中國非高爐煉鐵70年歷程回顧和未來展望
非高爐煉鐵技術分為直接還原工藝和熔融還原工藝兩種。70年來，中國非高爐煉鐵技術走過了從無到有、從少到多、從簡單到逐漸優化的歷程，取得了舉世矚目的成就。如今，我國歐冶爐、墨龍HIsmelt、COSRED（科思瑞迪）等熔融還原技術，以及CSDRI氣基豎爐等非高爐煉鐵裝備技術水平已達到世界先進水平。
中國非高爐煉鐵技術裝備歷程回顧 1 我國從20世紀50年代開始對直接還原鐵技術進行了廣泛的開發和研究。因受資源條件的限制，我國當時的開發研究主要集中在煤基直接還原鐵工藝（回轉窯、隧道窯、轉底爐、多種固定床、移動床等）上。 20世紀70年代，我國自行設計、建設了處理釩鈦磁鐵礦球團的5立方米氣基豎爐，雖然在試驗中獲得成功，但因天然氣資源問題被迫終止。20世紀70年代后期，我國在韶關鋼鐵廠建成以水煤氣為還原氣的氣基豎爐工業化試驗生產線，進行了長達3年的試生產，后因缺乏高品位鐵礦石、水煤氣制氣單機生產能力過小等原因未能實現工業化生產。 20世紀80年代，寶鋼開展了BL法煤制氣-豎爐生產直接還原鐵的半工業化試驗研究。試驗是成功的，但因含鐵原料及制氣成本問題未能進行進一步開發。1989年，福州特鋼廠?2.9×40m回轉窯工業試驗成功并達到較好水平，標志著中國直接還原工藝進入工業化階段。 此后10年間，我國先后建設了天津鋼管公司（1996年10月，產能30萬噸/年）、山東魯中礦山公司（1998年，產能5.0萬噸/年）、吉林省樺甸老金廠礦業總公司回轉窯直接還原廠（1998年，產能2.5萬噸）、北京密云冶金礦山公司（1999年，產能6.2萬噸/年）等6座回轉窯，總產能達46.2萬噸。此外，各地建成了一批產能在1萬噸/年左右的隧道窯DRI/HBI生產廠，總產能達18萬噸左右。其他有代表性的直接還原鐵工藝還有寶鋼與魯南化學工業（集團）公司聯合開發的BL氣基豎爐法直接還原新工藝、北京冶金設備研究院開發的罐式爐法（PF法）、北京科技大學熱能工程研究所開發的連續爐法（COF法）、長沙礦冶研究院開發的自固結球團回轉窯（CRIMM法）、哈爾濱海綿鐵研究所開發的斜坡法（XSHA法）等。目前，中國已建成8條回轉窯直接還原鐵生產線，總生產能力為80萬噸/年。 馬鋼于2009年7月建成國內第一條處理（含鋅塵泥）高爐瓦斯泥和各種固廢球團轉底爐直接還原工藝生產線。生球烘干、轉底爐、余熱回收、廢氣脫鋅等設備由日本引進，原料處理設備由國內設計制造。目前，我國已建成用于復合礦的綜合利用（四川龍蟒、攀鋼研究院）、含鐵粉塵利用（馬鋼、沙鋼、日照鋼鐵、燕山鋼鐵、寶鋼湛江）、生產預還原爐料（山西翼城、萊鋼、天津榮程）等的轉底爐10余座。 COSRED煤基豎爐工藝結合了氣基豎爐和隧道窯兩種工藝的優點，經過多年的實驗室試驗、小型工業化裝備、大型工業化生產3個階段和五代創新，以及持續不斷的改進和完善，承接了國內外多個工程項目。COSRED工藝形成了一系列專利技術和關鍵技術，包括工藝技術、結構技術、耐材技術、控制技術、布料和排料技術、造塊和干燥技術等。2017年10月投產的武漢科思瑞迪科技公司COSRED緬甸工程項目表明，COSRED工藝正在扮演著鋼鐵行業直接還原工藝生力軍的角色。 歷經10年，以“釘釘子的精神”馳而不息地進行國產化技術攻關，破解了一系列制約氣基還原鐵技術工程轉化的技術難題之后，我國第一套30萬噸/年焦爐煤氣制直接還原鐵工業化試驗裝置——中晉太行礦業有限公司直接還原鐵項目（CSDRI）于2019年10月調試投產。 2 國內相關熔融還原及相關技術研究始于20世紀60年代?！熬盼濉逼陂g，在原國家科學技術委員會（現科技部）的支持下，我國啟動了國家攀登計劃項目——熔融還原技術基礎研究。原冶金部組織了全國熔融還原專家，實行舉國體制，開展了這項技術的開發研究工作。在總結單元技術研究成果的基礎上，我國開展了半工業試驗的研究。在當時承德冶金部試驗廠建成了2噸/小時的COSRI半工業聯動試驗裝置，先后進行了兩次試驗，突破了一些關鍵技術難題，取得了階段性成果。 為了開發我國自主知識產權的熔融還原技術，2007年10月15日，五礦營口中板有限責任公司、中冶京誠工程技術有限公司和中國鋼研科技集團公司三方簽訂合作協議，開展了年產20萬噸二步法熔融還原工業試驗裝置的開發和工業試驗研究。從流程開發、設計、建設到生產試驗，經歷了3年多時間，取得了很多重要的科研成果，發現了一些工藝流程和設備上存在的不足，為進一步的開發工作積累了寶貴經驗。 寶鋼集團在2007年引進了兩套大型COREX 3000煉鐵生產裝置，在上海羅涇建成熔融還原煉鐵廠，分別于2007年11月和2010年投產。投產后，COREX工藝運行不暢。寶鋼集團于2011年決定先搬遷1座COREX 3000爐到在原、燃料（球團礦、原料煤）供應方面較有優勢的八一鋼鐵公司，并結合羅涇的生產實踐和八鋼資源狀況綜合分析，在COREX 3000的基礎上，結合高爐煉鐵原理和成熟的技術進行了31項技術優化改造，于2015年7月19日順利出鐵，并成功實現了工業化生產，命名為歐冶爐。 山東墨龍公司在2012年將澳大利亞奎那那HISmelt工廠整體搬遷，并優化改進工藝流程，對原礦粉預熱系統、礦粉噴吹系統、SRV爐高溫煤氣系統、公輔動力系統等進行了創新。山東墨龍公司HIsmelt熔融還原煉鐵項目從2014年10月開始建設，于2016年8月建成投產，先后經歷10多次停開爐探索實踐，工作人員對生產、設備維護操作逐步熟悉，操作穩定性和能耗也都有了質的提高。當前，搬遷后的工廠日最高產量達到1930噸，月產量達到51914噸，設備不間斷作業可達157天，各項生產指標均超過澳大利亞原工廠，產品高純鑄造生鐵含磷量低（平均在0.015%~0.03%），含硅、錳及五害元素（鉛、錫、砷、銻、鉍）含量非常低，脫硫后滿足高端鑄造產品的需求。 中國非高爐煉鐵未來展望
非高爐煉鐵技術是實現鋼鐵工業低碳煉鐵的必然趨勢。目前，焦煤資源呈現全球性短缺趨勢，供應緊張和價格高漲已成為制約傳統鋼鐵工業發展的重要因素；環保政策日益嚴格，環保投資不斷提高，鋼鐵工業發展承受的環境保護壓力逐漸加大。據了解，為實現超低排放改造，鐵前環保投資需增加200元/噸左右（鐵前環保成本占全工序成本的70%左右）。同時，高爐產生大量返礦、返焦和粉塵等固廢，需實現固廢資源綜合利用。此外，未來人力成本越來越高，需減員以提高勞動生產率。
而直接還原—電爐短流程生產工藝具有產能高、低碳排放的特點。據悉，高功率電爐冶煉時在爐料中添加30%~50%的直接還原鐵，可提高生產率10%~25%，且與傳統長流程相比，可減少二氧化碳排放40%~65%、減少二氧化硫排放約30%。氣基直接還原單套設備產能可達250萬噸/年，鋼材的物理性能明顯提高。
近年來，我國廢鋼鐵產業發展較快，鋼企每年使用廢鋼量已達2億噸左右，預計“十三五”期間有望達到3億噸/年，這勢必將拉動與之配套的直接還原鐵產業的發展。與此同時，直接還原—電爐短流程（或直接還原與大型鑄鋼的對接）生產工藝將為大型鋼鐵聯合企業的轉型升級提供技術和生產經驗方面的有力支持。在鋼鐵流程優化和高質量發展的挑戰和機遇下，中國鋼鐵工業應充分發揮國內煤炭資源和焦爐煤氣等豐富的比較優勢，在煤制氣或焦爐煤氣生產直接還原鐵技術上實現創新突破。美國大力發展直接還原鐵對我國鋼鐵工業非高爐煉鐵技術創新發展具有重大啟示和借鑒意義。
從全球范圍來看，鋼鐵產業的空間布局主要是3種形式：一是靠近資源產地的資源依托型，二是臨近運輸港口尤其是大型海港的臨海臨港型，三是接近產品消費市場的市場鄰近型。國外直接還原鐵廠基本布局在電爐廠附近，實現熱裝熱送，降低能耗和生產成本。
中國鋼企面臨環保政策趨嚴和大宗物料產品清潔運輸的要求，在廢鋼資源上占優勢的鋼企可考慮配套建設具有一定經濟規模的直接還原鐵廠。對于采用進口粉礦資源（尤其是高磷礦、釩鈦礦等）的鋼企來說，也可考慮采用熔融還原和高爐混合的生產流程。長流程與短流程的融合將成為中國特色鋼鐵工業的未來發展方式。
此外，中國鋼企還要注重提高非高爐煉鐵智能制造水平，重視人工智能在非高爐煉鐵過程的決策與管理、過程控制、質量檢測、智慧物流等方面的開發及應用。