DQZHAN訊：直接還原將成為短流程電爐煉鋼發(fā)展新趨勢
在我國經(jīng)濟由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段的背景下，中國鋼鐵工業(yè)未來的發(fā)展方向是我國鋼鐵工作者共同關(guān)注的問題。
本文從我國鋼鐵工業(yè)的實際與發(fā)展?fàn)顩r出發(fā)，分析了高爐-轉(zhuǎn)爐長流程與直接還原-電爐短流程的關(guān)系，提出了完善長流程發(fā)展短流程推進鋼鐵轉(zhuǎn)型升級的理念。
1、兩種典型鋼鐵工藝流程概述
鋼鐵工藝流程的研究和定位，極大影響著我國鋼鐵工業(yè)的未來發(fā)展方向。
全球鋼**程大致可以概括為兩種：
1)長流程(高爐煉鐵，轉(zhuǎn)爐煉鋼長流程);
2)短流程(直接還原煉鐵，電爐煉鋼短流程)。
由于歷史原因，我國鋼鐵工業(yè)長流程工藝占主導(dǎo)地位。我國年產(chǎn)8-10億噸鋼均為長流程制造，直接還原鐵的產(chǎn)能僅為30-40萬噸，這種狀況應(yīng)該有所改變。
中國、日本、歐洲以長流程為主導(dǎo)流程，而氣基直接還原-電爐煉鋼短流程的工藝流程多應(yīng)用于北美、中東、東南亞、印度。
這種發(fā)展趨勢，究其原因只有一個：前者氣體資源短缺，后者天然氣資源相對豐富，或者說氣體資源、煉焦煤資源決定了鋼鐵工藝流程的定位。
鋼鐵工藝流程的選擇，向來是個模糊選題，特別是在中國，只有長流程，沒有短流程的參照物，因此無法精準(zhǔn)的選擇，只能根據(jù)國家或地區(qū)的具體情況靈活運用和選擇。
我國生態(tài)環(huán)境特點是天然氣短缺、煤資源相對豐富。選擇高爐煉鐵的長流程不無道理，或者說長期歷史形成的高爐-轉(zhuǎn)爐工藝流程支撐我國成為全球的鋼鐵大國。
一些國家和地區(qū)如印度，由于煉焦煤資源緊缺，鋼鐵工藝流程采用了短流程。2017年，印度鋼產(chǎn)量為1.014億噸，直接還原鐵產(chǎn)量為 2590萬噸，是大規(guī)模使用直接還原-電爐煉鋼短流程鋼鐵工藝的國家。
2、長流程是鋼鐵發(fā)展的壓艙石
首先，近幾十年全球長流程高爐煉鐵工藝日趨成熟、快速穩(wěn)步發(fā)展，滿足了全球市場的需求，2017年全球高爐生鐵產(chǎn)量達11.748億噸，我國占60.5%，達7.108億噸。
多年來，煉鐵工藝的裝備大型化是煉鐵技術(shù)的發(fā)展趨勢。明顯提高的高爐操作系數(shù)和生產(chǎn)效率，大大改善了高爐工藝的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。
其次，中國鋼鐵業(yè)發(fā)展表現(xiàn)尤為突出的是節(jié)能、環(huán)保技術(shù)的(例如：干熄焦技術(shù)的推廣)，改善了鋼鐵工業(yè)生態(tài)環(huán)境，成為鋼鐵生產(chǎn)的壓艙石。
特別應(yīng)該提及的是長流程為鋼鐵工業(yè)發(fā)展帶來高質(zhì)量高化學(xué)能氣體資源——
焦?fàn)t煤氣
，可以彌補天然氣短缺地區(qū)發(fā)展直接還原煉鐵的發(fā)展短板，構(gòu)成鋼鐵未來發(fā)展又一塊壓艙石，保證鋼鐵大船破浪前進。
特別應(yīng)該提及的是長流程為鋼鐵工業(yè)發(fā)展帶來高質(zhì)量高化學(xué)能氣體資源——焦?fàn)t煤氣，可以彌補天然氣短缺地區(qū)發(fā)展直接還原煉鐵的發(fā)展短板，構(gòu)成鋼鐵未來發(fā)展又一塊壓艙石，保證鋼鐵大船破浪前進。
特別應(yīng)該提及的是長流程為鋼鐵工業(yè)發(fā)展帶來高質(zhì)量高化學(xué)能氣體資源——焦?fàn)t煤氣，可以彌補天然氣短缺地區(qū)發(fā)展直接還原煉鐵的發(fā)展短板，構(gòu)成鋼鐵未來發(fā)展又一塊壓艙石，保證鋼鐵大船破浪前進。
3、直接還原煉鐵是鋼鐵發(fā)展的驅(qū)動力
直接還原煉鐵基于氫冶金原理，由碳冶金轉(zhuǎn)為氫冶金是鋼鐵工業(yè)的一場改革，它必將推動鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
直接還原即用氫還原煉鐵，所以首先要解決氫資源問題。全球直接還原煉鐵普遍采用天然氣經(jīng)轉(zhuǎn)化、重整、裂解生成H2+CO作為還原劑，完成煉鐵工藝。
然而，在天然氣短缺，長流程為主導(dǎo)的鋼鐵廠中，采用焦?fàn)t煤氣為還原劑實現(xiàn)短流程工藝是的選擇。
其原因有二：
1)長流程中自產(chǎn)高化學(xué)能的焦?fàn)t煤氣，不需要外購天然氣，質(zhì)量和數(shù)量上均滿足直接還原工藝的需要;
2)焦?fàn)t煤氣中含氫60%以上，大大優(yōu)于天然氣，是節(jié)能高效的還原劑。
直接還原煉鐵技術(shù)是成熟的，被鋼鐵業(yè)普遍認(rèn)可。氣基豎爐單模塊產(chǎn)能不斷擴大，由年產(chǎn)20萬噸擴大到30、50、180、250、300萬噸;
DRI的質(zhì)量不斷提高，金屬化率由90%-92%提高到94%-96%;焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)DRI技術(shù)的突破，是鋼鐵工業(yè)的重大，推動鋼鐵轉(zhuǎn)型升級的新發(fā)展。
經(jīng)多年的研究和實踐證明，鋼鐵廠中實現(xiàn)直接還原-電爐煉鋼短流程工藝，具備以下八個特點和優(yōu)勢。
1)根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，高爐鐵噸鐵CO2排放量為1600kg，直接還原鐵噸鐵CO2排放量為800kg。
據(jù)此計算，年產(chǎn)100萬噸鋼鐵廠年減少CO2排放量80萬噸，按照噸CO2交易費用為每噸40美元計算，年節(jié)約CO2交易費用為3200萬美元，將極大地減輕企業(yè)的成本負擔(dān)。
2)根據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，直接還原鐵-電爐鋼噸鋼的生產(chǎn)成本比高爐-轉(zhuǎn)爐煉鋼噸鋼成本低42美元，按年產(chǎn)100萬噸計算，年降低成本4200萬美元，為傳統(tǒng)鋼鐵廠轉(zhuǎn)型升級提供莫大驅(qū)動力。
3)根據(jù)工廠實際運行狀況統(tǒng)計，焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵是焦?fàn)t煤氣發(fā)電產(chǎn)生經(jīng)濟效益的2.6倍。
直接還原煉鐵工藝是利用焦?fàn)t煤氣的還原潛能，燃燒發(fā)電則是利用焦?fàn)t煤氣的熱能。
H2的熱值為2586 kCal/Nm3，而CH4熱值為9000-9500 kCal/Nm3，用天然氣燃燒發(fā)電才是正確的選擇，而焦?fàn)t煤氣應(yīng)用作原料(還原劑)。
4)由于焦?fàn)t煤氣中含氫氣為60%，而天然氣中含氫氣為0，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵可以大大降低能耗，并降低純氧消耗。
從這個角度而言，在天然氣匱乏的地區(qū)，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，經(jīng)濟和技術(shù)上都是合理的。
5)在當(dāng)今的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，用“五聯(lián)供”的辦法(焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐氣、煤制氣、天然氣)可以做到焦?fàn)t煤氣供應(yīng)量的平衡，用頂替出的大量焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，可謂是一次能源改革。
6)直接還原鐵是純凈鐵，*適合于在電爐中生產(chǎn)純凈鋼，可以明顯增加鋼材的附加值，推動供給側(cè)改革。
7)用的球團礦作為直接還原的原料，用的直接還原鐵作為電爐煉鋼的原料，這是世界鋼鐵發(fā)展的新趨勢。
單模塊的直接還原裝置生產(chǎn)能力已達250萬噸/年，由此不難看出，直接還原-電爐煉鋼短流程具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?
8)直接還原與大型鑄鋼的對接或直接還原-電爐煉鋼短流程工藝的復(fù)制，項目的落地，成為直接還原電爐煉鋼短流程的工業(yè)實驗廠，將為大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級取得技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗。
長流程與短流程的融合將構(gòu)成中國特色的鋼鐵發(fā)展方式，成為全球鋼鐵工業(yè)的先進流程。我國鋼鐵工業(yè)應(yīng)顛覆式發(fā)展，推進直接還原鐵的發(fā)展，實現(xiàn)鋼鐵轉(zhuǎn)型升級。
