新时代我国炼铁高质量发展的实践

刘文权 宋文刚 吴记全

一、前言

“十五”至“十三五”时期，我国生铁增长率由两位数增长降至个位数，这是由经济发展的由高速增长向高质量发展转型的客观规律所决定的。随着我国钢铁积蓄量持续增加，高炉铁水比例将相对钢产量逐渐下降，铁水产量也绝对下降，这也是一个必然的趋势。我国钢铁发展的时代主题由“增量、扩能”已经转到“减量、调整”（见图1、图2）。

图1 2000-2018年我国生铁产量和增长率 万吨 %

图2 2000-2018年我国与世界生铁产量和生铁占比 万吨 %

二、技术创新

我国钢铁企业自主开发，在炼铁新技术方面，依靠技术进步、转型升级和创新发展，实现了炼铁高质量发展。

1.节能减排—烧结烟气循环技术

烧结烟气循环利用技术已有不同的流程在欧洲、日本和中国等钢厂应用。生产实践应用表明，烧结烟气循环技术可减少烧结烟气的外排总量，是减轻烧结厂烟气污染的最有效手段；可大幅降低烧结厂烟气处理设施的投资和运行费用；可减少外排烟气带走的热量，减少热损失，CO二次燃烧，降低固体燃耗。可减少外排烟气中的有害物质总量。

烧结烟气循环技术经过不断创新和发展，国内外目前主要有5种烟气循环利用的工业化烧结技术方案：EOS、LEEP、EPOSINT、区域性废气循环和烧结 废气余热循环技术。烟气循环烧结工艺可使烧结生产的各种污染物排放减少45%-80%，降低固体燃耗2kg/t-5kg/t或降低工序能耗5%以上。

首钢迁钢360m2烧结机（循环风量约20%）和山钢日照2台500m2烧结机（循环风量约35%，采用普锐特技术）。其中首钢迁钢烟气循环由首钢技术研究院和北科大合作开发，取得了提质、节能和减排的良好效果，烧结矿平均粒径提高12%，烧结综合返矿率下降6.6个百分点，固体燃料降低了3.35kg/t，高炉粉尘排放降低了27.3%，SO2减排15.34%，NOx减排22.37%。

2.提质增效—强力混合机技术在烧结的应用

强力混合机在烧结机应用可取得的效果：混匀效果提高，制粒效果增强，透气性提高10%；焦粉添加比例降低0.5%；烧结速度提高10%-12%；生产能力提高8%-10%。

2012年台湾龙钢一期248m2烧结机、二期387m2烧结机的新建烧结项目，采用一台强力混合机和一台滚筒制粒机，取代二次料场和一混。2015年，本钢板材率先在566m2新建烧结项目上采用立式强力混合机；宝钢股份、山西建邦钢铁、江苏长强钢铁等烧结机均在一混前增加强力混合机。

3.绿色减排—烧结竖罐冷却和余热发电技术

竖冷窑冷却热烧结矿及余热回收技术装置可替代烧结机环冷机、带冷机作为新建项目的烧结工艺冷却设备，也可替代既有烧结的环冷机、带冷机，实现热烧结矿显热的高效回收，特别是对于既有的步进式烧结机，采用竖冷窑替代机上冷却功能，将原机上冷却段改为烧结段以加大烧结面积，使原烧结机产量提高约70%，同时烧结矿显热可实现高效极限回收。采用竖罐冷却技术代替环冷机或带冷机，冷却风供风总量可减少一半左右；热烟气100%全部回收，且温度约可提高至450℃以上，余热回收效率显著提高；与环冷机余热回收总量相比可提高60%-80%，增效明显。天津天丰钢铁股份有限公司采用该技术实现烧结余热发电27kWh/t，年余热回收效益4216万元（0.64元/kWh），相当于年减少排放二氧化碳5.56万吨；与传统环冷工艺相比减少了冷却风量50%以上，解决了废气的无组织排放问题，经济效益、环保效益和社会效益显著。兴澄特钢、宝钢股份梅山钢铁、瑞丰钢铁和鞍钢等烧结机采用竖罐冷却技术处于调试阶段或在建中。

4.炉料优化—高比例球团矿冶炼技术

首钢京唐公司球团厂2012年6月组织配加MgO球团的工业试验表明，配加MgO粉能改善球团矿冶金性能，降低其还原膨胀率；凌源钢铁公司、津西钢铁公司和河北宣化正朴铁业等曾采用熔剂性球团替代酸性球团冶炼，取得焦比降低，利用系数提高效果；首钢京唐带式焙烧机和湛江钢铁龙腾球团设计有MgO配加装置，具备生产含MgO或熔剂性球团的条件。首钢京唐二期工程建设2条年产400万吨带式焙烧机生产线，高炉炉料中球团矿比例提高到50%以上。

5.产城共融—高炉冲渣水余热回收技术

冲渣水余热的回收方式有利用冲渣水采暖、浴池用水和余热发电。北方地区部分钢厂利用冲渣水采暖或作浴池用水或用于钢铁企业的鼓风预热，除盐水预热，混料加热，设备的除湿热水等供应，并给钢企带来可观的经济效益。由于高炉冲渣水余热回收利用回收期短，经济效益显著，为钢厂发展多元产业提供了新的途径；替换燃煤锅炉采暖，彻底解决了燃煤锅炉外排废气、SO2等污染物的排放，同时不需要购买燃气或不需要储存燃煤的仓库或取消运输燃煤的物流环节，人力、物力成本也大大减少，给城市运转减少压力，并有效解决长期困扰城市供暖资金短缺问题。南方地区开发低温余热资源最成熟的技术——有机朗肯低温余热发电技术（ORC），将高炉冲渣水余热回收用于低温余热发电，其市场前景广阔；为城市与钢铁企业融合发展提供了新途径和新模式，为加速城市型钢厂绿色转型、融入城市经济圈提供了重要支撑。城市型钢铁企业与城市形成了互相依存、和谐共融的健康发展局面，促进了钢厂与城市融合发展，走出了一条钢厂与环境、城市和谐发展的新道路。

6.创新发展—煤气变压吸附技术

高炉煤气提纯（或浓缩）采用变压吸附（VPSA）方式将高炉煤气中的主要可燃气体CO进行提纯（或浓缩），根据用户需求得到含40%-99.99%CO产品气，该产品气可作为高热值燃烧气体（燃料）、高炉还原性气体，还可用于生产化工产品如合成氨、甲醇、醋酸和二甲醚等。对于存在高炉煤气富余或存在放散现象严重的钢铁企业，可将富余高炉煤气采用变压吸附提纯后进行高炉炉顶煤气循环，用于高炉喷吹，可大幅度降低入炉焦比，实现低碳炼铁和节能减排。也可将高炉煤气提纯得到的含70%左右CO替代天然气、液化气使用，缓解煤气资源紧张，用于轧钢加热炉或退火炉，减少外购天然气，降低企业生产成本，该技术已在国内某钢厂成功投运；FINEX炉顶煤气经变压吸附提纯后循环使用，燃料比（煤比）下降明显，实现了低碳炼铁，节能减排，降低生产成本。

三、降本增效

在产品同质化竞争和市场充分竞争条件下，成本竞争力逐渐成为核心竞争力。生铁成本低则竞争力强，有利润就能发展，反之亏损即会被市场淘汰。钢铁企业的总成本可分为制造成本、管理费用、财务费用、销售费用四个部分，其中制造成本约占总成本的65%左右，而制造成本中约有70%属于铁前工序。从近期看，成本高低与工艺、技术和管理水平等有关，这是可改变的竞争因素。通过生铁对标挖潜分析可发现企业的潜力，促进企业通过技术进步和改善管理达到降低成本的目的。铁前系统对标挖潜、降本增效应围绕优化焦化配煤结构、优化烧结混匀料配比、优化球团矿配比、优化高炉入炉原料结构、优化高炉燃料结构、优化原燃料采购结构、优化物流贮运和优化二次能源利用等八个方面进行优化（见图3）。

图3 铁前工序降本增效的途径

四、智慧制造

近年来，宝钢股份在三高炉炉前作业自动化、焦炉电车无人化、原料场堆取料机远程化、高炉控制中心等智慧制造项目持续推进。通过建成启用的高炉控制中心，积极探索多基地协同的具有世界先进水平的高炉生产管理模式，推行远程信息化支撑体系，实现专家远程指导，有效提高操作协同指挥、远程支持效率、打造高炉“智慧芯”；在以移动技术提高专家对高炉操作指导的效率，做到“全天候”护航的同时，通过不断优化系统功能，实现了报表电子化、四座高炉的操作一体化和高炉专家系统的全覆盖。未来还将以高炉生产智能化为核心，以数值模拟、人工智能、大数据等主要技术，以高炉理论计算和生产状态判断经验为评价标准，以专家系统为实施途径，建设数字化高炉，引领生产技术新革命。高炉控制中心包含集中控制、智慧维检、远程诊断支持及多基地协同中心，不仅实现了四座高炉控制室物理意义上的合一，而且注重有机融合，通过一体化的操作平台统一规范和标准，可强化交流、协作和互补，有效提高生产效率和操作水平。

韶钢智慧中心的建设将42个中控室合并为1个集控中心，为无边界协同奠定基础。目前，已经实现的协同包括以高炉为中心的铁区一体化协同以及铁区和能介跨区域的大协同，从而彻底打破区域和工序间的传递边界，有利于高效管理和生产。集控后，韶钢铁区人事效率提升30%，控制系统运行效率提升60%。

五、标准引领

标准成为国际市场竞争的制高点。“三流企业作产品，二流企业作品牌，一流企业作标准”业已成为共识。国家竞争力之争主要是市场之争，市场之争乃企业之争；而企业之争主要是技术之争，技术之争最终归结于标准之争。近年来，行业铁前工序标准化工作成效显著，主要形成了《4000立方米及以上高炉入炉原燃料技术要求》（计划号2016-1683T-YB）《烧结烟气循环利用技术规范》（计划号2017-0078TYB）《强逆流混合机》（计划号2017-0442T-YB），引领炼铁业转型升级和创新发展。

物料刮板取料机、烧结用生石灰消化器、烧结球团混合料水分在线检测系统技术规范等标准正在拟定中。

六、结束语

新时代炼铁业要通过减量调整，技术创新，降本增效，标准引领等转型升级和创新发展，才能实现炼铁高质量发展。

参考文献（略）