直接还原网（www.driinfo.com）/天津奥沃冶金技术咨询有限公司

　　2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标。2021年10月，《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》以及《2030年前碳达峰行动方案》这两个重要文件相继出台，共同构建了中国碳达峰、碳中和“1+N”政策体系的顶层设计，而重点领域和行业的配套政策也将围绕以上意见及方案陆续出台。国家及各省市针对一些重点领域、重点行业陆续制定碳达峰实施方案，构建起目标明确、分工合理、措施有力、衔接有序的碳达峰碳中和“1+N”政策体系，把碳达峰碳中和纳入经济社会发展全局，建立碳达峰“1+N”政策体系，围绕加快产业结构和能源结构优化调整，深入开展工业等重点领域节能减排和能效提升工作，全面推进经济社会绿色低碳转型。

　　2022年1月，工信部、国家发改委、生态环境部联合发文，提出深入推进绿色低碳，落实钢铁行业碳达峰实施方案，确保2030年前碳达峰。2022年8月，钢铁行业低碳工作推进委员会正式发布钢铁低碳技术路线图，随后众多钢铁企业纷纷发布双碳愿景，均提出在2025年前实现碳达峰。碳达峰、碳中和已经成为钢铁行业高质量发展的硬约束。

　　钢铁行业实现低碳转型，在生产工艺方面需要经历从碳基生产工艺到去碳化、以天然气+氢气为主的生产工艺，再到以冶炼废钢为基础的生产工艺的转变;在原材料方面需要经历从以中低品位铁矿石为主到以高品位铁矿石为主，再到以废钢为主的转变。

　　目前，中国钢材消费总量已达峰，总量下降是必然趋势，产能过剩，包括阶段性、品类性、区域性的过剩仍是困扰钢铁行业的首要问题。提升产业基础能力和产业链水平，坚持绿色发展和智能制造两大发展主题将是钢铁行业未来持续推进的重点任务。

1我国非高炉行业现状

　　非高炉冶炼技术分为直接还原法和熔融还原法。直接还原法是使用煤、气体或液态燃料为能源和还原剂，在铁矿石软化温度以下，不熔化即将矿石中的氧化铁还原获得固态直接还原铁( DRI、HBI、HDRI)。按还原剂种类可分为气基还原和煤基还原，按炉型分类可分为隧道窑工艺、回转窑工艺、转底炉工艺、煤基竖炉工艺、气基竖炉工艺等。熔融还原法是指不用高炉而在高温熔融状态下还原铁矿石的方法，其产品是成分与高炉铁水相近的液态铁水。常用的熔融还原方法有Corex法、HIsmelt法、Finex法等。我国非高炉行业发展现状如下：

　　1.1回转窑工艺

　　回转窑直接还原工艺是成熟工艺，国际上常用的煤基还原技术多是回转窑“二步法”直接还原技术，即：采用氧化球团或高品位块矿加入回转窑的还原工艺，印度有300余条年产2-15万吨的回转窑直接还原铁生产线，占到印度国内直接还原铁产量的七成以上比例。

　　采用“一步法”回转窑直接还原工艺，即用冷固结球团或预干燥球团直接加入到回转窑中进行还原焙烧，由于球团强度不够，粉化问题突出，面临一定的生产操作问题。

　　当前我国回转窑直接还原工艺发展的特征：

　　回转窑工艺的原料适用范围广，自动控制水平高，产品稳定、活性高，单窑产量一般在5-15万吨/年，投资规模适中，且回转窑装置是冶金工业生产中常用的冶金装备，应用普遍，容易获得,很多企业都存在因淘汰或拆迁改造原因闲置的回转窑。

　　国内回转窑直接还原铁生产线现存不多的原因在于相对于国内高炉而言，生产成本不占优势。天津钢管公司“二步法”DAVY回转窑生产线，单条窑产量最高达到18万吨，超过了15万吨/年的设计能力，可生产出TFe>92.0%的高品质炼钢海绵铁，产线的生产能力和产品指标都超越了国际上同类型生产装置，实践证明了回转窑直接还原铁工艺技术的可靠性。目前，这两条生产线被内蒙古中盛科技拆走，被用于其年产60万吨(4*15万吨)回转窑直接还原铁项目的一期项目，由于公司资金原因，项目建设进展缓慢，工程尚未完工。

　　我国回转窑直接还原工艺技术被广泛应用于钢厂尘泥处理、含锌渣生产氧化锌等固废综合利用、低品位铁矿的综合利用，以及钛铁矿还原、铬铁矿还原、红土镍矿直接还原生产镍铁，目前建成并生产运行的回转窑还原生产线有数百条之多。钢铁企业近年来钢厂粉尘利用多是采用回转窑还原工艺:日钢、舞钢、立恒钢铁、建邦钢铁、美锦钢铁、莱钢、本钢、晋源、邯钢、衢州钢铁等数十家钢厂均采用回转窑粉尘处理工艺。回转窑直接还原法在钛铁矿、铬矿还原的还原生产上也取得了不错的效果：回转窑直接还原技术是将钛铁矿原料直接放入回转窑中进行还原反应,通过控制温度、气氛等参数，将钛铁矿中的氧化铁还原成金属铁，同时获得一定的金属钛和气态产物。该技术相较于传统的熔炼法，具有能耗低、环保、产物利用率高等优势，因此受到了广泛的关注和应用。丰镇市新太新材料公司采用链篦机—回转窑预还原—热送热装工艺生产高碳铬铁，电耗降低25%，焦耗降低近50%，产量提高超过30%。

　　酒钢集团基于回转窑直接还原工艺原理创新性引入煤基氢冶金概念，并于2020年10月份建成一套年处理能力8万吨煤基氢冶金中试基地生产线，2022年移交生产部门进入常规生产考核。

　　1.2 隧道窑工艺

　　隧道窑工艺相对简单、技术含量低，加上原料、还原剂、燃料容易解决，前期投资小,适合小规模生产，单窑产量一般在1-3万吨/年，是粉末冶金行业普遍使用的还原生产工艺。由于规模小、原料外购为主、得不到稳定的原料供应保证、产品质量波动大，较少用于炼钢海绵铁的生产，仅个别钢厂附属隧道窑工厂生产炼钢海绵铁。

　　当前我国隧道窑工艺发展的特征：

　　隧道窑法存在单机产能小、自动化程度低、劳动强度大、能耗高、环境污染大的不足。

　　近年来，随着国家对环保要求和能耗指标的日益强化，多数隧道窑从煤炭改为煤制气或天然气供能，环保方面有了大幅改进，但也极大增加了企业生产成本。

　　随着我国近年来铁精粉选矿技术的进步，可以生产出铁品位71.5%以上的高品质超纯铁精粉，以其为原料生产出来的还原铁粉质量优异，可应用于高端磁性材料和优质的化工材料，尤其在新能源电池领域应用有大幅增加，使得高端还原铁粉的需求增加，2021年以来，一些有资源优势的地方再度改建或扩建隧道窑生产线。造成了当下以铁精粉为原料的隧道窑生产线增加，而传统的氧化铁皮原料的隧道窑工艺由于原料供应及市场原因呈收缩态势。

　　我国隧道窑还原工艺在国外市场得到了一定发展：伊朗、印度等铁矿资源丰富且缺乏焦煤的国家引进了中国隧道窑工艺技术生产炼钢海绵铁。唐山奥特斯窑炉公司在伊朗Kavian公司一期年产7万吨项目两条206米天然气隧道窑均正常生产，生产效益良好，厂家顺利投建了二期项目;伊朗KNZ一期项目已经完工，2021年6月顺利投产。另外，该公司在印度也有隧道窑生产线业绩。湖北中基窑炉也有在伊朗建设隧道窑的业绩，还有其它窑炉公司也有非洲建厂业绩。

　　1.3 转底炉工艺

　　转底炉因具有环形炉膛和可转动的炉底而得名，其原料是铁矿粉和煤粉制成的含碳球团，经配料、混料、制球和干燥后加入转底炉中，炉膛温度可达1250~1350℃左右，含碳球团高温下随炉底旋转一周的过程中，铁矿被碳快速还原、生成金属化球团，最后由螺旋出料机推出炉外，经冷却后运往熔分炉作原料、或作电炉炼钢原料。由于转底炉生产过程中煤灰渗入，产品铁品位较低(一般为70-80%左右)、S高。

　　当前转底炉工艺发展的特征：

　　转底炉工艺的应用方向重点在于高炉污泥或除尘灰等钢厂废弃物的处理、以及多金属矿利用，转底炉单线处理能力一般在20-30万吨/年，单位投资较大，环保效果较好。

　　国内建有多条转底炉生产线，其中用于复合矿的综合利用(四川龙蟒、攀钢研究院)、高锌含铁尘泥利用(莱钢、马钢、沙钢、日照钢铁、燕山钢铁、宝钢湛江、武钢、梅钢)、生产预还原炉料(山西翼城、天津荣程)等。当前国内正常生产运行20余条转底炉生产线，基本都是用于钢厂粉尘的处理。

　　中冶赛迪和宝武集团在转底炉方面的合作加速了该技术在钢厂固废处理方面的推广应用。中冶赛迪首条转底炉生产线业绩是在燕山钢铁公司年产20万吨/年的处理钢厂含锌尘泥生产线，2015年投产，实现脱锌率>85%，金属化率>75%，年产约14万吨金属化球团、0.5万吨氧化锌粉尘、13万吨蒸汽，年处理高炉、转炉除尘灰等冶金固废约20万吨，具有很高的经济和环保价值。在燕钢一期转底炉项目基础上，2016年中冶赛迪和宝武集团联合进行了转底炉直接还原技术研发与产业化开发，在宝钢湛江建成了年处理20万吨含锌粉尘转底炉生产线，实现达标达产、100%固废不出厂的目标，成为国内转底炉处理含锌粉尘的标杆企业，并在宝武集团内推广应用，建有多条转底炉生产线。中冶赛迪也在2016年，与燕山钢铁第二条20万吨转底炉生产线开发设计，并顺利达成。中冶赛迪和宝武转底炉事业部都相继利用其在国内转底炉生产线的设计和生产经验，建设了20余条转底炉生产线，用于钢厂粉尘处理，成为国内转底炉生产的主导工程设计单位。

　　1.4 煤基竖炉工艺

　　煤基竖炉因其产量可以扩大、具备规模优势，一些试验工厂的指标可以达到炼钢标准而得到行业重视，有不少企业在进行煤基竖炉方面的工业试验。目前武汉科思瑞迪公司(COSRED)在湖北宜昌建有一座年产1万吨中试生产线，总体装备运行良好，采用品位70%以上的铁精粉可生产出全铁95%以上的海绵铁，并可生产粉末冶金用的还原铁产品，产品质量好。COSRED煤基竖炉生产操作控制的工艺参数很少，主要为还原温度和还原时间，还原温度通过燃烧室的燃烧温度来进行控制和调整，还原时间通过还原室下部的排料速度来进行控制和调整。煤基竖炉的生产操作简单，可实现全自动控制，而且生产的稳定性高、易损件少、维护量小。目前已在缅甸扩建一条年产5万吨煤基竖炉海绵铁生产线，在越南建有一条年产10万吨煤基竖炉海绵铁生产线。

　　当前煤基竖炉工艺发展的制约之处在于规模样本生产工厂数量不多。

　　1.5 气基竖炉工艺

　　气基竖炉直接还原法是当今世界上的主流直接还原工艺，全球采用气基竖炉直接还原工艺生产的海绵铁占比≥75%。气基竖炉单套设备产量大(单条竖炉产能一般在50-250万吨/年)、不消耗焦煤，节能、环境友好、低能耗、低CO2排放。气基还原技术是产品质量优良的低碳绿色先进炼铁技术。

　　当前气基竖炉工艺发展的特征：

　　1)现有河钢宣钢气基竖炉工厂和2023年底建成投入试运行的宝钢湛江气基竖炉工厂直接关系到中国氢冶金技术的未来发展走向，是行业关注的焦点所在。

　　河钢宣钢气基竖炉工厂(河北张宣高科科技有限公司)采用ENERGIRON ZR直接还原工艺，项目含铁原料计划采用宣钢自产氧化球团，产品为直接还原铁(DRI)。项目一期建设规模55.5万吨/年，采用富氢焦炉煤气做还原气，二期建设规模55.5万吨/年，计划采用天然气做还原气。目前一期已经于2023年5月建成投产，陆续生产至今，产品金属化率可达94%，全铁能到89%以上。生产过程中也在针对用气和制气环节在做进一步优化。

　　宝钢湛江钢铁百万吨级氢基竖炉作为钢铁行业低碳冶金示范性、标志性项目，工程总投资18.9亿元，该项目是国内首套百万吨级氢基竖炉，也是首套集成氢气、焦炉煤气和天然气混合气进行工业化生产的直接还原生产线，所产直接还原铁代替废钢供转炉使用。2023年12月23日，一期百万吨级氢基竖炉工程氢基竖炉成功点火，2024年元月2日生产出产品，金属化率达到94%。目前已进行3次测试不同混合气组成的投料试产调试,湛江钢铁氢基竖炉目前还在试生产阶段，在试生产过程中不断优化和完善系统控制功能、工艺参数、操作规程，系统解决工艺难题。8月，百万吨级氢基竖炉实现7天连续满负荷生产、顺利通过周达产功能考核，总产量21620吨，小时产量达128吨，金属化率达94%以上，并成功验证了高氢(70%氢气含量)冶炼条件。

　　2)多家民企也在积极进行气基竖炉生产探索或建设

　　山西中晋太行矿业公司30万吨焦炉煤气竖炉直接还原铁工厂2022年11月9日，该厂焦炉煤气重整启动点火，11月13日成功生产出指标合格的热压块铁(HBI)产品。因铁精粉原料备货不足，以及受疫情影响，加上销售渠道没有完全畅通，该厂于12月23日因原料消耗殆尽而停产，期间有效生产天数约40天。目前生产线已经检修完毕，等待市场复产机会。

　　内蒙古自治区明拓集团有限公司，计划采用米德雷克思的气基竖炉技术，以合成煤气为还原气，建设年产能力110万吨的还原铁厂。2022年4月，项目设计合同在内蒙古包头九原工业园区举行签约仪式。2023年4月15日，国际氢能冶金化工产业示范区新能源制氢联产无碳燃料配套风光发电一体化示范项目奠基仪式在达茂巴润工业园区钢铁稀土原料加工园举行。目前开工的一期项目，计划投资120亿元，建设15万标方每小时再生水电解制氢和1800吨/天动态绿色合成氨系统，配套150万千瓦风电场及示范区整体公辅工程，2024年建成投产。

　　另外，黑龙江建龙60万吨氢冶金直接还原项目，四川安宁钒钛100万吨氢冶金直接还原项目以及京华日钢控股集团年产50万吨氢冶金及高端钢材制造项目均有项目建设计划消息传出。

　　3）多条纯氢工业试验装置投入运行或在建中

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