世界金属导报/2010年/6月/29日/第010版原料炼铁新炼铁工艺的开发肖英龙1前言钢铁工业CO2排放量占日本CO2总排放量的16%，其中的60%以上是由炼铁工序排放的，即日本CO2排放量的大约10%是炼铁工序排放的，故钢铁工业面临的CO2减排压力越来越大。随着中国对钢铁需求的增加，自2002年以来，作为钢铁生产主原料的铁矿石和原料煤的价格在持续上升。2009年的世界金融危机，虽然使这种上涨有所缓和，但由于原料供给的垄断化(如巴西的淡水河谷、澳大利亚的力拓与必和必拓3家公司的铁矿石供给量就占据了世界总量的70%)，预计原料价格还会继续上涨。因此，采取应对资源问题的对策是必要的。为了解决环境恶化与资源耗尽等紧迫课题，需要开发新的炼铁工艺。下面概要介绍几种新的非高炉炼铁法、资源耗尽的应对措施，并对新炼铁工艺的将来进行了展望。2新炼铁工艺现在的炼铁法主要采用高炉-转炉流程，因而必须对焦炭和烧结矿这些原料进行事前处理。日本的沿海钢铁联合企业，虽然因大型化而具有规模生产的优越性，但却正在失去其优越性，尽管这种优越性暂时不会被动摇，但因中国快速的钢铁增产，没有资源的日本钢铁联合企业的商业模式转换期正在到来。其中对新炼铁工艺的需求正在增加，以便为解决原料制约、CO2减排、设备老化等问题提供可能性。2.1直接还原炼铁法所谓直接还原炼铁法就是将铁矿石在较低温度下还原，不加炭而直接使固体还原成铁。这种直接还原炼铁法的优点是理论能耗比高炉炼铁法要低。在使用高炉法的大型钢铁联合企业，因为进一步推进了全过程系统的合理化，在废气能源可充分回收利用时，其能源利用效率也是良好的。但若在年产50万t规模的单独小型炼铁厂，采用直接还原炼铁法则比高炉法的能耗低；另外，直接还原炼铁法的一大优点是不使用焦炭。因此，对今后的CO2减排和小规模矿山的有效利用而言，可以说直接还原炼铁法将是要追求的工艺。2.2气基直接还原铁法将天然气作为还原剂的直接炼铁法，因不使用高炉那样的大规模设备投资，也无须使用焦炭，故以生产天然气的发展中国家为中心，作为小钢厂的铁源装置而发展起来了。另外，近年在发达国家，作为废钢的替代品，又是杂贡少的清洁铁源，增加了对直接还原铁的需求，2008年直接还原铁产量已达到了6850万t。作为采用天然气的直接还原炼铁法可分类为Midrex法和HYL法。这些直接还原炼铁去以块矿和球团矿为原料，并使用清洁的天然气，故是可以减排CO2的工艺。虽然现在厂址受到天然气产地的限制，但最近采.用煤基直接还原炼铁生产工艺的产品市场份额正在增加。2.3煤基直接还原炼铁法作为用煤的直接还原炼铁法；原来的回转窑法的产能小，因结圈故障而停产检修时间较长，故须采用块矿或球团矿作为原料，使厂址条件受到限制。进入20世纪90年代后，用煤基还原炼铁法将目光汇聚到碳材内装块状物的还原。这是由于氧化铁与碳的邻近配置而可以实现还原反应的低温化；而且，为了弥补碳材内装块状物本身固有的脆弱的物理强度，决定使用转底炉。在无法利用天然气的地域，此工艺作为利用粉矿的炼铁法而引人注目，该工艺目前主要作为炼铁厂的粉尘处理工艺，已开始了工业规模的实用化。并且，由此技术派生了新一代炼铁法ITmk3法。3资源耗尽的对策3.1高品位矿石的耗尽形成铁矿石的铁矿床类型可分为沉积矿床、火成岩矿床和风化残余矿床3类。其中沉积矿床为压倒性多数，占世界铁矿床的85%，现在广为利用的高品位矿石都属此类矿床。其形成过程首先是酸雨开始溶解海水中多量的铁离子(Fe2+、Fe3+)，然后因细菌的氧化作用将之变成氧化铁(磁铁矿Fe3o4和赤铁矿Fe2O3)，再与脉石一起沉积变为层状的原生矿石(含30%Fe)；其后在大陆移动中分布到世界各地，并隆起成为铁矿山；进而部分矿石在雨水等富集作用下，通过高SiO2等的溶出和Fe的浓缩而形成最终的高品位铁矿石。此类铁矿石在不同地域有不同名称，如在美国被称为铁隧岩矿，在巴西被称为铁英岩，在非洲被称为斑纹矿，在印度被称为带状赤铁矿硅岩(BHQ)，在澳大利亚被称作带状铁矿层(BIF)。这些带状铁矿层的矿量约占世界总埋藏量的60%以上。这些丰富的带状铁矿石只有部分是高品位矿，将来总有耗尽的时候，故今后必然会进入利用低品位沉积矿床的时期。例如在美国明尼苏达州的一座低品位矿山正在建设一套利用低品位矿的50万t级ITmk3商业成套设备，巴西和澳大利亚也在建设类似设备。从现在算