直接还原铁的过去、现在和未来

    同钢铁生产技术的发展一样，随着时间的发展，直接还原铁（DRI）和热压块铁（HBI）在使用和价值方面也有了很大发展。1957年，第一家成功投入商业运营的直接还原铁厂在墨西哥蒙特雷建成，并且成为希尔萨公司生产扁平材的冶金原料基地，从那时开始，全世界的直接还原铁在生产和质量方面也取得了显著的发展。那时，气基还原工艺刚开始发展，但是现在它已经在直接还原市场上占据主导地位。
    直接还原铁质量的发展
    同其它铁原料相比，直接还原铁的价值是怎样转变的，这是考察直接还原铁或其他任何冶金原料在电炉中使用发展情况的一种方法。可以把直接还原铁、热压块铁、废钢和其它冶金原料看作是商品；通常价格是考虑在电炉中使用它们的主要因素。基于此种观念，直接还原铁和热压块铁被看作是废钢的替代品，然而要通过对它们在钢铁生产工艺中使用的价值进行分析才能做出准确的评判。
    在希尔萨公司使用直接还原铁之前，使用的全部是废钢，但不能保证这些废钢的供应和质量，这激发了希尔萨公司去寻找其他的冶金铁来源。直接还原铁被看作是废钢的替代品，它是一个更可靠的金属来源，在合理价位下更稳定的质量是选择使用直接还原铁的主要原因，另外需指出的是当时墨西哥天然气价格远低于今天的价格。
    当时直接还原铁是以低金属化率为特点的，其金属化率大约为86%~88%，由于当时电炉没有使用吹氧操作工艺，所以没有考虑碳的含量，直接还原铁中碳的含量大约为1.8%，只用来还原残余氧化铁。直接还原铁的价值足够高于增加的能量消耗和生产损失。直接还原铁附加带来的好处很快就被认识到。例如给扁平材生产带来好处的低残留量。
    最初直接还原铁像废钢一样向电炉分批给料。尽管直接还原铁比废钢有较高的散装密度，这种工艺也没有使直接还原铁提高电炉的生率。随着直接还原铁在电炉应用方面认识的不断深入，其更多的优点被发现。随着在直接还原工艺中使用球团矿替代块矿变得越来越普遍，直接还原铁向电炉连续给料在不久之后就开始发展起来，并且在很短时间内就成了标准操作工艺。该工艺提高了电炉的生产率，特别是直接还原铁在金属料中所占比例大的情况下；其稳定的几何开头和化学成分使得该工艺有了可行性。随着使用直接还原铁伯经验不断积累，很快就发现为了提高电炉的操作，直接还原铁较高的金属化率是必要的。还原反应需要大量的能量、并且未还原的铁必须在电炉中还原，而理想状态下电炉应该像使用废钢时一样用作熔炼炉。由于提高了电炉生产率和降低了运输成本，较高金属化率的直接还原铁能提高直接还原铁的价值；通常直接还原铁的金属化率大约为90%~92%。
    今天的直接还原铁
    目前现有的直接还原铁可以分为四大类：
    1、传统直接还原铁；高金属化率、通常低-中碳、气基或煤基工艺生产获得
    2、热压块铁：高金属化率、比直接还原铁更低的碳、由球团矿或粉矿生产获得
    3、高碳化物铁：高金属化率和以碳化铁形式存在
    4、HYTEMP铁：高金属化率、高碳、热直接还原铁、直接热装
    与取决于当地条件的废钢和生铁相比，以上各类直接还原铁具有不同的价值。传统直接还原铁是最普遍的直接还原铁类型，它通常具有高金属化率，并且在过去几年中有碳含量提高的趋势，碳含量达到2%以上和最大大约为2.5%，取决于特别的工艺过程。通常煤基直接还原铁以较小的单位生产，并且比气基直接还原铁产品的金属化率低。
    热压块铁主要由商业化企业生产，并且被炼钢车间以低比例使用。这种形态的直接还原铁被认为是长途运输该产品的最佳方法，并且通常在金属料中的比例较低；它不需要专门的控制系统，并且能像废钢一样存储和处理。它具有和直接还原铁一样的金属化率，但是碳含量偏低。尽管如此，热压块铁能以较高碳含量生产，另外也有因为热压块铁的密度而不允许热压块铁生产商提供高含碳量的热压块铁的例子。
    有两种支持不升高热压块铁含量的观点：含碳量越高热压直接还原铁就越困难。因为碳人作为润滑剂，它使得直接还原铁球团在热压工艺中粘结在一起变得困难，这样使得其机械强度降低和粉末增多。这个观点看起来是合理的，然而，希尔萨公司在半工厂试样中生产的2.5%碳含量的热压块铁没有压块困难问题，而且其质量和机械强度同传统热压块铁一样。第二个观点是根据国际海运组织海运热压块铁的要求，要求热压块铁的表观密度大于5gr/cm3。因为碳含量越高密度越低，增加的碳使得热压块铁很难达到最小密度要求。
    或许热压块不能以与高碳化物铁或生铁相近的含碳量生产，因为它达不到相近的质量，特别是机械强度。但是在质量和强度没有折扣的情况下生产高碳热压块铁似乎又是可行的，因为同低碳直接还原铁相比，高碳还原铁的价值增加了，碳增加热压块的价值取决于当地的条件，希尔萨公司的实验表明高碳化物铁比传统直接还原铁更不容易被二次氧化，因为绝大多数碳与铁结合，这与生铁相似，使得其成为十分稳定的材料。
    在使用高碳化物铁的情况下，钢铁生产者仍然必须认识到直接还原铁和热压块铁中碳含量的作用。高碳直接还原铁已经好长时间没有被使用了。实际上，希尔萨公司的蒙特雷厂炼钢车间是今天世界上唯一使用热装高碳化物铁的炼钢车间。这是一种新产品，一旦它的生产变得越来越广泛，它也被钢铁生产者逐渐认识。
    当今，在废钢需要进口且价格很高、天然气资源丰富且价格相对不贵的国家，传统直接还原铁和热压块铁是钢铁生产者的金属料来源。发达国家正在从那些天然气资源丰富且价格低于生产国进口它们。
    在过去的10~15年里，生铁已经成为一种好的替代性金属料。尽管它已经用于电炉很长时间了，供应量也有限，但是今天在巴西、俄罗斯和中国等国家有许多商业化的生产企业，它们能经济的生产生铁来与其它金属料竞争。由于不含脉石，生铁价格高于直接还原铁或热压块铁。在直接还原铁或热压块铁相比，价格影响了它的优点，但是必须指出的是生铁与直接还原铁或热压块铁相比是更加精细的产品，它的运输成本更高。
    因为市场上低成本生产商供应的生铁更多了，这有时会给处于废钢价格低的地方的直接还原铁和热压块铁提高它们的价值以保持竞争力带来更多压力。当废钢价格升高时，就像今天的情况一样，直接还原铁和热压块铁生产商会有更大的空间，但是或许现在到了考虑直接还原铁和热压块铁未来的时候了，因为钢铁生产技术不断的发展，也给如何以更高的生产率和更低的成本生产带来更多的压力。
    直接还原铁的未来
    这些年来，直接还原铁沿着两条道路发展起来，并且人们认识到脉石含量是直接还原铁和热压块铁的主要缺点。在这些年里直接还原铁和热压块铁的价值有了提高。首先，金属化率提高了，其次，碳含量提高了，并且在HYTEMP铁通过热送到电炉中而养活了热量损失。每次直接还原铁的价值提高，它都越来越接近于铁水；现在最终产品或许不再是直接还原铁而是生铁或液态金属。最终，我们要走这条路，因为最终的目标是生产钢水。
    第一条发展道路是提高直接还原铁的温度到能把脉石从铁单元中分离出来的程度，生产生铁或者相似产品。沿着这一方向已经努力多年了，但是还没有形成一种经济可行的工厂生产工艺。
    第二条发展道路是提高直接还原铁温度到能使其熔化成类似高炉热铁水的程度。这种产品既能用于电炉又能用于转炉。如果这一工艺在能根据炼钢要求调节碳含量的HYTEMP铁工序之后，它或许比高炉生产的铁水更有优势，因为最大碳含量通常不是最好的。第一条道路适合提供卵石状或压块状生铁的商业厂家。如果经济的话，与今天卖矿石相比，这是一种铁矿石供应商能卖出带有附加值产品的工艺；第二条道路适合坐落在炼钢车间附近的竞争厂。
    随着钢铁生产技术的不断进步，直接还原技术自身也将不断发展。世界范围内很多企业都在努力研究发展与上述所讲的相似产品。如果气基还原技术想要保持它的统治地位，它必须寻找新的提高其产品附加值的方法。随着钢铁贸易变的越来越普遍，金属料的交易将增长，竞争的关键是以最低的成本生产质量最好的产品。金属料将继续成为最终产品成本的重要组成部分；废钢，直接还原铁产品、生铁和其它替代性的金属料将在钢铁生产过程中扮演重要角色，但是它们的使用直接取决于它们的价格、质量和实用性的相对价值。