“十二五”时期炼铁转型和技术升级

2012-08-22刘文权

中国钢铁业 2012年11期

刘文权

1.前言

进入二十一世纪以来，亚洲地区生铁产量增长尤为明显，中国、印度和韩国等生铁产量的增长引领亚洲生铁产量的增长。“十一五”时期，中国钢铁工业进入高速发展时期。2006年中国生铁产量41364万吨，占世界生铁总产量的46.88%，2010年生铁产量59560万吨，占世界生铁产量57.76%，提高了10.88个百分点。世界分地区生铁产量、我国生铁产量增长、世界生铁产量和中国生铁产量占比情况，分别见图1、图2、图3。

“十一五”时期我国生铁产量快速增长，年均增长率9.54%，但年增长率呈下滑趋势。其主要原因是国家加大宏观调控力度，相继出台对钢铁行业的调控政策，钢材市场需求减弱，进口铁矿石价格逐年攀升等。2005年至2008年生铁产量仍保持增长的态势，但增速放缓并呈下降态势。2008年全球金融危机给全球经济带来重创，中国经济增速下行，增速降到最低点，2009年世界经济在中国等新兴经济体拉动下艰难复苏，中国生铁产量强劲复苏，并达历史新高，但增速与“十五”时期相比有所放缓，进入增速相对稳定时期。

2.“十一五”期间我国炼铁工业发展回顾

“十一五”时期我国重点统计单位的炼铁主要技术经济指标见表1。从表1中可以看出炼铁技术经济指标逐步得到改善和提高，在原料品质劣化（入炉品位持续下降，原燃料质量不稳定等）不利的情况下，由于操作水平提高和加强管理等，炼铁的主要技术经济指标逐步改善和提高，其中入炉焦比和综合焦比呈下降的态势，工序能耗逐年下降，取得较好的节能减排效果。

（1）“十一五”时期是我国炼铁业为实现由大到强转变，奠定坚实基础的5年

“十一五”时期我国炼铁业在世界炼铁业中的影响力明显上升。经过5年快速发展，炼铁业取得了显著的进步和成绩。继“十五”我国炼铁产量突破2亿吨、3亿吨之后，“十一五”时期，在强劲的市场需求拉动下，2006年炼铁产量跨越4亿吨台阶；2009年跨越5亿吨台阶；2010年接近6亿吨台阶。“十一五”时期，炼铁产量由2006年41364万吨增长到2010年59560万吨，平均年增长9.54%。钢铁工业有力地支撑了国民经济持续健康发展，为保增长做出了巨大的贡献。

表1 “十一五”时期重点统计单位炼铁主要技术指标情况

（2）工艺装备国产化、大型化、现代化步伐，炼铁主体工艺装备达到或接近世界先进水平

大型高炉炉底关键耐材实现国产化、顶燃式热风炉技术快速发展、无料钟炉顶技术全面实现国产化、TRT（BPRT）、干法布袋除尘等技术大型化应用。

（3）炼铁工艺装备的国产化率、本地化率大幅提高，技术创新能力显著增强

国内自主建设的沙钢5800m3、京唐钢铁公司5500m3等特大型高炉已成功投运，宝钢浦钢COREX3000为代表的熔融还原新工艺，经过一期的摸索实践，二期也于2011年3月投产。转底炉技术经过多年的技术积累，通过自主研发和联合开发已有如攀钢10万吨/年和龙蟒7万吨/年钒钛磁铁矿转底炉直接还原和马钢20万吨/年、日钢2×20万吨/年、沙钢30万吨/年、莱钢20万吨/年、天津荣成100万吨/年等含锌尘泥生产线陆续建成投产。

（4）延伸产业链，与上下游建立共赢的合作方式

如宝钢、武钢等积极拓展上游铁矿及焦煤资源；鞍钢在主焦煤资源等方面取得突出成效。

（5）节能减排取得明显成效

炼铁系统普遍采用干熄焦（CDQ）、煤调湿、烧结余热回收和发电、烟气脱硫、高炉余压发电（TRT）、粉尘处理、综合利用含铁尘泥等节能减排措施。同时，低碳炼铁技术研究得到关注和应用。

（6）低成本炼铁技术得到突破和提升

宝钢、首钢、安钢等烧结配加大比例褐铁矿在国内处理领先水平，大幅度降低炼铁成本；武钢、日钢在高铝矿、褐铁矿等方面取得显著的经济效益。

在取得成就同时，过去5年炼铁业面临的新矛盾、新问题不断出现，资源、能源、环境等瓶颈制约和企业利润率低等问题突现。突出表现在产业集中度有待加快提高、发展方式亟须转变、自主创新亟须增强、低碳绿色炼铁亟须发展、资源保障程度有待增强、优化布局必须加快、技术装备落后产能亟须淘汰、走出去步伐有待加快等。

3.加快转变发展方式，实现炼铁工业由大到强的转变

后金融危机时代，我国炼铁要在以下10个方面加快转变发展方式，实现结构调整、转型升级，实现炼铁业由大到强的转变，成为在世界上有竞争力和影响力的炼铁生产强国。

（1）由分散布局向优化布局转变，由内陆布局向沿海、沿江，靠近国际、国内资源和靠近市场聚集地等布局转变。以沿海、沿江的钢铁企业为例，每吨生铁物流成本要比内陆钢企低100元-200元。处于沿海的钢铁企业由于其运费较低，采用低品位、SiO2、高Al2O3进口矿资源进行高炉冶炼，在技术经济上是可行的。但对内陆企业而言，在同等铁金属量条件下，加大低品位矿石使用比例相当于增加矿石运输量，增加运输成本，物流成本、生产经济性和环保成本有待综合分析和论证。

（2）由单纯的新建、盲目投资，产能扩张的粗放式模式向技术进步、科学管理和人才成长的集约化方向转变。炼铁生产具有投资大、连续生产和调整难度大等特点，产能过剩带来的经济损失和社会问题不容忽视。从目前国内外市场、产能利用率和钢铁行业利润率下降情况看，存在产能过剩的风险，单纯新建产能面临较大的市场风险。

（3）由单一企业扩张向兼并重组和减量重组方向发展。兼并重组是钢铁工业大势所趋，也是应对全球产能过剩的有效途径，可以发挥规模经济和协同效应，提高对上下游产业的议价能力，提高企业竞争力。如宝钢重组新疆八一钢铁、韶钢和宁波钢铁；武钢重组鄂钢、柳钢和昆钢股份；鞍钢联合重组攀钢；首钢重组水钢、长治钢铁、贵阳钢铁和通化钢铁；沙钢重组河南永钢；华菱钢铁重组无锡钢厂等基本完成。区域联合重组取得新进展，相继组建了河北钢铁集团、山东钢铁集团、渤海钢铁集团、新武安钢铁集团。河北钢铁集团还探索以渐进式股权融合方式重组了区域内12家钢铁企业。

（4）由产能快速增长期向产能过剩期高炉长寿方向发展。产能快速增长期一大批低成本、小规模的钢铁企业进入市场，采取“快进快退”、“掠夺式生产”的经营模式，带来大量高能耗、高污染、低附加值的落后产能进入市场，引起行业的无序竞争。而产能过剩时，高炉长寿和安全可靠生产不仅可以降低一次性投资和因停产大修带来的损失，还是增产增效、保证全厂物流平衡的基础。

（5）由粗放式生产向高效节能减排方向转变。节能减排力度增强，有利于淘汰落后，控制产能释放。如采用高炉高效喷煤、高炉炉顶余压发电（TRT）、高炉脱湿鼓风、高炉干法除尘、高炉热风炉双预热、烧结烟气脱硫、脱硝和脱二恶英、回转窑或转底炉处理含铁尘泥等。

（6）由技术进步向自主创新和技术集成方向转变，向绿色低碳炼铁技术创新方向转变。如采用预还原炉料技术，高炉炉顶煤气循环技术，高炉炉渣余热回收利用（干式制粒余热回收或水渣余热采暖、发电等），高炉喷吹废塑料、焦炉煤气和天然气等绿色低碳冶炼技术。

（7）由高成本冶炼向低成本方向转变。实施低成本烧结配料技术、低成本高炉冶炼战略，加强低品位矿、低价矿、劣质矿等高效冶炼技术攻关、推广和应用。

（8）延伸上、下游供应链，大型钢铁企业应建设海内外原料基地，稳定原料来源，分散原燃料快速上涨的风险。目前铁矿石价格高位运行，煤电油运等原燃料价格均呈上涨态势，炼铁将呈现高成本、低效益的态势。以日本JFE钢铁公司为例，采取以合资开发矿山、购入股份等方式参与海外铁矿、煤矿经营，并与巴西VALE、澳大利亚BHP、美国AMCI（现被VALE收购）等世界矿业巨头签订了铁矿石、煤炭的长期供货合同。日本三井财团、新日铁、JFE、住友金属等通过各种方式，直接或间接地参股了巴西、澳大利亚、加拿大、智利乃至印度的铁矿。在澳大利亚24个主要铁矿中，有8家日本公司作为重要股东，其余16家铁矿也都有日资参股。日本新日铁、三井、住友控制罗布河公司43%的股份；三井财团在澳大利亚、巴西、印度及加拿大等国拥有铁矿石资源4087万吨/年；JFE与必和必拓的铁矿合资公司西澳皮尔巴拉地区扬迪矿开发W-4矿床，按其协议，每年将向JFE发运矿石1600万吨，期限长达11年。韩国浦项钢铁公司进军国际铁矿石资源，投资地区主要集中在中亚和东南亚，如乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦、印尼和越南等。

（9）由装备落后向加强技改方向转变。应强调原料适应性、工艺合理性外，还要注重设备的可靠性，注重工艺合理性与设备可靠性相结合。大型高炉对入炉原燃料质量的要求更加严格。这与铁矿石品质不断下降和炼焦煤的供应形成尖锐的矛盾，研究确定适应原、燃料条件的高炉大型化十分重要的。我国重点统计单位平均炉容为1266m3左右，大于1000m3高炉由2006年90座提高2010年215座，基本上均采取新建方式。而2008年日本高炉平均炉容4157m3；欧洲高炉平均容积2063m3；北美高炉平均炉容1819m3；俄罗斯高炉平均炉容1811m3。日本、韩国等在高炉大型化的过程中十分重视原有基础设施的利用，以最大限度地减少一次性投资。高炉大修扩容基本上采取大块施工法，缩短了大修时间，也大幅度降低投资。我国采用整体推移技术的经验值得推广应用（如唐钢2号高炉、邯钢5号高炉大修）。

（10）由重炼铁生产向降低物流成本转变。高度重视钢铁企业物流系统规划，获取“第三”利润源（降低资源消耗为“第一利润源”、提高劳动生产率为“第二利润源”）。

钢铁企业的物流费用是仅次于原、燃料采购成本的最大支出。据统计，我国钢铁企业的物流成本占钢材总成本的15%-20%，而发达国家如日本仅占10%左右。钢铁企业内部总图布置、优化运输方式、减少仓储和物流信息化管理方面等降本增效潜力巨大。

4.“十二五”时期炼铁工业发展展望

“十二五”时期炼铁产量仍将保持增长的态势，但增速明显放缓。炼铁技术在以下几个方面将有所发展和进步。

4.1．低成本炼铁

由于原燃料价格高企、市场需求萎缩、同质化竞争激烈等诸多不利因素叠加，导致成本因素在钢企之间的竞争逐渐白热化，给炼铁生产和运营带来较大压力。炼铁企业通过精心操作和精细化管理等手段降低生产成本。原燃料占炼铁成本的70%左右。由于原燃料价格上涨，采用低品位、廉价原燃料的使用技术成为了重要的开发课题。

（1）开发在烧结矿生产过程中使用廉价铁矿石的技术。

20世纪90年代初期，日本为降低运输成本已由从购买巴西矿转为购买澳矿，而且增加澳矿中属于廉价矿石的针铁矿（从1992年开始购买扬迪矿，从2002年开始购买马拉曼巴矿）的购入量。针铁矿含有很多结晶水。由于其中的铅蓝方石矿的脉石量及脉石中的氧化铝成分和结晶水含量高，而马拉曼巴矿含有很多的细矿，因此这些矿的烧结性能差，会导致烧结矿的强度下降。作为大量使用铅蓝方石矿的技术是积极推进氧化铝无害化技术，为此新日铁开发了采用选择制粒法使氧化铝封闭(无害化)的技术。另一方面，通过提高烧结机供料滚筒下的进料器的功能（ISF和风力筛选等）、采用机架烧结法等提高烧结机的生产率、采用减少副原料法生产低SiO2烧结矿、通过强化制粒改善小球结构，由此提高了烧结矿的冷态转鼓强度(TI)和落下强度(SI)，同时增加了针铁矿的使用比例。通过这些技术开发，2004年澳矿中的针铁矿的使用比例达到了60%左右，并购买高磷布鲁克曼矿或与马拉曼巴矿混合的矿石。

（2）焦炭生产中使用弱粘结煤技术的开发

日本在炼焦过程中还逐年增加了比粘结煤便宜的弱粘结煤的使用比例。在提高焦炉使用弱粘结煤比例时，采用提高焦炭强度的技术是不可或缺的。除了采用CDQ外，新日铁还开发了煤的调湿技术(CMC)和型煤炼焦技术(DAPS)。通过这些新技术的开发，配合煤中的水分已由90年代初期的18%左右下降到1999年的5%以下，在焦炭强度保持不变的条件下，弱粘结煤的使用比例超过了50%。

4.2 低品质矿冶炼

原燃料价格不断攀升，炼铁品位呈下降趋势，而采用精料导致炼铁原料成本大幅度上升。不少企业不得不增加褐铁矿、高Al2O3矿等配比，采用部分低品位铁矿进行冶炼，导致工序能耗上升，污染物排放上升。炼铁企业采用多环布料、高风温、高富氧等措施，提高在高渣比条件下寻求最佳燃料比和煤比，追求最大的经济效益。

（1）褐铁矿烧结技术特点。褐铁矿系含结晶水的赤铁矿，疏松多孔，堆密度小，而结晶水分解会导致更多孔隙的形成，因而高配比褐铁矿烧结一般出现烧结速度慢、烧结利用系数低、烧结饼结构疏松、成品率低及燃耗高等情况，这些都是大比例褐铁矿烧结工艺技术上的难点。

日本新日铁、韩国浦项等钢厂的烧结混匀矿中褐铁矿（扬迪矿、罗布河矿）配比已达45%-50%的水平。宝钢烧结褐铁矿在混匀矿中的配比已从1997年的14%提高至2010年的60%左右的水平。在高比例褐铁矿烧结条件下，采取优化配矿（配加结构致密的巴西CVRD粗粉、南非粉等）、适当增加燃料用量、延长点火时间、提高料层厚度和烧结矿碱度、并采取压料等技术措施，对稳定烧结矿产、质量有明显效果。生石灰质量的好坏影响烧结生产的稳定性，提高生石灰质量是高比例褐铁矿烧结的重要基础。

（2）高铝矿烧结技术特点。针对Al2O3含量高、液相不足的问题，适当提高烧结温度，烧结矿FeO增加1%。为适应高炉对MgO的要求，提高高碱度烧结矿MgO的含量，部分替代CaO；武钢、沙钢和日钢在烧结中配加轻烧氧化镁粉（MgO≥85%，含SiO2＜6%，CaO＜2%）取得了较好的效果。部分企业在烧结配加高镁粉或在高炉配加高镁球也取得了较好的冶炼效果，降低生产成本。

（3）赤铁矿球团焙烧。随着精矿资源的贫乏和短缺，开发新的精矿资源是球团业面临的首要问题。内配煤不仅是节能的有效技术之一，也是解决赤铁矿焙烧过程中不发生氧化放热弥补链箅机温度偏低的一种有效途径。采用含硼添加剂用于赤铁矿球团制备，其目的是为了提高球团强度，降低焙烧温度，节能降耗，但由于硼的加入会恶化赤铁矿球团的冶金性能。为此，根据硼与氧化镁的交互作用，即硼可以提高球团强度，氧化镁可以改善球团冶金性能的特点。

4.3 低碳炼铁技术

钢铁工业的基础就是碳冶金学。而钢铁冶金过程产生的CO2主要来自于高炉中煤和焦炭与铁矿石的化学反应，即铁矿石的还原过程，炼铁工序直接和相关CO2排放超过90%。低碳炼铁是钢铁工业发展低碳经济的关键。由于原燃料品质劣化，入炉品位下降，导致炼铁入炉焦比和燃料比有所上升，CO2排放压力增大。未来将加大高炉炉顶煤气循环、全氧高炉、喷吹废塑料等新技术研发的力度，提升低碳炼铁技术水平。