王太炎

　　鞍山鋼鐵集團(tuán)

　　1重要啟迪

　　中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)中國(guó)冶金報(bào)社對(duì)原中國(guó)工程院院長(zhǎng)中國(guó)工程院院士徐匡迪進(jìn)行專訪：徐匡迪院長(zhǎng)語(yǔ)重心長(zhǎng)的說(shuō)：“鋼鐵還未強(qiáng)國(guó)同志仍需努力。”徐匡迪院長(zhǎng)在談到改革開(kāi)放40年中國(guó)鋼鐵工業(yè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)時(shí)說(shuō)主要有三個(gè)問(wèn)題：1、鋼鐵工業(yè)發(fā)展沒(méi)有嚴(yán)格按照生態(tài)環(huán)境的要求健康綠色發(fā)展；2、鋼鐵工業(yè)只考慮短期的供需效應(yīng)，沒(méi)有考慮合理布局；3、中國(guó)鋼鐵工業(yè)面臨工藝流程再造問(wèn)題。

　　關(guān)于鋼鐵工藝流程再造問(wèn)題做了詳細(xì)的闡述，他說(shuō)；中國(guó)鋼鐵行業(yè)的長(zhǎng)流程近90%，而美國(guó)，歐盟短流程已經(jīng)占到40%以上，美國(guó)生產(chǎn)普通鋼材主要流程就是用廢鋼短流程電弧爐冶煉，爐外精煉后軋制。徐匡迪表示“如果我國(guó)鋼鐵工藝流程再造成功，一方面可以減少對(duì)國(guó)外鐵礦石的依賴，另一方面可以大大降低排放，符合綠色發(fā)展要求。用短流程冶煉還可以調(diào)峰運(yùn)行，解除能源供應(yīng)的峰谷，同時(shí)降低能耗。在當(dāng)前技術(shù)水平下，如果企業(yè)有自有電廠，長(zhǎng)流程生產(chǎn)1噸成品鋼大約消耗700多公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，而短流程只需要其60%左右。其次，由于工藝流程的再造，將會(huì)產(chǎn)生很多新的產(chǎn)業(yè)，如廢鋼回收和加工等產(chǎn)業(yè)。

　　在天然氣短缺的中國(guó)，在長(zhǎng)流程近100%的中國(guó)鋼鐵工業(yè)，在廢鋼短缺的鋼鐵廠，如何完成鋼鐵工藝流程再造的問(wèn)題，推進(jìn)鋼鐵工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，這是老一輩鋼鐵工作者，長(zhǎng)期關(guān)注的問(wèn)題，如何突破這個(gè)難題，本人提出如下思考。

　　2完善長(zhǎng)流程發(fā)展短流程推進(jìn)鋼鐵業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)

　　在我國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段的背景下，在我國(guó)鋼鐵發(fā)展具體歷程中，中國(guó)的鋼鐵未來(lái)如何發(fā)展，是我國(guó)鋼鐵工作者共同關(guān)注的問(wèn)題。本文緊貼中國(guó)鋼鐵發(fā)展?fàn)顩r與實(shí)際，運(yùn)用戰(zhàn)略性思維，創(chuàng)造性的思考，談?wù)勎业囊庖?jiàn)，供參考。

　　2.1兩種典型鋼鐵工藝流程的描述

　　關(guān)于鋼鐵工藝流程的研究和定位，對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的未來(lái)發(fā)展有著重要關(guān)聯(lián)和影響。根據(jù)資料報(bào)道，北美鋼鐵發(fā)展的流程效能達(dá)56%，可見(jiàn)，研究我國(guó)鋼鐵流程的定位問(wèn)題是十分必要的。

　　全球鋼鐵流程大致可以概括為兩種；

　　1）長(zhǎng)流程（高爐煉鐵，轉(zhuǎn)爐煉鋼長(zhǎng)流程）

　　2）短流程（直接還原煉鐵，電爐煉鋼短流程）

　　我國(guó)鋼鐵工業(yè)由于歷史原因，長(zhǎng)流程占主導(dǎo)的工藝流程，我國(guó)年產(chǎn)8-10億噸鋼均為長(zhǎng)流程制造，直接還原鐵的產(chǎn)能僅為30-40萬(wàn)噸這種狀況應(yīng)該有所改變。

　　全球鋼鐵工藝流程呈現(xiàn)兩極分化，中、日、歐以長(zhǎng)流程為主導(dǎo)流程，而北美、中東、東南亞、印度以氣基直接還原，電爐煉鋼短流程為主導(dǎo)工藝流程。這樣發(fā)展趨勢(shì)，究其原因只有一個(gè)：前者氣體資源短缺，后者天然氣資源相對(duì)豐富，或者說(shuō)氣體資源、煉焦煤資源決定鋼鐵工藝流程的定位。

　　鋼鐵工藝流程的選擇，向來(lái)是個(gè)模糊選題，特別是在中國(guó)--只有長(zhǎng)流程，沒(méi)有短流程的參照物，因此無(wú)法精準(zhǔn)的選擇，只能根據(jù)國(guó)家或地區(qū)的具體情況靈活運(yùn)用和選擇。

　　我國(guó)生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)之一，天然氣相對(duì)短缺，煤資源相對(duì)豐富。選擇高爐煉鐵的長(zhǎng)流程不無(wú)道理，或者說(shuō)長(zhǎng)期歷史形成的高爐，轉(zhuǎn)爐工藝流程支撐我國(guó)成為全球的鋼鐵大國(guó)。

　　一些國(guó)家和地區(qū)如印度，由于煉焦煤資源緊缺，鋼鐵工藝流程長(zhǎng)期沿用短流程。根據(jù)4年前的統(tǒng)計(jì)，印度鋼年產(chǎn)量為7000萬(wàn)噸，直接還原鐵年產(chǎn)量為 3500萬(wàn)噸，成為典型的大規(guī)模使用直接還原電爐煉鋼短流程鋼鐵工藝的國(guó)家。

　　北美鋼鐵工藝近年來(lái)發(fā)生突變，特別是頁(yè)巖氣開(kāi)采技術(shù)被突破后，為直接還原煉鐵提供優(yōu)質(zhì)氣體資源，大型的直接還原裝置相繼投產(chǎn)，推動(dòng)大型鋼鐵廠轉(zhuǎn)型升級(jí)，見(jiàn)下表：

　　2.2長(zhǎng)流程是鋼鐵發(fā)展的壓艙石

　　首先是近幾十年全球的長(zhǎng)流程高爐煉鐵快速穩(wěn)步發(fā)展?jié)M足全球市場(chǎng)的需求，鋼鐵利用率不斷上升，2017年全球高爐生鐵產(chǎn)量達(dá)11.748億噸，我國(guó)占60.5%達(dá)7.108億噸，如下圖所示：
 

　　這樣的發(fā)展趨勢(shì)說(shuō)明長(zhǎng)流程高爐煉鐵工藝日趨成熟，支撐全球鋼鐵的快速穩(wěn)健發(fā)展。多年來(lái)，煉鐵工藝的裝備大型化是煉鐵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（高爐有效容積：5550m3、燒結(jié)機(jī)：700m2、焦?fàn)t：7.63m），明顯提高的高爐操作系數(shù)和生產(chǎn)效率，大大改善高爐工藝的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。其次，中國(guó)鋼鐵業(yè)發(fā)展表現(xiàn)尤為突出的是節(jié)能、環(huán)保技術(shù)的創(chuàng)新（例如：干熄焦技術(shù)的推廣），改善了鋼鐵工業(yè)生態(tài)環(huán)境，成為鋼鐵生產(chǎn)的壓艙石。特別應(yīng)該提及的是：長(zhǎng)流程為鋼鐵工業(yè)發(fā)展帶來(lái)高質(zhì)量高化學(xué)能氣體資源--焦?fàn)t煤氣，可以彌補(bǔ)天然氣短缺地區(qū)發(fā)展直接還原煉鐵的發(fā)展短板，構(gòu)成鋼鐵未來(lái)發(fā)展又一塊壓艙石，保證鋼鐵大船破浪前進(jìn)。

　　2.3直接還原煉鐵是鋼鐵發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力

　　直接還原煉鐵基于氫冶金原理，由碳冶金轉(zhuǎn)為氫冶金是鋼鐵工業(yè)的一場(chǎng)革命，必須用革命精神推動(dòng)鋼鐵轉(zhuǎn)型升級(jí)。

　　直接還原即用氫還原煉鐵，首先要解決氫資源問(wèn)題。全球的直接還原煉鐵普遍采用天然氣經(jīng)轉(zhuǎn)化、重整、裂解生成H2+CO作為還原劑，完成煉鐵工藝。然而，在天然氣短缺，長(zhǎng)流程為主導(dǎo)的鋼鐵廠中采用焦?fàn)t煤氣為還原劑實(shí)現(xiàn)短流程工藝是最佳的選擇。其原因有二：長(zhǎng)流程中自產(chǎn)高化學(xué)能的焦?fàn)t煤氣，不需要外購(gòu)天然氣，質(zhì)量和數(shù)量上均滿足直接還原工藝的需要；焦?fàn)t煤氣中含氫60%以上，大大優(yōu)于天然氣，是節(jié)能高效的還原劑。

　　直接還原煉鐵技術(shù)是成熟的，被鋼鐵業(yè)普遍認(rèn)可。氣基豎爐單模塊產(chǎn)能不斷擴(kuò)大，由20萬(wàn)噸擴(kuò)大到30、50、180、250、300萬(wàn)噸/年；DRI的質(zhì)量不斷提高，金屬化率由90-92%提高到94-96%；焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)DRI技術(shù)的突破，是鋼鐵工業(yè)的重大創(chuàng)新，推動(dòng)鋼鐵轉(zhuǎn)型升級(jí)的新發(fā)展。

　　經(jīng)多年的研究和實(shí)踐證明，鋼鐵廠中實(shí)現(xiàn)直接還原電爐煉鋼短流程工藝，具備以下八個(gè)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

　　1）根據(jù)工業(yè)性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，高爐鐵噸鐵CO2排放量為1600kg，直接還原鐵噸鐵CO2排放量為800kg。據(jù)此計(jì)算，年產(chǎn)100萬(wàn)噸鋼鐵廠年減少CO2排放量80萬(wàn)噸，按照噸CO2交易費(fèi)用為每噸40美元計(jì)算，年節(jié)約CO2交易費(fèi)用為3200萬(wàn)美元，將極大地減輕企業(yè)的成本負(fù)擔(dān)。

　　2）根據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，直接還原鐵電爐鋼噸鋼的生產(chǎn)成本比高爐鐵轉(zhuǎn)爐煉鋼噸鋼成本低42美元，按年產(chǎn)100萬(wàn)噸鋼鐵廠計(jì)算，年降低成本4200萬(wàn)美元。為傳統(tǒng)鋼鐵廠轉(zhuǎn)型升級(jí)提供莫大驅(qū)動(dòng)力。

　　3）根據(jù)工廠實(shí)際運(yùn)行狀況統(tǒng)計(jì)，焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵是焦?fàn)t煤氣發(fā)電產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的2.6倍。直接還原煉鐵工藝是利用焦?fàn)t煤氣的還原潛能，燃燒發(fā)電則是利用焦?fàn)t煤氣的熱能。H2的熱值為2586 kCal/Nm3，而CH4熱值為9000-9500 kCal/Nm3，用天然氣燃燒發(fā)電才是正確的選擇，而焦?fàn)t煤氣應(yīng)用作原料代替焦炭（還原劑）。

　　4）由于焦?fàn)t煤氣中含氫氣為60%，而天然氣中含氫氣為0%，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵可以大大降低能耗，并降低純氧消耗。從這個(gè)角度而言，在天然氣匱乏的地區(qū)，用焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都是合理的。

　　5）在當(dāng)今的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，用‘五聯(lián)供’的辦法（焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐氣、煤制氣、天然氣）可以做到焦?fàn)t煤氣供應(yīng)量的平衡，用頂替出的大量焦?fàn)t煤氣生產(chǎn)直接還原鐵，可謂是一次能源革命。

　　6）直接還原鐵是純凈鐵（硫、磷含量在0.002以下），最適合于在電爐中生產(chǎn)純凈鋼，可以明顯增加鋼材的附加值，提高鋼材質(zhì)量，推動(dòng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革。

　　7）用100%的球團(tuán)礦作為直接還原的原料，用100%的直接還原鐵作為電爐煉鋼的原料，這是世界鋼鐵發(fā)展的新趨勢(shì)。單模塊的直接還原裝置生產(chǎn)能力已達(dá)250萬(wàn)噸/年，由此不難看出，直接還原電爐煉鋼短流程，大有代替?zhèn)鹘y(tǒng)高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼流程之勢(shì)，保證鋼鐵業(yè)未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展。

　　8）直接還原與大型鑄鋼的對(duì)接或直接還原電爐煉鋼短流程工藝的復(fù)制，項(xiàng)目的落地，成為直接還原電爐煉鋼短流程的工業(yè)實(shí)驗(yàn)廠，為大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)取得技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

　　3結(jié)論
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