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抓住時機(jī)發(fā)展我國的直接還原鐵

2010-06-23   作者:佚名   網(wǎng)友評論 0

抓住時機(jī)發(fā)展我國的直接還原鐵
韋俊賢

Ⅰ 我國鋼鐵工業(yè)現(xiàn)狀、特點和問題
Ⅰ-1現(xiàn)狀
    進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國鋼鐵工業(yè)快速發(fā)展,粗鋼產(chǎn)量年均增長21.1%。2008年,粗鋼產(chǎn)量達(dá)到5億噸,占全球產(chǎn)量的38%,國內(nèi)粗鋼表觀消費量4.53億噸,直接出口折合粗鋼6000萬噸,占世界鋼鐵貿(mào)易量的15%。2007年,規(guī)模以上鋼鐵企業(yè)完成工業(yè)增加值9936億元,占全國GDP的4%,實現(xiàn)利潤2436億元,占工業(yè)企業(yè)利潤總額的9%,直接從事鋼鐵生產(chǎn)的就業(yè)人數(shù)358萬。2009年我國鋼、鐵、焦的產(chǎn)量分別達(dá)到56784萬噸、54375萬噸、34502萬噸,創(chuàng)歷史新高,見圖1。

    鋼鐵產(chǎn)品基本滿足國內(nèi)需要,部分關(guān)鍵品種達(dá)到國際先進(jìn)水平,但相當(dāng)數(shù)量的優(yōu)質(zhì)鋼材還需進(jìn)口。
    鋼鐵產(chǎn)業(yè)有力支撐和帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)了社會就業(yè),對保障國民經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
Ⅰ-2特點
    我國鋼鐵工業(yè)的特點:以長流程為主,鐵鋼比高,焦炭消耗多,電爐鋼比低,污染嚴(yán)重。
圖2 我國和世界的鐵鋼比
圖3 我國和世界電爐鋼比
Ⅰ-3 問題
    鋼鐵業(yè)的發(fā)展雖然喜人,但是,鋼鐵產(chǎn)業(yè)長期粗放發(fā)展積累的矛盾日益突出,也令人擔(dān)憂。
    一是盲目投資嚴(yán)重,產(chǎn)能總量過剩。截至2008年底,我國粗鋼產(chǎn)能達(dá)到6.6億噸,超出實際需求約1億噸。加上正在興建和擬建的曹妃甸、鲅魚圈、湛江、防城港等千萬噸級的大型鋼鐵企業(yè),我國鋼的產(chǎn)能實際已經(jīng)超過7億噸。我國機(jī)焦的產(chǎn)能達(dá)到4.15億噸、再加上無回收爐2500萬噸、半焦?fàn)t2500萬噸,焦炭產(chǎn)能共計4.6億噸。
    二是創(chuàng)新能力不強,先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、高端產(chǎn)品研發(fā)和應(yīng)用還主要依靠引進(jìn)和模仿,一些高檔關(guān)鍵品種鋼材仍需大量進(jìn)口,消費結(jié)構(gòu)處于中低檔水平。
    三是產(chǎn)業(yè)布局不合理,大部分鋼鐵企業(yè)分布在內(nèi)陸地區(qū)的大中型城市,受到環(huán)境容量、水資源、運輸條件、能源供應(yīng)等因素的嚴(yán)重制約。
    四是產(chǎn)業(yè)集中度低,粗鋼生產(chǎn)企業(yè)平均規(guī)模不足100萬噸,排名前5位的企業(yè)鋼產(chǎn)量僅占全國總量的28.5%。
    五是資源控制力弱,國內(nèi)鐵礦資源稟賦低,高爐煉鐵必須的鐵礦石和煉焦煤供不應(yīng)求。鐵礦自給率不足50%,從2008年起我國已成為煉焦煤的凈進(jìn)口國,2009年我國進(jìn)口了3449萬噸煉焦煤。在國內(nèi)外鐵礦石和焦炭價格飛漲的情況下,企業(yè)生產(chǎn)成本升高,生產(chǎn)運營艱難。
圖4 我國進(jìn)口鐵礦依存度
    六是流通秩序混亂。鋼鐵產(chǎn)品經(jīng)銷商過多,投機(jī)經(jīng)營傾向較重。
    在這種背景下,國家主管部門制定了《鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整與振興規(guī)劃》,嚴(yán)格控制新增產(chǎn)能,不再核準(zhǔn)和支持單純新建、擴(kuò)建產(chǎn)能的鋼鐵項目,所有項目必須以淘汰落后為前提。2010年底前,淘汰300立方米及以下高爐產(chǎn)能5340萬噸,20噸及以下轉(zhuǎn)爐、電爐產(chǎn)能320萬噸;2011年底前再淘汰400立方米及以下高爐、30噸及以下轉(zhuǎn)爐和電爐,相應(yīng)淘汰落后煉鐵能力7200萬噸、煉鋼能力2500萬噸。實施淘汰落后、建設(shè)鋼鐵大廠的地區(qū)和其它有條件的地區(qū),要將淘汰落后產(chǎn)能標(biāo)準(zhǔn)提高到1000立方米以下高爐及相應(yīng)的煉鋼產(chǎn)能。
Ⅱ 從長流程向短流程轉(zhuǎn)變是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的客觀規(guī)律
    世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展的情況表明,鋼鐵生產(chǎn)工藝從長流程向短流程的發(fā)展是各國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的必然規(guī)律。
Ⅱ-1國外鋼鐵工業(yè)發(fā)的實例
    以美國和日本為例:
    美國鋼鐵、焦炭工業(yè)發(fā)展100年多來的情況,大體可分三個階段:1951年焦炭產(chǎn)量上升最高峰7930萬噸時,鋼產(chǎn)量為9542萬噸,焦鋼比為0.83(焦炭產(chǎn)量比鋼產(chǎn)量)。之后,焦炭產(chǎn)量開始下降。到1973年鋼產(chǎn)量上升到最高峰13678萬噸時,焦炭產(chǎn)量下降為6340萬噸,焦鋼比降為0.47,比1951年減少0.36。再后,鋼產(chǎn)量開始下降,見圖5 。
 圖5 美國100年來焦炭及生鐵、鋼產(chǎn)量變化情況 (單位:萬噸)
     到1988年,美國鋼的積累量近60億噸時,鋼產(chǎn)量下降到9063萬噸,走向比較平穩(wěn)的正常生產(chǎn)量。國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的能源、交通、港口、城市基礎(chǔ)設(shè)施、房地產(chǎn)等建設(shè)比較完善,當(dāng)年焦炭產(chǎn)量下降到2890萬噸,焦鋼比下降為0.31。
     美國的焦炭產(chǎn)量由1951年最高峰7930萬噸,到2008年下降到1424萬噸,焦炭產(chǎn)量減少82%,主要原因,一是煉鐵焦比下降;二是1973年以后鋼產(chǎn)量逐步減少;三是鐵鋼比大幅度降低,到2008年底鋼積累量為78億噸,社會返回大量的廢鋼用于煉鋼生產(chǎn),(多余廢鋼還大量出口)廢鋼代替生鐵減少消費大量焦炭。鐵鋼比為0.36。
    美國近百年來,鋼鐵發(fā)展與焦炭產(chǎn)量下降的曲線圖走勢,大體上成喇叭形,約30度角延伸。
    日本是世界產(chǎn)鋼第二大國,鋼鐵、焦炭發(fā)展的情況如下:
    日本1948年鋼產(chǎn)量171萬噸,經(jīng)過25年到1973年鋼產(chǎn)量上升到11932萬噸,之后,鋼產(chǎn)量一直波動在11000萬噸左右,焦炭產(chǎn)量逐年減少。1984年鋼產(chǎn)量10558萬噸,焦炭產(chǎn)量為5145萬噸,焦鋼比為0.49。到2008年鋼產(chǎn)量11874萬噸,焦炭產(chǎn)量下降為3856萬噸,焦鋼比下降為0.32。24年間,鋼產(chǎn)量波動不大,焦炭產(chǎn)量減少25%。
    日本國土小,經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度快,國內(nèi)的能源、交通、港口、城市基礎(chǔ)設(shè)施、房地產(chǎn)等建設(shè)比較完善,鋼材消費走向正常的消費量。
日本到2008年底,60年來,鋼積累量為47億噸,返回大量的廢鋼代替生鐵煉鋼,焦炭產(chǎn)量較大幅度的減少。日本鋼鐵發(fā)展與焦炭產(chǎn)量下降的曲線圖,大體上形成喇叭形約15度延伸,見圖6。
圖6 日本近50年來鋼、生鐵、焦炭產(chǎn)量變化情況 (單位:萬噸)
    中國是發(fā)展中國家,建國前是個農(nóng)業(yè)大國,建國初期鋼鐵工業(yè)經(jīng)過十幾年建設(shè)有了一些發(fā)展,但鋼鐵生產(chǎn)仍然比較落后,煉鋼用生鐵都是一噸多,消費焦炭比較高,1977年鋼產(chǎn)量2374萬噸,焦炭產(chǎn)量3928萬噸,焦鋼比為1.654。1978年改革開放后,國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)發(fā)展比較快,鋼鐵工業(yè)技術(shù)水平不斷提高,煉鋼耗生鐵大幅度下降,1988年焦鋼比降低到1.028,2009年降低到0.607。
圖7 中國1978-2008年鋼、鐵、焦炭產(chǎn)量情況及預(yù)測 (單位:萬噸)
Ⅱ-2鋼鐵生產(chǎn)從長流程向短流程的轉(zhuǎn)變是客觀規(guī)律
    隨著各國鋼鐵蓄積量的增加和社會廢鋼量的增長,鋼鐵工業(yè)電爐鋼的比例會逐漸增高。目前,中國電爐鋼與世界電爐鋼比的平均水平大約相差30個百分點。這就是從結(jié)構(gòu)上造成我國鋼鐵工業(yè)能耗高的主要原因。
    從世界鋼鐵工業(yè)發(fā)展情況看,當(dāng)一個國家的人均占有鋼量超過5噸時,隨著社會廢鋼量的增加,電爐鋼的比例就會快速增長,至2007年,主要國家鋼鐵的蓄積量見圖8。
圖8  1901~2007年主要國家鋼鐵蓄積量
    再過十年,中國鋼的積累量達(dá)到90億噸左右時,人均占有的鋼量將會達(dá)到7噸/人,電爐鋼將會迅速發(fā)展。
    目前,中國的電爐鋼比雖然只有9%左右,但絕對量并不少,2009年世界鋼產(chǎn)量121972萬噸,中國鋼產(chǎn)量56784萬噸,扣除中國其他國家鋼產(chǎn)量為65188萬噸。按2008年數(shù)據(jù)推算,2009年世界電爐鋼產(chǎn)量約37201萬噸,中國電爐鋼產(chǎn)量約5920萬噸,約占世界電爐鋼產(chǎn)量的15.9%。中國電爐鋼生產(chǎn)需要大量廢鋼和直接還原鐵。
Ⅲ 直接還原鐵的發(fā)展應(yīng)與電爐鋼發(fā)展相適應(yīng)
Ⅲ-1世界直接還原鐵產(chǎn)量
    電爐煉鋼的主要原料是廢鋼。而廢鋼中的錯雜元素不斷積累會影響鋼材的質(zhì)量。為了稀釋廢鋼中的錯雜元素,保證鋼材的質(zhì)量,直接還原鐵的產(chǎn)業(yè)就由此而生,并持續(xù)不斷的得到發(fā)展。從1970年直接還原鐵商業(yè)化以來,直接還原鐵的產(chǎn)量連年增加,見圖9。
 
圖9  1970-2008年世界直接還原鐵產(chǎn)量
    印度缺乏煉焦煤,因而大力發(fā)展直接還原鐵。印度是世界上直接還原鐵產(chǎn)量最多的國家,2009年印度直接還原鐵產(chǎn)量2104萬噸,鋼產(chǎn)量5661萬噸,直接還原鐵和鋼產(chǎn)量的比值為37.6%。我國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展,急速的消耗煉焦煤資源,我國煉焦煤的儲量并不多,僅占煤儲量的27.6%,見圖10。
圖10 我國煤儲量圖
    有專家估算,我國煉焦煤在40年左右將消耗殆盡。印度根據(jù)自身資源情況發(fā)展非高爐煉鐵的經(jīng)驗,值得我們借鑒。
Ⅲ-2世界直接還原鐵和電爐鋼比
    直接還原鐵主要用做電爐鋼的原料,少量用做轉(zhuǎn)爐冷卻劑和優(yōu)質(zhì)鑄件。2009年世界直接還原鐵產(chǎn)量和電爐鋼量的比值接近20%,中國約為1.2%,見表1。
 
表1  2000~2009年世界和中國直接還原鐵產(chǎn)量與電爐鋼產(chǎn)量比。
年份 DRI/電爐鋼
世界 中國 其它
2000 15.47 0.25 16.64
2001 13.69 0.46 14.86
2002 14.81 0.72 16.38
2003 15.13 0.79 17.08
2004 15.68 1.03 17.68
2005 16.14 0.98 18.14
2006 15.56 0.9 17.45
2007 16.44 1.2 18.56
2008 16.18 1.2 16.58
2009 16.94 1.17 19.5
    在2001~2005年之間,全球粗鋼產(chǎn)量年增加7%,原材料(廢鋼、生鐵和直接還原鐵)的消費量年增長8%,其中直接還原鐵的年增長達(dá)到10%。
    2006~2010年之間,原材料的需求年增長保持5%,直接還原鐵和熱壓塊鐵的需求量的增幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他原材料,目前全球商品熱壓塊鐵的產(chǎn)量達(dá)到670萬噸/年(委內(nèi)瑞拉430萬噸/年、俄羅斯110萬噸/年、利比亞70萬噸/年、馬蘭西亞40萬噸/年、印度20萬噸/年)。需求主要北美(210萬噸/年)、遠(yuǎn)東(120萬噸/年)、歐洲(110萬噸/年)、中國(100萬噸/年)、中東(80萬噸/年)、拉美(50萬噸/年)。
    預(yù)計2010年全球商品直接還原鐵和熱壓塊鐵需求量將增加至960萬噸/年。
    發(fā)達(dá)國家的電爐鋼冶煉一般直接還原鐵的配入量在15~30%,我國直接還原鐵的產(chǎn)量很少,進(jìn)口量也不多,2009年我國進(jìn)口了177萬噸直接還原鐵,創(chuàng)歷史新高,但攤配在電爐煉鋼冶煉中的比例仍然很小。
    我國在電爐鋼冶煉中大量配入熱鐵水,這也是我國鋼鐵工業(yè)鐵鋼比高、能耗高、污染大的原因之一。
    在直接還原鐵的發(fā)展上,我國與世界的差距是很大的。但也表明,直接還原鐵在我國有很大的發(fā)展空間。
Ⅳ 我國直接還原技術(shù)的發(fā)展動向
    從上世紀(jì)50年代開始,我國從未間斷過對直接還原技術(shù)進(jìn)行開發(fā)研究。目前,我國已建成一批煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原鐵生產(chǎn)廠,如:天津鋼管、富蘊金山礦業(yè)、密云、魯中、喀左等。
還有一些隧道窯直接還原廠分布于新疆、山西、河北、遼寧、吉林、河南、上海、內(nèi)蒙、云南、山東等十多個省、區(qū)。到2009年底,已建成或正在建設(shè)的隧道有100多座,設(shè)計年產(chǎn)能超過400萬噸,由于隧道窯投資低,適合于一些資金缺乏的企業(yè)家的需求,因而,建設(shè)熱潮有增無減。隧道窯生產(chǎn)的直接還原鐵質(zhì)量不穩(wěn)定,雜質(zhì)多,不僅造成直接還原鐵生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益差,更重要的是電爐使用低質(zhì)量的直接還原鐵使煉鋼的能耗大幅度上升,隧道窯生產(chǎn)的直接還原鐵在電爐煉鋼生產(chǎn)中不受歡迎,嚴(yán)重的影響了我國直接還原鐵的應(yīng)用和發(fā)展。
上述直接還原鐵廠,除天津鋼管、富蘊金山礦業(yè)的回轉(zhuǎn)窯單機(jī)生產(chǎn)能力15萬噸/年外,其余生產(chǎn)裝置的單機(jī)能力均<7.5萬噸/年。
    自我國直接還原鐵實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來,直接還原鐵的年產(chǎn)量從未超過60萬噸,占世界DRI年產(chǎn)量不足1.0%。
    近幾年,轉(zhuǎn)底爐在我國得到發(fā)展,主要用在復(fù)合鐵礦的綜合利用、鋼鐵廠粉塵的處理和難選鐵礦資源的開發(fā),效果良好。也有的鋼鐵企業(yè)想用轉(zhuǎn)底爐作為預(yù)還原裝置,為高爐或熔分爐提供直接還原鐵,此種工藝過程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性還有待驗證。目前,在建的轉(zhuǎn)底爐近十座,部分已投產(chǎn)運行。
    關(guān)于轉(zhuǎn)底爐技術(shù),值得關(guān)注的是2010年1月,建在美國明尼蘇達(dá)州的第一個ITMK3商業(yè)化工廠已經(jīng)投產(chǎn),此法具有產(chǎn)品是“鐵粒”、品質(zhì)好、比重大,抗氧化,易運輸,有利于后步熔化工序設(shè)備的選擇等一系列的優(yōu)點。我們對此工藝的生產(chǎn)狀況應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行跟蹤觀察。
    氣基豎爐是當(dāng)今世界直接還原鐵生產(chǎn)的主流技術(shù)。我國由于天然氣資源短缺和價格昂貴,加之供給直接還原鐵生產(chǎn)用的高品位球團(tuán)的生產(chǎn)基地尚未形成,因此,我國至今還沒有建成一座氣基豎爐生產(chǎn)裝置。但是,我國的鋼鐵和化工工作者,一直在進(jìn)行對氣基豎爐生產(chǎn)工藝的探索和研究。結(jié)合中國的國情,正在致力于“煤制氣—豎爐”直接還原技術(shù)的開發(fā)。
從技術(shù)上講,煤制氣-豎爐的聯(lián)合流程在技術(shù)上是可行的,印度金達(dá)爾廠已經(jīng)建設(shè)了此種工藝流程,煤制氣采用的是魯奇爐高壓制氣法。
煤制氣—豎爐直接還原法在我國倍受關(guān)注,一些企業(yè)已經(jīng)做過可行性研究。據(jù)不完全統(tǒng)計,約二十多個單位在籌劃、規(guī)劃、設(shè)計建設(shè)50~160×104t/a的煤制氣—豎爐直接還原鐵生產(chǎn)線。主要問題是高壓煤制氣方法的投資太大,經(jīng)濟(jì)性欠佳,對于第一個想吃“螃蟹”的企業(yè)決心難下。為此,有的單位正在研究低壓煤制氣和豎爐的聯(lián)合流程。如果低壓煤制氣和豎爐的聯(lián)合流程研發(fā)成功,它將徹底改變我國直接還原鐵生產(chǎn)的面貌,為我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展開辟新的途徑。但由于各種原因,至今還沒有一個項目進(jìn)入實質(zhì)性的運作。
Ⅴ 對我國發(fā)展直接還原鐵的幾點建議
Ⅴ-1 發(fā)展直接還原鐵有利于節(jié)約寶貴的煉焦煤資源,有利于鋼鐵工業(yè)的結(jié)構(gòu)性調(diào)整,有利于減少環(huán)境污染和減少CO2的排放量,有利于開發(fā)復(fù)合鐵礦、難選鐵礦,有利于處理鋼鐵廠粉塵和有色冶金含鐵渣等含鐵廢棄物,符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)的大政方針,國家對有條件建設(shè)直接還原鐵的單位應(yīng)給予政策性的支持。近年來,一些地區(qū)和單位已提出氣基豎爐建設(shè)的規(guī)劃。由于氣基豎爐的建設(shè)在我國尚屬技術(shù)空白,建設(shè)者必須具備資源、資金、場地、產(chǎn)品用戶等條件才能成功。對于第一個建設(shè)者,國家主管部門應(yīng)當(dāng)成示范項目給予積極支持。
Ⅴ-2 氣基豎爐直接還原鐵生產(chǎn)需要高品位鐵礦石。根據(jù)天津大無縫的經(jīng)驗教訓(xùn),我國要想發(fā)展氣基豎爐,必須立足于使用國產(chǎn)鐵礦石生產(chǎn)直接還原用的氧化球團(tuán)。我國一些地區(qū)的鐵精礦可以選到氣基豎爐需要的品位,但對氧化球團(tuán)的生產(chǎn)工藝還需要做深入的研究工作。
Ⅴ-3 國家主管部門對于“低壓粉煤氣化-豎爐”的工藝研究應(yīng)給予鼓勵和支持,創(chuàng)新出我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤制氣-氣基豎爐新工藝。
Ⅴ-4 我國直接還原技術(shù)的研究和發(fā)展方興未艾,我們應(yīng)該提倡技術(shù)協(xié)作和技術(shù)交流,促進(jìn)我國直接還原技術(shù)的發(fā)展。但由于知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的問題搞得不好,妨礙了直接還原同仁間的交流。我們應(yīng)當(dāng)尊重各單位辛勤勞動的成果,尊重各單位的專利技術(shù),如果想利用別人的專利技術(shù),就應(yīng)按照技術(shù)交易的規(guī)則來辦理。
Ⅴ-5 對直接還原鐵廠的建設(shè)必須進(jìn)行認(rèn)真的可行性研究,不能草率立項,更不能盲目上馬,以免造成不必要的損失。
 
關(guān)鍵詞:還原鐵時機(jī)我國

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