直接還原網(wǎng)（m.bai5t2.cn）/天津奧沃冶金技術(shù)咨詢有限公司

　　2020年9月中國(guó)明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)。2021年10月，《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》以及《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》這兩個(gè)重要文件相繼出臺(tái)，共同構(gòu)建了中國(guó)碳達(dá)峰、碳中和“1+N”政策體系的頂層設(shè)計(jì)，而重點(diǎn)領(lǐng)域和行業(yè)的配套政策也將圍繞以上意見及方案陸續(xù)出臺(tái)。國(guó)家及各省市針對(duì)一些重點(diǎn)領(lǐng)域、重點(diǎn)行業(yè)陸續(xù)制定碳達(dá)峰實(shí)施方案，構(gòu)建起目標(biāo)明確、分工合理、措施有力、銜接有序的碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系，把碳達(dá)峰碳中和納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局，建立碳達(dá)峰“1+N”政策體系，圍繞加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，深入開展工業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能減排和能效提升工作，全面推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色低碳轉(zhuǎn)型。

　　2022年1月，工信部、國(guó)家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)文，提出深入推進(jìn)綠色低碳，落實(shí)鋼鐵行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案，確保2030年前碳達(dá)峰。2022年8月，鋼鐵行業(yè)低碳工作推進(jìn)委員會(huì)正式發(fā)布鋼鐵低碳技術(shù)路線圖，隨后眾多鋼鐵企業(yè)紛紛發(fā)布雙碳愿景，均提出在2025年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。碳達(dá)峰、碳中和已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的硬約束。

　　鋼鐵行業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，在生產(chǎn)工藝方面需要經(jīng)歷從碳基生產(chǎn)工藝到去碳化、以天然氣+氫氣為主的生產(chǎn)工藝，再到以冶煉廢鋼為基礎(chǔ)的生產(chǎn)工藝的轉(zhuǎn)變;在原材料方面需要經(jīng)歷從以中低品位鐵礦石為主到以高品位鐵礦石為主，再到以廢鋼為主的轉(zhuǎn)變。

　　目前，中國(guó)鋼材消費(fèi)總量已達(dá)峰，總量下降是必然趨勢(shì)，產(chǎn)能過剩，包括階段性、品類性、區(qū)域性的過剩仍是困擾鋼鐵行業(yè)的首要問題。提升產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力和產(chǎn)業(yè)鏈水平，堅(jiān)持綠色發(fā)展和智能制造兩大發(fā)展主題將是鋼鐵行業(yè)未來持續(xù)推進(jìn)的重點(diǎn)任務(wù)。

1我國(guó)非高爐行業(yè)現(xiàn)狀

　　非高爐冶煉技術(shù)分為直接還原法和熔融還原法。直接還原法是使用煤、氣體或液態(tài)燃料為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度以下，不熔化即將礦石中的氧化鐵還原獲得固態(tài)直接還原鐵( DRI、HBI、HDRI)。按還原劑種類可分為氣基還原和煤基還原，按爐型分類可分為隧道窯工藝、回轉(zhuǎn)窯工藝、轉(zhuǎn)底爐工藝、煤基豎爐工藝、氣基豎爐工藝等。熔融還原法是指不用高爐而在高溫熔融狀態(tài)下還原鐵礦石的方法，其產(chǎn)品是成分與高爐鐵水相近的液態(tài)鐵水。常用的熔融還原方法有Corex法、HIsmelt法、Finex法等。我國(guó)非高爐行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀如下：

　　1.1回轉(zhuǎn)窯工藝

　　回轉(zhuǎn)窯直接還原工藝是成熟工藝，國(guó)際上常用的煤基還原技術(shù)多是回轉(zhuǎn)窯“二步法”直接還原技術(shù)，即：采用氧化球團(tuán)或高品位塊礦加入回轉(zhuǎn)窯的還原工藝，印度有300余條年產(chǎn)2-15萬噸的回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵生產(chǎn)線，占到印度國(guó)內(nèi)直接還原鐵產(chǎn)量的七成以上比例。

　　采用“一步法”回轉(zhuǎn)窯直接還原工藝，即用冷固結(jié)球團(tuán)或預(yù)干燥球團(tuán)直接加入到回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行還原焙燒，由于球團(tuán)強(qiáng)度不夠，粉化問題突出，面臨一定的生產(chǎn)操作問題。

　　當(dāng)前我國(guó)回轉(zhuǎn)窯直接還原工藝發(fā)展的特征：

　　回轉(zhuǎn)窯工藝的原料適用范圍廣，自動(dòng)控制水平高，產(chǎn)品穩(wěn)定、活性高，單窯產(chǎn)量一般在5-15萬噸/年，投資規(guī)模適中，且回轉(zhuǎn)窯裝置是冶金工業(yè)生產(chǎn)中常用的冶金裝備，應(yīng)用普遍，容易獲得,很多企業(yè)都存在因淘汰或拆遷改造原因閑置的回轉(zhuǎn)窯。

　　國(guó)內(nèi)回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵生產(chǎn)線現(xiàn)存不多的原因在于相對(duì)于國(guó)內(nèi)高爐而言，生產(chǎn)成本不占優(yōu)勢(shì)。天津鋼管公司“二步法”DAVY回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，單條窯產(chǎn)量最高達(dá)到18萬噸，超過了15萬噸/年的設(shè)計(jì)能力，可生產(chǎn)出TFe>92.0%的高品質(zhì)煉鋼海綿鐵，產(chǎn)線的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品指標(biāo)都超越了國(guó)際上同類型生產(chǎn)裝置，實(shí)踐證明了回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵工藝技術(shù)的可靠性。目前，這兩條生產(chǎn)線被內(nèi)蒙古中盛科技拆走，被用于其年產(chǎn)60萬噸(4*15萬噸)回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵項(xiàng)目的一期項(xiàng)目，由于公司資金原因，項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展緩慢，工程尚未完工。

　　我國(guó)回轉(zhuǎn)窯直接還原工藝技術(shù)被廣泛應(yīng)用于鋼廠塵泥處理、含鋅渣生產(chǎn)氧化鋅等固廢綜合利用、低品位鐵礦的綜合利用，以及鈦鐵礦還原、鉻鐵礦還原、紅土鎳礦直接還原生產(chǎn)鎳鐵，目前建成并生產(chǎn)運(yùn)行的回轉(zhuǎn)窯還原生產(chǎn)線有數(shù)百條之多。鋼鐵企業(yè)近年來鋼廠粉塵利用多是采用回轉(zhuǎn)窯還原工藝:日鋼、舞鋼、立恒鋼鐵、建邦鋼鐵、美錦鋼鐵、萊鋼、本鋼、晉源、邯鋼、衢州鋼鐵等數(shù)十家鋼廠均采用回轉(zhuǎn)窯粉塵處理工藝?；剞D(zhuǎn)窯直接還原法在鈦鐵礦、鉻礦還原的還原生產(chǎn)上也取得了不錯(cuò)的效果：回轉(zhuǎn)窯直接還原技術(shù)是將鈦鐵礦原料直接放入回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行還原反應(yīng),通過控制溫度、氣氛等參數(shù)，將鈦鐵礦中的氧化鐵還原成金屬鐵，同時(shí)獲得一定的金屬鈦和氣態(tài)產(chǎn)物。該技術(shù)相較于傳統(tǒng)的熔煉法，具有能耗低、環(huán)保、產(chǎn)物利用率高等優(yōu)勢(shì)，因此受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。豐鎮(zhèn)市新太新材料公司采用鏈篦機(jī)—回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原—熱送熱裝工藝生產(chǎn)高碳鉻鐵，電耗降低25%，焦耗降低近50%，產(chǎn)量提高超過30%。

　　酒鋼集團(tuán)基于回轉(zhuǎn)窯直接還原工藝原理創(chuàng)新性引入煤基氫冶金概念，并于2020年10月份建成一套年處理能力8萬噸煤基氫冶金中試基地生產(chǎn)線，2022年移交生產(chǎn)部門進(jìn)入常規(guī)生產(chǎn)考核。

　　1.2 隧道窯工藝

　　隧道窯工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、技術(shù)含量低，加上原料、還原劑、燃料容易解決，前期投資小,適合小規(guī)模生產(chǎn)，單窯產(chǎn)量一般在1-3萬噸/年，是粉末冶金行業(yè)普遍使用的還原生產(chǎn)工藝。由于規(guī)模小、原料外購(gòu)為主、得不到穩(wěn)定的原料供應(yīng)保證、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大，較少用于煉鋼海綿鐵的生產(chǎn)，僅個(gè)別鋼廠附屬隧道窯工廠生產(chǎn)煉鋼海綿鐵。

　　當(dāng)前我國(guó)隧道窯工藝發(fā)展的特征：

　　隧道窯法存在單機(jī)產(chǎn)能小、自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗高、環(huán)境污染大的不足。

　　近年來，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保要求和能耗指標(biāo)的日益強(qiáng)化，多數(shù)隧道窯從煤炭改為煤制氣或天然氣供能，環(huán)保方面有了大幅改進(jìn)，但也極大增加了企業(yè)生產(chǎn)成本。

　　隨著我國(guó)近年來鐵精粉選礦技術(shù)的進(jìn)步，可以生產(chǎn)出鐵品位71.5%以上的高品質(zhì)超純鐵精粉，以其為原料生產(chǎn)出來的還原鐵粉質(zhì)量?jī)?yōu)異，可應(yīng)用于高端磁性材料和優(yōu)質(zhì)的化工材料，尤其在新能源電池領(lǐng)域應(yīng)用有大幅增加，使得高端還原鐵粉的需求增加，2021年以來，一些有資源優(yōu)勢(shì)的地方再度改建或擴(kuò)建隧道窯生產(chǎn)線。造成了當(dāng)下以鐵精粉為原料的隧道窯生產(chǎn)線增加，而傳統(tǒng)的氧化鐵皮原料的隧道窯工藝由于原料供應(yīng)及市場(chǎng)原因呈收縮態(tài)勢(shì)。

　　我國(guó)隧道窯還原工藝在國(guó)外市場(chǎng)得到了一定發(fā)展：伊朗、印度等鐵礦資源豐富且缺乏焦煤的國(guó)家引進(jìn)了中國(guó)隧道窯工藝技術(shù)生產(chǎn)煉鋼海綿鐵。唐山奧特斯窯爐公司在伊朗Kavian公司一期年產(chǎn)7萬噸項(xiàng)目?jī)蓷l206米天然氣隧道窯均正常生產(chǎn)，生產(chǎn)效益良好，廠家順利投建了二期項(xiàng)目;伊朗KNZ一期項(xiàng)目已經(jīng)完工，2021年6月順利投產(chǎn)。另外，該公司在印度也有隧道窯生產(chǎn)線業(yè)績(jī)。湖北中基窯爐也有在伊朗建設(shè)隧道窯的業(yè)績(jī)，還有其它窯爐公司也有非洲建廠業(yè)績(jī)。

　　1.3 轉(zhuǎn)底爐工藝

　　轉(zhuǎn)底爐因具有環(huán)形爐膛和可轉(zhuǎn)動(dòng)的爐底而得名，其原料是鐵礦粉和煤粉制成的含碳球團(tuán)，經(jīng)配料、混料、制球和干燥后加入轉(zhuǎn)底爐中，爐膛溫度可達(dá)1250~1350℃左右，含碳球團(tuán)高溫下隨爐底旋轉(zhuǎn)一周的過程中，鐵礦被碳快速還原、生成金屬化球團(tuán)，最后由螺旋出料機(jī)推出爐外，經(jīng)冷卻后運(yùn)往熔分爐作原料、或作電爐煉鋼原料。由于轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)過程中煤灰滲入，產(chǎn)品鐵品位較低(一般為70-80%左右)、S高。

　　當(dāng)前轉(zhuǎn)底爐工藝發(fā)展的特征：

　　轉(zhuǎn)底爐工藝的應(yīng)用方向重點(diǎn)在于高爐污泥或除塵灰等鋼廠廢棄物的處理、以及多金屬礦利用，轉(zhuǎn)底爐單線處理能力一般在20-30萬噸/年，單位投資較大，環(huán)保效果較好。

　　國(guó)內(nèi)建有多條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，其中用于復(fù)合礦的綜合利用(四川龍蟒、攀鋼研究院)、高鋅含鐵塵泥利用(萊鋼、馬鋼、沙鋼、日照鋼鐵、燕山鋼鐵、寶鋼湛江、武鋼、梅鋼)、生產(chǎn)預(yù)還原爐料(山西翼城、天津榮程)等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)正常生產(chǎn)運(yùn)行20余條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，基本都是用于鋼廠粉塵的處理。

　　中冶賽迪和寶武集團(tuán)在轉(zhuǎn)底爐方面的合作加速了該技術(shù)在鋼廠固廢處理方面的推廣應(yīng)用。中冶賽迪首條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線業(yè)績(jī)是在燕山鋼鐵公司年產(chǎn)20萬噸/年的處理鋼廠含鋅塵泥生產(chǎn)線，2015年投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)脫鋅率>85%，金屬化率>75%，年產(chǎn)約14萬噸金屬化球團(tuán)、0.5萬噸氧化鋅粉塵、13萬噸蒸汽，年處理高爐、轉(zhuǎn)爐除塵灰等冶金固廢約20萬噸，具有很高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價(jià)值。在燕鋼一期轉(zhuǎn)底爐項(xiàng)目基礎(chǔ)上，2016年中冶賽迪和寶武集團(tuán)聯(lián)合進(jìn)行了轉(zhuǎn)底爐直接還原技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，在寶鋼湛江建成了年處理20萬噸含鋅粉塵轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)、100%固廢不出廠的目標(biāo)，成為國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)底爐處理含鋅粉塵的標(biāo)桿企業(yè)，并在寶武集團(tuán)內(nèi)推廣應(yīng)用，建有多條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線。中冶賽迪也在2016年，與燕山鋼鐵第二條20萬噸轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線開發(fā)設(shè)計(jì)，并順利達(dá)成。中冶賽迪和寶武轉(zhuǎn)底爐事業(yè)部都相繼利用其在國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)了20余條轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線，用于鋼廠粉塵處理，成為國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的主導(dǎo)工程設(shè)計(jì)單位。

　　1.4 煤基豎爐工藝

　　煤基豎爐因其產(chǎn)量可以擴(kuò)大、具備規(guī)模優(yōu)勢(shì)，一些試驗(yàn)工廠的指標(biāo)可以達(dá)到煉鋼標(biāo)準(zhǔn)而得到行業(yè)重視，有不少企業(yè)在進(jìn)行煤基豎爐方面的工業(yè)試驗(yàn)。目前武漢科思瑞迪公司(COSRED)在湖北宜昌建有一座年產(chǎn)1萬噸中試生產(chǎn)線，總體裝備運(yùn)行良好，采用品位70%以上的鐵精粉可生產(chǎn)出全鐵95%以上的海綿鐵，并可生產(chǎn)粉末冶金用的還原鐵產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量好。COSRED煤基豎爐生產(chǎn)操作控制的工藝參數(shù)很少，主要為還原溫度和還原時(shí)間，還原溫度通過燃燒室的燃燒溫度來進(jìn)行控制和調(diào)整，還原時(shí)間通過還原室下部的排料速度來進(jìn)行控制和調(diào)整。煤基豎爐的生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，而且生產(chǎn)的穩(wěn)定性高、易損件少、維護(hù)量小。目前已在緬甸擴(kuò)建一條年產(chǎn)5萬噸煤基豎爐海綿鐵生產(chǎn)線，在越南建有一條年產(chǎn)10萬噸煤基豎爐海綿鐵生產(chǎn)線。

　　當(dāng)前煤基豎爐工藝發(fā)展的制約之處在于規(guī)模樣本生產(chǎn)工廠數(shù)量不多。

　　1.5 氣基豎爐工藝

　　氣基豎爐直接還原法是當(dāng)今世界上的主流直接還原工藝，全球采用氣基豎爐直接還原工藝生產(chǎn)的海綿鐵占比≥75%。氣基豎爐單套設(shè)備產(chǎn)量大(單條豎爐產(chǎn)能一般在50-250萬噸/年)、不消耗焦煤，節(jié)能、環(huán)境友好、低能耗、低CO2排放。氣基還原技術(shù)是產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的低碳綠色先進(jìn)煉鐵技術(shù)。

　　當(dāng)前氣基豎爐工藝發(fā)展的特征：

　　1)現(xiàn)有河鋼宣鋼氣基豎爐工廠和2023年底建成投入試運(yùn)行的寶鋼湛江氣基豎爐工廠直接關(guān)系到中國(guó)氫冶金技術(shù)的未來發(fā)展走向，是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)所在。

　　河鋼宣鋼氣基豎爐工廠(河北張宣高科科技有限公司)采用ENERGIRON ZR直接還原工藝，項(xiàng)目含鐵原料計(jì)劃采用宣鋼自產(chǎn)氧化球團(tuán)，產(chǎn)品為直接還原鐵(DRI)。項(xiàng)目一期建設(shè)規(guī)模55.5萬噸/年，采用富氫焦?fàn)t煤氣做還原氣，二期建設(shè)規(guī)模55.5萬噸/年，計(jì)劃采用天然氣做還原氣。目前一期已經(jīng)于2023年5月建成投產(chǎn)，陸續(xù)生產(chǎn)至今，產(chǎn)品金屬化率可達(dá)94%，全鐵能到89%以上。生產(chǎn)過程中也在針對(duì)用氣和制氣環(huán)節(jié)在做進(jìn)一步優(yōu)化。

　　寶鋼湛江鋼鐵百萬噸級(jí)氫基豎爐作為鋼鐵行業(yè)低碳冶金示范性、標(biāo)志性項(xiàng)目，工程總投資18.9億元，該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首套百萬噸級(jí)氫基豎爐，也是首套集成氫氣、焦?fàn)t煤氣和天然氣混合氣進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原生產(chǎn)線，所產(chǎn)直接還原鐵代替廢鋼供轉(zhuǎn)爐使用。2023年12月23日，一期百萬噸級(jí)氫基豎爐工程氫基豎爐成功點(diǎn)火，2024年元月2日生產(chǎn)出產(chǎn)品，金屬化率達(dá)到94%。目前已進(jìn)行3次測(cè)試不同混合氣組成的投料試產(chǎn)調(diào)試,湛江鋼鐵氫基豎爐目前還在試生產(chǎn)階段，在試生產(chǎn)過程中不斷優(yōu)化和完善系統(tǒng)控制功能、工藝參數(shù)、操作規(guī)程，系統(tǒng)解決工藝難題。8月，百萬噸級(jí)氫基豎爐實(shí)現(xiàn)7天連續(xù)滿負(fù)荷生產(chǎn)、順利通過周達(dá)產(chǎn)功能考核，總產(chǎn)量21620噸，小時(shí)產(chǎn)量達(dá)128噸，金屬化率達(dá)94%以上，并成功驗(yàn)證了高氫(70%氫氣含量)冶煉條件。

　　2)多家民企也在積極進(jìn)行氣基豎爐生產(chǎn)探索或建設(shè)

　　山西中晉太行礦業(yè)公司30萬噸焦?fàn)t煤氣豎爐直接還原鐵工廠2022年11月9日，該廠焦?fàn)t煤氣重整啟動(dòng)點(diǎn)火，11月13日成功生產(chǎn)出指標(biāo)合格的熱壓塊鐵(HBI)產(chǎn)品。因鐵精粉原料備貨不足，以及受疫情影響，加上銷售渠道沒有完全暢通，該廠于12月23日因原料消耗殆盡而停產(chǎn)，期間有效生產(chǎn)天數(shù)約40天。目前生產(chǎn)線已經(jīng)檢修完畢，等待市場(chǎng)復(fù)產(chǎn)機(jī)會(huì)。

　　內(nèi)蒙古自治區(qū)明拓集團(tuán)有限公司，計(jì)劃采用米德雷克思的氣基豎爐技術(shù)，以合成煤氣為還原氣，建設(shè)年產(chǎn)能力110萬噸的還原鐵廠。2022年4月，項(xiàng)目設(shè)計(jì)合同在內(nèi)蒙古包頭九原工業(yè)園區(qū)舉行簽約儀式。2023年4月15日，國(guó)際氫能冶金化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)新能源制氫聯(lián)產(chǎn)無碳燃料配套風(fēng)光發(fā)電一體化示范項(xiàng)目奠基儀式在達(dá)茂巴潤(rùn)工業(yè)園區(qū)鋼鐵稀土原料加工園舉行。目前開工的一期項(xiàng)目，計(jì)劃投資120億元，建設(shè)15萬標(biāo)方每小時(shí)再生水電解制氫和1800噸/天動(dòng)態(tài)綠色合成氨系統(tǒng)，配套150萬千瓦風(fēng)電場(chǎng)及示范區(qū)整體公輔工程，2024年建成投產(chǎn)。

　　另外，黑龍江建龍60萬噸氫冶金直接還原項(xiàng)目，四川安寧釩鈦100萬噸氫冶金直接還原項(xiàng)目以及京華日鋼控股集團(tuán)年產(chǎn)50萬噸氫冶金及高端鋼材制造項(xiàng)目均有項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃消息傳出。

　　3）多條純氫工業(yè)試驗(yàn)裝置投入運(yùn)行或在建中

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