6月7日，国家发改委、工信部、生态环境部、市场监督总局、能源局五部门引发《钢铁行业节能降碳专项行动计划》。文件提出，到2025年底，钢铁行业高炉、转炉工序单位产品能耗分别比2023年降低 1%以上，电弧炉冶炼单位产品能耗比2023年降低2%以上，吨钢综合能耗比2023年降低2%以上，大力推进废钢循环利用，到2025年废钢利用量达到3亿吨，支持发展电炉短流程炼钢，到2025年底，电炉钢产量占粗钢总产量比例力争提升至15%。

背景：前不久《2024—2025年节能降碳行动方案》以及今天五部门印发的《钢铁行业专项行动计划中》，均提出大力推进废钢循环利用，支持发展电炉短流程炼钢。到2025年底，电炉钢产量占粗钢总产量比例力争提升至15%，要知道2023年我国电炉钢比仅10%左右，还剩下不到2年时间，完成电炉钢比提升近50%，难度不可谓不大，其中，我国电炉钢发展缓慢的原因之一就是废钢资源不足，导致废钢采购成本偏高，电炉炼钢缺乏竞争优势。

短流程电炉炼钢在环保、投资以及效率上有诸多优势,以电炉炼钢为核心的短流程炼钢已经成为全球钢铁生产的重要工艺之一。“鼓励支持短流程电炉炼钢发展”是实现钢铁工业可持续发展的重大战略决策之一,有助于中国实现“碳达峰”和“碳中和”目标。但国内废钢供应短缺、价格波动大、质量差异大,优质废钢资源短缺外加废钢中难以避免的存在残余的对炼钢的有害元素,同时国际废钢价格自中国允许废钢进口后价格一直倒挂,甚至许多国家和地区对优质废钢的出口进行了限制,严重影响限制了电炉短流程工艺在我国的发展和大规模应用。直接还原铁（DRI）中残余元素和有害元素质量分数较低,并且适合大规模生产,可以很好地用作优质废钢的替代补充品。在世界范围内,电炉炼钢也经常添加使用一定比例的直接还原铁（DRI）,电炉使用DRI也是我国钢铁工业可持续发展的必然选择，接下来我们通过文章了解一下直接还原铁的生产以及应用情况。

一、初识直接还原铁

直接还原铁（DirectReductionIron，缩写为DRI）是一种通过直接还原工艺生产的金属铁产品。这种工艺通常使用气体、液体或非焦煤作为能源和还原剂，在低于铁矿石和氧化球团矿软化温度的条件下，将铁矿石还原成固态金属铁。直接还原铁具有纯净度高、质量稳定、冶金特性优良等特点，因此成为生产优质钢、纯净钢不可缺少的原料，它主要用作电炉炼钢的原料，也可以作为转炉炼钢的冷却剂使用。直接还原铁的结构通常呈海绵状，因此也被称为“海绵铁”。根据处理方式的不同，DRI还可以进一步加工成热压块（HotBreezeIron，HBI）或冷压块等不同形态的产品，以满足不同的工业需求。总结来说，其按生产方法可分为煤基直接还原铁和气基直接还原铁;按用途可分为炼钢用直接还原铁和其它用直接还原铁;按产品形式可分为海绵铁(DRI)和热压块铁(HBI)。

二、直接还原铁的生产工艺

关于直接还原铁工艺，目前全球范围内有2大类:一是煤基还原,如回转窑法、转底炉法、隧道窑法等,但由于煤基还原仍需使用化石燃料和碳还原剂，无助于碳减排;另一类是气基还原,自20世纪初瑞典开发Wiberg法以来,先后有10余种的气基还原工艺问世,但目前普遍采用的是Midrex工艺和HYL工艺,2种工艺是公认的技术较为成熟稳定且产量可以与高炉法相媲美的大规模生产工艺，目前气基还原工艺在全球范围内是主流。因而优化改良2种工艺使之成为氢基直接还原铁制备工艺是中国发展实施碳减排的有效途径。

（ａ）Ｍｉｄｒｅｘ工艺；（ｂ）ＨＹＬ－Ⅲ工艺

气基使用的炉料气体可以是天然气、氢、焦炉煤气等，目前实际生产使用较多的是天然气,相关产能多分布在天然气资源丰富的中东、南美等地。使用绿氢生产 DRI最为环保，理论上可以实现从氢气制备到 DRI制取的零碳排,但由于技术、成本等等限制，目前尚无工业规模的绿氢直接还原铁工厂。焦炉煤气是炼焦副产品，其中氢气占比达55-60%，焦炉煤气经脱硫等工序后可用于 DRI生产。该工艺既充分利用了闲置的焦炉煤气资源，又实现了低碳炼铁，在炼焦业发达的国家(如中国)是兼集经济性和环保性的选择。

就具体工艺而言，氨继还原主要包含 MIDREX 工艺、HYL/Energiron 工艺和PERED 工艺，其中 MIDR?X和 HYL 的使用更广泛。在含铁原料方面，MIDREX 和HYL 工艺的含铁原料均使用高品位球团，铁品位通常在 65%以上，也被称为 DR级球团。

三、直接还原铁生产情况

近年来全球直接还原铁产量持续增长，2018年首次突破1亿吨。2023年，世界钢铁协会统计显示，全球直接还原铁产量为1.36亿吨，同比增长约8.1%，主要直接还原铁生产国产量及增长率见下图，其中，印度是全球最大的直接还原铁生产国，产量同比增长17%至4960万吨；伊朗产量同比增长1.5%至3340万吨；俄罗斯产量同比增长1.2%至780万吨；利比亚、埃及等中东和北非地区国家增长率较高。

DRI的生产地域分布很大程度受到工艺和原料丰富度的影响。如中东北非地区、南美地区的天然气资源丰富,有利于气基工艺的发展,两地因此成为 MIDREX和 HYL 工艺的产能集中区域;印度的铁矿资源和煤炭资源均比较丰富，因此成为目前煤基回转窑 DRI 的最主要产区。

具体到国家，印度和伊朗合计生产全球六成以上的 DRI;产量排名 3-5 位的依次是俄罗斯、埃及和沙特;剩余约 30Mt 的 DRI年产量主要分布在伊朗沙特埃及以外的其它中东国家、南美洲、美国等地。根据世界钢铁协会预计，到2030年，全球直接还原铁产量将比2019年基准增长56.2%达到1.75亿吨。其中，欧盟、中东和北非地区的直接还原铁产量增长幅度最大。从世界钢协发布的数据来看，中国产量因过低未上榜，预计近年来我们直接还原铁产量在10万吨左右。

四、直接还原铁未来发展展望

我国资源禀赋特点是天然气短缺、煤资源相对丰富。因此，选择高炉炼铁的长流程不无道理，或者说长期历史形成的高炉-转炉工艺流程支撑我国成为全球的钢铁大国。面对天然气资源的局限性，部分行业参与者将未来发展的重心转向焦炉煤气——这一含氢量高达60%以上的宝贵资源。选择焦炉煤气作为氢冶金燃料也不无道理，中国目前每年焦炭产量约为4.9亿吨，其中大约3.4亿吨用于钢铁冶炼，这一过程年均产生约1800多亿立方米的焦炉煤气。即便在满足炼焦加热、烧结点火、球团焙烧和轧钢加热等需求后，剩余的焦炉煤气量依然超过1100亿立方米，这一数量足以支持生产超过1亿吨的直接还原铁。此外，生产直接还原铁还可以通过富氢高炉的途径实现,但是以焦炭为能源发展起来的炼铁高炉还不能摆脱对焦炭的依赖。目前在长、短流程炼钢工艺共存的情况下,特别是在在近几十年还不能脱离长流程炼钢的情况下,利用长流程里面的焦炉煤气来生还原铁是一个非常可行的途径。

目前，我国每年产铁矿石或者铁精矿3亿多吨,平均铁品位在63%左右或低于63%。因此,我国钢铁生产使用的铁矿石平均品位在62%左右，这个品位跟发达国家,特别是跟欧美国家的优质钢铁生产原料相比,至少低了3-5%。而竖炉氢还原工艺生产直接还原铁对铁矿石的品位要求大于67%,未来,这意味实际上市场后期对高品质铁矿石的需求量会大幅度增加。

随着全球对环保和可持续发展的日益重视，直接还原铁（DRI）作为一种清洁、高效的钢铁生产原料，其重要性日益凸显。中国作为世界上最大的钢铁生产国，面对资源禀赋的限制和环保的挑战，积极探索和推动DRI的生产与应用，不仅是实现钢铁工业绿色转型的关键，也是响应国家节能降碳行动方案的必然选择。展望未来，随着技术的不断进步和政策的持续支持，预计DRI的生产将得到更广泛的推广和应用，为钢铁工业的可持续发展贡献重要力量。