直接还原铁生产应研究工艺技术经济指标

编者的话：直接还原铁作为一种可以代替废钢的电炉钢原料，是短流程、低污染冶金新工艺之一，在我国得到了一定的发展。但目前国内直接还原铁实际产量较少，发展速度受到限制，究其原因，主要是投产的直接还原铁生产企业经济效益普遍不理想。
直接还原铁生产许多种工艺已经成熟，但如何客观、全面、科学地分析不同生产工艺的特点，促进我国直接还原铁产业的健康发展，进一步提高相关企业的经济效益，则是一个值得关注和认真探讨的重要课题。为此，本报科技版在前段报道有关国内直接还原铁生产技术工艺发展情况的基础上，特约有关专家就发展直接还原铁生产应注意研究工艺技术经济指标的问题撰写文章，希望能对直接还原铁的生产和技术进步有所启示和帮助。
直接还原铁（DRI），欲称海绵铁，可以代替废钢作为电炉钢原料，并且由于不用焦炭而用其它还原性气体和煤作为能源，是一种短流程、低污染的冶金新工艺，也是我国钢铁行业用高新技术和先进适用技术改造传统产业的工作重点之一。然而，近年来，我国钢铁产量即将突破2亿吨，而DRI生产能力却停滞在五六十万吨，实际年产量十几万吨，主要原因是投产海绵铁厂经济效益普遍不够理想。
目前，世界上有许多种DRI工艺已经成熟。为便于优化，促进我国直接还原铁产业发展，笔者以产品、工艺相近的高炉炼铁技术为基础，提出DRI工艺几荐主要技术经济指标与业内人士共同探讨。

利用系数（t/m3d）
这是衡量高炉炼铁生产效率的主要指标。前些年高炉的利用系数一般在2.0左右，近年来国内炼铁技术不断优化，2002年重点企业高炉利用系数平均2.448，一批350 m3左右高炉进入3.0以上，有些甚至突破4.0。
DRI从根本上讲也是一种炼铁技术，不能只看单机产量，应将利用系数作为考查炼铁设备生产效率的主要指标。煤基回转窑利用系数0.4左右，煤基外热式竖炉利用系数1.3左右，Midrex气基竖炉利用系数在5以上。

能耗（kJ吨铁或kgce/t铁）
工序能耗kgce/t和kg/t是高炉炼铁能耗主要指标。随着炼铁技术优化，这个指标逐年降低。2002年重点钢铁企业工序能耗454，综合焦比516。但要看到，这样的热能利用率已属较高水平，进一步节能越来越困难。近年来，钢铁产业的发展使得焦炭供不应求、价格快速上涨，高炉炼铁成本大幅度提高，减少焦炭用量是炼铁节能降成本的主要措施。
直接还原铁是用非炼焦或煤气炼铁，煤比焦炭价值低，而且在还原过程产生的煤气可以作为能源得到充分利用，从理论上说应比高炉炼铁节能。但是如果对煤质要求过高、煤耗过大，这种优越性就要打折扣。煤基回转窑为了保证产量和质量，对煤质要求比较苛刻，只有神府、义马等几种煤适用，煤耗1t/t铁左右。国内隧道窑生产海绵铁能耗26.31-34.83x106kJ/t。外热式煤基竖炉还原剂耗热7.9 x106kJ/t，外热6.7 x106kJ/t，总能耗14.6 x106kJ/t左右。气基法Midrex竖炉消耗天然气10.7 x106kJ/t左右。天然气以CH4等碳氢化合物为主，需要转化为以CO和H2为主的还原性气体，本身价格和转化成本较高，在目前和可以预见的将来都不大可能将大量天然气用于钢铁冶金生产。但我国煤炭资源丰富，价格低廉，一些盛产焦煤而煤气用户少的地方，大量煤气直接排空或点了天灯。煤气主要成分是CO和H2，重整耗能少，利用煤气作能源不仅充分利用了资源，也减少了环境污染。另外，竖炉中炉料是靠回转窑和冷却筒旋转，冷却筒还要在外面浇水冷却，动力用电和冷却水耗量也比竖炉大。

铁（烧）损（%或t/t）
这个指标是表示生产原料的损耗，像能耗一样直接影响到投资和成本、产量、质量等各项指标。从前炼铁工艺以高炉为主，只需按照铁矿化学成分计算它的损耗。但对于非高炉炼铁各种新工艺，就有必要考查一下这个指标。
回转窑中炉料边翻滚边加热、还原，因此对炉料耐磨强度和落下强度要求很高，不然烧损很大。国内铁矿资源丰富，但多是贫矿，经细磨、精选、高温烧结成为DRI适用原料，运到沿海地区成本与进口不相上下。正因为如此，国内规模最大、设备最先进的华北某DRI厂原料使用进口高吕位块矿或高温球团矿，但成本较高；国内试验的链蓖机-回转窑“一步法”和冷固结球团-回转窑“二步法”工艺采用国产球团矿，使原料成本有所降低，但因球团强度低、损耗大、设备故障多，而且这些铁氧化物、煤的制备及煤渣粉尘收集、分离大量增加了投资和成本，影响经济效益。此外，由于回转窑是敞焰直接加热，气氛不甚适合金属铁还原，影响金属化率，从而影响金属收得率。

作业率（d/a）
工业生产与科研不同，设备连续稳定运转才有可能达到质量、产量、成本等各项设计指标，取得良好效益，这个考核指标一般用作业率表示。
高炉是连续生产，平均寿命5-8年。近年来应用高炉长寿技术，一些大高炉达到10年以上，有希望实现15-20年。中小高炉冶炼强度高，故利用系数高、寿命稍短，有的2-3年就要中修一次，因此高炉常常按333-350d/a计算作业率，也就是说一般91-96%。DRI的气基法和煤基法竖炉也都是连续生产，考虑到中修周期和中修时间，作业率在333d/a以上，即大于91%，煤基回转窑由于结构和运行特点，故障较多，设计作业率在80%左右，实际上国内企业连这个指标也难以达到，有的甚至因作业率太低、经济效益差而破产。

产品质量
DRI产品质量主要指标有全铁、金属化率、酸性氧化物（SiO2 Al2O3）和S、P含量、体密度、粒度等。由于DRI是在固态直接还原为金属铁，不能像高炉炼铁一样通过造渣去硅，要生产全铁90%以上海绵铁，包括回转窑在内的任何工艺都要求高品位铁矿或球团矿。工艺和设备主要影响金属化率、S和体密度等其它指标。煤基回转窑由于结构（燃烧室和反应室在一起）和运行特点（窑体旋转），很难确保DRI所需气氛，并对炉料磨损和烧损严重，影响到质量的稳定。

吨铁投资和成本（元/吨）
这两个指标受上述技术指标的影响，又直接影响到企业的经济效益，是研讨工艺经济性最重要的指标。北京钢铁设计总院和钢铁研究总院研究人员合写的一篇论文中，对5家煤基回转窑DRI厂和2500m3、1200 m3、3500 m3三个级别的高米怕设计指标做了统计，根据这份资料可以计算出，高炉无预处理时单位经营成本1133-1170元/吨。这是在大高炉利用系数1.92、中型高炉利用系数2.4时计算的，实际上近年来高炉利用系数普遍提高0.5左右，单位投资和成本有很大下降，大部分钢铁厂生铁成本900元/吨左右，一些煤铁资源丰富、设备简陋的地方，投资和成本更低。
综上所述，直接还原铁确实是炼铁发展方向之一，但企业要在激烈的市场竞争中和生存、发展还必须择优选用并不断改进工艺。通过上述技术经济指标比较可知，用煤基回转窑法生产海绵铁虽然技术上可行，但由于工程投资大、生产成本高，很难与竖焖直接还原铁和高炉炼铁竞争。实际上，DRI工艺按还原剂是气体还是煤分为气基法和煤基法，按还原设备分为竖炉法、回转窑法、转底炉法、反应罐（隧道窑、倒焰窑）法等。国际上竖炉工艺是海绵铁生产主体。我国煤炭资源丰富，天然气价格高，目前用煤制气成本也较高。要促进我国DRI产业发展，有必要重新审视我们DRI工艺路线，研究、推广以竖米屡主体设备的煤基法和气基法等工艺。

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