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全球直接还原铁生产现状 根据Midrex公司直接还原铁统计年报，2018年世界直接还原铁/热压块（DRI/HBI）产量为10049万吨（其中HBI产量903万吨），首次超过具有里程碑意义的1亿吨，比2017年增长15%。从2016年至2018年，世界直接还原铁产量增长38%，这是自1985年以来任意2年来的最快增长。2018年直接还原铁的稳定增长，主要来自今天的粗钢产品对一种环境友好和低残留金属的气基直接还原的强劲需求。2018年直接还原铁产量排在前五名的国家依次为：印度2811万吨，伊朗2575万吨（印度和伊朗合计超过全球一半以上的直接还原铁产量），俄罗斯790万吨，沙特阿拉伯600万吨和墨西哥597万吨。 历年来世界直接还原铁产量见下图
2018年世界分地区直接还原铁产量见下图
迄今为止，有数十种直接还原工艺实现了工业化生产，其中气基竖炉（MIDREX和HYL）占直接还原铁的主导地位。从图3可知，2018年气基竖炉产量占总产量的79.0%（Midrex占63.5%，HYL/Energiron占15.5%），煤基回转窑直接还原法约占总产量20.2%，其他方法占0.7%。 图3 近年来各种直接还原铁工艺产量占全球直接还原铁产量的份额
2018年新建产能和在建项目主要有阿尔及利亚的两家全球最大的年产250万吨直接还原铁项目（Tosyali阿尔及利亚一座年产250万吨直接还原铁厂于2018年11月投入使用，另一家阿尔及利亚Qatari钢公司将于2019年晚些时候开工），届时阿尔及利亚每年合计500万吨的新产能将推动全球DRI产能显著提高。另外，2018年4月开工建设的美国克利夫兰-克利夫斯公司的热压块铁（HBI）厂也将增加全球DRI产能。 全球直接还原铁发展态势 20世纪60年代末，世界第一套直接还原铁厂在德国投产。之后至2005年前后全球直接还原铁生产重心位于拉美地区。墨西哥于2004年直接还原铁产量达到峰值654万吨（全球占比11.98%），委内瑞拉于2005年直接还原铁产量达到历史峰值895万吨（全球占比15.74%）；随后由于天然气价格快速上涨，直接还原铁生产重心向亚太地区转移，2014年印度产量达到2342万吨，全球占比达37.53%（2018年达峰值2811万吨，全球占比27.97%）；随后由于天然气价格大幅回落，生产重心逐步转移到中东地区，2014年沙特阿拉伯直接还原铁产量为646万吨，达历史最高，伊朗直接还原铁由2015年1455万吨快速上升至2018年2575万吨（全球占比25.62%），位列全球第二位；近年来，美国钢铁工业正面临转型升级，直接还原铁产量也呈快速上升的趋势。 全球主要直接还原铁生产国产量见下图
拉美地区： 2018年，委内瑞拉的直接还原铁产量下降到了99万吨（约占2005年峰值产量895万吨的11.1%），其热压铁块的出口下降则更为明显。委内瑞拉短期内可能仍然无法解决其诸如球团矿供应短缺等问题，因此目前其直接还原铁产量仅为设备生产能力的10%。 墨西哥的直接还原铁生产在1998年和1999年超过委内瑞拉后，已处于世界领先水平。2018年墨西哥直接还原铁产量597万吨。 亚太地区： 2018年印度直接还原铁产量达历史最高值2811万吨（2014年下降到2342万吨后呈恢复性增长），约占当年世界直接还原铁产量1/3，处于世界的霸主地位，直接还原铁的重心逐步转移到亚太地区。 印度直接还原铁生产工艺主要以煤基回转窑工艺为主。但由于该工艺单机设备能力小、设备数量庞大、环境污染严重等问题，其未来的发展受阻。同时，印度对气基竖炉生产直接还原铁同样拥有丰富的生产经验和生产历史。印度未来钢铁发展方式以气基竖炉生产直接还原铁和电炉炼钢为主要生产方式。气基竖炉还原气源逐步转向以焦炉煤气、煤制气和页岩气为主，最大限度减少对天然气的依赖。印度未来钢铁业将适度建设高炉流程的钢铁厂，增加焦炉煤气产量，满足气基竖炉生产直接还原铁的需要。 马来西亚全国年粗钢产量为300万～350万吨，由于东马沙捞越和西马东海岸盛产天然气，钢铁生产主要采用气基竖炉直接还原—电炉炼钢短流程工艺。 2010年，印度和马来西亚直接还原铁产量均达到峰值，中国亦在2007年直接还原铁达到历史最高值60万吨，直接还原铁生产重心转移到亚太地区。 中东地区： 中东国家拥有丰富的天然气资源，但炼焦煤缺乏，当地钢铁工业主要采用电炉炼钢工艺，而中东地区废钢供应有限，需要大量直接还原铁，以满足当地短流程电炉炼钢原料的需求。因此，中东地区的直接还原铁工业得到快速发展。 伊朗是全球直接还原铁产量仅次于印度的第二大直接还原铁生产国，2014年直接还原铁产量呈快速上升的态势，未来伊朗直接还原铁产量可能位居世界第一。目前，伊朗粗钢中有84%是将直接还原铁作为炼钢原料。伊朗几乎所有主要钢铁企业均使用直接还原铁进行炼钢生产，只有伊朗第三大钢铁企业伊斯法罕钢铁公司（Esco）采用高炉流程。 阿联酋阿布扎比直接还原铁厂（简称ESI公司）由DANEJLI公司总承包建设2套160万吨/年ENERGIRON气基竖炉直接还原装置，并实现了与电炉炼钢的整合，成为世界上规模最大，技术最先进的短流程钢铁厂，为短流程钢铁厂扩大单模块生产规模取得工业性生产经验，也为传统钢铁厂降低能耗，降低CO2排放量，降低生产成本，取得技术上的突破。ESI钢铁公司一期工程直接还原铁设计规模为160万吨，电炉设计能力为140吨电弧炉，2009年10月一期建成投产。ESI钢铁公司用33个月建成300万吨的联合短流程钢铁厂，计划完成三期、四期工程后粗钢总产能达到650万吨/年。 沙特阿拉伯和卡塔尔因国内需求强劲，2014年两国直接还原铁产量也出现大幅增长。 近年，中东地区直接还原铁年增长率达10%左右，2014年沙特阿拉伯产量达到最高值646万吨，2015年伊朗和沙特阿拉伯产直接还原铁分别达1462万吨和646万吨，埃及在2014年达最高343万吨。在2015年前后直接还原铁的生产重心又转移到中东地区，2015年中东地区直接还原铁产量约占全球产量近半壁江山。 北美地区钢铁工业转型 美国钢铁工业发展较为成熟，当今美国钢铁生产中，电炉炼钢比在60%左右（2018年世界电炉钢比28.8%，中国电炉钢比11.6%），远远领先于其他主要产钢国家（地区）。电炉主要采用废钢或直接还原铁生产。其中，纽柯钢铁公司是世界上直接还原电炉炼钢最先进的生产厂家，推动美国直接还原工业的新发展。美国页岩气供给增加，对美国乃至全球的能源格局产生影响，促进美国制造业快速回归，对钢铁工业亦产生积极影响。美国天然气成本降低，有效提升美国钢铁厂的竞争力，特别是小规模、专业化生产企业。 美国钢铁公司粗钢产量约占美国粗钢总产量的一半，纽柯钢铁公司和AK钢铁公司各占1/4，但后两个厂粗钢生产成本是美国钢铁公司的一半，其重要原因是两个厂采用直接还原电炉炼钢短流程，从而实现节能和节约资源，并降低了生产成本。 2010年9月，纽柯钢铁公司于2013年年底已在路易斯安娜州投资7.5亿美元，采用Energiron ZR技术（见图2）成功投产一座年产250万吨直接还原电炉炼钢短流程炼钢厂，目前，该项目产品质量优良，产能利用率达85%以上。纽柯路易斯安娜州第二套250万吨直接还原铁生产装置也已经开始建设施工。Energiron ZR工艺是由达涅利、Tenova HYL和Techint等公司组建的Energiron公司研发。该技术的最大特点是生产的高度灵活性并且不需要煤气重整器，生产过程中产生的废气、废水不仅量少而且很容易控制，可以满足严格的环境排放标准。通过对DRI生产过程中产生的CO2进行捕获和再利用，还可以获得稳定的经济效益。此次纽柯公司兴建的DRI厂，其产品金属化率为96%，碳质量分数不低于3%。 奥地利奥钢联首先夺取美国市场先机，在美国投资5.0亿美元，建设一座年产200万吨用页岩气生产直接还原铁电炉炼钢短流程钢厂。目前铁矿石价格跌幅较深，美国天然气价格亦处较低水平，这也是奥钢联和纽柯建设直接还原铁厂的诱因，反映出采用直接还原铁电炉炼钢的趋势和比较优势。此外，美国钢铁公司（USS）和共和钢铁公司也在研究建设直接还原铁合资企业的可行性。美国钢铁公司和埃萨钢铁明尼苏达公司已经从美国明尼苏达州获得了建设直接还原铁设施许可证；共和钢铁公司的直接还原铁厂将建在俄亥俄州Lorain在建中的电炉钢厂内。2018年由米德雷克斯技术公司为克利夫兰-克利夫斯公司在建的热压块铁（HBI）厂也将增加全球DRI产能。 据不完全统计，近年美国钢铁业建设的大型（150万吨以上）直接还原电炉短流程钢厂的产能达1200万吨以上。直接还原电炉短流程工艺的产能将超过美国钢铁总产能的半壁江山。目前，美国钢铁工业面临转型升级，直接还原铁产量呈快速上升的趋势。 中国直接还原铁发展战略 发展战略： 直接还原技术是中国未来钢铁工业发展战略技术方向，但须主要由废钢铁产业发展来推动和带动。目前，全球主流的电炉炼钢流程一般是以50%～70%废钢配加50%～30%的直接还原铁原料。直接还原铁是全球公认的电炉炼钢最为理想的稀释原料。在使用废钢时，配加一定比例的直接还原铁，可大幅度降低废钢中的残余元素及有害元素，生产出高附加值的洁净钢和优质钢。近年来，中国废钢铁产业发展较快，钢厂每年使用废钢量已达2亿吨左右，预计“十三五”期间有望达3亿吨/年，这势必将拉动或带动与之配套直接还原铁产业的发展。随着中国电炉钢产能逐渐增加、废钢资源利用越来越多的情况下，直接还原铁将越来越受到钢铁行业的重视，将迎来直接还原铁发展的良机。与之同时，中国直接还原铁技术经过几十年的不懈努力和发展，这也是不断积累和量变的过程。量变积累到一定程度必然会发生质变，这个质变就是中国直接还原铁技术大规模工业化应用。 发展建议： 中东地区和印度等发展经验表明，利用气基竖炉法是迅速扩大直接还原铁生产的有效途径。气基的竖炉直接还原工艺，具有生产规模大、产品质量稳定、自动化程度高、生产成本低、操作方便灵活、环境影响小等优点。由于受能源（高品位含铁原料）、资源（高品位球团矿）等限制，中国气基直接还原发展缓慢。随着中国天然气资源的开发及焦碳工业的改造整合，中国国内部分地区具备了发展气基还原法的条件，如山西省具备焦炉煤气、煤层气等还原气资源条件。同时，煤制气技术包括焦炉煤气、工业氧、水蒸气为氧化剂的煤制气、地下煤气化等为发展煤制气－竖炉直接还原工艺创造了条件，气基竖炉还原将成为中国发展直接还原生产的重要方向之一。 目前，中国国内山西、内蒙、江苏等地有多家公司筹备煤制气-竖炉气基还原项目。如山西某公司在建利用长焰煤裂解-煤制气-竖炉直接还原铁生产高纯材料项目。山西另一公司30万吨/年焦炉煤气-竖炉气基还原生产粉末冶金项目预计2019年底建成投产，届时将实现中国直接还原技术大规模工业化的零的突破，将对中国直接还原技术的发展起到示范、引领和带动作用。 未来直接还原铁发展 全球直接还原铁生产重心经历了由拉美地区逐步转向亚太地区，目前已转移到中东地区。随着煤制气技术的日趋成熟和环保日益重视，未来生产重心有可能重新转移到亚太地区。 中国钢铁工业面临钢铁流程的优化和高质量发展的机遇，发挥中国国内煤碳资源和焦炉煤气等丰富的比较优势，在煤制气或焦炉煤气生产直接还原铁创新突破。美国大力发展直接还原铁对中国钢铁工业创新发展具有重大启示和借鉴意义。 高炉使用直接还原铁后可大幅提高生产效率，减少二氧化碳温室气体排放，未来将有更多的钢厂考虑在高炉中使用热压块并作为常态。中国高炉—转炉长流程占主导地位，高炉炼铁面临碳排放、能耗、成本压力巨大，加快研究高效低成本适合中国国情的直接还原铁技术迫在眉睫。 中国直接还原铁的发展首要问题是能源，气基竖炉直接还原工艺作为非高炉炼铁技术发展的主要方向，大型煤制气工艺的经济性是当前决定中国直接还原新工艺成功的关键。 |
