焦爐煤氣高價值的深化利用技術
中國鋼鐵工業只有積極探索鋼鐵發展的新方向，研制開發新技術、新工藝，才能全面化解鋼鐵產能過剩，減少鋼鐵工業污染物排放，降低生產成本，提高企業的競爭力。
積極發展直接還原-電爐煉鋼短流程，可以化解傳統長流程的高能耗、高成本、高排放三高“瓶頸”，實現鋼鐵工業的創新發展。
實現直接還原-電爐煉鋼短流程的關鍵因素是：①具有資源充足、高化學能的還原性氣源；②選擇合理的、先進的技術工藝，實現規�；I生產。
在天然氣、頁巖氣豐富的國家和地區，多采用天然氣或頁巖氣作為直接還原的氣源；在天然氣短缺地區，鋼鐵長流程占主導地位的國家，例如中國，采用焦爐煤氣作為直接還原的氣源是合理的選擇。
1用焦爐煤氣生產直接還原鐵可行性研究
用焦爐煤氣生產直接還原鐵的技術可行性可以從以下幾個方面得到肯定的答案。
1）美國紐柯公司250萬噸、埃及195萬噸、阿聯酋160萬噸的直接還原鐵工廠的相繼投產，為直接還原煉鐵技術奠定了工業性技術基礎。另外，美國頁巖氣革命超常規地推動了直接還原煉鐵工藝的新發展。
2）經研究、半工業性、工業性試驗表明，利用天然氣生產直接還原鐵的裝置、裝備不做任何改變，完全適用于采用焦爐煤氣生產直接還原鐵的裝置上。
3）采用HYL-ZR工藝生產直接還原鐵，由于焦爐煤氣中存在BTX等碳氫化合物，在加熱過程中會產生碳沉積，影響生產順行。經過多年研究發現采用如下工藝，碳沉積問題可以消除。
�、僭鲈O離線重整裝置；
�、诤侠磉\用MIDREX技術決竅。
4）墨西哥HYL-SA公司與首鋼設計院，首鋼研究院，聯合協作，耗時八年，共同完成首鋼50萬噸直接還原鐵項目的可行性研究報告，從技術和經濟的層面，全面分析了用焦爐煤氣生產直接還原鐵的可行性，認為用焦爐煤氣生產直接還原鐵技術上是可行的，經濟上合理的。由于特殊的原因，項目被擱淺，令人惋惜。
5）經研究發現，由于焦爐煤氣具有還原介質的特性（含H2在60%以上）用焦爐煤氣生產直接還原鐵大大優越于用天然氣生產直接還原鐵。流程短、設備簡捷、耗能低、耗氧低是焦爐煤氣生產直接還原鐵的最大特點。
6）傳統長流程（高爐+轉爐）中，有高爐存在，必然有焦爐存在，焦爐發生大量的焦爐煤氣，以中國為例，每年發生焦爐煤氣2000億立方米，可以為直接還原鐵生產提供高化學能的、資源充足的還原性氣源。焦爐煤氣不僅成分穩定（年平均幾乎不變），而且焦爐煤氣小時發生量穩定，最適合氣基豎爐還原爐的生產要求，是其他還原性氣體（如煤制氣）不能比擬的。
7）多少年來，我國大型聯合鋼鐵廠的焦爐煤氣全部被低價值利用，維持鋼鐵廠的燃氣平衡或能量平衡，當做燃料或發電等使用。我們知道，含60%H2的焦爐煤氣不應該用作燃料（H2的發熱值為2586kcal/m3），而應該用作還原劑生產直接還原鐵，這將是鋼鐵廠中焦爐煤氣重大的改革。
8）用焦爐煤氣生產直接還原鐵，仍然可以實現鋼鐵廠中的燃氣能平衡。通過鋼鐵廠中燃氣結構的變革，實行燃氣“五聯供”，即天然氣、高爐氣、轉爐氣、煤制氣及焦爐煤氣聯合供應，可以頂替出寶貴的焦爐煤氣，使其用于生產直接還原鐵，并保持鋼鐵廠中的燃氣平衡。特別是天然氣，更適合用作燃料（其熱值為9500-10000kcal/m3），以維持鋼鐵廠中的燃氣平衡或能量平衡，這項變革，又將成為工業節能技術的重大創新。
以上不難得出結論；用焦爐煤氣生產直接還原鐵或改變我國鋼鐵業的傳統生產方式，創新引領先進技術發展。
2頁巖氣革命或許改變全球鋼鐵發展新格局
頁巖氣革命或許引發能源革命與鋼鐵工藝革命，特別是對能源消耗最大的煉鐵工序，將產生重大的影響。頁巖氣是高爐煉鐵的代替燃料又是直接還原-電爐煉鋼短流程的氣體原料，我國的頁巖氣中黏土含量高于美國，導致壓裂困難，相關的關鍵技術還需要研究和突破，成功的應用還需要一段時日。
由于北美擁有豐富的頁巖氣資源，未來美國將成為直接還原鐵的主導生產國，歐州由于環保標準十分嚴格，歐州亦可能成為直接還原鐵的重要市場。
奧地利奧鋼聯在美國搶占市場的先機，成為在美國用頁巖氣高速發展直接還原鐵的第一家外國鋼鐵企業，該公司投資5億歐元正在德克薩斯州建設直接還原鐵廠，年直接還原鐵產能為200萬噸。權威專家稱，如果頁巖氣革命發展到全球，直接還原鐵產量將占全球鐵產量的16%，屆時年產量將達到2億噸，預測未來12-17年即可成為現實。
3世界大型直接還原鐵項目案例分析
3.1阿布扎比酋長鋼鐵公司（EMIRATES STEEL）直接還原鐵項目
阿布扎比酋長鋼鐵公司在阿布扎比MUSSAFAH建設兩個160萬噸直接還原鐵廠，兩個140萬噸電弧爐煉鋼車間，該工廠由達涅利公司承包建設，設備由達涅利公司提供。兩個直接還原-電爐煉鋼短流程工廠，分別于2009年、2011年投產。投產以來，生產一直保持良好狀態，設備性能和各項技術指標不斷改善和提高。近年，工廠粗鋼總產能已由年產350萬噸提高到400萬噸。
直接還原鐵工廠選用TANOVA-HYL-ZR氣基豎爐工藝，各項指標達到設計指標，詳見表1。表2示出電爐設備性能指標。
表1直接還原鐵設備的設計指標
表2電爐煉鋼設備性能指標
3.2埃及SUEZ鋼鐵公司直接還原鐵項目
埃及SUEZ鋼鐵公司（SSC）ENERGIRON直接還原鐵廠生產裝置（年生產能力195萬噸）和以DRI為原料的電爐煉鋼車間2014年順利通過設備最終驗收，鋼水年生產能力為128萬噸。
直接還原鐵廠采用TANOVA與達涅利共同開發的ENERGIRON ZR技術（無重整器），在反應器中利用金屬鐵作催化劑，將天然氣轉變成重整氣體，由于還原氣體在還原階段產生的，因此可以使直接還原過程整體能源效率優化。這種設備配置方式最終導致天然氣消耗量降低，甚至低于2.35Gcal/t，ENERGIRON直接還原鐵裝置的碳足跡最少，特別設有選擇性回收CO2裝置，導致CO2排放量減少34%，該裝置具有高溫、高壓、高碳的特點，導致產品的質量好（94%），含碳量高（4%）。
該工廠設有HYTEMP熱送系統，可使噸鋼電耗降低，縮短出鋼周期。
該裝備于2014年1月順利通過設備考核驗收，并交付SUEZ鋼鐵公司使用。
3.3美國紐柯鋼鐵公司直接還原鐵項目
美國紐柯鋼鐵公司路易斯安娜州建設250萬噸/年直接還原鐵廠，投資2.5億美元。于2013年12月24日順利投產。其工藝采用ENERGIRON ZR，產品為冷直接還原鐵，產品的金屬化率為94%-96%，產品的碳含量為4%-6%。
該直接還原鐵工藝流程的特點如下。
1）裝置系氣基豎爐直接還原工藝，100%天然氣作為直接還原氣源，用反應器中的純鐵作為氣體重整觸媒，不外設重整器，故稱自重整技術（ZR）。
2）反應器的頂氣，經過脫水、脫硫后與原料氣混合，在加熱器中加熱至930℃，加入純氧升溫至1050℃，噴入反應器中部，與鐵精礦進行還原反應，生產高質量的直接還原鐵。
3）還原反應的同時發生滲碳反應（3Fe+CH4=Fe+2H2），直接還原鐵碳含量高達4%-6%，對電爐煉鋼操作和節能產生正影響，電弧爐電耗在360-400kWh/t LS區間。
4）250萬噸/年直接還原鐵裝置為世界上最大的直接還原煉鐵裝置。該裝置的產能與3200m3大型高爐相匹配，為高爐-轉爐流程大型聯合鋼鐵廠生產還原鐵開辟了先河。美國頁巖氣革命帶來電力天然氣低價化，促進了氣基直接還原鐵工藝的發展。在同一規模條件下，氣基直接還原鐵工藝CO2排放量為高爐的1/2，投資額僅為高爐的1/3。為傳統大型鋼鐵廠轉型升級，技術改造提供新的方向。
5）由于直接還原鐵為純凈鐵，因此，可以生產純潔鋼，為鋼鐵廠生產高端鋼材創造了條件。
6）本裝置氣體循環系統中設有選擇性CO2回收裝置，有效回收CO2，降低系統中CO2的排放量30%-40%，保持鋼鐵廠環保的可持續性，推動綠色鋼鐵和低碳鋼鐵的運行。
通過上述三個大型直接還原鐵廠的投產、生產狀況的剖析可以發現，直接還原煉鐵技術發展，日臻成熟，特別是直接還原裝置單模塊的生產能力，已由20萬噸、30萬噸，發展到160萬噸、195萬噸、250萬噸并在挑戰300萬噸，這樣生產能力的直接還原裝置，完全可以躋身于大型鋼鐵聯合企業，大型直接還原鐵-電爐煉鋼短流程工廠的投產和生產水平的不斷提高，為煉鐵新工藝奠定了重要的技術基礎，為傳統的鋼鐵工廠轉型升級制定了創新技術路線圖。
4焦爐煤氣生產直接還鐵技術在我國應用的前景分析
直接還原鐵是電爐煉鋼的重要原料，是我國高端裝備業的主要原料。在鐵水煉鋼工藝中，由于鐵水中含有的磷、硫等無法去除，嚴重影響了鐵水純度，使鋼材脆性增加、降低鋼材質量。通常來講，潔凈度、均勻度、組織細化度和尺寸精度等是特鋼的本質特征。因此，采用高爐鐵水很難生產出高端特鋼產品。目前飛機起落架、軸承等抗疲勞高強鋼，核電站用耐高溫、抗輻射不銹耐熱鋼管等材料不能實現國產化。我國鋼鐵工業要實現高端產品的國產化，首先要提高原料的純度。
要改變我國煉鐵業的現狀，最好的辦法是進行產業升級。氣基直接還原工藝是世界最先進的煉鐵技術，與高爐相比，其在節能、環保、產品質量等諸多方面顯現出巨大的優勢，是產業升級的最好選擇。
隨著氣基直接還原裝置單模塊生產能力的提高、生產規模的擴大，該工藝顯示出巨大的發展潛力。
在我國，傳統長流程占絕對統治地位，因此每年發生大量的焦爐煤氣。利用傳統長流程的富裕焦爐煤氣，配套直接還原-電爐短流程，可以實現鋼鐵生產長流程與短流程的完美整合。使用焦爐煤氣生產直接還原鐵，既可以生產高品質純凈鐵料，滿足高端產品的要求，又可以使我國豐富的焦爐煤氣獲得高價值的深化利用。（來源：世界金屬導報）
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