新時代我國煉鐵高質量發展的實踐

劉文權 宋文剛 吳記全

一、前言

“十五”至“十三五”時期，我國生鐵增長率由兩位數增長降至個位數，這是由經濟發展的由高速增長向高質量發展轉型的客觀規律所決定的。隨著我國鋼鐵積蓄量持續增加，高爐鐵水比例將相對鋼產量逐漸下降，鐵水產量也絕對下降，這也是一個必然的趨勢。我國鋼鐵發展的時代主題由“增量、擴能”已經轉到“減量、調整”（見圖1、圖2）。

圖1 2000-2018年我國生鐵產量和增長率 萬噸 %

圖2 2000-2018年我國與世界生鐵產量和生鐵占比 萬噸 %

二、技術創新

我國鋼鐵企業自主開發，在煉鐵新技術方面，依靠技術進步、轉型升級和創新發展，實現了煉鐵高質量發展。

1.節能減排—燒結煙氣循環技術

燒結煙氣循環利用技術已有不同的流程在歐洲、日本和中國等鋼廠應用。生產實踐應用表明，燒結煙氣循環技術可減少燒結煙氣的外排總量，是減輕燒結廠煙氣污染的最有效手段；可大幅降低燒結廠煙氣處理設施的投資和運行費用；可減少外排煙氣帶走的熱量，減少熱損失，CO二次燃燒，降低固體燃耗。可減少外排煙氣中的有害物質總量。

燒結煙氣循環技術經過不斷創新和發展，國內外目前主要有5種煙氣循環利用的工業化燒結技術方案：EOS、LEEP、EPOSINT、區域性廢氣循環和燒結 廢氣余熱循環技術。煙氣循環燒結工藝可使燒結生產的各種污染物排放減少45%-80%，降低固體燃耗2kg/t-5kg/t或降低工序能耗5%以上。

首鋼遷鋼360m2燒結機（循環風量約20%）和山鋼日照2臺500m2燒結機（循環風量約35%，采用普銳特技術）。其中首鋼遷鋼煙氣循環由首鋼技術研究院和北科大合作開發，取得了提質、節能和減排的良好效果，燒結礦平均粒徑提高12%，燒結綜合返礦率下降6.6個百分點，固體燃料降低了3.35kg/t，高爐粉塵排放降低了27.3%，SO2減排15.34%，NOx減排22.37%。

2.提質增效—強力混合機技術在燒結的應用

強力混合機在燒結機應用可取得的效果：混勻效果提高，制粒效果增強，透氣性提高10%；焦粉添加比例降低0.5%；燒結速度提高10%-12%；生產能力提高8%-10%。

2012年臺灣龍鋼一期248m2燒結機、二期387m2燒結機的新建燒結項目，采用一臺強力混合機和一臺滾筒制粒機，取代二次料場和一混。2015年，本鋼板材率先在566m2新建燒結項目上采用立式強力混合機；寶鋼股份、山西建邦鋼鐵、江蘇長強鋼鐵等燒結機均在一混前增加強力混合機。

3.綠色減排—燒結豎罐冷卻和余熱發電技術

豎冷窯冷卻熱燒結礦及余熱回收技術裝置可替代燒結機環冷機、帶冷機作為新建項目的燒結工藝冷卻設備，也可替代既有燒結的環冷機、帶冷機，實現熱燒結礦顯熱的高效回收，特別是對于既有的步進式燒結機，采用豎冷窯替代機上冷卻功能，將原機上冷卻段改為燒結段以加大燒結面積，使原燒結機產量提高約70%，同時燒結礦顯熱可實現高效極限回收。采用豎罐冷卻技術代替環冷機或帶冷機，冷卻風供風總量可減少一半左右；熱煙氣100%全部回收，且溫度約可提高至450℃以上，余熱回收效率顯著提高；與環冷機余熱回收總量相比可提高60%-80%，增效明顯。天津天豐鋼鐵股份有限公司采用該技術實現燒結余熱發電27kWh/t，年余熱回收效益4216萬元（0.64元/kWh），相當于年減少排放二氧化碳5.56萬噸；與傳統環冷工藝相比減少了冷卻風量50%以上，解決了廢氣的無組織排放問題，經濟效益、環保效益和社會效益顯著。興澄特鋼、寶鋼股份梅山鋼鐵、瑞豐鋼鐵和鞍鋼等燒結機采用豎罐冷卻技術處于調試階段或在建中。

4.爐料優化—高比例球團礦冶煉技術

首鋼京唐公司球團廠2012年6月組織配加MgO球團的工業試驗表明，配加MgO粉能改善球團礦冶金性能，降低其還原膨脹率；凌源鋼鐵公司、津西鋼鐵公司和河北宣化正樸鐵業等曾采用熔劑性球團替代酸性球團冶煉，取得焦比降低，利用系數提高效果；首鋼京唐帶式焙燒機和湛江鋼鐵龍騰球團設計有MgO配加裝置，具備生產含MgO或熔劑性球團的條件。首鋼京唐二期工程建設2條年產400萬噸帶式焙燒機生產線，高爐爐料中球團礦比例提高到50%以上。

5.產城共融—高爐沖渣水余熱回收技術

沖渣水余熱的回收方式有利用沖渣水采暖、浴池用水和余熱發電。北方地區部分鋼廠利用沖渣水采暖或作浴池用水或用于鋼鐵企業的鼓風預熱，除鹽水預熱，混料加熱，設備的除濕熱水等供應，并給鋼企帶來可觀的經濟效益。由于高爐沖渣水余熱回收利用回收期短，經濟效益顯著，為鋼廠發展多元產業提供了新的途徑；替換燃煤鍋爐采暖，徹底解決了燃煤鍋爐外排廢氣、SO2等污染物的排放，同時不需要購買燃氣或不需要儲存燃煤的倉庫或取消運輸燃煤的物流環節，人力、物力成本也大大減少，給城市運轉減少壓力，并有效解決長期困擾城市供暖資金短缺問題。南方地區開發低溫余熱資源最成熟的技術——有機朗肯低溫余熱發電技術（ORC），將高爐沖渣水余熱回收用于低溫余熱發電，其市場前景廣闊；為城市與鋼鐵企業融合發展提供了新途徑和新模式，為加速城市型鋼廠綠色轉型、融入城市經濟圈提供了重要支撐。城市型鋼鐵企業與城市形成了互相依存、和諧共融的健康發展局面，促進了鋼廠與城市融合發展，走出了一條鋼廠與環境、城市和諧發展的新道路。

6.創新發展—煤氣變壓吸附技術

高爐煤氣提純（或濃縮）采用變壓吸附（VPSA）方式將高爐煤氣中的主要可燃氣體CO進行提純（或濃縮），根據用戶需求得到含40%-99.99%CO產品氣，該產品氣可作為高熱值燃燒氣體（燃料）、高爐還原性氣體，還可用于生產化工產品如合成氨、甲醇、醋酸和二甲醚等。對于存在高爐煤氣富余或存在放散現象嚴重的鋼鐵企業，可將富余高爐煤氣采用變壓吸附提純后進行高爐爐頂煤氣循環，用于高爐噴吹，可大幅度降低入爐焦比，實現低碳煉鐵和節能減排。也可將高爐煤氣提純得到的含70%左右CO替代天然氣、液化氣使用，緩解煤氣資源緊張，用于軋鋼加熱爐或退火爐，減少外購天然氣，降低企業生產成本，該技術已在國內某鋼廠成功投運；FINEX爐頂煤氣經變壓吸附提純后循環使用，燃料比（煤比）下降明顯，實現了低碳煉鐵，節能減排，降低生產成本。

三、降本增效

在產品同質化競爭和市場充分競爭條件下，成本競爭力逐漸成為核心競爭力。生鐵成本低則競爭力強，有利潤就能發展，反之虧損即會被市場淘汰。鋼鐵企業的總成本可分為制造成本、管理費用、財務費用、銷售費用四個部分，其中制造成本約占總成本的65%左右，而制造成本中約有70%屬于鐵前工序。從近期看，成本高低與工藝、技術和管理水平等有關，這是可改變的競爭因素。通過生鐵對標挖潛分析可發現企業的潛力，促進企業通過技術進步和改善管理達到降低成本的目的。鐵前系統對標挖潛、降本增效應圍繞優化焦化配煤結構、優化燒結混勻料配比、優化球團礦配比、優化高爐入爐原料結構、優化高爐燃料結構、優化原燃料采購結構、優化物流貯運和優化二次能源利用等八個方面進行優化（見圖3）。

圖3 鐵前工序降本增效的途徑

四、智慧制造

近年來，寶鋼股份在三高爐爐前作業自動化、焦爐電車無人化、原料場堆取料機遠程化、高爐控制中心等智慧制造項目持續推進。通過建成啟用的高爐控制中心，積極探索多基地協同的具有世界先進水平的高爐生產管理模式，推行遠程信息化支撐體系，實現專家遠程指導，有效提高操作協同指揮、遠程支持效率、打造高爐“智慧芯”；在以移動技術提高專家對高爐操作指導的效率，做到“全天候”護航的同時，通過不斷優化系統功能，實現了報表電子化、四座高爐的操作一體化和高爐專家系統的全覆蓋。未來還將以高爐生產智能化為核心，以數值模擬、人工智能、大數據等主要技術，以高爐理論計算和生產狀態判斷經驗為評價標準，以專家系統為實施途徑，建設數字化高爐，引領生產技術新革命。高爐控制中心包含集中控制、智慧維檢、遠程診斷支持及多基地協同中心，不僅實現了四座高爐控制室物理意義上的合一，而且注重有機融合，通過一體化的操作平臺統一規范和標準，可強化交流、協作和互補，有效提高生產效率和操作水平。

韶鋼智慧中心的建設將42個中控室合并為1個集控中心，為無邊界協同奠定基礎。目前，已經實現的協同包括以高爐為中心的鐵區一體化協同以及鐵區和能介跨區域的大協同，從而徹底打破區域和工序間的傳遞邊界，有利于高效管理和生產。集控后，韶鋼鐵區人事效率提升30%，控制系統運行效率提升60%。

五、標準引領

標準成為國際市場競爭的制高點。“三流企業作產品，二流企業作品牌，一流企業作標準”業已成為共識。國家競爭力之爭主要是市場之爭，市場之爭乃企業之爭；而企業之爭主要是技術之爭，技術之爭最終歸結于標準之爭。近年來，行業鐵前工序標準化工作成效顯著，主要形成了《4000立方米及以上高爐入爐原燃料技術要求》（計劃號2016-1683T-YB）《燒結煙氣循環利用技術規范》（計劃號2017-0078TYB）《強逆流混合機》（計劃號2017-0442T-YB），引領煉鐵業轉型升級和創新發展。

物料刮板取料機、燒結用生石灰消化器、燒結球團混合料水分在線檢測系統技術規范等標準正在擬定中。

六、結束語

新時代煉鐵業要通過減量調整，技術創新，降本增效，標準引領等轉型升級和創新發展，才能實現煉鐵高質量發展。

參考文獻（略）