直接還原是鐵氧化物在不熔化、不造渣，在固態(tài)下還原為金屬鐵的工藝。直接還原產(chǎn)品統(tǒng)稱為直接還原鐵（Direct Reduction Iron，縮寫為 DRI），由于DRI的結(jié)構(gòu)呈海綿狀，也稱為“海綿鐵”，為了提高產(chǎn)品的抗氧化能力和體積密度，DRI熱態(tài)下擠壓成型產(chǎn)品稱為熱壓塊（HBI），DRI冷態(tài)下擠壓成型產(chǎn)品稱為DRI壓塊。

直接還原是已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原法有數(shù)10種。2008年世界直接還原鐵（DRI/HBI）的產(chǎn)量約 6845萬t，約為世界生鐵產(chǎn)量9.30億t的7.23%。直接還原鐵由于產(chǎn)品純凈、質(zhì)量穩(wěn)定、冶金性優(yōu)良，成為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、純凈鋼不可缺少的原料，是世界鋼鐵市場緊俏的商品之，直接還原是世界鋼鐵生產(chǎn)的個不可缺少的組成部分。

世界直接還原的現(xiàn)狀可歸納為以下幾個方面。

（）產(chǎn)量持續(xù)增加，氣基豎爐占主導(dǎo)地位

DRI的產(chǎn)量持續(xù)迅速增加，見表1。氣基豎爐Midrex法及HYL法是生產(chǎn)規(guī)模的工藝方法，回轉(zhuǎn)窯是煤基直接還原主要方法。氣基工藝的產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的75%。煤基直接還原約占25%。直接還原鐵各工藝產(chǎn)量的分布見表2。俄羅斯、印度、中東等地近年來都有大型氣基豎爐直接還原生產(chǎn)廠的建設(shè)計劃。拉美、北非及亞洲天然氣豐富地區(qū)是直接還原鐵主要產(chǎn)地。印度是世界直接還原鐵產(chǎn)能和產(chǎn)量的，2008年產(chǎn)量達(dá)到 2120萬 t。

表1 世界直接還原鐵產(chǎn)量（萬t）

表2 各工藝直接還原鐵的產(chǎn)量%

     （二）煤制氣-豎爐直接還原為DRI發(fā)展開辟了新途徑

煤制氣技術(shù)是煤化工技術(shù)中成熟的常規(guī)技術(shù)，在中已有長期使用經(jīng)驗(yàn)。煤制氣-堅爐直接還原技術(shù)受到中鋼鐵工作者的關(guān)注，內(nèi)已有20個單位開展了以煤制氣為還原氣的豎爐直接還原廠的建設(shè)規(guī)劃或設(shè)計。從能耗、環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)規(guī)模、與后續(xù)工藝的銜接等諸多方面綜合分析，煤制氣-豎爐直接還原工藝將成為中 DRI生產(chǎn)的主要工藝。

（三）回轉(zhuǎn)窯法技術(shù)成熟，在印度和中得到發(fā)展

回轉(zhuǎn)窯法是煤基直接還原技術(shù)中成熟、規(guī)模、主要的工藝方法。在印度、南非、中等和地區(qū)得到發(fā)展。具有關(guān)資料報道，2008年印度DRI總產(chǎn)量 2120萬t中回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)量約占30%，運(yùn)行中的回轉(zhuǎn)窯約300座。

回轉(zhuǎn)窯對原燃料的要求苛刻，能耗高（實(shí)物煤的消耗約 950kg/t（DRI）），投資高，運(yùn)行費(fèi)用高，生產(chǎn)運(yùn)行的穩(wěn)定難度大，生產(chǎn)規(guī)模難以擴(kuò)大（15萬t/（a·座））。因此，回轉(zhuǎn)窯法在資源條件適宜地區(qū)，對中小規(guī)模DRI生產(chǎn)可能得到運(yùn)用，但難以成為中DRI發(fā)展的主體工藝。

（四）隧道窯法在中大量發(fā)展

隧道窯法生產(chǎn)直接還原鐵是古老的煉鐵方法之，世界其他地區(qū)隧道窯法僅用于粉末冶金還原鐵粉生產(chǎn)的次還原工序。除中外，未見到有用隧道窯生產(chǎn)煉鋼用直接還原鐵的報道。隧道窯法技術(shù)含量低，適合于小規(guī)模生產(chǎn)，投資小，符合民營企業(yè)投資需要，近期在中得到大量的發(fā)展。中已建成或正在建設(shè)的隧道窯有 200多座，設(shè)計年產(chǎn)能超過400萬t，至今DRI隧道窯建設(shè)熱潮有增無減，從多媒體檢索發(fā)現(xiàn)有數(shù)10個單位規(guī)劃建設(shè)產(chǎn)能5萬～30萬t/a的隧道窯直接還原鐵廠。

隧道窯采用罐式法還原熱率低、能耗高，還原煤450～650 kg/t（DRI）；加熱用煤450～550kg/t（DRI）；生產(chǎn)周期長（48～76h）；污染嚴(yán)重（還原煤灰、廢還原罐等固體廢棄物多，粉塵多）；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；單機(jī)生產(chǎn)能力難以擴(kuò)大等問題，不可能成為中直接還原鐵發(fā)展的主導(dǎo)方法。

（五）轉(zhuǎn)底爐法是煤基直接還原技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)

日本、美等開展的轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原技術(shù)（Fastmet、Inmetco、Itmk3）因采用含鐵原料與還原劑混合造球，還原條件好；能源來源廣泛；對原料的適應(yīng)性強(qiáng)，在鋼鐵廠粉塵、復(fù)合礦利用有優(yōu)勢，受到人們重視。中從20世紀(jì)90年代開始，先后在舞陽、鞍山、河南等地建成試驗(yàn)裝置或工業(yè)化試生產(chǎn)裝置多座，對轉(zhuǎn)底爐煤基直接還原技術(shù)進(jìn)行了大量研究。近年來，隨著鋼鐵工業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)的需要，含鐵塵泥的處理，復(fù)合礦的綜合利用，以及擴(kuò)大產(chǎn)能的需要，轉(zhuǎn)底爐工藝受到人們的關(guān)注。

內(nèi)外的研究表明，轉(zhuǎn)底爐是以含碳球團(tuán)或含碳壓塊為原料快速還原為征的煤基直接還原裝置，處理冶金廠含鐵塵泥（含鋅粉塵、冶煉不銹鋼的粉塵）是有的、成功的。但作為生產(chǎn)煉鋼用DRI，由于煤灰的摻入，產(chǎn)品鐵品位低，含S高，難以滿足煉鋼生產(chǎn)的需要。如采用電爐進(jìn)行預(yù)熔化處理，需要消耗電能 500～550kw·h/t。如采用氧煤為能源熔化處理，工藝裝備和工藝還有待開發(fā)和驗(yàn)證。采用轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)還原鐵產(chǎn)品直接入高爐冶煉，當(dāng)加入量較小時可提高高爐產(chǎn)量，降低焦比，但加入量大時對高爐冶煉過程、能耗的影響，以及經(jīng)濟(jì)益的影響還有待實(shí)踐的驗(yàn)證。采用轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)還原鐵，直接入高爐冶煉擴(kuò)大高爐產(chǎn)能的方法，在技術(shù)、能耗、經(jīng)濟(jì)益等方面都存在風(fēng)險，選用這種途徑應(yīng)持慎重的態(tài)度。

（六）流化床法的發(fā)展受挫

流化床法采用粉狀原料、鐵礦粉單體顆粒在高溫還原氣流中進(jìn)行還原，粉礦不必造塊、還原速度快，在還原機(jī)理上是氣基法中合理的工藝方法，在直接還原開發(fā)和發(fā)展的過程倍受關(guān)注。但生產(chǎn)實(shí)踐中，因物料流化所需要的氣體流量遠(yuǎn)大于還原所需要的氣量，還原氣的次通過的利用率過低（約10%），氣體循環(huán)消耗的能量高；流化床是混床，產(chǎn)品的還原程度不均勻；“失流”及粘結(jié)問題直困擾流化床生產(chǎn)穩(wěn)定等問題至今未得到有的解決，造成世界已建成的多個流化床直接還原裝置法中只有Finmet法（委內(nèi)瑞拉 Matazas的 Orlnoco Iron）和Circored法（里尼達(dá)與多巴哥Point Lisas 的Cliffs＆Associates）在生產(chǎn)，但產(chǎn)量僅為生產(chǎn)能力的50%左右。

二、中直接還原鐵發(fā)展前景

直接還原是鋼鐵生產(chǎn)的短流程（緊湊流程）的基礎(chǔ)，短流程因其不使用焦煤、能耗低、單位產(chǎn)能投資少、建設(shè)周期短、對環(huán)境的影響小等點(diǎn)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的方向，受到鋼鐵界的推崇。DRI/HBI是際鋼鐵市場中緊俏的產(chǎn)品之，近年來，際市場DRI價格不斷攀升（中進(jìn)口DRI/HBI的價格報價達(dá) 586美元/t）。從際市場角度，直接還原鐵有著廣闊的發(fā)展前景。

中的鋼鐵蓄積量不足，廢鋼產(chǎn)生量遠(yuǎn)不能滿足鋼鐵生產(chǎn)的需要，廢鋼短缺是影響中電爐鋼發(fā)展的重要因素；同時中鋼鐵生產(chǎn)的主要能源是焦炭，世界性焦煤資源的短缺，價格飛漲嚴(yán)重的干擾和威脅著中鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展直接還原有利于改善中鋼鐵生產(chǎn)的能源結(jié)構(gòu)，擺脫焦煤資源對發(fā)展的羈絆，是減少鋼鐵生產(chǎn)對環(huán)境的不良影響的重要途徑，中DRI的市場容量估計可達(dá)到1500萬～2000萬t/a。

2007年中DRI產(chǎn)量僅僅60多萬t，占世界DRI總產(chǎn)量6722萬t的不足1.0%。而且，其中約40%的產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)不到所要求直接還原鐵H90的標(biāo)準(zhǔn)，ωTFe＜90%，體密度＜2.0kg/cm3，質(zhì)量不穩(wěn)定，在煉鋼生產(chǎn)中不受歡迎，被迫以低價銷售，這不僅造成DRI生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)益差，更重要的是電爐使用低質(zhì)量的DRI使煉鋼的能耗大幅度上升。

中已建成DRI生產(chǎn)廠數(shù)10個，除喀左、天津鋼管、密云、魯中、富蘊(yùn)金山5個是回轉(zhuǎn)窯法外，其余的都是隧道窯法。近年來，由于礦山生產(chǎn)益好，從有益生產(chǎn)組織角度出發(fā)，密云、魯中的回轉(zhuǎn)窯停產(chǎn)。因而，隧道窯法在中的DRI生產(chǎn)中占據(jù)重要的地位。中民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求單位民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的能耗要大幅下降，從保護(hù)環(huán)境的基本原則出發(fā)，隧道窯法生產(chǎn)煉鋼用直接還原鐵不符合“節(jié)能減排”的發(fā)展方向，如何解決隧道窯能耗、環(huán)保問題是隧道窯法生存和發(fā)展的重大課題。