徐匡迪：我国钢铁工业面临工艺流程再造问题

中国工程院院士徐匡迪在谈到改革开放40年来中国钢铁工业的经验教训和未来发展道路时指出，当前我国钢铁工业主要存在三个问题。国家钢铁工业：

1）钢铁工业发展没有严格遵循生态环境健康绿色发展的要求；

2）钢铁行业发展初期，只考虑短期供需影响，没有考虑合理布局；

3）我国钢铁行业面临流程再造问题。

针对钢铁工艺流程再造问题，徐匡迪院士指出：“目前我国钢铁行业长流程占比接近90%，而美国和欧盟短流程占比已超过40%”美国生产普通钢的主要工艺是短流程。电弧炉冶炼，炉外精炼，然后轧制。

徐匡迪院士也表示：“如果我国钢铁流程再造成功，一方面可以减少对国外铁矿石的依赖，另一方面可以大大减少碳排放，满足绿色发展的要求。”流程冶炼还可以用于调峰作业，解决能源供应的峰谷问题和环境问题，同时降低能源消耗。在目前的技术水平下，如果企业拥有自己的电厂，从长远来看，生产1吨成品钢要??消耗700多公斤标准煤，而短期工艺只需要消耗60%左右，此外，由于工艺流程的再造，会催生很多新的产业，比如作为废钢回收和加工行业。”

由于我国废钢、天然气资源短缺，长流程技术在钢铁行业占据绝对主导地位。 但推动我国钢铁产业转型升级，必须对钢铁流程进行再造。 因此，完善长流程，发展短流程，推进DR-EAF（直接还原电炉炼钢）短流程建设应成为我国钢铁流程再造的发展方向之一。

2 北美钢铁工艺现状及发展趋势

2012年以来，北美钢铁工艺悄然发生变化。 虽然目前北美钢铁工艺仍以BF-BOF（高炉-转炉工艺）长流程为主，DR-EAF短流程为辅，但短流程的工艺效率日益显现。

2015年，在北美钢铁行业，只有10家公司正在运营或在建使用DR-EAF短流程工艺。 2015年以后，直接还原铁生产取得突破性进展，一批直接还原铁项目上马，推动了DR-EAF短流程的建设和发展。 其中值得关注的项目之一是奥钢联欧洲公司在美国德克萨斯州建设了一座年产200万吨HBI（热压块铁）直接还原铁厂，并于2016年投入运营。

该项目有以下特点值得我国钢铁企业关注。

1）欧洲奥钢联公司在美国直接投资建设直接还原铁厂，利用美国廉价且丰富的页岩气资源生产直接还原铁，并将产品运回奥地利供奥地利使用林茨钢铁厂。 该工艺路线不同于欧洲传统钢铁工艺，是钢铁工艺的再设计。

2）该直接还原铁厂生产100% HBI，确保DRI（直接还原铁）在长途运输过程中氧化铁损最低。

3）天然气短缺是欧洲直接还原铁生产的短板。 奥钢联的这种生产方法是奥地利钢铁公司DR-EAF缩短流程的成功尝试。 这是钢铁工艺的一项创新，在欧洲产生了非凡的影响。

4）数据显示，采用长流程的钢厂每吨钢排放二氧化碳约800公斤，而采用短流程的钢厂每吨钢排放二氧化碳约800公斤。 可见，短流程钢铁工艺可以显着减少CO2排放，是实现绿色钢铁的重要手段。

3、我国短期钢铁生产工艺发展的最大短板是天然气短缺。

放眼世界，特别是在天然气产量丰富的国家和地区（如中东、美国、南美、东南亚、非洲等），DR-EAF短流程近年来得到了长足的发展。 例如，伊朗燃气竖炉直接还原铁电炉年炼钢产量预计将达到2000万吨以上，而美国的DR-EAF短流程已进入正常发展状态。 除此之外，还有其他的开发模式。 例如，印度由于焦煤短缺，采用煤基+气基两种工艺生产直接还原铁钢铁板，然后进行电炉炼钢。 印度已成为世界直接还原铁主要生产国。

这些国家的生产实践证明，DR-EAF短流程具有建设成本低、能耗低、CO2排放低的特点，得到了钢铁行业的认可。 但DR-EAF发展的前提是要有充足的天然气资源支撑。 。

我国天然气资源较为匮乏，利用天然气发展气基直接还原炼铁受到限制。 而我国可以利用高化学能源或廉价的气体资源（如焦炉煤气、页岩气、煤气）生产直接还原铁，并与电炉炼钢连接。 这是我国钢铁工艺未来的发展方向之一。 是推进我国DR-EAF短流程流程再造的关键。

4我国发展DR-EAF短流程技术的最大优势在于焦炉煤气的利用和创新

我国虽然天然气匮乏，但却拥有大量的焦炉煤气。 合理利用优势，发展DR-EAF短流程技术，推动钢铁工业转型升级。

由于历史和资源禀赋原因，我国钢铁制造工艺以长流程为主，可以为直接还原生产提供充足数量、优质的气体资源——焦炉煤气。 这是我国发展DR-EAF短流程的最大优势。

焦炉煤气中含有60%的H2，是一种高化学能源气体资源、宝贵的氢资源、稀有的还原剂。 焦炉煤气作为燃料效率低，应用作还原剂。 利用焦炉煤气生产直接还原铁是氢冶金在钢铁工艺再造中的应用。 另外，氢冶金在冶金过程中不与焦炭接触，生产的直接还原铁为高纯铁，产品质量高，有利于电炉生产高纯钢。

直接还原炼铁是基于氢冶金反应原理，而高炉炼铁是基于碳??冶金反应原理。 反应式如下：

碳冶金：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2

氢冶金：Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O

从碳冶金到氢冶金的转变是钢铁工艺的巨大变化。 高炉炼铁采用焦炭不完全燃烧产生的CO作为还原剂，而氢冶金则采用高化学能氢气作为还原剂。 还原剂的变化引发冶金过程效率的根本变化。

氢是一种具有高化学能的还原剂。 根据反应机理，H2的还原电位是CO的11倍。不难看出，氢冶金的能耗远低于碳冶金。

由于H2分子直径小，其在铁矿石中的渗透能力是CO的5倍，大大提高了反应速度，降低了反应温度。 铁矿石无需相变即可直接还原为纯铁。

5 高炉-转炉长流程与DR-电弧炉短流程一体化共存将成为未来钢铁发展新趋势

BF-BOF长流程与DR-EAF短流程融合共存已成为美国钢铁行业常态，为我国钢铁行业发展提供了新思路，为推动钢铁行业转型升级提供了新方向钢铁行业。

我国钢铁工业的长流程结构为发展气基直接还原铁生产提供了最好的气体资源，可以弥补天然气短缺的短板，为大产能的发展提供可靠的气体资源DR-EAF工艺，维护钢铁工业的可持续发展。 焦炉煤气的合理、创新利用将为世界钢铁发展提供机遇和发展模式，推动世界钢铁新发展。 （王文骥、王少力、王太炎）