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。

 　　图5

　　图6

　　图7

　　图8

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