簡介
直接還原鐵作為一種可以代替廢鋼的電爐鋼原料，是短流程、低污染冶金新工藝之一，在我國得到了一定的發展。但目前國內直接還原鐵實際產量較少，發展速度受到限制，究其原因，主要是投產的直接還原鐵生產企業經濟效益普遍不理想。
直接還原鐵生產有許多種工藝已經成熟，但如何客觀、全面、科學地分析不同生產工藝的特點，促進我國直接還原鐵產業的健康發展，進一步提高相關企業的經濟效益，則是一個值得關注和認真探討的重要課題。為此，本報科技版在前段報導有關國內直接還原鐵生產技術工藝發展情況的基礎上，特約有關專家就發展直接還原鐵生產應注意研究工藝技術經濟指標的問題撰寫文章，希望能對直接還原鐵的生產和技術進步有所啟示和幫助。
直接還原鐵（DRI）俗稱海綿鐵，可以代替廢鋼作為電爐鋼原料，並且由於不用焦炭而用其它還原性氣體和煤作為能源，是一種短流程、低污染的冶金新工藝，也是我國鋼鐵行業用高新技術和先進適用技術改造傳統產業的工作重點之一。然而，近年來，我國鋼鐵產量即將突破2億噸，而DRI生產能力卻停滯在五六十萬噸，實際年產量十幾萬噸，主要原因是投產海綿鐵廠經濟效益普遍不夠理想。
目前，世界上有許多種DRI工藝已經成熟。為便於最佳化，促進我國直接還原鐵產業發展，以產品、工藝相近的高爐煉鐵技術為基礎，提出DRI工藝幾項主要技術經濟指標與業內人士共同探討 。
利用係數
這是衡量高爐煉鐵生產效率的主要指標。前些年高爐的利用係數一般在2.0左右，近年來國內煉鐵技術不斷最佳化，2002年重點企業高爐利用係數平均2.448，一批350m3左右高爐進入3.0以上，有些甚至突破4.0。
DRI從根本上講也是一種煉鐵技術，不能只看單機產量，應將利用係數作為考查煉鐵設備生產效率的主要指標。煤基迴轉窯利用係數0.4左右，煤基外熱式豎爐利用係數1.3左右，Midrex氣基豎爐利用係數在5以上。
能耗
工序能耗kgce/ t和焦比kg/t是高爐煉鐵能耗主要指標。隨著煉鐵技術最佳化，這個指標逐年降低。2002年重點鋼鐵企業工序能耗454,綜合焦比516。但要看到，這樣的熱能利用率已屬較高水平，進一步節能越來越困難。近年來，鋼鐵產業的發展使得焦炭供不應求、價格快速上漲，高爐煉鐵成本大幅度提高，減少焦炭用量是煉鐵節能降成本的主要措施。
直接還原鐵是用非煉焦煤或煤氣煉鐵，煤比焦炭價值低，而且在還原過程產生的煤氣可以作為能源得到充分利用，從理論上說應比高爐煉鐵節能。但是如果對煤質要求過高、煤耗過大，這種優越性就要打折扣。煤基迴轉窯為了保證產量和質量，對煤質要求比較苛刻，只有神府、義馬等幾種煤適用，煤耗1t/t鐵左右。
國內隧道窯生產海綿鐵能耗26.3134.83x10一（6）kJ/t。外熱式煤基豎爐還原劑耗熱7. 9x10一（6）kJ/ t，外熱6. 7x10一（6）kJ/t，總能耗14.6x10一(6)kJ/ t左右。氣基法Midrex豎爐消耗及然氣10.7x10一(CCWKJ/t左右。天然氣以CH一(4)等碳氫化合物為主，需要轉化為以CO和H一(2)為主的還原性氣體，本身價格和轉化成本較高，在目前和可以預見的將來都不大可能將大量天然氣用於鋼鐵冶金生產。但我國煤炭資源豐富，價格低廉，一些盛產焦煤而煤氣用戶少的地方，大量煤氣直接排空或點了天燈。煤氣主要成分是CO和H一(2)，重整耗能少，利用煤氣作能源不僅充分利用了資源，也減少了環境污染。另外，豎爐中爐料是靠自重自動下落;迴轉窯直接還原鐵工藝的爐料運動是靠迴轉窯和冷卻筒旋轉，冷卻筒還要在外面澆水冷卻，動力用電和冷卻水耗量也比豎爐大。
鐵(燒)損
這個指標是表示生產原料的損耗，像能耗一樣直接影響到投資和成本、產量、質量等各項指標。從前煉鐵工藝以高爐為主，只需按照鐵礦化學成分計算它的損耗。但對於非高爐煉鐵各種新工藝，就有必要考查一下這個指標。
迴轉窯中爐料邊翻滾邊加熱、還原，因此對爐料耐磨強度和落下強度要求很高，不然燒損很大。國內鐵礦資源豐富，但多是貧礦，經細磨、精選、高溫燒結成為DRI適用原料，運到沿海地區成本與進口不相上下。正因為如此，國內規模最大、設備最先進的華北某DRI廠原料使用進口高品位塊礦或高溫球團礦，但成本較高;國內試驗的鏈蓖機一迴轉窯“一步法”和冷固結球團一迴轉窯“二步法”工藝採用國產球團礦，使原料成本有所降低，但因球團強度低、損耗大、設備故障多，而且這些鐵氧化物、煤的製備及煤渣粉塵收集、分離大量增加了投資和成本，影響經濟效益。此外，由於迴轉窯是敞焰直接加熱，氣氛不甚適合金屬鐵還原，影響金屬化率，從而影響金屬收得率。
作業率
工業生產與科研不同，設備連續穩定運轉才有可能達到質量、產量、成本等各項設計指標，取得良好效益，這個考核指標一般用作業率表示。
高爐是連續生產，平均壽命58年。近年來套用高爐長壽技術，一些大高爐達到10年以上，有希望實現1520年。中小高爐冶煉強度高，故利用係數高、壽命稍短，有的23年就要中修一次，因此高爐常常按333350d/a計算作業率，也就是說一般9196%。 DRI的氣基法和煤基法豎爐也都是連續生產，考慮到中修周期和中修時間，作業率在333d/a以上，即大於91%。煤基回磚窯由於結構和運行特點，故障較多，設計作業率在80%左右，實際上國內企業連這個指標也難以達到，有的甚至因作業率太低、經濟效益差而破產 。
產品質量
DRI產品質量主要指標有全鐵、金屬化率、酸性氧化物(Si0-(2)+Al-(2)O-(3))和S,P含量、體密度、粒度等。由於DRI是在固態直接還原為金屬鐵，不能像高爐煉鐵一樣通過造渣去矽，要生產全鐵90%以上海綿鐵，包括迴轉窯在內的任何工藝都要求高品位鐵礦或球團礦。工藝和設備主要影響金屬化率、S和體密度等其它指標。煤基迴轉窯由於結構(燃燒室和反應室在一起)和運行特點(窯體旋轉)，很難確保DRI所需氣氛，並對爐料磨損和燒損嚴重，影響到質量的穩定。
噸鐵投資和成本
這兩個指標受上述技術指標的影響，又直接影響到企業的經濟效益，是研討工藝經濟性最重要的指標。北京鋼鐵設計總院和鋼鐵研究總院研究人員合寫的一篇論文中，對5家煤基
迴轉窯DRI廠和2500m-（3）、1200m-（3）、350m-（3）三個級別的高爐的設計指標做了統計，根據這份資料可以計算出，高爐無預處理時單位經營成本11331170元/噸。這是在大高爐利用係數1.92、中型高爐利用係數2.4時計算的，實際上近年來高爐利用係數普遍提高0. 5左右，單位投資和成本有很大下降，大部分鋼鐵廠生鐵成本900元/噸左右，一些煤鐵資源豐富、設備簡陋的地方，投資和成本更低。
總結
綜上所述，直接還原鐵確實是煉鐵發展方向之一，但企業要在激烈的市場競爭中生存、發展，還必須擇優選用並不斷改進工藝。通過上述技術經濟指標比較可知，用煤基迴轉窯法生產海綿鐵雖然技術上可行，但由於工程投資大、生產成本高，很難與豎爐直接還原鐵和高爐煉鐵競爭。實際上，DRI工藝按還原劑是氣體還是煤分為氣基法和煤基法，按還原設備分為豎爐法、迴轉窯法、轉底爐法、反應罐(隧道窯、倒焰窯)法等。國際上豎爐工藝是海綿鐵生產主體。我國煤炭資源豐富，天然氣價格高，目前用煤制氣成本也較高。要促進我國DRI產業發展，有必要重新審視我們DRI工藝路線，研究、推廣以豎爐為主體設備的煤基法和氣基法等工藝 。
