2009年中國(guó)生鐵產(chǎn)量為54374.82萬(wàn)噸,比上年增長(zhǎng)幅度5.87%,占世界生鐵總產(chǎn)量的60.53%;非高爐直接還原鐵產(chǎn)量約為60萬(wàn)噸,占全國(guó)鐵產(chǎn)量的0.11%.

2009年全世界高爐生鐵產(chǎn)量為89826.1萬(wàn)t，直接還原鐵產(chǎn)量為5356.2萬(wàn)t,直接還原鐵產(chǎn)量占世界鐵產(chǎn)量的5.96％，比上年度下降5.4％。說(shuō)明目前生鐵的生產(chǎn)仍是以高爐流程為主，并且在短期內(nèi)不會(huì)得到較大的改觀。非高爐煉鐵與高爐流程相比較是具有一定的優(yōu)勢(shì)，主要是體現(xiàn)在可以不用或少用主焦煤，減少高爐流程所必備的燒結(jié)、球團(tuán)、焦化工序的污染物排放等。目前，非高爐煉鐵生產(chǎn)指標(biāo)比較好企業(yè)，所要求原燃料條件是比較高，使用天然氣為燃料，生產(chǎn)的規(guī)模與大型高爐相比還是比較小?？傊?，世界上大多數(shù)非高爐生產(chǎn)企業(yè)是在特定條件下組織的生產(chǎn)。這就是目前全世界非高爐煉鐵生產(chǎn)尚沒(méi)有得到普級(jí)的根本原因。2009年在上海召開(kāi)的第五界國(guó)際煉鐵科技大會(huì)上,有些學(xué)者發(fā)表文章指出,煉鐵學(xué)理論和生產(chǎn)實(shí)踐表明,融熔還原的能耗是一定要高于高爐煉鐵的能耗，得到煉鐵科技工作者的認(rèn)同.目前,我國(guó)所發(fā)展煤基直接還原鐵工藝技術(shù)設(shè)備尚存在一定不足條件,在成本,能耗,質(zhì)量和規(guī)模等方面與高爐煉鐵還有不同程度的差距,還需要繼續(xù)進(jìn)行深入研究和開(kāi)發(fā).

為什么高爐煉鐵流程能夠長(zhǎng)期不衰

高爐煉鐵技術(shù)已有數(shù)千年的發(fā)展歷史，在20世紀(jì)以后又得到不斷地完善和提高，已是一個(gè)比較成熟、先進(jìn)的生產(chǎn)工藝流程，在多方面表現(xiàn)出許多優(yōu)勢(shì)。

1.1高爐是個(gè)高效化的豎爐

高爐生產(chǎn)是個(gè)煤氣和爐料逆向運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)器。高熱值的煤氣從爐缸均勻地上升，而爐料從爐頂按一定規(guī)律布料后連續(xù)下降。由于高爐是具有一定高度的豎爐，爐料在這個(gè)豎爐中可以得到充分地預(yù)熱、還原、熔融,滴落、生鐵在爐缸內(nèi)滲碳以及爐渣和生鐵的改性等物理化學(xué)過(guò)程。在高爐內(nèi)能源得到合理充分利用.所以,目前我國(guó)高爐煉鐵的能耗可以在410kgce/t左右.在轉(zhuǎn)底爐中被還原的球，大多數(shù)是中上層受到煤氣加熱和還原，而在底部接觸煤氣就較弱。所以，在轉(zhuǎn)底爐中，只能布一層球。如果球有布二層以上的現(xiàn)象，在底部的球就幾乎接觸不到還原氣和熱量，也就不能被充分還原。因此,轉(zhuǎn)底爐的能耗要比高爐高,且球團(tuán)的質(zhì)量是不均勻,生產(chǎn)規(guī)模也有限制.作為處理含有害物質(zhì)的塵泥是有利的.

1.2爐料在高爐內(nèi)有一半左右是進(jìn)行間接還原,有利于節(jié)能

煉鐵學(xué)理論說(shuō)明，鐵礦石進(jìn)行直接還原是個(gè)吸熱反應(yīng)，進(jìn)行間接還原是個(gè)放熱反應(yīng)。爐料在高爐內(nèi)約有50％的爐料是進(jìn)行間接還原反應(yīng)。所以，高爐煉鐵要比直接還原鐵工藝要少用能源。

1.3高爐是個(gè)高效能源轉(zhuǎn)化器

在高爐內(nèi)焦炭是起5個(gè)作用：一是與氧氣反應(yīng)生成CO、CO2，同時(shí)放熱，是煉鐵的主要熱量來(lái)源;二是也為鐵礦石還原提供充足的碳和CO,是還原劑的來(lái)源;三是焦炭在高爐內(nèi)是起骨架作用，支撐著爐料，同時(shí)起著透氣窗的作用，使煤氣在高爐內(nèi)可以均勻，阻力較小地運(yùn)動(dòng);四是焦炭還對(duì)生鐵起到滲碳作用，可以使生鐵質(zhì)量合格，實(shí)現(xiàn)生鐵中的鐵、碳平衡;五是焦炭在爐缸中有填充作用。高爐休風(fēng)時(shí)，爐缸是被焦炭填滿，使?fàn)t缸內(nèi)有較大的空間,有利于快速恢復(fù)生產(chǎn)。

非高爐煉鐵所用的氣源需另外供應(yīng)。煤基直接還原工藝是要建設(shè)專門(mén)的造氣裝置，而且要求CO+H2含量要大于90％。煤在轉(zhuǎn)換為還原氣的過(guò)程中是要有較多的能量損失，并且投資和運(yùn)行費(fèi)用也較高（約占總投資的三分之一）。這是目前煤基直接還原工藝生產(chǎn)成本高的主要原因之一（還有副產(chǎn)煤氣去發(fā)電能源利用率低等）。

焦炭在高爐內(nèi)少部分轉(zhuǎn)換為煤氣,熱風(fēng)爐的熱風(fēng)熱量是依靠燃燒45%左右高爐煤氣而獲得的.熱風(fēng)熱量占高爐煉鐵所需熱量的19%左右.所以說(shuō)高爐是個(gè)高效能源轉(zhuǎn)化器,有能源轉(zhuǎn)換功能.高爐煤氣得到充分回收利用(去燒熱風(fēng)爐)是高爐能源利用效率高的表現(xiàn).

高爐與非高爐煉鐵能耗比較

2.1.對(duì)2009年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)的能耗分析

2009年我國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐工序能耗為410.65kgce/t，燒結(jié)工序?yàn)?4.95kgce/t，焦化工序?yàn)?12.28kgce/t，球團(tuán)工序?yàn)?9.96kgce/t。計(jì)算冶煉1t生鐵所需要的煉鐵系統(tǒng)能耗（包括燒結(jié)、焦化、球團(tuán)、高爐四個(gè)工序）具體分析如下：

焦化工序

2009年重點(diǎn)企業(yè)高爐煉鐵焦比為374kg/t。

冶煉1t生鐵所用焦炭的焦化工序能耗為：112.28kgce/t×0.374＝41.99kgce/t。

燒結(jié)工序

冶煉1t生鐵需要消耗鐵礦石為1674kg/t，在高爐爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦的配比按75％計(jì)算。冶煉1t生鐵用燒結(jié)礦的燒結(jié)工序能耗為：54.95kgce/t×1.674×75％＝68.98kgce/t。

球團(tuán)工序

冶煉1t生鐵需用球團(tuán)礦量為（爐料結(jié)構(gòu)中球團(tuán)礦占15％）1674kg/tΧ15%=251.1kg.

冶煉1t生鐵用球團(tuán)的球團(tuán)工序所需的能耗為：29.96kgce/t×0.2511＝7.52kgce/t。

2009年,全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)冶煉1t生鐵,煉鐵系統(tǒng)所消耗的平均能耗為：41.99kgce/t(焦化)+68.98kgce/t(燒結(jié))+7.52kgce/t(球團(tuán))+410.65kgce/t(煉鐵)＝529.11kgce/t。

2.2.對(duì)2009年太鋼煉鐵系統(tǒng)能耗的分析

2010年三月太鋼煉鐵工序能耗為353.89kgce/t，燒結(jié)工序能耗為46.94kgce/t，焦化工序能耗為75.55kgce/t，球團(tuán)工序?yàn)?6.21kgce/t；入爐焦比為309kg/t。2009年太鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)為:燒結(jié)72.35%,球團(tuán)為21.44%.

按本文2.1節(jié)中計(jì)算方法可知，太鋼冶煉1t生鐵煉鐵系統(tǒng)所需的能耗為：

焦化:75.55kgce/t×309kg/t＝23.34kgce/t。

燒結(jié):46.94kgce/t×1674kg/t×77,35%＝60.78kgce/t.

球團(tuán):16.21kgce/t×1674kg/t×21.44%＝5.81kgce/t.

23.34kgce/t（焦化）+60.78kgce/t（燒結(jié)）+5.81kgce/t（球團(tuán)）+353.89kgce/t（高爐）＝443.82kgce/t。

結(jié)論：2009年全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)冶煉1t生鐵，煉鐵系統(tǒng)所需要消耗的能源為529.11kgce/t；同期我國(guó)先進(jìn)水平的太鋼生產(chǎn)1t生鐵,煉鐵系統(tǒng)所消耗的能源為443.82kgce/t。這兩個(gè)數(shù)據(jù)均比目前非高爐煉鐵工藝的能耗要低.

非高爐煉鐵的能耗

2008年5月是寶鋼COREX-3000燃料比較好水平，為987.1kg/t（其中焦炭占20％）。2009年C3000的燃料比平均為1057kg/t。

C2000的燃料比的情況:印度京德1號(hào)為997kg/t,京德2號(hào)為994kg/t,焦比在燃料比的15%~20%.南非薩爾達(dá)納為1020~1050kg/t焦比在燃料比的13%~15%.

2008年4～7月韓國(guó)FINEX煤氣得到回收利用后,燃料比由780~850kg/t降到700kg/t左右.

日本神戶制鋼與美國(guó)克里夫蘭·克里夫斯公司結(jié)盟,建設(shè)了ITmk3設(shè)施,實(shí)際是轉(zhuǎn)底爐的改進(jìn)和延伸.產(chǎn)品為冷態(tài)的渣鐵.能耗是高于高爐煉鐵.

澳大利亞HISMELT工廠經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn),噴煤比已由2噸多降低到700多kg/t.

上述融熔還原的生產(chǎn)還需要消耗大量氧氣、電力等能源介質(zhì)。如果加上這些能量，它們的工序能耗還要高。

我國(guó)煤基直接還原鐵生產(chǎn)工序能耗大多數(shù)在800kg/t以上，個(gè)別的企業(yè)在1.0t/t以上。北京密云鐵礦,天津鋼管公司等單位均因煤基直接還原鐵能耗和成本高,而停產(chǎn).

上述的數(shù)據(jù)表明,非高爐煉鐵的能耗是要比高爐煉鐵系統(tǒng)的能耗高250~650kgce/t.

非高爐煉鐵工藝的能耗高主要原因是，所產(chǎn)生的大量高熱值煤氣沒(méi)有充分得到循環(huán)利用或科學(xué)利用。目前，大多數(shù)是用煤氣去發(fā)電。而煤氣轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪茉蠢眯适窃?2％～45％,使企業(yè)能源利用效率低,生產(chǎn)成本高.融熔還原生產(chǎn)還脫離不了焦炭和礦粉造塊,其能耗肯定是要比高爐工序能耗高。能耗高，肯定成本高，污染物排放高。現(xiàn)在宣傳和與論界在這方面有不正確的導(dǎo)向,要事實(shí)求是，應(yīng)以予澄清.要讓各級(jí)領(lǐng)導(dǎo),特別是具有決策權(quán)的領(lǐng)導(dǎo),認(rèn)識(shí)到非高爐煉鐵工藝與高爐煉鐵系統(tǒng)能耗的真實(shí)情況.目前，韓國(guó)還在建大高爐，沒(méi)有扒掉高爐，去繼續(xù)建FINEX，值得我們深思。

關(guān)于發(fā)展非高爐煉鐵技術(shù)探討

非高爐煉鐵是21世紀(jì)全世界鋼鐵界的前沿技術(shù)，是技術(shù)發(fā)展的大方向，但尚存在較多重大技術(shù)問(wèn)題需要進(jìn)一步突破。如所產(chǎn)生的煤氣如何進(jìn)行整治，得到合理回用，熔融還原如何減少對(duì)焦炭的依賴，用普通鐵精礦進(jìn)行非高爐煉鐵工藝經(jīng)濟(jì)性的提高和技術(shù)的提升等。

根據(jù)我國(guó)資源、能源條件的限制，我國(guó)的煉鐵生產(chǎn)技術(shù)工藝將在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍將是要以高爐流程為主。而且,目前高爐生產(chǎn)流程的能耗和污染物排放量均是優(yōu)于非高爐生產(chǎn)流程。特別是在生產(chǎn)規(guī)模、投資和生產(chǎn)成本等方面高爐流程是占有比較大的優(yōu)勢(shì)。

目前,我國(guó)加大淘汰落后產(chǎn)能的工作力度,堅(jiān)決不允許企業(yè)擴(kuò)大鋼鐵產(chǎn)能,只能進(jìn)行落后產(chǎn)能的替代.但是,一些企業(yè)希望走發(fā)展非高爐煉鐵的道路,認(rèn)為是節(jié)能減排,企業(yè)可以得到較大的發(fā)展.目前,這是一條走不通的路.因?yàn)?目前非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展尚需進(jìn)一步完善和提升,所要求的條件還是比較刻克,在技術(shù)性,經(jīng)濟(jì)性,可行性,生產(chǎn)規(guī)模等方面均要進(jìn)行充分科學(xué)的論證.現(xiàn)在,鋼鐵企業(yè)經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)率處于較低水平,建設(shè)新項(xiàng)目一定要慎重從事,要聽(tīng)取多方面意見(jiàn),特別是不同的意見(jiàn).這對(duì)企業(yè)的生存和發(fā)展是有補(bǔ)益的.

對(duì)有經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)水平較高的企業(yè)和研究單位，應(yīng)當(dāng)及時(shí)跟蹤國(guó)內(nèi)外非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì),抓住主要矛盾，進(jìn)行深入的非高爐煉鐵技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)，借鑒國(guó)內(nèi)外已有的各方面的經(jīng)驗(yàn),使我們少走彎路，提高效率和效益。目前,我國(guó)不宜再忽悠讓一批企業(yè)去上非高爐煉鐵項(xiàng)目。

3.1轉(zhuǎn)底爐應(yīng)用范圍

轉(zhuǎn)底爐在處理鋼鐵企業(yè)所產(chǎn)生的含鐵塵泥是具有優(yōu)勢(shì)。因?yàn)檫@些含鐵塵泥中含有堿金屬（K、Na）高，并有鉛、鋅等對(duì)高爐生產(chǎn)有害的金屬。采用轉(zhuǎn)底爐去處理掉含有害雜質(zhì)的塵泥,再回收利用好含鐵物質(zhì),是合理的科學(xué)方法。因轉(zhuǎn)底爐在生產(chǎn)規(guī)模、能耗、生產(chǎn)成本等方面尚有不足之處。所以轉(zhuǎn)底爐不能做為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的主流程設(shè)計(jì)。目前，轉(zhuǎn)底爐還有布球、出球、產(chǎn)品抗氧化等方面技術(shù)問(wèn)題須要進(jìn)一步改進(jìn)的地方。

3.2直接還原鐵要高質(zhì)量

一些直接還原鐵企業(yè)將產(chǎn)品定位于給高爐使用。因?yàn)樗麄兊漠a(chǎn)品金屬化率不高，含有害雜質(zhì)多,高爐還可以用,，電爐企業(yè)不愿意用。因?yàn)殡姞t企業(yè)使用這些低質(zhì)量的直接還原鐵之后，能耗上升、金屬收得率低，產(chǎn)量和質(zhì)量均受到影響。直接還原鐵如果含F(xiàn)eO高,對(duì)電爐爐襯的侵蝕很嚴(yán)重,大大降低電爐的壽命.

高爐煉鐵使用金屬化爐料后，是有降低煉鐵燃料比的作用,可使高爐煉鐵減少CO2排放.。但是，用系統(tǒng)節(jié)能的觀點(diǎn)去進(jìn)行分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，采用金屬化率高的爐料之后，煉鐵系統(tǒng)的能耗是比較高的，且生產(chǎn)成本升高較多。2007年德國(guó)專家曾對(duì)此有過(guò)系統(tǒng)的分析。因?yàn)樯a(chǎn)金屬化率高的爐料所需的能耗和成本也是比較高的，雖然高爐使用金屬化率高的爐料會(huì)有一定效益，但抵償不了原料準(zhǔn)備的代價(jià)。從技術(shù)發(fā)展方向看，發(fā)展金屬化高的燒結(jié)礦和球團(tuán)礦是冶金學(xué)的發(fā)展方向。所以，應(yīng)加強(qiáng)這方面的技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)。企業(yè)如果利用本企業(yè)的二次能源工業(yè)去生產(chǎn)金屬化爐料,是經(jīng)濟(jì)的,是技術(shù)發(fā)展的大方向.

我國(guó)直接還原鐵質(zhì)量上普遍低于世界水平，這與我們所用的原料質(zhì)量低有關(guān)。我國(guó)在選礦技術(shù)上已有較多突破，建議企業(yè)要充分利用高水平的選礦技術(shù)，將所用鐵礦石的品位進(jìn)行提高，同時(shí)可去除一些有害雜質(zhì)，對(duì)所用的礦石進(jìn)行再選，以經(jīng)濟(jì)上、產(chǎn)品質(zhì)量上是有利的。