钢铁工业为了摆脱焦煤资源短缺对发展的羁绊，适应日益提高的环境保护要求，降低钢铁生产能耗，改善钢铁产品结构，提高质量和品质，寻求解决废钢短缺的途径，实现资源的综合利用，使得非高炉炼铁工艺越来越得到重视。尽管迄今为止还没有任何一种非高炉炼铁工艺能够超越高炉的高功率、大容量的绝对优势，但作为传统工艺的有益补充，非传统工艺仍然占据了一席之地。
　　我国天然气缺乏，但煤炭资源丰富的特点，决定了煤基直接还原技术是我国发展直接还原铁的首选工艺。
　　1、煤基直接还原铁生产现状
　　煤基直接还原是指直接以煤作还原剂的工艺，是相对于气基直接还原工艺而言。目前世界直接还原铁生产中，主要分为气基法和煤基法，表1为2003～2007年世界几种直接还原工艺的产量构成。

　　表1   2003～2007年世界几种直接还原工艺 %
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　　年份   Midrex   HYL-III   HYL-I   Finmet  其他气基   煤基
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　　2003   64.60    18.40     1.30     5.20    10.20     0.40
　　2004   64.10    18.90     1.90     1.50    13.50     0.10
　　2005   61.34         19.65         2.32     0.04    16.48
　　2006   59.70         18.40             2.20         19.69
　　2007   59.10         16.80             1.60         22.60
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　　表中显示煤基直接还原法生产的DRI占总产量的比例小，但近几年发展较快，产量逐渐增加，其生产主要集中在印度和南非等地。世界上现有煤基直接还原工艺不少，但形成生产规模的主要有两种：回转窑和转底炉。
　　1.1 回转窑工艺
　　目前，世界煤基直接还原铁采用的主流工艺是回转窑，其优点是出窑产品经磁选后提高了铁品位，产品质量较好且已成为电炉冶炼优质钢的洁净铁源之一。
　　现有生产炼钢原料的煤基回转窑可分为：德国克虏伯法（Krupp-Codir）；德国鲁奇法（SL/RN）；印度阿卡尔法（AccAR）；印度西尔法（Sill）；英国戴维法（DRC）；印度梯第尔法（TDR）。其中德国的CODIR法最为典型，在整个煤基直接还原过程中占据重要地位。
　　CODIR回转窑工艺流程是由德国Krupp公司在WELZE和KRUPP-RENN流程基础上开发成功的。
　　该工艺原料可为球团矿、块矿，也可为粉矿，还原剂采用挥发分较小的高活性煤，脱硫剂用石灰石或白云石。炉料、还原煤和脱硫剂从回转窑尾部进入窑内后在与炉气逆向运动过程中将矿石还原为海绵铁。
　　CODIR回转窑工艺流程中约占总量70%的还原煤由窑头用压缩空气喷入，因此较好地抑制了再氧化和结圈现象。冷却筒采用间接和直接水冷相结合的方式，提高了设备的作业率，有利于回转窑的连续、稳定生产，在多种回转窑工艺中具有较突出的优势。早在1973年，南非Dunswart公司年产15万t海绵铁的CODIR回转窑工业装置就已投产。
　　回转窑工艺虽已趋成熟，也达到一定规模，但有其固有缺点：料在窑中随窑体转动而滚动运动，易被粉碎，产生的粉末与煤灰粘在一起而形成“结圈”，从而损坏炉衬，形成操作事故，使作业率下降；受“结圈”影响，还原温度偏低，一般最高1100℃左右，影响还原速度；对煤种有特定要求，灰熔点必高于1280℃，否则就要“结圈”；单台设备生产能力不大，设备投资相对较大。
　　1.2 转底炉法
　　转底炉由于反应速度快、原料适应性强等特点，近年来得到了快速发展。转底炉工艺有许多种，包括Fastmet、Inmeto、Comet等，其中机械化、自动化程度较高的Fastmet法是先进、经济、可靠且可借鉴的工艺。
　　Fastmet工艺是由美国Midrex直接还原公司与日本神户制钢于60年代开发出来，采用环形回转炉生产DRI的一种方法。该方法用煤粉和铁矿粉作原料，制成的冷固结含碳球团矿在炉中不依靠焦炭和天然气而实现高温还原。
　　铁精矿、煤粉和粘结剂混合搅拌器造球后直接装入干燥器或转底炉。在1250～1350℃的高温下，随着炉底的旋转，约有90%～95%的氧化铁被还原成DRI。
　　转底炉工艺最基本的特点是细粒度的矿煤紧密结合，在高温下快速还原，只需10～20min，生产周期短；料落在炉底后就不再运动，只随炉底前行，故不致破碎，对球的强度要求不高；能量利用率高，还原产物CO经二次燃烧放出大量热能，约相当于总供热量的一半左右（国外有报道为三分之二）；原料中如含有害杂质（锌、铅、砷等），在转底炉中可以部分或大部挥发，并可从烟气中回收；炉内为微负压系统，无烟气泄出，也无工业污水，烟气中SO2排放量也大大低于烧结；投资不算大，低于相当规模的回转窑。
　　不过转底炉法存在产品含铁品位低，含硫高（TFe＜85%，硫0.1％～0.2%）的缺点，难以直接作为生产炼钢用DRI；产品直接加入高炉炼铁，当加入量较小时可提高高炉产量，降低焦比，但加入量大时对高炉的影响情况还有待考证。另外设备运转部件多，运行维护难度大，产品的稳定性还有待实际生产来验证。
　　2、我国煤基直接还原铁现状
　　我国DRI的生产还处于起步阶段，产量依旧很低，一直不足百万吨，2003年为31万t，2004年为43万t，2005年为41万t，2006年为40万t，2007年为60万t。每年国内一些大型钢铁企业还从国外进口质量较好的直接还原铁产品，每年进口的数量约为50～100万t左右。
　　近一两年新上马的DRI厂较多，但时至今日，直接还原铁在我国并没有取得人们当初所期望的那样长足发展，究其原因就在于我国DRI原料供应问题、现有工艺不先进、生产规模小、质量差，根本无法与进口直接还原铁竞争。
　　我国的铁矿资源以贫铁矿为主，少量的天然富矿，品位也只有60%左右，这就意味着国内基本没有可以直接供直接还原所需的大型富块矿矿山基地。通过细磨精选，将使这些精矿粉的生产线成本升高，铁回收率下降。精矿粉经脱水、干燥、制粒、焙烧加工成具有一定强度的炉料(球团或压块)，或因工艺复杂，设备投资过高，或因工艺技术尚未完善，工艺的稳定性或可靠性尚待解决，成为我国直接还原铁发展的限制性环节，严重地影响着我国直接还原铁的迅速、正常发展。
　　目前，我国直接还原铁技术主要是回转窑法和隧道窑法，另外转底炉工艺也正在国内逐渐发展起来。
　　2.1 国内回转窑现状
　　国内已建成的回转窑工艺有三种：一步法、二步法和冷固结球团法。
　　“一步法”是指把细磨铁精矿造球，在链篦机上经干燥、预热（900℃），直接送入回转窑进行固结和还原，所有工序在一条流水工艺线上连续完成。
　　“二步法”是先把铁精矿造球，经高温（1300℃）氧化焙烧，制成氧化球团；然后再将氧化球团送入回转窑进行还原，制成成品。
　　“冷固结球团法”是在磁铁矿精粉中加入少量特制的复合型粘结剂造球，在较低的温度（200℃）下干燥固结，然后送入回转窑进行还原，省略了高温焙烧氧化固结的过程。
　　据不完全统计，我国有5家回转窑直接还原厂，具体情况如表2所示。
　　表2   我国回转窑直接还原厂家
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　　回转窑直接还原厂家          工艺     年产量，万t
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　　新疆富蕴金山矿冶有限公司    一步法         30
　　辽宁喀左                    一步法          5
　　密云冶金矿山公司            一步法        6.2
　　天津钢管公司                二步法         30
　　鲁中冶金矿山公司          冷固结法          5
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　　现在除了天津钢管公司和新疆富蕴金山矿冶有限公司仍在生产外，其他三家皆因成本、环保及原料等问题，相继停产。
　　2.2国内隧道窑现状
　　国内除了回转窑直接还原厂，其余的煤基DRI均为隧道窑罐式法厂家生产，其产品也是目前市场上流通使用的主要商品还原铁。我国已建成和正在建设的隧道窑有100多座，设计年产能超过400万t，且DRI隧道窑建设热潮有增无减，现有约70多个单位规划建设产能5～30万t/a的隧道窑直接还原厂。
　　但隧道窑法采用铁矿粉和还原煤间接加热的方式来还原，存在热效率低，能耗高（还原煤500～650kg/t?DRI，加热用煤450～550 kg/t?DRI），生产周期长（48～76h），污染严重（还原煤灰，废还原罐等固体废弃物多，粉尘多），产品质量不稳定，单机生产能力难以扩大等问题，因此将来不可能成为我国直接还原铁发展的主导方法。
　　2.3国内转底炉现状
　　我国对转底炉工艺的研究有一定的历史，其中转底炉煤基热风熔融炼铁工艺，又称恰普法（CHARP），是由北京科技大学冶金与生态工程学院冶金喷枪研究中心在转底炉直接还原基础上开发的新炼铁工艺。1997年，冶金喷枪研究中心在含碳球团直接还原的实验过程中发现了珠铁析出的现象，同年申请了转底炉珠铁生产的专利。2002年再次申请了名为煤基热风转底炉熔融还原炼铁法的专利。
　　在该工艺中，含碳复合球团在1350～1450℃的温度下还原、熔化，且铁水易于与渣分离。不同于传统DRI技术的固相区还原，该工艺在固液两相区进行还原反应。
　　1992年，北京科技大学理化系与河南舞阳钢铁公司合作，借鉴Fastmet和Inmetco工艺，在舞阳钢铁公司建成一座直径3m的环形转底炉并进行了试验，取得初步成功。后来又为鞍山设计了一台直径8m的直接还原环形转底炉。1996年在鞍山汤岗子铁矿建成了一座直径5.5m转底炉试验装置，产品的金属化率稳定，达80％～85%。2004年在山西和河南的两家钢铁公司建成了直径为13.5m的转底炉两台，设计年生产能力为金属化球团矿7万t。山西翼城和河南巩义永通钢铁公司的转底炉虽建成，但现在都处于停炉状态。
　　马钢首座20万t/a含锌尘泥转底炉脱锌工程，已于2008年10月28日进入设备与钢结构安装阶段，2009年整个工程完工；莱钢的转底炉处理钢铁厂粉尘项目也已获得国家批复，建成后可形成年处理自产尘泥32.9万t，年产金属化球团20万t，锌灰0.2万t的生产能力；天津荣成钢铁公司正在建设年产80万t的转底炉来扩大产能。转底炉还原装置的应用正在逐步改变我国的直接还原铁生产的格局，出现了一片大好的发展热潮。
　　3、发展前景及建议
　　我国虽然是世界钢铁生产大国，但并不是钢铁强国，我国钢铁产品在国际市场上的竞争力还不强，需要调整钢铁产品结构、提高市场竞争力。发展DRI，实现“精料入炉”，能够提高废钢综合利用水平，促进和保证我国发展优质钢。
　　国内现有的直接还原工艺单体产能有限，单体最大产能也只有15万t/a，很难满足我国不断增大的DRI需求量，因此今后寻求具备更大产能的工艺是提高DRI年产量的一个发展趋势。
　　现有的煤制气-竖炉直接还原工艺为天然气资源不足的地区，尤其是对我国直接还原的发展提供了新的途径。我国有丰富的煤炭资源、成熟的煤制气技术和长期运行的经验，并且煤制气技术还是国家推广的环保用煤技术，具有发展煤制气-竖炉工艺的先决条件。如今辽宁海城东四型钢公司、延吉东方创新资源有限公司等都在筹划、规划、设计建设煤制气-竖炉直接还原铁项目，其中海城东四型钢公司、延吉东方创新和吉林天池矿业设计建设的DRI项目分别为年产50万t、100万t和80万t，这些项目的建成将彻底改变我国直接还原铁生产的面貌，大大提高我国DRI的年产量。煤制气-竖炉直接还原工艺也将成为我国DRI生产的重要途径。
　　针对现今制约我国直接还原铁发展的因素，结合今后的发展前景，提出两点建议：
　　应采用多种途径寻求和建立稳定优质的原料供应基地，解决DRI的矿石资源。
　　对于没有原料资源的沿海地区，应广开门路建立多渠道国外块矿或氧化球团供应网。
　　我国矿产资源虽然天然富矿少，但铁精矿资源较充足，因此建设直接还原铁专用球团生产厂在资源上是可行的。根据现有资料，迁安、辽阳、本溪、武安、桦甸等地区的铁精矿都符合要求，均有可能建设这类球团生产厂。球团成本都可能达到等于或低于国外同类、同质量的矿石或球团的到岸价格。
　　冷固球团是另一种降低DRI原料成本的优选产品。冷固球工艺简单，节省能源，它的开发很可能为DRI发展走出新的路子。因此，冷固球团的研究和工业性试验是十分必要的，应该引起冶金工业的重视和支持。
　　组织对煤制气-竖炉直接还原技术的研究，尽早实现工业化。
　　煤制气-竖炉直接还原工艺在资源和技术上是可行的，符合我国的实际情况，但在煤制气方法的选择、煤种的选择、煤制气煤气压力与竖炉用煤气压力的衔接、煤气的过剩压能及显热的综合利用等问题还亟待解决。
　　4 结论
　　（1）为实现钢铁强国，提高市场竞争力，对优质钢材的需求日益增加，结合我国目前直接还原铁发展现状，未来我国DRI必将有更广阔的发展空间。
　　（2）我国是个天然气匮乏，但煤炭储量丰富的国家，因此煤基直接还原铁技术是首选工艺，煤制气-竖炉还原工艺同样符合我国实际情况，为我国发展气基直接还原提供了思路和条件。
　　（3）我国具有直接还原铁的巨大市场需求，要求我们继续在开发新技术、新工艺、新设备，提高工艺效率上做更多的研究，开发出具有我国特色的直接还原铁技术。