“新常態(tài)”下高爐煉鐵面臨六大挑戰(zhàn)

zhw9888 2016-02-24

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楊天鈞 張建良 劉征建 李克江

目前，中國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能嚴重過剩，環(huán)保和能源壓力越來越大，資金鏈緊繃，上游資源缺乏保障。面對低增長、低價格、低效益和高壓力的“新常態(tài)”，中國鋼鐵行業(yè)只有通過轉(zhuǎn)型升級，才能找到未來的出路。作為鋼鐵行業(yè)重要的組成部分，煉鐵行業(yè)肩負著整個行業(yè)在資源、能源和減少污染物排放方面的艱巨責(zé)任，正轉(zhuǎn)向合理規(guī)劃、科學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵時期。認清高爐煉鐵生產(chǎn)面臨的形勢與挑戰(zhàn)，是實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的必要前提。

高爐煉鐵生產(chǎn)形勢解析

生鐵產(chǎn)量接近飽和，出現(xiàn)產(chǎn)能過剩。近十幾年來，中國煉鐵工業(yè)高速發(fā)展，如圖1（a）所示。中國生鐵產(chǎn)量從2000年的1.30億噸，增加到2014年的7.11億噸，除2008年和2009年受全球金融危機影響，生鐵產(chǎn)量略微降低外，每年都保持穩(wěn)健的上升趨勢。中國生鐵產(chǎn)量占世界生鐵產(chǎn)量的比例變化如圖1（b）所示，從21世紀初的22.64%增加到2013年的60.85%，2014年所占比例略有降低（60.38%）。自2008年以后，中國生鐵產(chǎn)量一直保持占據(jù)世界生鐵產(chǎn)量的半壁江山。但是，從圖1（b）可以看出，中國生鐵產(chǎn)量年增長率自2005年后一直呈現(xiàn)下降趨勢，2010年之后一直維持在10%以下，2014年的年增長率為0.37%，產(chǎn)量相比上一年只有略微增加。

2014年，我國生鐵產(chǎn)量超過1000萬噸的企業(yè)數(shù)量從2013年的16家增加到18家，但各個企業(yè)生鐵產(chǎn)量的增速明顯放緩，其中首鋼、馬鋼、本鋼、武鋼、唐鋼、日照6家單位均降低了生鐵產(chǎn)量。年產(chǎn)生鐵500萬噸~1000萬噸的企業(yè)，2012年有28家，2013年有27家，2014年減少到23家。

先進指標與落后指標并存。進入21世紀以來，高爐煉鐵指標也得到了明顯的改善，如圖2所示。從圖2（a）可以看出，我國高爐煉鐵燃料比已經(jīng)維持在一個穩(wěn)定水平，近3年來受原燃料質(zhì)量的影響，燃料比略微升高，焦比和煤比近3年基本穩(wěn)定。隨著高風(fēng)溫技術(shù)的廣泛推廣，風(fēng)溫從21世紀初的1005℃提高到2012年的最高水平1194.39℃。近兩年來風(fēng)溫稍有降低，2014年風(fēng)溫為1134.69℃，如圖2（b）所示。資源與能源的短缺已經(jīng)逐漸成為限制中國煉鐵工業(yè)發(fā)展的重要因素，如圖2（c）所示，自2003年以來，高爐入爐品位一直呈現(xiàn)降低趨勢，2014年降低到新世紀以來最低水平53.74%。高爐利用系數(shù)也在近年來呈現(xiàn)降低趨勢，如圖2（d）所示。隨著我國煉鐵技術(shù)水平的整體提高，勞動生產(chǎn)率得到了很大提高，如圖2（d）所示，近兩年也上升到一個穩(wěn)定的新臺階，當前勞動生產(chǎn)率為5196.45噸/(人·年)。

2014年，我國煉鐵企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)指標有所改善。據(jù)統(tǒng)計，重點企業(yè)中有35家企業(yè)燃料比下降，有42家企業(yè)煤比有所下降，有39家企業(yè)焦比在下降，這一成績是在入爐礦含鐵品位和風(fēng)溫有所下降的條件下取得的。但是也要看到：國際先進水平的燃料比是低于500kg/t，2014年我國只有寶鋼等兩家企業(yè)的燃料比達到這一水平，我國整體水平與國外先進水平相比還存在較大差距。我國目前約有1480座高爐，大于1000m3的高爐約有630座，平均爐容約為770m3，產(chǎn)業(yè)集中度較低，煉鐵企業(yè)之間生產(chǎn)指標差距較大。整體來講，我國的煉鐵企業(yè)依然是多層次、多結(jié)構(gòu)，不同企業(yè)處于不同水平和發(fā)展階段，導(dǎo)致先進指標與落后指標并存，如表1所示（見06版）。

現(xiàn)代與傳統(tǒng)理念并存。面對復(fù)雜多變的市場環(huán)境，不同層次的煉鐵企業(yè)也秉持著不同的觀念，采用不同的措施應(yīng)對各種現(xiàn)實的挑戰(zhàn)，形成了現(xiàn)代與傳統(tǒng)理念并存的狀態(tài)。例如，少數(shù)企業(yè)過分追求指標好看，生產(chǎn)數(shù)據(jù)缺乏真實性和科學(xué)性。有的企業(yè)仍然習(xí)慣于沿用概念落后的“綜合焦比”，其噴煤置換比隨意性大；還有的企業(yè)將焦丁也作為噴吹物看待，置換比低于1.0。這類企業(yè)的“綜合焦比”顯得不高，但燃料比實際不低。

另外，生產(chǎn)指標的調(diào)整，需要優(yōu)先考慮其經(jīng)濟效益。例如，現(xiàn)在仍有少數(shù)廠家片面追求高噴煤比，希望在企業(yè)對標時具備優(yōu)勢；有的缺乏科學(xué)分析，認為煤比焦炭便宜，多噴煤替代焦炭總是合算的。實際上，高爐合理的經(jīng)濟噴煤量，需要考慮高爐原燃料結(jié)構(gòu)和質(zhì)量、高爐操作條件、原燃料市場價格等因素。具體而言，要充分考慮煤焦價格、原料價格、噴煤量、煤焦置換比和操作水平等，最后應(yīng)該落實在總?cè)剂舷暮丸F水成本的降低。

當前，高爐操作更要遵循科學(xué)的理論指導(dǎo)。例如，長期以來，煉鐵生產(chǎn)者常常以生鐵含Si量來判斷爐溫和爐缸熱狀態(tài)；但在冶煉低硅生鐵時，更要科學(xué)地由風(fēng)口燃燒帶熱平衡出發(fā)來指導(dǎo)高爐操作，注意考察理論燃燒溫度，以及焦炭進入燃燒帶時的溫度。

高爐煉鐵行業(yè)面臨六大挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)一：配合國家淘汰落后產(chǎn)能。2010年，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于進一步加強淘汰落后產(chǎn)能工作的通知》（國發(fā)〔2010〕7號），工業(yè)和信息化部已經(jīng)分3批公布了符合《鋼鐵行業(yè)規(guī)范條件（2012年修訂）》的共305家鋼鐵企業(yè)名單，合計煉鐵產(chǎn)能已達9.3442億噸。在此范圍外，大約還有200家有冶煉產(chǎn)能的企業(yè)沒有進入名單，有的專家估計，我國粗鋼產(chǎn)能在12.5億噸左右。

根據(jù)世界發(fā)達國家和產(chǎn)鋼大國的發(fā)展規(guī)律，人均產(chǎn)鋼600千克便開始進入峰值平臺，5年左右之后開始大幅下降至人均500千克，進入嚴重過剩階段。按照這個規(guī)律估算，我國人均產(chǎn)鋼2013年就已達到600千克，進入峰值平臺期已經(jīng)兩年，如果峰值平臺期5年左右，那么2018年可能開始大幅下降。如果按人均500千克保守計算，鋼產(chǎn)量可能下降到6.5億噸~7億噸，即8億多噸的產(chǎn)量要縮減掉1億噸~1.5億噸。與此同時，生鐵產(chǎn)量當然要進行相應(yīng)的縮減。

2010年~2014年，我國淘汰煉鐵產(chǎn)能1.2億噸，在一定程度上緩解了產(chǎn)能過剩的矛盾，促進了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排，為各地發(fā)展騰出了土地、能源、資源、市場空間和環(huán)境容量。

挑戰(zhàn)二：適應(yīng)低質(zhì)量和多品種原燃料。高爐煉鐵以精料為基礎(chǔ)，有些專家認為，精料水平對高爐指標的影響率在70%左右，并認為在高冶煉強度、高噴煤比條件下，焦炭質(zhì)量對高爐指標的影響率占35%。目前，有些高爐因爐料中有害雜質(zhì)含量高，爐料容易粉化、強度下降。爐料粉末增多，易在爐身上部結(jié)瘤，煤氣流紊亂，生產(chǎn)穩(wěn)定順行受到影響，結(jié)果指標惡化，成本增加。此外，有害雜質(zhì)對耐火材料的破壞作用，使炭磚和爐墻耐火材料性能劣化，高爐爐底爐缸侵蝕嚴重，安全生產(chǎn)受到威脅，高爐提前大修，嚴重影響經(jīng)濟效益。

與此同時，我國鐵礦資源嚴重不足，必須依靠進口。隨著全球鐵礦石用量不斷增長，澳大利亞、巴西等原產(chǎn)國早期的富礦開采殆盡，新開發(fā)礦山的品位相對較低，礦商通過調(diào)整貧富礦的混合比例、降低鐵品位來擴大產(chǎn)量，降低成本，導(dǎo)致其礦石的品質(zhì)波動較大，雜質(zhì)含量高，時有不合格現(xiàn)象產(chǎn)生。此外，不同產(chǎn)地、不同礦種的品質(zhì)特性不一，部分礦種本身的品質(zhì)穩(wěn)定性較差，再加上地域、氣候以及礦石在儲存、裝卸、運輸過程中各種不可抗力的影響，導(dǎo)致其化學(xué)成分、水分、粒度等性質(zhì)差異較大。鐵礦粉化學(xué)成分的劣化導(dǎo)致燒結(jié)適宜溫度區(qū)間減小，從而增加配礦的難度，同時減弱其在燒結(jié)溫度方面的抗波動性，增加燒結(jié)過程控制的難度。

焦炭作為高爐冶煉的還原劑、骨架、熱量來源和滲碳來源，起著不可替代的重要作用，2014年我國焦炭產(chǎn)量為4.7691億噸。為了滿足高爐順行和生鐵質(zhì)量的需要，煉焦過程中要求多配優(yōu)質(zhì)煉焦煤（主要為肥煤和焦煤）來保證焦炭質(zhì)量。然而，中國的優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源日益減少，難以持續(xù)滿足中國煉鐵行業(yè)對焦炭的需求。因此，增加弱黏性煤配比，擴大煉焦煤資源是我國目前煉焦工業(yè)迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

挑戰(zhàn)三：完成艱巨的節(jié)能減排任務(wù)。我國已將節(jié)能減排作為國民經(jīng)濟發(fā)展的基本國策，鋼鐵工業(yè)是節(jié)能減排潛力最大的行業(yè)之一。煉鐵系統(tǒng)的能源消耗、CO2排放占整個鋼鐵冶金流程能源消耗和排放的比例分別為70%和80%，是鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排的重點工序。隨著低碳經(jīng)濟時代的到來，焦炭資源面臨枯竭，環(huán)境壓力急劇增加，以碳作為能量流和物質(zhì)流主要載體的高爐煉鐵工藝面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

表2所示為中國重點鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)工序能耗，可以看出，2014年與上年相比，各工序能耗均呈下降趨勢，這是鋼鐵企業(yè)節(jié)能工作所取得的新成績。部分先進的鋼鐵企業(yè)的部分指標已達到或接近國際先進水平。但是，各種不同層次企業(yè)之間節(jié)能工作發(fā)展很不平衡，企業(yè)之間的各工序能耗最高值與先進值差距較大，說明我國鋼鐵企業(yè)還有相當大的節(jié)能潛力。

挑戰(zhàn)四：達到鋼鐵行業(yè)污染物排放新標準和約束指標。近年來，中國環(huán)保形勢日益嚴峻，2015年已經(jīng)開始執(zhí)行新的環(huán)境保護法，且新的鋼鐵行業(yè)污染物排放標準對SOx和NOx的排放也提出了更加嚴格的要求。在鋼鐵冶煉過程的排放物中，約有48%的NOx及51%~62%的SOx來自鐵礦燒結(jié)工藝，燒結(jié)廠已成為鋼鐵生產(chǎn)工程中SOx和NOx的最大生產(chǎn)源，燒結(jié)工序和自備電廠煙氣NOx控制是鋼鐵企業(yè)NOx減排的重點。我國現(xiàn)有燒結(jié)機約1200臺，燒結(jié)機總面積約11萬平方米，90平方米以上燒結(jié)機473臺，其總面積約8萬平方米。但只有少數(shù)燒結(jié)機的脫硫裝置能保持脫硫效率和同步運行率在80%以上，尚能穩(wěn)定運行。根據(jù)國家新公布的《鋼鐵工業(yè)大氣污染物排放標準》（8個專業(yè)）要求，約有一半企業(yè)沒達到標準，還需加強環(huán)保意識，加大環(huán)保投入，這是關(guān)系企業(yè)生存和發(fā)展的大問題。下一步，應(yīng)更多地依靠國家強制性的環(huán)保標準推進工作。

2014年鋼協(xié)會員單位廢水的化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、揮發(fā)酚、氰化物、懸浮物和石油類的排放量分別下降9.67%、17.70%、1.91%、11.27%、21.50%和15.27%，廢氣的SO2、煙塵、工業(yè)粉塵排放量也分別下降16.63%、7.17%、8.69%，也有相當?shù)倪M步。

挑戰(zhàn)五：加快高爐大型化進程。高爐大型化具有占地小、單位投資低、生產(chǎn)率高、單位容積散熱少、工序能耗低、污染物排放少、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。高爐大型化將為高效、緊湊、長壽以及生產(chǎn)過程環(huán)境友好創(chuàng)造條件，降低高爐生產(chǎn)能耗，提高生產(chǎn)效率，并減少CO2和污染物排放。全球高爐均向大型化發(fā)展，日本高爐目前的平均容積為4157m3，西歐高爐目前平均容積為2063m3。目前，我國高爐平均爐容約770m3，較國外先進水平還有很大差距。2010年~2014年，我國新增的高爐主要為1000m3~1999m3高爐（新建了182座），其次為1000m3以下高爐（新建了161座），說明高爐大型化的進程任重道遠。

挑戰(zhàn)六：完善高效、安全長壽高爐技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前，我國約有1400余座高爐，高爐安全運行、延長高爐壽命是對現(xiàn)代大型高爐的必然要求。新世紀以來，許多專家認為，高爐設(shè)計壽命應(yīng)為20年~25年，一代爐役平均利用系數(shù)大于2.0t/(m3·d)，一代爐齡單位容積產(chǎn)鐵量應(yīng)達到15000t/m3~20000t/m3。我國煉鐵工作者歷來重視高爐安全長壽技術(shù)的研究，通過研究總結(jié)高爐破損機理和高爐反應(yīng)機理，高爐長壽已經(jīng)深入人心。雖然我國部分高爐壽命已躋身世界長壽高爐前列，但大部分高爐壽命較國外長壽高爐壽命仍有相當差距，國內(nèi)外部分高爐的壽命統(tǒng)計如表3和表4所示。