直接还原铁简介及伊朗ARFA直接还原铁厂实例张风杰（中国22冶集团有限公司，唐山）【摘要】国际钢铁协会统计2009年全球粗钢产量12.197亿吨，中国粗钢产量为5.678亿吨，至此中国已连续14年位居世界第一。
显然我们早已步入了钢铁大国行列，但我们离钢铁强国还有很长距离，在某些冶金技术领域相当滞后，尤其直接还原铁方面还我们还处于起步阶段。
学习和了解国际先进的直接还原铁技术，发现和弥补我们的不足迎头赶上，中国直接还原铁前景广阔。
【关键字】直接还原铁优势气基竖炉法施工发展空间直接还原铁(DRI-Direct Reduced Iron)，精铁粉或氧化铁在炉内低于融化温度的条件下还原成为多孔状物质，还原失氧形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵而又名海绵铁。
其化学成分稳定，杂质含量少，可直接用作电炉炼钢的原料，也可作为转炉炼钢的冷却剂，它还是冶炼优质钢和特种钢的必备原材料。
作为一种非高炉炼铁工艺，它越来越得到世界各国的重视。
美国米德雷克斯公司(Midrex)的统计数据显示，2008年世界直接还原铁产量达到6845万吨。
自1990年全球还原铁产量从1768万吨增长到2008年的6845万吨，平均年增长幅度在6.0%，这已是直接还原铁产量连续30年增长，即使在2009年严峻的经济环境下，世界直接还原铁产量仍保持在6200万吨。
除中国外，在1994～2010年间，全世界新增的炼铁生产能力有一半是基于直接还原流程。
具体到各个国家，2008年印度已经连续6年保持世界最大的直接还原铁生产国地位，当年产量为2120万吨，占世界总产量的31%；伊朗位居第二，产量为744万吨；委内瑞拉位居第三，产量为687万吨；这些国家具有充足的铁矿石和燃料资源，具备发展直接还原铁充分条件。
另外，近年来俄罗斯直接还原铁产量增长较快，2008年较上年增长33.7%。
2004年，我国直接还原铁产量为43万吨，2005年为41万吨，2006年为40万吨，2007年为60万吨，2008年产量为60万吨。
可见我国的直接还原铁产量相对于印度、伊朗等国是微乎其微的。
直接还原铁得以在世界范围内迅速发展，经分析得益于其产品本身和制作工艺的巨大优势以及市场需求的日益增大产品优势：（1）还原铁化学成分稳定，炼钢过程中能有效稀释废钢中有害残余和夹杂金属含量，改善钢的质量；（2）还原铁本身P、S有害元素含量低，可缩短精炼时间；（3）可减少冶炼装料次数、减少停电作业和热损失，冶炼过程熔化速度快、电耗低、可提高效率、降低成本；（4）电炉冶炼熔化期，供电作业稳定，允许大功率供电、低噪音、烟尘少、工作环境好；（5）使用成本低廉，经济效益高。
工艺优势：（1）制作流程短，直接还原铁可直接提供于电炉炼钢；（2）不用焦炭，不受炼焦煤短缺的影响；（3）污染少，取消了焦炉、烧结等污染量大的工序；（4）还原铁中硫、磷等有害杂质与有色金属含量低，有利于电炉冶炼优质钢种。
需求优势：世界短流程炼钢工艺发展和电炉钢比重逐年增加。
我国也不例外，电炉炼钢产量在不断增长，电炉炼钢所用原料废钢已出现严重短缺，尤其是优质废钢紧缺，废钢价格高涨，需要采用新的废钢替代品。
而且钢材经多次循环利用后钢材中非金属材料和有色金属使用比例增加导致废钢质量下降，这给电炉冶炼造成了很大困难。
如果用一定比例的直接还原铁(30～50%)作为稀释剂与废钢搭配不仅可增加钢材的均匀性，还可以改善和提高钢的物理性质，从而达到生产优质钢的目的，这对冶炼优质钢和特种钢，如石油套管、汽车用钢、核电站用钢、军用钢等是非常重要的。
因此，直接还原铁不仅仅是优质废钢的替代品，还是生产优质钢材必不可少的高级原料。
直接还原铁根据所采用还原材料的不同，直接还原法基本可分气基法和煤基法两种。
当前世界上直接还原铁量的90%以上是采用气基法生产的。
气基法按工艺设备不同又包括竖炉法、反应罐法和流态化法。
作为还原剂的煤气先加热到一定温度（约900℃）,并同时作为热载体，供还原反应所需的热量。
煤气中H2、CO含量高,CO2、H2O含量低；CH4在还原过程中分解离析的碳要影响操作,含量不得超过3％。
用天然气转化制造这样的煤气最方便；当然也可用石油（原油或重油）制造，但价格较高。
气基竖炉法，在竖炉中炉料与煤气逆向运动，下降的炉料逐步被煤气加热和还原，传热、传质效率较高。
竖炉法以Midrex法为代表，是当前发展最快、应用最广的直接还原炼铁法。
作为原料的精铁矿或氧化球团矿自炉顶加入竖炉后，依次经过预热、还原及冷却三个阶段。
还原所得的直接还原铁，冷却到100～50℃后排出炉外，以防再氧化。
还原煤气用天然气及竖炉本身的一部分煤气制造，先加热到760～900℃，在竖炉还原段下部通入。
炉顶煤气回收后分别用于煤气再生、转化炉加热和竖炉冷却。
此法的生产率很高，每吨产品能耗可低达2.56×106千卡,产品质量好，金属化率达92％。
2008年Midrex法所产的直接还原铁产量达到3985万吨，占世界直接还原铁总产量的58.22%。
同年采用SL／RaN法和其他旋转窑法处理工艺所生产直接还原铁的产量为1734万吨，较上年的1490万吨增长244万吨，增幅达16%。
这主要是由于前两年国际石油、天然气价格大幅波动，由此造成使用石油和天然气为主的气基法发展出现减缓迹象。
还原铁伊朗ARFA钢铁厂是一个年产量80万吨的直接还原铁厂，该厂由伊朗本国设计院参考日本工艺设计，引进意大利和德国的设备，本国建筑公司施工。
其生产工艺就是采用Midrex法，ARFA西面是球团厂提供氧化球团原料，东面是电炉炼钢厂接收直接还原铁炼钢，以天然气作气源，生产流程大致如下：1. 原料进厂氧化球团由皮带运至厂内，经筛分完整性较好满足入炉要求的颗粒直接输送至高位料仓等待入炉，剩余的细碎及粉末矿粉则回收二次加工。
2. 自动装料装料系统由料仓、定量管和装料头三部分组成，上料系统将氧化球团输送至还原炉顶。
3. 还原焙烧此工序包含预热、还原、冷却三个阶段。
氧化球团在还原炉内预热，在此间，物料中的水分完全蒸发，温度升至还原温度，进入高温还原段，在此区域氧化铁被充分还原，形成单质铁，然后进入冷却段进行冷却，冷却到200℃以下后出炉。
4. 自动卸料物料出炉后在常温中降到100℃～50℃后进入卸料系统进行卸料。
5. 下步处理降温后的直接还原铁进入成品仓。
然后经筛分车间筛分出颗粒较好满足电炉要求的还原铁直接输送至电炉炼钢厂，筛余的碎屑及粉末还原铁经磁选及钝化处理----压块（HBI），产品运往全国各地。
在工厂施工建设方面来讲，直接还原铁作为一个在我国还未成熟的工艺流程，有以下几个方面应引起我们施工单位的注意：1．还原竖炉高度78m，钢结构及设备安装难度大，吊车的选型及吊装方案的制定都应作为施工单位的考虑内容。
2．各种介质（天然气、煤气、空气、水、废气、除尘）管道工程量大，而且错综复杂。
3．支撑整个竖炉的基础底板尺寸为L×W×H=28×16×3m，属大体积混凝土施工，并且伴随桩基础。
4．澄清池直径50.5m高3m，做好防水混凝土施工是重点。
球团厂皮带湿法除尘湿法除尘63/6.6Kv总降主厂变电所筛分上料仓还原竖炉储料仓鼓风机还原气转化炉供气及废气回收湿法除尘湿法除尘泥浆澄清池冷却水系统压块电炉炼钢转运站还原铁伊朗阿达康ARFA直接还原铁厂流程图球团厂球团还原铁筛分车间湿法除尘上料仓泥浆澄清池还原竖炉水处理系统主厂变电所63/6.6Kv总降储料仓转运站热压块供气及回收装置还原气转化炉鼓风机电炉炼钢湿法除尘湿法除尘湿法除尘伊朗阿达康ARFA直接还原铁厂流程图近些年，世界各国都在发展直接还原铁技术，但我国还很落后，归纳其原因主要有三个方面，我国天然气匮乏，直接还原铁对原料要求较高，国内市场需求不大。
现在，国际国内形势发生了巨大变化，直接还原铁在我国迎来了新的发展机遇。
煤制气-竖炉直接还原工艺为天然气资源不足的地区，尤其是对我国直接还原铁发展提供了新途径。
我国煤炭资源较为丰富，并且有成熟的制煤气技术和长期运行的经验，煤制气技术还是国家推广的环保用煤技术，因此具备发展煤制气-竖炉工艺的先决条件。
专家分析煤制气-竖炉直接还原铁工艺将成为我国DRI生产的主要途径。
选矿技术提高，可提供大量高品位精矿，矿石中的脉石量降低到还原冶炼过程中不需加以脱除的程度，从而达到简化直接还原技术目的。
其次，我国矿产资源虽然天然富矿少，但铁精矿资源较充足，因此建设直接还原铁专用球团生产厂在资源上是可行的。
根据现有资料，迁安、辽阳、本溪、武安、桦甸等地区的铁精矿都符合要求，均有可能建设这类球团生产厂。
以电炉炼钢为代表的短流程冶炼工艺，以其投资少、产品质量高、节能、环保、可利用废钢资源等优势越来越得到各国的认同。
2009年世界粗钢产量累计为12.197亿吨，电炉钢比重约为32～35%，欧盟比重已达到50％。
美国2006年电炉钢比例为56.9%、印度50.5%，我国台湾地区也达到了45.7%。
预计到2020年我国电炉钢比例将达到25%。
由此可知作为电炉炼钢主要原料的直接还原铁需求量也随之大幅增长。
如今我国辽宁海城东四型钢公司、延吉东方创新资源有限公司等都在筹划、规划、设计建设煤制气-竖炉直接还原铁项目，其中海城东四型钢公司、延吉东方创新和吉林天池矿业设计建设的DRI项目分别年产50万吨、100万吨和80万吨，这些项目的建成将彻底改变我国直接还原铁生产的面貌，大大提高我国DRI年产量。
冶金工业的发展要求调整优化钢材结构，由注重规模与产量转变为注重质量和效益，提高钢材质量，同时国家对能源，资源、环保标准的提高也会促使我国电炉短流程炼钢及炉外精炼技术的飞速发展。
发展DRI，实现“精料入炉”，有利于提高废钢综合利用水平，促进和保证我国发展优质钢、特种钢。
直接还原铁列入了钢铁行业“十一五”发展规划纲要，是国家鼓励和支持的产业。
长远上看，直接还原铁将必然取代高炉炼铁，我国的直接还原铁一定会有更广阔的发展空间。
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