摘要：直接还原竖炉方法是目前海绵铁生产的主流工艺，通过对甲烷改质获得适合竖炉的还原气，可以解决天然气对海绵铁工艺的束缚，满足不同地区海绵铁市场的需求。本文比较分析了国内外各工艺的技术特点，HYL技术工艺成熟，但是竖炉压力高，工艺和设备投资较高；MIDREX竖炉采用竖炉外重整方法，需要建立单独的催化设备，占地面积大且投资高；中冶赛迪研发的低压竖炉工艺可以适应多种还原气体，具有较广的适用范围，适合我国的资源特点。

　　关键词：甲烷 海绵铁 改质中图分类号：TF702.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（b）-0078-02直接还原铁技术作为典型的非高炉炼铁工艺，具有不使用焦煤、环境友好及节能减排效果明显的优势，对于改善钢铁产品结构，提高钢铁产品质量具有重要作用。由于废钢-电炉炼钢流程的能耗、CO2排放均低于传统高炉-转炉流程，是钢铁工业发展的重要方向。目前，我国电炉钢产量占粗钢产量的10%左右，但由于废钢短缺、质量差，因而对优质DRI的需求旺盛。根据我国废钢应用协会估计，我国目前市场对海绵铁的需求约为1500～2000万t/a，而目前我国直接还原铁产量不足60万t，因此直接还原铁在我国具有广阔的市场需求[1]。

　　直接还原铁技术主要有气基竖炉和煤基回转窑两种方法。由于煤基回转窑法具有能耗高、反应速度慢、温度不易控制等固有缺点，发展缓慢，目前气基竖炉工艺占主导地位，其产量占直接还原铁总量的75%左右。

　　目前，已投产的气基竖炉主要包括Midrex竖炉和HYL竖炉两种，还原气体以天然气为主，仅南非SALDANHA厂的Midrex竖炉采用的是COREX煤气[2-3]。鉴于我国天然气资源缺乏，采用天然气生产海绵铁工艺并不适合我国国情，开发适合我国资源特点的海绵铁还原气体具有重要的意义。甲烷改质技术使富甲烷煤气在一定条件下转化为CO和H2，用作海绵铁的还原气体，此技术可以适应于天然气匮乏的国家和地区，具有广阔的发展前景。

　　1 甲烷改质生产海绵铁技术甲烷改质生产海绵铁工艺是以富CH4煤气为原料气，高温条件下进入竖炉还原铁矿石生产海绵铁的方法。一般情况下，原料气中的CH4在高温和还原出的金属铁的催化作用下改质生成CO和H2，可以补充还原铁矿石损失的还原气；还原后的炉顶气经除尘、降温、脱碳后与补充的原料气混合再次进入竖炉。主要的改质反应如下：

　　CH4+H2O=CO+3H2CH4+CO2=2CO+2H23Fe+CH4=Fe3C+2H2甲烷改质生产海绵铁工艺流程一般都包括还原竖炉、炉顶煤气处理系统、煤气加热系统和海绵铁冷却循环系统几部分，由于还原气内甲烷的改质方式、原料气的加热方式的不同，竖炉的工艺各有特点。

　　2 技术现状2.1 HYL Energiron工艺HYL/HYL Energiron技术最初是由墨西哥希尔公司开发，与2006年被Techint Group并购，之后又与Tenova和达涅利公司联合组成了Energiron公司，在HYL-ZR基础上形成了新的HYL Energiron。此技术主要是通过在竖炉内的还原段中进行现场重整，与之前HYL-III相比，无须使用外部重整炉或还原气体生成系统[4]。HYL Energiron技术对还原气适应性好，可以在其工艺和设备无需改动的情况下，使用焦炉煤气（COG）、高炉煤气（BFG）、氧气顶吹转炉煤气（BOFG）或煤制气（Coal Gasification）代替天然气，将煤气中的CH4进行热裂后获得含H2和CO，作为还原气体生产海绵铁。

　　HYL Energiron采用的是高压竖炉（>0.65MPa）重整的工艺，鉴于匹配竖炉压力较高，存在高压设备和高压密封等问题，同时对H2/CO比和温度要求较为严格，通常要求还原气温度>1050℃、H2/CO≥4，整个工艺路线的投资、运行费用较高。

　　2.2 Midrex工艺Midrex技术最初由美国MIDREX公司开发，于1984年被日本神户钢铁公司并购。MIDREX工艺在使用天然气为还原剂的情况下，能耗为9.61GJ/t，一些炉子利用系数达到15.2T/m3.d。目前，印度JSPL正在建1座年产能为180万吨的炉子，使用鲁奇煤气化技术。

　　MIDREX采用的是低压竖炉（0.1MPa）和天然气炉外重整的方法，重整炉部分占地、投资、运行费用较高。

　　2.3 CISDI 工艺中冶赛迪公司（CISDI）早在70年代就天然气直接还原生产海绵铁技术进行了研究。经过多年的不断探索，CISDI立足国内能源结构，对我国电炉短流程钢厂、钢铁联合企业及矿产加工企业，分别提出了利用天然气、焦炉煤气、煤造气等富CH4煤气生产海绵铁工艺。另外，CISDI将直接还原技术和电炉熔分技术相结合，为解决钒钛矿的资源综合利用提供了新的途径。

　　CISDI竖炉采用低压竖炉（0.1～ 0.3MPa），与国内其它采用炉外催化重整的技术路线相比，不仅放宽了对H2S含量的限制，而且对H2/CO无严格要求，可根据原料气中CH4的具体含量，采用相适应的H2O/CO2配比和反应温度，相比国内外对H2/CO要求严格的竖炉直接还原技术，流程和能耗上的优势十分明显。

　　3 技术分析采用甲烷改质生产海绵铁工艺具有工艺简单、能耗和投资运行费用较低、环境污染大幅度降低的技术优势。

　　3.1 提高煤气利用价值我国是世界焦炭生产和消耗大国，焦炭产量共计约3.55亿t，占世界焦炭产量的66%，其中独立焦化厂共生产焦炭2.2亿t，钢铁企业自产焦炭1.35亿t左右，一共生产COG近1400×108m3，除钢铁联合企业和城市煤气等工业和民用燃气外，每年可有近400×108～500×108m3的COG可作资源型开发利用。同时，由于独立焦化厂在产品结构、环境污染等方面的缺陷十分明显，其利润和发展均受到较大的限制，提高产业集中度和延伸产业链是独立焦化厂发展的必然选择[5-6]。针对独立焦化厂，采用甲烷炉内改质直接还原技术，回收利用多余的COG，生产附加价值较高的优质海绵铁，经济、环保方面的优势十分明显。而且，随着蓄热式技术的不断发展，钢铁联合企业逐渐利用高炉煤气（BFG）替代COG作为燃料气，富余出的COG采用甲烷炉内改质直接还原技术生产优质海绵铁，经济、环保方面的优势均较为明显。

　　3.2 工艺流程简单利用富余工业气体生产海绵铁，省去了前端的制气工序，工艺流程大为精简。由于目前世界上尚没有以焦炉煤气、煤层气等煤制气为原料的竖炉装置投产，一些相关的工艺设置均存在工艺复杂、还原气H2/CO要求高、工艺制约环节多等不足。因此，简化工艺流程，减少制约因素是当前我国气基竖炉直接还原技术发展的重点。

　　4 结语发展甲烷改质生产海绵铁生产工艺，可以突破天然气资源的区域局限性，满足海绵铁的广大市场需求；工艺本身受竖炉压力、还原气成分、投资运营成本等多种因素的影响，目前CISDI开发的低压竖炉工艺更适合我国的国情。

　　参考文献[1] 黄雄源，周兴灵。现代非高炉炼铁技术的发展现状与前景（一）[J].金属材料与冶金工程，2007，35（6）：49-53.

　　[2] 王宙。隧道窑在直接还原海绵铁生产中的应用[J].江苏陶瓷，2012，45（4）：12-15.

　　[6] Peter Schmoele，Michael Peters， Hans Bodo Luengen.高炉炼铁的发展现状与展望，世界钢铁，2013（1），35-41.

　　[3] Gupta S. K.，Bom C. Production of liquid iron with coal with special reference to Corex process. Iron&Steel Review， 1995（6）：31-36.

　　[4] 钱晖，周渝生。HYL-III直接还原技术[J].世界钢铁，2005（1）：16-20.

　　[5] 胡俊鸽，周文涛，郭艳玲，等。先进非高炉炼铁工艺技术经济分析[J].鞍钢技术，2012（3）：7-10.

　　[6] 唐恩，周强，翟兴华，等。适合我国发展的非高炉炼铁技术[J].2007，26（4）：59-63.