原鐵工藝的自主研發(fā)能力。進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。