北極星大氣網訊:在我國經濟由高速增長階段轉向高質量發展階段的背景下，中國鋼鐵工業未來的發展方向是我國鋼鐵工作者共同關注的問題。
本文從我國鋼鐵工業的實際與發展狀況出發，分析了高爐-轉爐長流程與直接還原-電爐短流程的關係，提出了完善長流程發展短流程推進鋼鐵轉型升級的理念。
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的未來發展方向。
全球鋼鐵流程大致可以概括為兩種：
1)長流程(高爐煉鐵，轉爐煉鋼長流程);
2)短流程(直接還原煉鐵，電爐煉鋼短流程)。
由於歷史原因，我國鋼鐵工業長流程工藝佔主導地位。我國年產8-10億噸鋼均為長流程製造，直接還原鐵的產能僅為30-40萬噸，這種狀況應該有所改變。
中國、日本、歐洲以長流程為主導流程，而氣基直接還原-電爐煉鋼短流程的工藝流程多應用於北美、中東、東南亞、印度。
這種發展趨勢，究其原因只有一個：前者氣體資源短缺，後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，因此無法精準的選擇，只能根據國家或地區的具體情況靈活運用和選擇。
我國生態環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。
一些國家和地區如印度，由於煉焦煤資源緊缺，鋼鐵工藝流程採用了短流程。2017年，印度鋼產量為1.014億噸，直接還原鐵產量為 2590萬噸，是大規模使用直接還原-電爐煉鋼短流程鋼鐵工藝的國家。
北美鋼鐵工藝近年來發生突變，特別是頁巖氣開採技術獲得突破後，為直接還原煉鐵提供了優質氣體資源，大型的直接還原裝置相繼投產，推動大型鋼鐵廠轉型升級，表1為近年北美氣基直接還原鐵項目。
2、長流程是鋼鐵發展的壓艙石
首先，近幾十年全球長流程高爐煉鐵工藝日趨成熟、快速穩步發展，滿足了全球市場的需求，2017年全球高爐生鐵產量達11.748億噸，我國佔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的發展趨勢。明顯提高的高爐操作係數和生產效率，大大改善了高爐工藝的經濟技術指標。
其次，中國鋼鐵業發展表現尤為突出的是節能、環保技術的創新(例如：幹熄焦技術的推廣)，改善了鋼鐵工業生態環境，成為鋼鐵生產的壓艙石。
特別應該提及的是長流程為鋼鐵工業發展帶來高質量高化學能氣體資源——焦爐煤氣，可以彌補天然氣短缺地區發展直接還原煉鐵的發展短板，構成鋼鐵未來發展又一塊壓艙石，保證鋼鐵大船破浪前進。
3、直接還原煉鐵是鋼鐵發展的驅動力
直接還原煉鐵基於氫冶金原理，由碳冶金轉為氫冶金是鋼鐵工業的一場革命，它必將推動鋼鐵工業轉型升級。
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採用天然氣經轉化、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，長流程為主導的鋼鐵廠中，採用焦爐煤氣為還原劑實現短流程工藝是最佳的選擇。
其原因有二：
1)長流程中自產高化學能的焦爐煤氣，不需要外購天然氣，質量和數量上均滿足直接還原工藝的需要;
2)焦爐煤氣中含氫60%以上，大大優於天然氣，是節能高效的還原劑。
直接還原煉鐵技術是成熟的，被鋼鐵業普遍認可。氣基豎爐單模塊產能不斷擴大，由年產20萬噸擴大到30、50、180、250、300萬噸;
DRI的質量不斷提高，金屬化率由90%-92%提高到94%-96%;焦爐煤氣生產DRI技術的突破，是鋼鐵工業的重大創新，推動鋼鐵轉型升級的新發展。
經多年的研究和實踐證明，鋼鐵廠中實現直接還原-電爐煉鋼短流程工藝，具備以下八個特點和優勢。
1)根據數據統計，高爐鐵噸鐵CO2排放量為1600kg，直接還原鐵噸鐵CO2排放量為800kg。
據此計算，年產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，年節約CO2交易費用為3200萬美元，將極大地減輕企業的成本負擔。
2)根據大數據統計結果，直接還原鐵-電爐鋼噸鋼的生產成本比高爐-轉爐煉鋼噸鋼成本低42美元，按年產100萬噸計算，年降低成本4200萬美元，為傳統鋼鐵廠轉型升級提供莫大驅動力。
3)根據工廠實際運行狀況統計，焦爐煤氣生產直接還原鐵是焦爐煤氣發電產生經濟效益的2.6倍。
直接還原煉鐵工藝是利用焦爐煤氣的還原潛能，燃燒發電則是利用焦爐煤氣的熱能。
H2的熱值為2586 kCal/Nm3，而CH4熱值為9000-9500 kCal/Nm3，用天然氣燃燒發電才是正確的選擇，而焦爐煤氣應用作原料(還原劑)。
4)由於焦爐煤氣中含氫氣為60%，而天然氣中含氫氣為0，用焦爐煤氣生產直接還原鐵可以大大降低能耗，並降低純氧消耗。
從這個角度而言，在天然氣匱乏的地區，用焦爐煤氣生產直接還原鐵，經濟和技術上都是合理的。
5)在當今的鋼鐵聯合企業中，用「五聯供」的辦法(焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐氣、煤制氣、天然氣)可以做到焦爐煤氣供應量的平衡，用頂替出的大量焦爐煤氣生產直接還原鐵，可謂是一次能源革命。
6)直接還原鐵是純淨鐵，最適合於在電爐中生產純淨鋼，可以明顯增加鋼材的附加值，推動供給側改革。
7)用100%的球團礦作為直接還原的原料，用100%的直接還原鐵作為電爐煉鋼的原料，這是世界鋼鐵發展的新趨勢。
單模塊的直接還原裝置生產能力已達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展潛力。
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複製，項目的落地，成為直接還原電爐煉鋼短流程的工業實驗廠，將為大型鋼鐵聯合企業的轉型升級取得技術和生產經驗。
長流程與短流程的融合將構成中國特色的鋼鐵發展方式，成為全球鋼鐵工業的最先進流程。我國鋼鐵工業應顛覆式發展，推進直接還原鐵的發展，實現鋼鐵轉型升級。
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