非高炉炼铁技术是世界冶金发展的重大三个课题之一，对炼铁节能减排、实现生产过程环境友好，降低炼铁对主焦煤的依赖，保护煤炭资源有重大意义；但是近十年来，世界直接还原铁产量一直维持在小幅度增长，详见表1。中国不具备直接还原所需的一些条件，故直接还原铁产量一直占全国铁产量的0.1%左右，近年来在下降，总体进展不大。

表1说明，近年来世界直接还原铁占世界铁总产量的比例在7%以下，变化不大；中国直接还原铁产量在降低；与高炉炼铁发展比较，直接还原铁的发展是缓慢的；其主要原因是，铁的直接还原理论上没有取得新的重大进展；所需的生产条件还是比高炉高，供应的铁矿石质量不断下降，特别是铁品位的下降幅度大，含有害杂质升高，满足不了直接还原铁生产对原料质量的需求；目前炼铁原燃料价格高，使直接还原生产的经济性不理想。我国天然气资源缺乏，且价格高，不利于发展非高炉炼铁。

目前，直接还原铁生产发达的国家（如伊朗、印度、阿联酋、沙特、墨西哥、委内瑞拉等）是具有特殊条件：铁矿资源好，有丰富低价的天然气等。2012年世界气基竖炉直接还原装置的产量占全部直接还原铁产量的77%，居主导地位。近三年新投产的气基竖炉直接还原装置几乎全为用天然气为还原剂。美国、欧洲、日本等工业发达国家不具备生产直接还原铁的优良条件，他们也没有去追求过度发展直接还原铁，是理智的表现。我国是缺乏生产直接还原铁生产所需的良好条件，我们应理性地对待这个问题，特别是要注意其经济性。但是，我国应十分关注这个领域的技术发展动向，进行深入研究分析，及时促进我国直接还原铁生产的发展，优化钢铁生产流程。

1、直接还原铁生产要求原料的质量要求

直接还原铁是电炉炼钢的好原料，要求的质量很高（化学成份和物理性能），国家有具体产品质量标准《YB/T4170-2008炼钢用直接还原铁标准》，对含铁量、硫含量、酸性脉石含量、金属化率、堆比重、粒度，要分四个等级有具体要求；还对产品质量均匀性、稳定性有具体要求。

1）化学成份

直接还原铁的质量要求：H88级含铁品位＞88%~90%，H90级含铁品位应大于90%~92%，H94级要求含铁＞94%；金属化率1级要求＞94%，2级＞92%，3级＞90%，4级＞88%；SiO2含量＜3%~7.5%。含SiO2每升高1%，电炉炼钢要多加2%的石灰，渣量增加30Kg/t，电炉多耗电18.5kwh/t。

直接还原铁所用原料含铁品位要求：赤铁矿应＞66.5%，磁铁矿＞67.5%，脉石（SiO2+Al2O3）含量＜3%～5%。

我国选矿技术先进，可以将低品位矿石进行特殊处理，达到直接还原铁生产质量的要求，但经济上和矿石的金属收得率要进行深入技术经济研究。

直接还原铁的金属化率每提高1%，电炉可以节约能耗8～10度电/t。直接还原铁含量要求：C＜0.3%，P＜0.03%，S＜0.03%，Pb、Sn、As、Sb、Bi等有害元素是微量（＜0.002%）。并且要求FeO要含量低,否则侵蚀电炉炉衬严重，寿命低。

转底炉生产工艺的缺陷，造成其产品质量（金属化率低、含FeO高）满足不了电炉的需求，其产品只能供给高炉用；其能源利用效率低下，在生产成本上也无优势。

2）物理性能

直接还原铁是以球团矿为原料，要求粒度在5～20mm。隧道窑工艺生产的还原铁产品大多数是呈瓦片状或棒状，长度为250～380mm，堆密度在1.7～2.0t/m?。

生产过程中产生的3～5mm磁性铁粉料，必须进行压块，才能用于炼钢。要求堆比重1级＞2,80,2级＞2.80~2.50,3级＞2.50~2.00.

产品强度一般＞500N/cm?。

高品位铁精矿主要分为两类：一是指铁品位大于69.5%，二氧化硅及其它杂质含量小于2.5%的磁铁精矿，主要用于生产海绵铁；二是指铁品位大于71.5%，二氧化硅及其它杂质（酸不溶物）含量小于0.2%~0.3%的磁铁精矿，主要用于粉末冶金、磁性材料等领域。

3）高品位铁精粉的标准和生产技术

高品位铁精矿的质量标准

目前，国家尚没有统一的高品位磁铁矿精矿质量标准。高品位铁精矿的用途不同，其要求铁的品位不同，而且对主要杂质（二氧化硅或酸不溶物）含量要求也不同。表2是不同领域对高品位磁铁矿精矿的质量要求。

高品位铁精矿的生产技术

天然铁矿石中只有磁铁矿和赤铁矿（包括镜铁矿）能用于制备高品位铁精矿。生产高品位铁精矿过程中，需根据精矿中脉石矿物的种类、嵌布类形和粒度以及与铁矿物的共生关系确定选矿工艺与方法。主要的选矿生产工艺方法包括：浮选、磁选、反浮选、磁选-浮选联合工艺等。

我国铁矿资源的特点是含铁品位低、含有害杂质多、难选、矿物类型复杂。进行高品位选矿经济性和金属收得率要有个合理的取值。

1.对熔融还原技术经济的评价

目前，工业化生产的熔融还原装置有COREX、FINEX、MIDREX、HYL-Ⅲ等。它们的生产工艺技术尚都存在不同程度的问题，主要是能耗和生产成本还竞争不过高炉流程，详见表3和表4。其主要原因是：

1）高炉炼铁是热风炉提供了炼铁所需的19%左右的热量，而热风的来源是由约45%高炉煤气燃烧获得的，是廉价的。熔融还原装置没有热风炉装置，也不能用热风，是用氧气（不能加热）。因此，熔融还原装置在能源利用上竞争不过高炉流程。

2）高炉内的铁矿石是有45%以上进行的是间接还原，铁矿石间接还原反应在炼铁学是个放热反应，不需要热量。熔融还原装置是铁矿石进行大量的直接还原反应，直接还原是需要吸热的反应。FINEX的流化床可进行约60%~70%的铁矿石预还原，但需要外加能量的。因此，熔融还原装置在消耗能量上是要比高炉流程高。

3）高炉炼铁对铁矿石质量要求是宽松的，特别是含铁品位可高可低（严重影响了铁矿石的价格），杂质的含量和性能要比熔融还原装置对原料质量要求低多了。熔融还原装置对原料质量要求是较高的。如FINEX要求入炉料含铁品位61%，煤的灰分在6%~8%在此条件下燃料消耗740kg/thm(远大于高炉的500kg/t燃料比)，这对采购和冶炼成本影响是很大的。所以，熔融还原装置在生产成本上竞争不过高炉流程。

4）熔融还原装置设备比高炉使用寿命低，炉衬材料质量要求高

熔融还原装置是使用氧气进行冶炼，炉内温度很高（可达3000℃），必然对耐火材料和设备质量要求高（使投资升高），且炉衬寿命低，不能像高炉，寿命可在15年那样，造成运行费用升高。如FINEX要每8个月定修一次，需18小时，风口寿命在2~3个月；使设备作业率下降，成本升高，并且炼钢作业率也要受到很大影响。

如上所述，我认为，我国不要在建设熔融还原装备了，投资和运行费用高，要避免在经济上蒙受损失。当前，国家不允许扩大钢铁产能，个别企业为扩大生产能力，拟建设熔融还原设施，认为国家可以审批，这是个误区。

3.对海绵铁生产的评价

海绵铁生产过程是固态反应，产品是冷态，所以生产能耗要比高炉的热铁水低（理论上要低180kgce/t左右）是正常现象。如果加上固态铁的熔化热，直接还原炼铁就竞争不过高炉炼铁了。在能源利用效率上，高炉流程（逆向反应器）是个能量和物流运行最优化的装置；矿石从上部下降，热风从底部上升，矿石得到充分加热，以最大比表面积进行还原，是个理想的逆向反应器。从矿石还原到热铁水，高炉工艺的能耗是最低的。但用电炉短流程（使用海绵铁）生产钢材，没有烧结、球团、焦化工序，比用高炉长流程有明显的优势。

生产海绵铁的技术是成熟的，对精矿粉，燃料质量要求较高，特别是生产成本高，制约了我国海绵铁的生产进一步发展。

1）用转底炉生产的海绵铁质量达不到电炉的要求，是其工艺装备存在致命的缺陷，有些是无法克服的。如因球团是平铺在底面，气流只能通过上层，对球团贴在炉底那面加热和还原都不可能全面、彻底；这就使产品的金属化率低（一般在60%~80%），能耗高（热效率最高50%）的重要原因。球团铺的是一层，靠炉底转动，实现炉料运动，与竖炉相比，其产量和生产效率是低的。我们认为，用转底炉处理含铁尘泥（含有害杂质高的），是有效的，但如果用它作为大规模钢铁生产装备是不合适的；出现生产成本高、投资高，产品质量满足不了电炉炉料的要求。

2）回转窑法生产直接还原铁技术成熟，在资源适宜，中小规模需求条件下是可供选择的方法。但因对原燃料的要求苛刻，单位产能投资高，运行费用和能耗高，生产运行的稳定难度大，生产规模难以扩大（最大15万吨/年座），难以成为我国DRI发展的主体工艺，发展受阻。现在，对回转窑能耗高、难以大型化（一条窑＜20万吨/年DRI）、单位产品的投资高，运行不稳定性差、操作难度大等的认识逐步统一，对建设回转窑生产线的热情也明显降温；

3）对用煤制气或用焦炉煤气为还原气，以竖炉为反应器生产DRI引起了人们的特别关注，是个技术发展方向。但煤制气虽然技术是过关的，只是的投资高、运行成本高，制约了在生产直接还原铁中的应用。用于直接还原铁生产的煤制气技术，还没有一个工业案例。

达涅利公司在推广阿联酋ESI的ENERGIRON直接还原炼铁技术（可用焦炉煤气，也不必再去重整），是个先进成熟的技术工艺装备，经济性也较好（只是引进费用高），已有许多工业案例，是个直接还原技术发展的亮点，值得我们认真分析研究，加大关注。我国现有多个企业正在开展该方面的技术经济调研工作。

4）低品位直接还原铁的金属铁与炉渣的分离 ：

在固态还原条件下，还原的金属铁颗粒比较细小，活性高，容易二次氧化，同时铁与渣还难以分离，造成进行分离困难，需要深度球磨（需要磨细到200目、甚至300目或400目），另一方面易造成细微铁粒的二次氧化，最终体现在产品质量差（金属化率低、含FeO高），得不到铁含量高的海绵铁，同时铁的收得率偏低。

含铁品位低的直接还原铁（球团），直接通过高温熔分，由于渣量大，其熔化物理热高，需要更多的能量，导致吨铁能耗过高、成本升高，另一方面，渣量大且存在还原不充分的FeO，使炉衬容易受损，设备寿命受影响。

这说明，上述两种分离渣铁方法不是经济的，目前转底炉生产得到的一定金属化率的球团，只能作为转炉炼钢冷却用的冷却剂，或少量加入高炉内。

现在，有些设计钢铁生产流程，是将矿石生产海绵铁（低品位），再对直接还原铁的渣铁进行物理分离，认为将分离的铁再进行冶炼，这条技术路线的路可能是走不通。