非高炉炼铁的现状及中国钢铁冶炼工艺的发展方向

2018-12-05 作者：佚名网友评论 0 条

　　周渝生储满生唐珏柳政根

　　东北大学

　　1 非高炉炼铁及我国炼铁工艺的现状

　　1.1 我国炼铁工艺的现状

　　2017年世界粗钢产量为16.91亿吨。中国的粗钢产量为8.32亿吨，占比49.2%。2017年世界高炉生铁的产量为11.74亿吨。中国的生铁产量为7.108亿吨，全世界占比60.54%，非高炉炼铁比例接近于零。中国的铁钢比达0.85，除中国以外的世界平均铁钢比仅为0.539。由于垄断中国钢铁业的高炉-焦化-烧结长流程铁钢比最高，中国的吨钢能耗、污染物排放量及CO2排放量均为世界第一。

　　2017年全球煤炭产量77.3亿吨，中国煤炭年产量为34.2亿吨，占世界总产量的45.6%，还进口2.6亿吨煤炭来满足需求，中国是世界上最大的煤炭生产与消费国。煤炭消费占我国能源消费的61.83% (全世界平均煤炭消费仅占33%)。石油约占我国能源消费的18.95%；我国天然气消费仅占6.2%。中国的发电用煤占比高达60%，钢铁用煤占比约15%，但是由于我国的钢铁产能、产量占了世界的一半以上，CO2及各种污染物的排放量巨大，因此压缩钢铁产能及耗煤量的压力很大。京津冀及周边6省市钢铁产量占了全国的一半，用煤占比达到全国的33%，这是本地区雾霾天非常频繁，钢铁企业不得不经常限产的主要原因。

　　1.2 非高炉炼铁工艺的现状

　　全世界2017年直接还原铁产量为8700万吨。中国的直接还原铁产量为60万吨，占比仅0.0085%。按生产工艺，气基直接还原铁工艺产量占全球直接还原铁总产量的82.4%，其中采用MIDREX工艺的产量为5645万吨，占总产量的64.8%；HYL/Energiron产量为1468万吨，占比为16.9%；流化床工艺为63万吨，占比为0.7%。煤基回转窑工艺产量为1534万吨，占比为

　　目前全世界的熔融还原铁水产能为710万吨，主要是COREX及FINEX工艺，2017年熔融还原生产铁水仅580万吨，世界占比0.5%。

　　熔融还原是一种清洁炼铁技术，2007年，宝钢集团引进了两套COREX3000技术设备。宝钢COREX3000炉在罗泾投产运行了四年，其单炉最大产能达到了110万t/a，能够连续稳定生产。宝钢集团公司对COREX3000做了大量消化吸收、关键备件本地化等工作，改进了原设计中的一些局部缺陷，但是关键技术未能实施技术创新，仅达到设计产能的74%，未与高炉流程互补，码头物流成本高，上海地区的块煤、球团矿价格高企等因素使其持续亏损。目前搬迁到新疆八一钢铁厂的一套C3000欧冶炉已经正常生产，而且成本与本厂高炉相当。

　　韩国浦项在COREX2000熔融还原炉基础上，与奥钢联合作开发出利用COREX输出煤气预还原粉矿的大型沸腾流化床直接还原装置，并且陆续建成了年产60万吨、150万吨、200万吨铁水（实际产能仅170万吨铁水）FINEX的生产装置，发展了熔融还原炼铁工艺技术。目前FINEX的生产装置处于停产状态目前熔融还原炼铁生产还不能完全摆脱焦炭，对原燃料价格比较敏感，适用范围不够广泛。

　　高炉流程与废钢－DRI－电炉短流程的能耗、环保排放量的比较

　　传统的高炉-焦化-烧结炼铁流程中，由于每吨烧结矿排出高温废气量达6000m3以上，烧结烟粉尘（包括PM10、PM2.5）、SO2、NOX排放量占钢铁联合企业排放总量的6成以上；由于焦炉出焦、熄焦过程有大量烟粉尘排放，焦化厂的烟粉尘排放量占钢铁联合企业排放总量的3成以上；而且焦化厂的SO2、氨、苯、苯并吡等对人体、生物有毒害的有机废气排放量占企业排放总量的8成以上，凡是有焦化厂生产的地方，工厂内部及周边土地几乎寸草不生，动物灭绝，植物死光或变异，炼焦对环境具有毁灭性的破坏作用，西方国家已经关停了9成炼焦并通过WTO要求中国生产出口。烧结机、焦化厂的污染物排放量占钢铁联合企业排放总量的一半以上，二者是钢铁生产流程中最大的污染源。参见以下图1-图4

　　图2

　　图3

　　图4

　　因此，降低焦比、提高球团比、降低烧结矿比，提高废钢比是传统钢铁流程节能减排最有效的途径。

　　采用废钢-DRI-电炉炼钢，可以节能一半以上，同时减少污染物排放量7成以上，固废产生量也可以减少7成以上。

　　2 我国钢铁冶炼工艺的发展方向

　　我国虽然是世界产钢第一大国，但我国优质钢、洁净钢的生产无论是数量，还是品种、质量方面与世界先进国家有很大的差距，成为我国钢铁生产的短板，无法满足我国经济发展的需要，高铁、飞机制造工业使用的关键构件、螺栓等大量优质钢材配件仍需进口（如表1、表2所列数据），严重影响我国装备制造、国防等工业发展。从冶金技术和装备层面，我国具备生产优质钢、洁净钢、超洁净钢的能力。当前，我国优质钢材生产的主要问题之一是原材料纯度不高。我国缺乏且难以进口优质重废钢，以高炉铁水、普通废钢为原料生产优质钢材时，钢中残留元素控制难度大，消耗高，钢水化学成分及钢材质量的稳定性难以保证。优质钢、洁净钢、超洁净钢生产需要低碳、低硫、低磷、有害元素及残留元素低铁原材料，而优质直接还原铁（DRI）是冶炼洁净钢、超洁净钢的优质原料和废钢残留元素的稀释剂。国内外大量特钢企业的生产实践表明，只有采用优质竖炉直接还原配合废钢电炉短流程炼钢，

　　才能生产出具有国际先进水平的优质、纯净、高质量等级精品钢产品，获得高附加值的经济效益。

　　我国2015年进口的优质钢、特种钢1500万吨价值约200亿美元，均价是我国出口钢材的5倍，与我国出口的7800万吨钢材收入相当。

　　以下图5-图8。