東北大學(xué)
1 非高爐煉鐵及我國煉鐵工藝的現(xiàn)狀
1.1 我國煉鐵工藝的現(xiàn)狀
2017年世界粗鋼產(chǎn)量為16.91億噸。中國的粗鋼產(chǎn)量為8.32億噸，占比49.2%。2017年世界高爐生鐵的產(chǎn)量為11.74億噸。中國的生鐵產(chǎn)量為7.108億噸，全世界占比60.54%，非高爐煉鐵比例接近于零。中國的鐵鋼比達0.85，除中國以外的世界平均鐵鋼比僅為0.539。 由于壟斷中國鋼鐵業(yè)的高爐-焦化-燒結(jié)長流程鐵鋼比最高，中國的噸鋼能耗、污染物排放量及CO2排放量均為世界第一。
2017年全球煤炭產(chǎn)量77.3億噸，中國煤炭年產(chǎn)量為34.2億噸，占世界總產(chǎn)量的45.6%，還進口2.6億噸煤炭來滿足需求，中國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)與消費國。煤炭消費占我國能源消費的61.83% (全世界平均煤炭消費僅占33%)。石油約占我國能源消費的18.95%；我國天然氣消費僅占6.2%。中國的發(fā)電用煤占比高達60%，鋼鐵用煤占比約15%，但是由于我國的鋼鐵產(chǎn)能、產(chǎn)量占了世界的一半以上，CO2及各種污染物的排放量巨大，因此壓縮鋼鐵產(chǎn)能及耗煤量的壓力很大。京津冀及周邊6省市鋼鐵產(chǎn)量占了全國的一半，用煤占比達到全國的33%，這是本地區(qū)霧霾天非常頻繁，鋼鐵企業(yè)不得不經(jīng)常限產(chǎn)的主要原因。
1.2 非高爐煉鐵工藝的現(xiàn)狀
全世界2017年直接還原鐵產(chǎn)量為8700萬噸。中國的直接還原鐵產(chǎn)量為60萬噸，占比僅0.0085%。按生產(chǎn)工藝，氣基直接還原鐵工藝產(chǎn)量占全球直接還原鐵總產(chǎn)量的82.4%，其中采用MIDREX工藝的產(chǎn)量為5645萬噸，占總產(chǎn)量的64.8%；HYL/Energiron產(chǎn)量為1468萬噸，占比為16.9%；流化床工藝為63萬噸，占比為0.7%。煤基回轉(zhuǎn)窯工藝產(chǎn)量為1534萬噸，占比為
目前全世界的熔融還原鐵水產(chǎn)能為710萬噸，主要是COREX及FINEX工藝，2017年熔融還原生產(chǎn)鐵水僅580萬噸，世界占比0.5%。
熔融還原是一種清潔煉鐵技術(shù)，2007年，寶鋼集團引進了兩套COREX3000技術(shù)設(shè)備。寶鋼COREX3000爐在羅涇投產(chǎn)運行了四年，其單爐最大產(chǎn)能達到了110萬t/a，能夠連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。寶鋼集團公司對COREX3000做了大量消化吸收、關(guān)鍵備件本地化等工作，改進了原設(shè)計中的一些局部缺陷，但是關(guān)鍵技術(shù)未能實施技術(shù)創(chuàng)新，僅達到設(shè)計產(chǎn)能的74%，未與高爐流程互補，碼頭物流成本高，上海地區(qū)的塊煤、球團礦價格高企等因素使其持續(xù)虧損。目前搬遷到新疆八一鋼鐵廠的一套C3000歐冶爐已經(jīng)正常生產(chǎn)，而且成本與本廠高爐相當。
韓國浦項在COREX2000熔融還原爐基礎(chǔ)上，與奧鋼聯(lián)合作開發(fā)出利用COREX輸出煤氣預(yù)還原粉礦的大型沸騰流化床直接還原裝置，并且陸續(xù)建成了年產(chǎn)60萬噸、150萬噸、200萬噸鐵水（實際產(chǎn)能僅170萬噸鐵水）FINEX的生產(chǎn)裝置，發(fā)展了熔融還原煉鐵工藝技術(shù)。目前FINEX的生產(chǎn)裝置處于停產(chǎn)狀態(tài) 目前熔融還原煉鐵生產(chǎn)還不能完全擺脫焦炭，對原燃料價格比較敏感，適用范圍不夠廣泛。
高爐流程與廢鋼－DRI－電爐短流程的能耗、環(huán)保排放量的比較
傳統(tǒng)的高爐-焦化-燒結(jié)煉鐵流程中，由于每噸燒結(jié)礦排出高溫廢氣量達6000m3以上，燒結(jié)煙粉塵（包括PM10、PM2.5）、SO2、NOX排放量占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)排放總量的6成以上；由于焦爐出焦、熄焦過程有大量煙粉塵排放，焦化廠的煙粉塵排放量占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)排放總量的3成以上；而且焦化廠的SO2、氨、苯、苯并吡等對人體、生物有毒害的有機廢氣排放量占企業(yè)排放總量的8成以上，凡是有焦化廠生產(chǎn)的地方，工廠內(nèi)部及周邊土地幾乎寸草不生，動物滅絕，植物死光或變異，煉焦對環(huán)境具有毀滅性的破壞作用，西方國家已經(jīng)關(guān)停了9成煉焦并通過WTO要求中國生產(chǎn)出口。燒結(jié)機、焦化廠的污染物排放量占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)排放總量的一半以上，二者是鋼鐵生產(chǎn)流程中最大的污染源。參見以下圖1-圖4
圖2
圖3
圖4
因此，降低焦比、提高球團比、降低燒結(jié)礦比，提高廢鋼比是傳統(tǒng)鋼鐵流程節(jié)能減排最有效的途徑。
采用廢鋼-DRI-電爐煉鋼，可以節(jié)能一半以上，同時減少污染物排放量7成以上，固廢產(chǎn)生量也可以減少7成以上。
2 我國鋼鐵冶煉工藝的發(fā)展方向
我國雖然是世界產(chǎn)鋼第一大國，但我國優(yōu)質(zhì)鋼、潔凈鋼的生產(chǎn)無論是數(shù)量，還是品種、質(zhì)量方面與世界先進國家有很大的差距，成為我國鋼鐵生產(chǎn)的短板，無法滿足我國經(jīng)濟發(fā)展的需要，高鐵、飛機制造工業(yè)使用的關(guān)鍵構(gòu)件、螺栓等大量優(yōu)質(zhì)鋼材配件仍需進口（如表1、表2所列數(shù)據(jù)），嚴重影響我國裝備制造、國防等工業(yè)發(fā)展。從冶金技術(shù)和裝備層面，我國具備生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、潔凈鋼、超潔凈鋼的能力。當前，我國優(yōu)質(zhì)鋼材生產(chǎn)的主要問題之一是原材料純度不高。我國缺乏且難以進口優(yōu)質(zhì)重廢鋼，以高爐鐵水、普通廢鋼為原料生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼材時，鋼中殘留元素控制難度大，消耗高，鋼水化學(xué)成分及鋼材質(zhì)量的穩(wěn)定性難以保證。優(yōu)質(zhì)鋼、潔凈鋼、超潔凈鋼生產(chǎn)需要低碳、低硫、低磷、有害元素及殘留元素低鐵原材料，而優(yōu)質(zhì)直接還原鐵（DRI）是冶煉潔凈鋼、超潔凈鋼的優(yōu)質(zhì)原料和廢鋼殘留元素的稀釋劑。國內(nèi)外大量特鋼企業(yè)的生產(chǎn)實踐表明，只有采用優(yōu)質(zhì)豎爐直接還原配合廢鋼電爐短流程煉鋼，
才能生產(chǎn)出具有國際先進水平的優(yōu)質(zhì)、純凈、高質(zhì)量等級精品鋼產(chǎn)品，獲得高附加值的經(jīng)濟效益。
我國2015年進口的優(yōu)質(zhì)鋼、特種鋼1500萬噸價值約200億美元，均價是我國出口鋼材的5倍，與我國出口的7800萬噸鋼材收入相當。
以下圖5-圖8。
圖5
圖6
圖7
圖8
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