努力改善低碳节能环保钢铁短流程发展的生态环境

　　（1钢铁研究总院 2东北大学 3辽宁华信钢铁共性技术创新科技有限公司）

　　1 钢铁生产短流程的优势及目前我国面临的困境

　　钢铁工业是典型的流程工业，必须采用全流程一体化的减量化、低成本、低排放的钢铁材料与生产工艺流程。目前钢铁生产流程主要有两种：高炉-转炉炼钢和废钢-电炉炼钢。我国是以消耗铁矿石焦炭的高炉-转炉炼钢为主，对铁矿石原料的依赖度高达80%，而长流程炼铁-转炉炼钢带了沉重的环境负荷。废钢-直接还原铁（DRI）-电炉炼钢具有流程短、投资省、建设快、节能减排效果突出等优势，而且废钢中加入1/3-1/2直接还原铁（或铁水）-电炉才能生产优质、特种钢。据统计，废钢＋DRI+电炉炼钢流程相对于传统的炼焦－烧结－高炉-转炉流程，可节省能源60%，减少废气、废水、废渣排放86%、76%、72%。

　　废钢是一种可无限循环使用的节能再生资源，多用1吨废钢可节约0.5吨焦炭或1吨原煤，可少消耗1.7吨铁精矿粉，可少开采4.3吨原矿，可少排放1.6吨二氧化碳。

　　发达国家和地区普遍重视发展电炉短流程炼钢生产工艺。2015年，美国电炉钢比例为62.7%，欧洲电炉钢比例为39.4%，韩国电炉钢比例为30.4%，日本电炉钢比例为22.9%，而目前我国的电炉钢比例仅为6.1%。大力发展电炉短流程炼钢工艺，对我国钢铁行业的结构调整、节能减排、绿色环保、可持续发展具有十分重要的意义。

　　我国目前面临的困境。按照《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》的规定，作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划，并制定相应的国内统计、监测、考核、碳交易办法，到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放要比2005年下降40%-45%。我国政府面临建设资源节约型、环境友好型社会的艰巨任务。

　　2016年中国煤炭年产量约34亿吨，占世界产量的46%，煤炭消费占我国能源消费的66%，(全世界的煤炭消费仅占33%)这是中国雾霾严重的根源。石油约我国占能源消费的22.7%，天然气仅占5.3%，电力约占6%。中国发电用煤占比高达60%，钢铁用煤占比约15%，但是由于我国的钢铁产能、产量占世界的一半以上，CO2及各种污染物的排放量巨大，因此为了降低CO2排放总量，政府压缩钢铁产能及耗煤量的压力很大。
 

　　2 应该大力推广成熟的直接还原、熔融还原炼铁工艺技术

　　2017年我国生铁产量为7.11亿吨，占世界生铁产量的60.50%。2017年我国粗钢产量为8.317亿吨，世界占比49.2%，2017年我国的铁钢比为0.85。2018年一季度，中国钢铁协会会员钢铁企业累计实现销售收入8991.4亿元（折合人民币1081元/t），同比增长6.41%；盈亏相抵实现利润总额569.32亿元，全国生产生铁1.75亿吨，生产粗钢2.12亿吨，每吨粗钢利润仅269元。但是据海关统计2015年，我国进口优质特种钢1278万吨，花费了120.45亿美元，平均吨钢成本942.49美元/t（折合人民币6126元/t）。进口优质特钢与国内普钢价格相差近5.67倍，这是与进口钢材品质的差距，也是我国必须发展废钢-DRI-电炉短流程生产优质特钢的一个理由。

　　长流程中焦化系统的污染物排放量大，难处理，是高炉流程中的污染排放大户。国家已经严令禁止新建产出固态碳产品的煤干馏生产装置。 2015年我国生产焦炭44778万吨，占世界焦炭总产量的65%，直接和间接出口总量为5482万吨，占全年焦炭生产总量的12.2%，将炼焦的高能耗高污染留给中国。

　　我国年产约8亿吨的烧结矿，占我国高炉炉料的78%左右，占高炉炼铁成本的70%以上，烧结能耗占吨钢能耗约10%，仅次于高炉，烧结是钢铁生产的第1污染物排放大户及能耗第2大户。烧结的单位产品烟气排放量特别大（6500m3/t铁），排放的SO2、NOX、粉尘、二恶英的总量巨大，脱除工艺及副产品处理的难度大，处理的投资、成本高，煤粉发电和烧结工艺对雾霾的贡献最大。

　　与高炉流程相比，气基竖炉直接还原铁/废钢电炉流程的节能、减排CO2效果显著（图3、4），是钢铁工业摆脱焦煤资源羁绊，提高废钢比、进一步降低能耗，减少CO2排放1/3-1/2的主要途径。（见图3、5、6）
 

　　COREX熔融还原炼铁有很大的环保优势（图7、图8）。COREX熔融还原炼铁工程建设符合国家产业政策，符合清洁生产、循环经济的要求，严格执行环保“三同时”制度，可产生较好的社会效益和环境效益，对项目所在地的环境影响均在可接受范围内。有利于促进绿色环保、低碳节能、清洁生产，为提高我国钢铁工业的技术水平起到了积极的推动作用。在宝钢罗泾COREX熔融还原炼铁项目投产后的4年中，接受了国家环保部，上海市环保局的环保排放几次监测评审，均获得了正面积极的评价。目前搬迁到新疆八一钢铁公司的COREX 3000欧冶炉已经正常生产，产品成本与本厂的高炉成本相当。

　　3 政府部门应努力改善钢铁生产短流程发展的产业生态环境

　　今年4月中兴被美国政府制裁，暴露出一个制造业产业生态问题！

　　我们的制造业生产的应用产品，是与上下游联系极其紧密的产业链，甚至是更复杂的产业生态系统！ 以一部手机或计算机为例：首先，需要芯片、屏幕等硬件配件；然后，需要操作系统等系统软件；之后，由厂商组装生产成整机产品；最后，再由应用程序开发商，在操作系统的基础上开发出各种应用软件如APP,办公软件OFFICE、绘图软件等。有人说可以自己研发芯片和操作系统，需要很长的时间和巨额投资不说，微软的操作系统是花费了几十年，改进了十几版进化成熟起来的，大多数人使用它已经成为习惯，重新开发一个能够被市场大众接受的新操作系统，同时又有配套的应用软件使用，需要重新建立软硬件供应链-产品应用开发等配套商等复杂的产业生态环境。

　　同样，国外的直接还原铁生产工艺MIDREX或HYL-III，也是在天然气及精块矿、高品质球团丰富而廉价的产业生态环境中开发、試错、优化、成熟和完善的，在中国这个缺乏天然气及高品位铁矿石的国家推广十分困难，必须重新建立一个适合煤多、气少的国情的产业生态环境，否则先进的直接还原工艺也难以推广应用。

　　在富产煤炭，缺乏天然气的中国开发气基直接还原铁生产工艺，需要企业、政府、社会同心协力创建一个促进钢铁生产短流程发展的产业生态环境，目前，经过东北大学、马鞍山矿冶院、北京矿冶研究院等单位努力攻关，高品位铁矿石生产技术已经得到基本解决。但是，长期以来我国天然气资源紧缺、价格高昂，电力价格昂贵、废钢供应不足、DRI供应不足仍然是限制我国废钢电炉炼钢发展的主要因素。

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