我國煉鐵發展前景及面臨的挑戰

沙永志

（中國鋼研新冶高科技集團有限公司，北京100081）

我國的鋼鐵工業是以高爐—轉爐流程為主的生產過程。2014年我國鋼產量達8.227億t，占世界總產量的49.5%，生鐵產量達7.116億t，占世界總量的60.3%。面臨著鋼鐵產能過剩的現狀以及日益嚴格的環保要求，確定我國正確的煉鐵工業發展方向不僅是各鋼鐵生產企業自身的需求，更是支撐我國鋼鐵工業整體健康發展的重要基礎。本文從我國的煉鐵基本狀況和需求出發，分析未來煉鐵的生產規模變化、面臨的挑戰及應采取的措施，以期拋磚引玉，與行業專家同仁共謀發展良策。

1 我國煉鐵工業的基本狀況

1.1 生產工藝

我國煉鐵生產全部是高爐生產流程。高爐工藝因其成熟、高效以及能力巨大的優勢，一直保持著壟斷地位。Corex熔融還原工藝曾在國內建成兩套生產裝置，但未能持續生產。雖曾建成多條煤基直接還原鐵回轉窯生產線，但均已停產。前些年所建的數套轉底爐直接還原裝置均用于處理鋼鐵粉塵或特殊礦，其產品不是用于煉鋼的原料。

1.2 生產狀況

1.2.1 高爐生產

近十年來，相對國外生鐵長期保持4億t左右的總量不變，我國生鐵產量的變化是巨大的（見圖1）。 生鐵產量的激增不僅支撐了我國鋼產量的增長，而且帶動了全球鐵礦業經濟的快速發展。當前我國巨大的生鐵生產規模已成為影響世界煉鐵生產和全球鐵礦生產的主要因素。

高爐的操作指標不斷改善，主要體現在高爐風溫和煤比的提高及燃料比的降低，見圖2所示［1］，高爐壽命得到普遍延長。特別是近些年，在鋼鐵產能過剩及原燃料質量下降的惡劣形勢下，各煉鐵廠采取各種措施，保持生鐵加工成本不斷下降。

1.2.2 燒結礦及球團礦生產

為支撐我國巨大的高爐煉鐵生產，我國的燒結礦和球團礦生產保持同步增加。2014年，估算燒結礦產量達到8億t，球團礦產量達到2.4億t。高爐的爐料結構得到明顯改善，見圖3。球團礦的比例顯著增加，達到20%以上。同時，在鐵礦原料質量變差及供應穩定性嚴重惡化的情況下，通過采取厚料厚料層燒結及鏈篦機-回轉窯等先進工藝和技術，實現了優質低成本燒結礦和球團礦的生產，保證了高爐煉鐵良好指標的實現，見圖4。

1.2.3 焦炭生產

我國焦炭生產很好滿足了高爐煉鐵的需要。2014年生產焦炭4.77億t，其中鋼鐵聯合企業所產焦炭約占1/3。隨著焦爐大型化、干熄焦、煤調濕以及頂裝焦技術的應用，焦炭質量得到保證，焦炭價格持續下降。

1.3 生產設備

近年來，我國建設投產了大批中型和大型高爐。現已有4000 m3以上高爐18座，1000 m3以上300余座，另有多座5000 m3高爐在建設中。高爐的大型化取得顯著進步。估算高爐產能達到9億t，甚至更多。我國高爐總體裝備和控制水平處于世界領先水平。

我國的燒結機大型化進步顯著，除了有660 m2世界最大的燒結機外，大于100 m2燒結機數量約264臺，占總燒結面積的70%以上。

我國的球團生產設備得到優化，先進的鏈篦機-回轉窯工藝裝備已占總產量的55%以上。年產400萬t的帶式機裝置已穩定運行3年多，落后的豎爐工藝正在被淘汰。

焦爐的大型化發展迅速。新建的頂裝焦爐均為6 m以上，搗固焦爐在5.5 m以上。

總體評價，我國的煉鐵設備已基本實現大型化和現代化，無需投入進行大規模改造。

1.4 環保狀況

我國煉鐵廠遍及除西藏和海南的全國各地，而且許多是在城市的邊緣，甚至是在城市之中。近年來，煉鐵的環保改造取得顯著進步，一些企業的清潔生產程度達到世界領先水平。然而，不可否認的是，許多煉鐵廠的污染物排放控制水平還很低，包括出鐵場的粉塵未得到有效控制，燒結煙氣的污染物處理不理想，缺乏有效的污染物排放監控手段，尤其是對煉鐵工序PM2.5的排放狀況缺乏認識，更未采取有針對性的控制。在國家采取各種措施大力解決日益嚴重的大氣霧霾天氣的過程中，處于相當被動的地位。

2 我國煉鐵工業發展前景

2.1 煉鐵生產工藝

我國非高爐煉鐵工藝仍在開發應用過程中，包括Corex裝置的搬遷以及Finex工藝的應用嘗試。然而，考慮到高爐煉鐵工藝的成熟和高效性，特別是現已處于煉鐵產能嚴重過剩階段，加之我國的資源特點，使各種非高爐煉鐵工藝難以獲得足夠的發展空間。毫無疑問，高爐工藝仍將長期在我國未來煉鐵工業中占據壟斷地位。

2.2 煉鐵生產規模

在產能過剩的情況下，未來煉鐵產量的變化是備受行業內外關注的。影響未來煉鐵生產規模變化的因素主要是鋼產量需求和鐵鋼比變化。對二者的變化簡要分析如下。

2.2.1 未來鋼產量的變化

長期以來，我國每年的鐵產量一直保持著與鋼產量一致的水平，即產多少鋼就需要多少鐵，見圖5。近年來，雖然二者之間有所差距，但鋼產量仍將是決定鐵產量的最主要因素。

未來的鋼產量取決于我國的鋼材消費量變化，進口鋼材量變化及出口鋼材量的變化。

近十年來，我國鋼材消費量逐年增加，見圖6。人均鋼材消費已達545 kg，處于世界先進水平。國家工信部預測，2015年我國的鋼材消費將達7.5億t，2015～2020 年，逐步達到 7.7～8.2 億 t/a。

我國進口鋼材量已從最高的3 600萬t（2003年）逐步降低到近幾年的1 500萬t左右（2014年為1 451萬t）。我國的鋼材市場占有率(自給率)在不斷提高，已達到98%以上。未來的進口鋼材量仍將保持略有下降的趨勢。因此，如果未來我國的鋼材消費達到8億t/a，即使以目前的市場占有率不變估算，需要粗鋼產量達8.3億t左右。

驅動我國鋼產量增加的另一因素是鋼材出口。自2009年達到低谷以來，鋼材出口量逐年快速增加，見圖7。 2014年鋼材出口量達到創紀錄的 9 378 萬 t。

雖然鋼材出口面臨著出口國的不同貿易壁壘，但從總的趨勢來看，由于我國鋼材供應的量大、面廣、低價，在世界市場具有強大競爭力。因此，有理由相信我國的鋼材出口量將保持不斷增長。以2015～2020年保持9 000萬t出口鋼材量計算，帶動粗鋼產量增加9 600萬t。

按上述數據推算，2015～2020年期間，我國粗鋼產量應達到8.5～9.0億t。因此，未來的時間里，只要我國的經濟保持平穩發展，我國的鋼產量將維持在高位運行。而鋼材出口量的增加甚至會促進鋼產量的進一步提高。隨著我國鋼鐵工業的快速發展，我國鋼產量在全球鋼產量中的比例已從十年前的不足20%到目前的50%。鑒于鋼鐵廠建設所需的巨大投資、鋼鐵生產的高昂運行費用以及全球鋼鐵行業的產能過剩、利潤下滑，國外新建鋼鐵廠的數量銳減，許多在建項目進展緩慢。因此，預測我國鋼產量在全球中的高比例將會持續下去。

綜合分析，未來我國保持8.5～9億t的粗鋼產量有相當的現實性。國外一些著名鐵礦公司甚至紛紛給出高達10～11億t鋼的更樂觀預測。當然，如果國內經濟出現停滯，或出口受限，鋼產量出現下滑也是情理之中的。

2.2.2 未來鐵鋼比的變化

從目前的狀態來看，隨著我國鋼產量的增加，鐵產量也必將同步增加。然而，一個不可忽視的因素是未來鐵鋼比的變化。它將影響著我國鐵產量的增長速度，甚至會導致鐵產量的下降。

（1）鐵鋼比下降是一個必然趨勢

鋼作為最好材料的原因之一是其可循環使用。隨著社會鋼的積蓄量的增加，廢鋼的供應量也不斷增加。使用廢鋼通過電爐煉鋼的比例在不斷增加。統計國外鐵鋼產量可見，二者之間的差距在不斷擴大，見圖8。 目前，國外鐵鋼比已降至0.55左右，見圖9。

我國長期以來，由于缺乏足夠的廢鋼資源，鐵產量和鋼產量基本相當，鐵鋼比一直維持在1左右。然而，應當注意到，近些年來雖然鋼鐵產量均高速增長，但二者之間的差距開始擴大（見圖5），鐵鋼比開始出現下降的趨勢 （見圖8），2014年則降低到0.865。因此，未來鐵鋼比不斷下降是必然的，而下降的速率快慢將取決于廢鋼的供應量和工藝選擇等復雜因素。

（2）未來廢鋼供應量

在過去的十多年里，我國廢鋼消耗量整體呈增加的趨勢，從2001年的4 000萬t增加到2014年的約9 000萬t，增加一倍。

廢鋼的來源包括三部分：進口廢鋼，自產廢鋼，社會廢鋼。

近年來，我國的進口廢鋼總量在500～600萬t，呈現波動大，且有減少的趨勢。這主要是因為我國電爐鋼的比例相對很低，且電爐吃大量鐵水，對廢鋼的需求程度差。國外許多有廢鋼資源的國家，因大量采用電爐煉鋼，使貿易量有限，加之一些國家如土耳其和韓國，大量采購廢鋼，廢鋼資源量有限。由此推斷，未來進口廢鋼不會成為影響我國鐵鋼比變化的主要因素。

由于我國鋼產量的高速增長，鋼廠的自產廢鋼量也在增加，2012年達到3 650萬t。但考慮到未來鋼產量的穩定和企業成材率的提高，未來的自產廢鋼量不會有大的變化，因而也不會對鐵鋼比產生大的影響。

社會廢鋼是一個不斷增加的資源。自建國以來，我國的鋼鐵儲蓄量已累計達近80億t，而且每年在以7億t左右的速度增長，社會廢鋼的供應量將會不斷增加。在過去的十多年里，鋼鐵企業使用的社會廢鋼量由不足2 000萬t增長到9 000萬t左右。多位專家學者預測在不遠的將來，社會廢鋼回收量將超過1億t，甚至達到2億t以上。

（3）廢鋼供應量對鐵鋼比影響的不確定性

如果按照國外的實踐經驗，隨廢鋼供應量的快速增加，電爐鋼將發展迅速，從而使鐵鋼比快速降低，鐵產量不斷下降。事實上，2014年，我國鐵產量僅比上年增加260萬t，鋼和鐵產量之差已達1億t之巨，鐵鋼比降低到0.86。 這預示著鐵產量已達頂峰，并將開始下降。

當然，我國的電價比較高，不利于電爐鋼的發展。當廢鋼供應量大量增加時，除電爐和轉爐的使用量會增加外，高爐也有可能使用部分廢鋼。高爐吃廢鋼同樣具有節能降耗的優點。國外許多高爐均配加不同比例的廢鋼便是一個證明。這種情況下，鐵鋼比下降的速度將減緩，高爐煉鐵的生產規模將得到保持。

根據上述因素分析，以2015～2020年廢鋼消費量增加到1～2億t，且假定均用于電爐流程，估算鐵鋼比將降低到0.8左右。粗略推算，在2015～2020年，受鋼產量的需求拉動以及廢鋼使用量增加的減量影響，我國的鐵產量將圍繞現有的年7億t生產規模波動。

數年后，隨著我國進入社會廢鋼回收量增長的高速期，如電爐鋼得到大力發展，鐵產量將會快速下降。但如高爐在消化廢鋼上體現出技術經濟優勢，煉鐵的生產規模仍將會保持在較高水平。

站在維護高爐生產流程的角度，應充分發揮已有的高爐規模裝備的優勢，積極開發高爐使用廢鋼的方法和技術，以適應未來的新形勢。

3 未來煉鐵生產面臨的挑戰

3.1 原燃料供應

3.1.1 鐵礦供應

隨著我國煉鐵生產的高速發展，鐵礦石的消耗量大幅度增加。由此導致進口礦量逐年增加并帶動國產鐵礦產量的增長，見圖10。

國產鐵礦石雖已達14億t以上，但因原礦品位低，經折算其提供的鐵量僅為總鐵量的30%左右。而2014年進口鐵礦石達9.2億t，提供的鐵量占70%以上。2012年我國進口鐵礦主要來自澳大利亞和巴西，分別占比達47.27%、22.09%，南非占5.46%，印度占4.45%，其他國家占 20.73%，統計的進口鐵礦國家高達62個。

隨著國外幾大鐵礦公司的產能擴張，眾多新礦山的投產，鐵礦的供應量也已進入供大于求的階段。在最近幾年里，進口鐵礦的價格從最高的180美元/t降低到目前的60美元/t左右，反應了未來足夠的供應量。預計未來鐵礦價格仍有下降的空間。

然而，即使鐵礦價格大幅下降，在鋼鐵生產各工序成本系統已是透明的狀態下，勢必引起鋼材價格的進一步降低。在過去的幾年里，已有無數次鋼材價格隨鐵礦價格波動的實例。因此，未來鐵礦供應量是有保障的，但鋼廠寄托于鐵礦價格降低來獲得更多利潤是很難實現的，除非鋼廠有自己的礦石基地。

3.1.2 焦炭

我國煉焦行業的產能也處于過剩階段。未來焦炭生產的不確定因素主要是焦煤的供應問題。國內焦煤資源的相對緊張導致近年來進口焦煤量逐年增加，2013年約 7 300萬 t，2014年有所下降，為6 236萬t。但國內焦煤供應仍占主導地位，而且因產能過剩，導致價格下滑。因此，針對目前的煉鐵生產規模，在短期內我國焦炭的供應在數量和價格上應當是有保障的。

如果進口焦煤的比例逐漸增加，則存在類似鐵礦石的漲價風險，給我國煉鐵帶來新的挑戰。

3.2 生產成本的控制

在產能嚴重過剩的情況下，煉鐵生產成本的控制將成為各鋼鐵廠生存的關鍵。面對種類繁多的原燃料供應渠道和已從年合同交易轉為現貨交易的采購機制，各企業勢必以成本最小化為目標來不斷調整采購的原燃料品種和數量，由此必然帶來高爐入爐原燃料品種和質量的頻繁波動，這對于強調以穩定運行來實現低成本為核心的高爐煉鐵工藝，無疑是最大的挑戰。

各企業所應采取的應對措施包括：

（1）加強原燃料基礎性能的研究

對可選擇的原燃料進行充分的實驗室試驗研究，明確其性能及使用特點，確定工業應用的最佳使用條件和比例，高爐入爐原料質量的變化及影響，最終在實際應用中取得預期的低成本的目的。以用量最大的鐵礦粉為例，必須進行新礦種的鐵礦粉燒結基礎性能試驗，確定其燒結性能特點。在此基礎上，進行燒結杯試驗，確定其在一定配比下的最佳燒結工藝參數（混合料配碳及水分），明確燒結使用后的燒結礦化學成分和冶金性能的變化，確定實際應用時，燒結工序及高爐冶煉所應采取的控制措施。

（2）優化高爐爐料結構

生鐵成本的主要組成部分是入爐鐵料。經濟爐料結構是一個隨時間和地區不斷變化的過程。在過去的幾十年里，歐洲和北美等國的爐料結構均發生較大變化。我國的爐料結構相對較穩定，雖然球團比例有較大增加，但各廠基本仍以燒結礦為主。 在今后鐵礦資源和種類多變的情況下，各廠依據自己可獲得的資源條件，不斷調整入爐燒結礦、球團礦、塊礦的配比，實現低成本爐料結構。同時，積極開發高爐使用廢鋼和其它含鐵爐料，促進鐵水成本的持續降低。

（3）提高生產過程的控制水平

在原燃料條件不斷變化的情況下，為保證各工序的生產穩定，實現最佳的技術經濟指標，必須進一步提高各工序的生產控制水平。如對于燒結工序，必須加強對混合料水分的測量，提高測量精度，從而保證混合料的水分最佳化且波動范圍在±0.2%以內。對燒結混合料透氣性實行在線測量，減少燒結終點的波動。

對于高爐工序，要建立現代的高爐操作控制制度。確定合理的操作模式。要提高對爐缸工作狀態的監測和控制水平，結合爐頂布料控制，保持高爐爐缸煤氣流的穩定和合理分布，提高煤氣利用率，降低高爐燃料比。

應當注意到，我國雖建設了許多裝備先進的煉鐵裝置，但在生產過程的控制水平上，從理念、監測設施、到控制精度等，總體與國外先進水平相比仍有很大的差距。如普遍不重視對高爐風口理燃的控制，普遍將煤量調節作為控制爐溫的首選手段；缺乏對出鐵過程的有效監測；布料控制理念落后，等等。由此導致諸如高爐運行穩定性差、煤氣利用率低、高爐燃料比高問題頻繁出現。而在未來原燃料不斷變化的情況下，問題會更加嚴重。因此，提高煉鐵過程控制水平不僅必要，而且十分迫切。

3.3 環保生產問題

當前我國煉鐵生產面臨的最大社會壓力是環境污染問題。在全國范圍（特別是京津冀地區）的嚴重霧霾天氣已使包括鋼鐵生產在內的高能耗、高排放行業成為眾矢之的。雖然，目前尚沒有充分的證據定量地將鋼鐵生產，特別是煉鐵生產的污染物排放與整體的大氣污染聯系起來。但不可否認的是，我國存在著大量污染嚴重的鋼鐵企業，尤其是體現在煉鐵生產過程。因此，未來鋼鐵企業獲得生存與發展權利的基本條件是滿足越來越嚴格的環保要求，見表1［2-3］。而通過環保條件的制約是被多方面認可的最有效的淘汰鋼鐵產能的手段。

表1 煉鐵排放國家標準（部分）

為實現環保清潔生產，在煉鐵生產過程需加強以下工作：

3.3.1 不斷優化煉鐵生產工藝流程，實現低成本清潔生產

（1）消減燒結生產

燒結生產因污染物排放量大，加之與鋼鐵廠在一起位于城市周圍，處理成本高，在一些先進國家和地區正在被部分取締。如北美基本已取消了燒結礦生產，高爐使用100%的球團生產。歐洲著名的芬蘭羅德洛基鋼廠將最好的燒結礦生產線關閉，轉而外購球團來滿足環保要求。

我國高爐以燒結礦為主要入爐原料，燒結產量巨大。然而，在未來的發展中，不僅從與球團的品質比較上限制了燒結工藝的發展，從污染處理費用上，也使燒結工藝處于更苛刻的環境中。燒結生產比例的不斷降低將持續下去。

（2）高效低成本污染物排放控制

在保留燒結生產的情況下，如何通過原料品種的選擇和工序的優化來減少污染物的排放，以及如何選擇高效低成本的末端處理技術，都需要認真研究。國外開發應用的多種煙氣循環燒結工藝(如LEEP工藝、EOS工藝、Eposint工藝等)可使燒結生產的各種污染物排放減少45%～80%，從而顯著地降低了末端處理負荷。該方法對國內燒結工藝改進有重要參考價值，在國內也已有成功嘗試，值得普遍采用。目前國內燒結煙氣的末端處理技術種類繁多，處于發展的高潮期。企業需加強對運行成本評估和產物的處理。

（3）重視塊礦的環保價值

塊礦作為可直接入高爐使用的原料，因避免了造塊過程，不僅有成本優勢，更具有環保的附加價值。我國的塊礦使用比例僅為8%，遠低于某國18.9%的平均水平。企業需要全面評估塊礦的價值，以期通過增加使用量獲得更好的效益。

3.3.2 CO2排放控制

根據國際鋼鐵協會的數據，全球鋼鐵工業所排放的碳排放占總量的6.5%，各行業占比分別為：電力和熱力占41%，運輸業占22%，工業占20%，其他占10%，住宅占7%。鋼鐵工業雖不是最大的，但卻是被關注的行業。對我國來說，高的鐵鋼比和巨大的煉鐵生產規模使其碳排放所占比例更大。在全球開始努力減少碳排放的情況下，我國煉鐵的碳排放將成為受抑制的目標。

縱觀世界低碳煉鐵工藝技術的開發（ULCOS，COURSE 50等），目前尚無可與高爐工藝匹敵的可工業化生產工藝。而高爐工藝的成熟性也使其自身可降低碳排放的潛力有限。因此，在未來我國巨大的煉鐵規模仍將繼續維持的前提下，對碳排放的付費或被征稅，尤其是對超過某指標的碳排放部分，將成為最有可能的控制煉鐵碳排放水平的措施。

在這種情況下，各企業努力采取各種措施降低煉鐵碳排放將是減少此部分費用支出，贏得競爭優勢的重要環節。當前煉鐵廠的工作重點是提高煤氣利用率、降低燃料比，從而減少碳排放。此外，應積極探索使用低碳燃料（如噴吹高揮發份煤粉，噴吹焦爐煤氣）以及使用金屬爐料等。

3.3.3 煉鐵PM2.5排放監控

PM2.5含量超標被認為是形成霧霾天氣的主要因素。雖然尚無有說服力的數據表明鋼鐵廠的PM2.5排放與大氣霧霾天氣之間的對應關系，在當前全國范圍的嚴重污染形勢下，控制鋼鐵企業的PM2.5排放成為企業不可回避的社會責任，而煉鐵工序則再一次成為工作的重點。

提高參照國外鋼鐵廠對PM2.5的監控實踐，煉鐵的主要PM2.5排放點包括：原料場、焦化的燃燒室煙氣、炭化室爐門煙氣、燒結煙氣、球團煙氣、高爐槽下、高爐出鐵場、熱風爐煙氣、噴煤制粉煙氣、高爐渣處理煙氣等。

PM2.5顆粒又分為可冷凝PM2.5和可過濾PM2.5兩部分。對于前者，尚缺乏有效的監測手段和控制方法。對于后者，可通過連續監測排放點的煙氣濁度計（opacity monitor）、粉塵濃度測量或定期直接測量PM2.5含量進行監測，然后通過安裝和改進布袋除塵效率等措施加以控制。

4 結論

（1）我國已建成了包括焦化、燒結、球團、及高爐在內的巨大高爐煉鐵生產系統。其產量占世界總量的60%，其整體裝備和生產技術指標處于國際先進水平。但在環保和清潔生產方面尚存在一定差距。

（2）未來我國煉鐵工業仍將依靠高爐流程。而煉鐵生產的規模將取決于未來的鋼產量和鐵鋼比的變化。綜合分析，預計2015至2020年，我國的年鐵產量可保持在7億t左右，高爐高效使用廢鋼是保持其競爭力的重要因素。

（3）我國煉鐵面臨的主要挑戰是原燃料品種、質量、及價格的頻繁波動情況下，如何實現高爐穩定運行和煉鐵生產成本的控制，以及整個工序的清潔環保生產等問題。認真借鑒國外已有的成功經驗，積極開發應用各項有針對性的技術措施，是保持我國煉鐵工業健康發展的重要條件。

［1］ 楊天鈞.堅持精料方針，提高高爐操作水平，實現高效節能、安全環保、低碳低成本煉鐵［C］//2014年全國煉鐵學術年會論文集，北京：中國金屬學會，2014：2-3.

［2］環境保護部，國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 28662-2012鋼鐵工業燒結和球團大氣污染物排放標準［S］，北京：中國標準出版社，2012：4-5.

［3］國家環境保護總局.GB 28663-2012煉鐵工業大氣污染物排放標準［S］.北京：中國標準出版社，2012：5-6.