量的10%，随着逐年大量开采，储量锐减，价格上涨。据联合国环保组织调查，传统的钢铁工业是严重的污染源，所排放的有害气体（CO2、CO、NOX、SO2）造成使全球变暖，海洋扩大的“温室效应”。90年代以来，国内外逾来逾严格的环境污染排放标准，促使企业选择新的生产流程。

世界各国冶金工作者致力于开发用天然气作还原剂，发展了不用焦炭的非高炉直接还原炼铁法（以下简称直接还原法）。将铁矿石在固态还原成海绵铁，也称为直接还原铁DRI。

直接还原是在固态温度下进行的，得到的直接还原铁未能充分渗碳而含碳量较低（＜2%），因此海绵铁具有钢的性质，而且实际上也多作为废钢代用品使用。直接还原法具有直接把铁矿石炼成钢的一步法特征。由于直接还原渣铁不能分离，实际生产中直接还原铁仍需要用电炉精炼成钢，但电炉精炼的作用主要是熔化脱出杂质和调整钢的成分，而不是氧化脱碳。由于是直接还原和电炉精炼生产钢，就产生了新的钢铁冶金生产短工艺流程。直接还原对于15×104～30×104t/a特钢厂具有无限的生命力。

直接还原工业化试验起始于20世纪50年代，到60年代后随着天然气的大量开采，1968年美国Midrex法成功，直接还原才得到迅速发展。尽管近年来世界钢铁生产一直徘徊在8×108t/a左右，但采用直接还原法的短流程钢铁企业产量自1975年以来，却以平均每年12.31%的速度增长。日本学者认为，2020年直接还原－电炉法将与高炉－转炉法冶炼平分秋色，达到45%以上。

1.直接还原发展的背景

直接还原发展生产海绵铁客观原因有：

（1）世界多数国家严重缺乏焦煤，其中不少国家有优质丰富的铁矿以及天然气和烟煤资源，它们因地置宜地借助本国资源发展直接还原工厂，如委内瑞拉、印度尼西亚、墨西哥等国有丰富天然气及优质铁矿，主要发展气基竖炉，以1995年统计为准产量达2829×104t/a，占DRI总产量的92%。

（2）随着电炉流程生产线的发展，电炉钢产量日益增长，1997年世界钢产量7.8×108t/a，氧气转炉钢产量占57%，电炉炼钢占33%，平炉钢占13%。近年来世界制钢生产中连铸比迅速增长，已占72.7%，钢铁联合企业自产优质废钢减少，发展中国家由于废钢量不足，势必发展直接还原；发达国家涂层钢用量日增，使拆除返回中有害杂质急增（据美国材料咨询局统计，美国近25年内废钢中锡、锌增加两倍，废钢中铜增加20%），必须采用掺入30%～50%的DRI海绵铁来稀释。

（3）近十年来钢铁工业受到高分子材料及硅酸盐材料的竞争，世界钢的总产有停滞不前的趋势，自1988年达到7.83×108t/a 后，始终未有突破。但以质量、性能及品种产品取胜的小型特殊钢厂如雨后春笋，蓬勃发展。电炉钢选择原料，自然更多地选择直接还原铁，如不锈钢厂首先选择低碳粒铁或低碳海绵铁作原料。为发展精品，提高附加值，直接还原低碳海绵铁用于直接生产电工纯铁、铁氧体及工业铁料。

2.气基竖炉直接还原

气基Midrex法由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气处理、天然气重整炉组成。铁矿石经计量后从炉顶布入炉内。经过预热，在还原区与工艺燃料天然气反应，反应约6h即完成冶炼，再由冷空气直接冷至100℃以下，最后产品由炉底排出。冶炼产生废气仍含约70% CO＋H2，通过重整炉，加入补充天然气裂化处理，使气体中CO＋H2浓度上升到90%～95%，温度为900℃，重新进入竖炉循环使用。其反应式为：

CH4＋H2O →CO＋3H2↑（天然气裂化反应）

Fe2O3＋3H2→2Fe＋3H2O

Fe2O3＋3CO→2Fe＋3CO2↑

气基法的能耗低，效率高，质量好，易操作，作业温度低，产品无需再分选。气基法生产DRI对于天然气丰富地区具有生命力。

3.气基 DRI法主要指标及技术经济优越性

(1）钢中有害元素Sn、Sb、As、Bi含量大幅度降低，提高了钢材断裂韧性、热加工塑性、冷加工可塑性。

(2)钢中S、P含量降低，提高钢材冲击韧性，降低脆性转变点温度。

（3）缩短电炉精炼期，提高Ni、Mo等有价元素收得率。

（4）降低钢中[H]及[N]含量。

(5）用DRI炼优质合金钢热变形能力良好，适合于作深冲钢板(见表1)。

气基DRI指标 表1



项 目
气基DRI

单炉生产能力/(万t/a)
15～16

窑利用系数/t/(m3·d)
9～12

燃 料
天然气400m3/t

电 耗/(kw·h/t)
约100

热 能(GJ/t)
11

TFe/%
＞93

金属化率/%
＞93.4

C含量/%
0.77～1.07

S含量/%
＜0.003

4．我国应用直接还原法的情况

我国具有一定的DRI资源条件。并先后在福建、辽宁、吉林和河南等地推广了直接还原技术，但受制于天然气来源的限制，全部采用的是煤基回转窑炉，且生产能力较小。

90年代初与长庆陕北气田同步建设的某大无缝钢管工程，引进英国戴维（Davy）公司关键技术及关键设备，兴建了年产30×104t，两条φ5×80m煤基回转窑炉。全套工程投资135亿元，仅形成了56万吨的年生产能力。尽管采用了国外进口优质矿石，但由于受华北地区煤质量等因素的影响，投产至今没有达到生产优质钢材预期的经济技术指标（日本输油管的Sn+Sb+As杂质元素水平仅为0.0035%，而该无缝厂生产的钢管目前为0.018%，相差5倍以上）。

四、天然气市场价格比较及冶炼应用增效推算[3～7]

在冶金还原反应过程中

上一页  [1] [2] [3] [4]  下一页