全球直接還原鐵生產(chǎn)現(xiàn)狀

根據(jù)Midrex公司直接還原鐵統(tǒng)計年報，2018年世界直接還原鐵/熱壓塊（DRI/HBI）產(chǎn)量為10049萬噸（其中HBI產(chǎn)量903萬噸），首次超過具有里程碑意義的1億噸，比2017年增長15%。從2016年至2018年，世界直接還原鐵產(chǎn)量增長38%，這是自1985年以來任意2年來的最快增長。2018年直接還原鐵的穩(wěn)定增長，主要來自今天的粗鋼產(chǎn)品對一種環(huán)境友好和低殘留金屬的氣基直接還原的強勁需求。2018年直接還原鐵產(chǎn)量排在前五名的國家依次為：印度2811萬噸，伊朗2575萬噸（印度和伊朗合計超過全球一半以上的直接還原鐵產(chǎn)量），俄羅斯790萬噸，沙特阿拉伯600萬噸和墨西哥597萬噸。

歷年來世界直接還原鐵產(chǎn)量見下圖

2018年世界分地區(qū)直接還原鐵產(chǎn)量見下圖

迄今為止，有數(shù)十種直接還原工藝實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，其中氣基豎爐（MIDREX和HYL）占直接還原鐵的主導地位。從圖3可知，2018年氣基豎爐產(chǎn)量占總產(chǎn)量的79.0%（Midrex占63.5%，HYL/Energiron占15.5%），煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原法約占總產(chǎn)量20.2%，其他方法占0.7%。

圖3 近年來各種直接還原鐵工藝產(chǎn)量占全球直接還原鐵產(chǎn)量的份額

2018年新建產(chǎn)能和在建項目主要有阿爾及利亞的兩家全球最大的年產(chǎn)250萬噸直接還原鐵項目（Tosyali阿爾及利亞一座年產(chǎn)250萬噸直接還原鐵廠于2018年11月投入使用，另一家阿爾及利亞Qatari鋼公司將于2019年晚些時候開工），屆時阿爾及利亞每年合計500萬噸的新產(chǎn)能將推動全球DRI產(chǎn)能顯著提高。另外，2018年4月開工建設(shè)的美國克利夫蘭-克利夫斯公司的熱壓塊鐵（HBI）廠也將增加全球DRI產(chǎn)能。

全球直接還原鐵發(fā)展態(tài)勢

20世紀60年代末，世界第一套直接還原鐵廠在德國投產(chǎn)。之后至2005年前后全球直接還原鐵生產(chǎn)重心位于拉美地區(qū)。墨西哥于2004年直接還原鐵產(chǎn)量達到峰值654萬噸（全球占比11.98%），委內(nèi)瑞拉于2005年直接還原鐵產(chǎn)量達到歷史峰值895萬噸（全球占比15.74%）；隨后由于天然氣價格快速上漲，直接還原鐵生產(chǎn)重心向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，2014年印度產(chǎn)量達到2342萬噸，全球占比達37.53%（2018年達峰值2811萬噸，全球占比27.97%）；隨后由于天然氣價格大幅回落，生產(chǎn)重心逐步轉(zhuǎn)移到中東地區(qū)，2014年沙特阿拉伯直接還原鐵產(chǎn)量為646萬噸，達歷史最高，伊朗直接還原鐵由2015年1455萬噸快速上升至2018年2575萬噸（全球占比25.62%），位列全球第二位；近年來，美國鋼鐵工業(yè)正面臨轉(zhuǎn)型升級，直接還原鐵產(chǎn)量也呈快速上升的趨勢。

全球主要直接還原鐵生產(chǎn)國產(chǎn)量見下圖

拉美地區(qū)：

2018年，委內(nèi)瑞拉的直接還原鐵產(chǎn)量下降到了99萬噸（約占2005年峰值產(chǎn)量895萬噸的11.1%），其熱壓鐵塊的出口下降則更為明顯。委內(nèi)瑞拉短期內(nèi)可能仍然無法解決其諸如球團礦供應短缺等問題，因此目前其直接還原鐵產(chǎn)量僅為設(shè)備生產(chǎn)能力的10%。

墨西哥的直接還原鐵生產(chǎn)在1998年和1999年超過委內(nèi)瑞拉后，已處于世界領(lǐng)先水平。2018年墨西哥直接還原鐵產(chǎn)量597萬噸。

亞太地區(qū)：

2018年印度直接還原鐵產(chǎn)量達歷史最高值2811萬噸（2014年下降到2342萬噸后呈恢復性增長），約占當年世界直接還原鐵產(chǎn)量1/3，處于世界的霸主地位，直接還原鐵的重心逐步轉(zhuǎn)移到亞太地區(qū)。

印度直接還原鐵生產(chǎn)工藝主要以煤基回轉(zhuǎn)窯工藝為主。但由于該工藝單機設(shè)備能力小、設(shè)備數(shù)量龐大、環(huán)境污染嚴重等問題，其未來的發(fā)展受阻。同時，印度對氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵同樣擁有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗和生產(chǎn)歷史。印度未來鋼鐵發(fā)展方式以氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵和電爐煉鋼為主要生產(chǎn)方式。氣基豎爐還原氣源逐步轉(zhuǎn)向以焦爐煤氣、煤制氣和頁巖氣為主，最大限度減少對天然氣的依賴。印度未來鋼鐵業(yè)將適度建設(shè)高爐流程的鋼鐵廠，增加焦爐煤氣產(chǎn)量，滿足氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵的需要。

馬來西亞全國年粗鋼產(chǎn)量為300萬～350萬噸，由于東馬沙撈越和西馬東海岸盛產(chǎn)天然氣，鋼鐵生產(chǎn)主要采用氣基豎爐直接還原—電爐煉鋼短流程工藝。

2010年，印度和馬來西亞直接還原鐵產(chǎn)量均達到峰值，中國亦在2007年直接還原鐵達到歷史最高值60萬噸，直接還原鐵生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移到亞太地區(qū)。

中東地區(qū)：

中東國家擁有豐富的天然氣資源，但煉焦煤缺乏，當?shù)劁撹F工業(yè)主要采用電爐煉鋼工藝，而中東地區(qū)廢鋼供應有限，需要大量直接還原鐵，以滿足當?shù)囟塘鞒屉姞t煉鋼原料的需求。因此，中東地區(qū)的直接還原鐵工業(yè)得到快速發(fā)展。

伊朗是全球直接還原鐵產(chǎn)量僅次于印度的第二大直接還原鐵生產(chǎn)國，2014年直接還原鐵產(chǎn)量呈快速上升的態(tài)勢，未來伊朗直接還原鐵產(chǎn)量可能位居世界第一。目前，伊朗粗鋼中有84%是將直接還原鐵作為煉鋼原料。伊朗幾乎所有主要鋼鐵企業(yè)均使用直接還原鐵進行煉鋼生產(chǎn)，只有伊朗第三大鋼鐵企業(yè)伊斯法罕鋼鐵公司（Esco）采用高爐流程。

阿聯(lián)酋阿布扎比直接還原鐵廠（簡稱ESI公司）由DANEJLI公司總承包建設(shè)2套160萬噸/年ENERGIRON氣基豎爐直接還原裝置，并實現(xiàn)了與電爐煉鋼的整合，成為世界上規(guī)模最大，技術(shù)最先進的短流程鋼鐵廠，為短流程鋼鐵廠擴大單模塊生產(chǎn)規(guī)模取得工業(yè)性生產(chǎn)經(jīng)驗，也為傳統(tǒng)鋼鐵廠降低能耗，降低CO2排放量，降低生產(chǎn)成本，取得技術(shù)上的突破。ESI鋼鐵公司一期工程直接還原鐵設(shè)計規(guī)模為160萬噸，電爐設(shè)計能力為140噸電弧爐，2009年10月一期建成投產(chǎn)。ESI鋼鐵公司用33個月建成300萬噸的聯(lián)合短流程鋼鐵廠，計劃完成三期、四期工程后粗鋼總產(chǎn)能達到650萬噸/年。

沙特阿拉伯和卡塔爾因國內(nèi)需求強勁，2014年兩國直接還原鐵產(chǎn)量也出現(xiàn)大幅增長。

近年，中東地區(qū)直接還原鐵年增長率達10%左右，2014年沙特阿拉伯產(chǎn)量達到最高值646萬噸，2015年伊朗和沙特阿拉伯產(chǎn)直接還原鐵分別達1462萬噸和646萬噸，埃及在2014年達最高343萬噸。在2015年前后直接還原鐵的生產(chǎn)重心又轉(zhuǎn)移到中東地區(qū)，2015年中東地區(qū)直接還原鐵產(chǎn)量約占全球產(chǎn)量近半壁江山。

北美地區(qū)鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型

美國鋼鐵工業(yè)發(fā)展較為成熟，當今美國鋼鐵生產(chǎn)中，電爐煉鋼比在60%左右（2018年世界電爐鋼比28.8%，中國電爐鋼比11.6%），遠遠領(lǐng)先于其他主要產(chǎn)鋼國家（地區(qū)）。電爐主要采用廢鋼或直接還原鐵生產(chǎn)。其中，紐柯鋼鐵公司是世界上直接還原電爐煉鋼最先進的生產(chǎn)廠家，推動美國直接還原工業(yè)的新發(fā)展。美國頁巖氣供給增加，對美國乃至全球的能源格局產(chǎn)生影響，促進美國制造業(yè)快速回歸，對鋼鐵工業(yè)亦產(chǎn)生積極影響。美國天然氣成本降低，有效提升美國鋼鐵廠的競爭力，特別是小規(guī)模、專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)。

美國鋼鐵公司粗鋼產(chǎn)量約占美國粗鋼總產(chǎn)量的一半，紐柯鋼鐵公司和AK鋼鐵公司各占1/4，但后兩個廠粗鋼生產(chǎn)成本是美國鋼鐵公司的一半，其重要原因是兩個廠采用直接還原電爐煉鋼短流程，從而實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)約資源，并降低了生產(chǎn)成本。

2010年9月，紐柯鋼鐵公司于2013年年底已在路易斯安娜州投資7.5億美元，采用Energiron ZR技術(shù)（見圖2）成功投產(chǎn)一座年產(chǎn)250萬噸直接還原電爐煉鋼短流程煉鋼廠，目前，該項目產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，產(chǎn)能利用率達85%以上。紐柯路易斯安娜州第二套250萬噸直接還原鐵生產(chǎn)裝置也已經(jīng)開始建設(shè)施工。Energiron ZR工藝是由達涅利、Tenova HYL和Techint等公司組建的Energiron公司研發(fā)。該技術(shù)的最大特點是生產(chǎn)的高度靈活性并且不需要煤氣重整器，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣、廢水不僅量少而且很容易控制，可以滿足嚴格的環(huán)境排放標準。通過對DRI生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的CO2進行捕獲和再利用，還可以獲得穩(wěn)定的經(jīng)濟效益。此次紐柯公司興建的DRI廠，其產(chǎn)品金屬化率為96%，碳質(zhì)量分數(shù)不低于3%。

奧地利奧鋼聯(lián)首先奪取美國市場先機，在美國投資5.0億美元，建設(shè)一座年產(chǎn)200萬噸用頁巖氣生產(chǎn)直接還原鐵電爐煉鋼短流程鋼廠。目前鐵礦石價格跌幅較深，美國天然氣價格亦處較低水平，這也是奧鋼聯(lián)和紐柯建設(shè)直接還原鐵廠的誘因，反映出采用直接還原鐵電爐煉鋼的趨勢和比較優(yōu)勢。此外，美國鋼鐵公司（USS）和共和鋼鐵公司也在研究建設(shè)直接還原鐵合資企業(yè)的可行性。美國鋼鐵公司和埃薩鋼鐵明尼蘇達公司已經(jīng)從美國明尼蘇達州獲得了建設(shè)直接還原鐵設(shè)施許可證；共和鋼鐵公司的直接還原鐵廠將建在俄亥俄州Lorain在建中的電爐鋼廠內(nèi)。2018年由米德雷克斯技術(shù)公司為克利夫蘭-克利夫斯公司在建的熱壓塊鐵（HBI）廠也將增加全球DRI產(chǎn)能。

據(jù)不完全統(tǒng)計，近年美國鋼鐵業(yè)建設(shè)的大型（150萬噸以上）直接還原電爐短流程鋼廠的產(chǎn)能達1200萬噸以上。直接還原電爐短流程工藝的產(chǎn)能將超過美國鋼鐵總產(chǎn)能的半壁江山。目前，美國鋼鐵工業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級，直接還原鐵產(chǎn)量呈快速上升的趨勢。

中國直接還原鐵發(fā)展戰(zhàn)略

發(fā)展戰(zhàn)略：

直接還原技術(shù)是中國未來鋼鐵工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略技術(shù)方向，但須主要由廢鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展來推動和帶動。目前，全球主流的電爐煉鋼流程一般是以50%～70%廢鋼配加50%～30%的直接還原鐵原料。直接還原鐵是全球公認的電爐煉鋼最為理想的稀釋原料。在使用廢鋼時，配加一定比例的直接還原鐵，可大幅度降低廢鋼中的殘余元素及有害元素，生產(chǎn)出高附加值的潔凈鋼和優(yōu)質(zhì)鋼。近年來，中國廢鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，鋼廠每年使用廢鋼量已達2億噸左右，預計“十三五”期間有望達3億噸/年，這勢必將拉動或帶動與之配套直接還原鐵產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著中國電爐鋼產(chǎn)能逐漸增加、廢鋼資源利用越來越多的情況下，直接還原鐵將越來越受到鋼鐵行業(yè)的重視，將迎來直接還原鐵發(fā)展的良機。與之同時，中國直接還原鐵技術(shù)經(jīng)過幾十年的不懈努力和發(fā)展，這也是不斷積累和量變的過程。量變積累到一定程度必然會發(fā)生質(zhì)變，這個質(zhì)變就是中國直接還原鐵技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化應用。

發(fā)展建議：

中東地區(qū)和印度等發(fā)展經(jīng)驗表明，利用氣基豎爐法是迅速擴大直接還原鐵生產(chǎn)的有效途徑。氣基的豎爐直接還原工藝，具有生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、自動化程度高、生產(chǎn)成本低、操作方便靈活、環(huán)境影響小等優(yōu)點。由于受能源（高品位含鐵原料）、資源（高品位球團礦）等限制，中國氣基直接還原發(fā)展緩慢。隨著中國天然氣資源的開發(fā)及焦碳工業(yè)的改造整合，中國國內(nèi)部分地區(qū)具備了發(fā)展氣基還原法的條件，如山西省具備焦爐煤氣、煤層氣等還原氣資源條件。同時，煤制氣技術(shù)包括焦爐煤氣、工業(yè)氧、水蒸氣為氧化劑的煤制氣、地下煤氣化等為發(fā)展煤制氣－豎爐直接還原工藝創(chuàng)造了條件，氣基豎爐還原將成為中國發(fā)展直接還原生產(chǎn)的重要方向之一。

目前，中國國內(nèi)山西、內(nèi)蒙、江蘇等地有多家公司籌備煤制氣-豎爐氣基還原項目。如山西某公司在建利用長焰煤裂解-煤制氣-豎爐直接還原鐵生產(chǎn)高純材料項目。山西另一公司30萬噸/年焦爐煤氣-豎爐氣基還原生產(chǎn)粉末冶金項目預計2019年底建成投產(chǎn)，屆時將實現(xiàn)中國直接還原技術(shù)大規(guī)模工業(yè)化的零的突破，將對中國直接還原技術(shù)的發(fā)展起到示范、引領(lǐng)和帶動作用。

未來直接還原鐵發(fā)展

全球直接還原鐵生產(chǎn)重心經(jīng)歷了由拉美地區(qū)逐步轉(zhuǎn)向亞太地區(qū)，目前已轉(zhuǎn)移到中東地區(qū)。隨著煤制氣技術(shù)的日趨成熟和環(huán)保日益重視，未來生產(chǎn)重心有可能重新轉(zhuǎn)移到亞太地區(qū)。

中國鋼鐵工業(yè)面臨鋼鐵流程的優(yōu)化和高質(zhì)量發(fā)展的機遇，發(fā)揮中國國內(nèi)煤碳資源和焦爐煤氣等豐富的比較優(yōu)勢，在煤制氣或焦爐煤氣生產(chǎn)直接還原鐵創(chuàng)新突破。美國大力發(fā)展直接還原鐵對中國鋼鐵工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展具有重大啟示和借鑒意義。

高爐使用直接還原鐵后可大幅提高生產(chǎn)效率，減少二氧化碳溫室氣體排放，未來將有更多的鋼廠考慮在高爐中使用熱壓塊并作為常態(tài)。中國高爐—轉(zhuǎn)爐長流程占主導地位，高爐煉鐵面臨碳排放、能耗、成本壓力巨大，加快研究高效低成本適合中國國情的直接還原鐵技術(shù)迫在眉睫。

中國直接還原鐵的發(fā)展首要問題是能源，氣基豎爐直接還原工藝作為非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展的主要方向，大型煤制氣工藝的經(jīng)濟性是當前決定中國直接還原新工藝成功的關(guān)鍵。???