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我国炼铁发展前景及面临的挑战

2015/9/23 11:09

2014年我国钢产量达8.227亿t,占世界总产量的49.5%,生铁产量达7.116亿t,占世界总量的60.3%。面临着钢铁产能过剩的现状以及日益严格的环保要求,确定我国正确的炼铁工业发展方向不仅是各钢铁生产企业自身的需求,更是支撑我国钢铁工业整体健康发展的重要基础。本文从我国的炼铁基本状况和需求出发,分析未来炼铁的生产规模变化、面临的挑战及应采取的措施。
  1我国炼铁工业的基本状况
  1.1 生产
  我国炼铁生产全部是高炉生产流程。高炉工艺因其成熟、高效以及能力巨大的优势,一直保持着垄断地位。Corex熔融还原工艺曾在国内建成两套生产装置,但未能持续生产。曾建成多条煤基直接还原铁回转窑生产线,也均已停产。
   1.2 生产状况
  1.2.1 高炉生产
  近十年来,我国生铁产量激增,不仅支撑了我国钢产量的增长,而且带动了全球铁矿业经济的快速发展。高炉的操作指标不断改善,主要体现在高炉风温和煤比的提高及燃料比的降低,高炉寿命得到普遍延长。特别是近些年,在钢铁产能过剩及原燃料质量下降的恶劣形势下,各炼铁厂采取各种措施,保持生铁加工成本不断下降。
  1.2.2烧结矿及球团矿生产                               
  为支撑我国巨大的高炉炼铁生产,我国的烧结矿和球团矿生产保持同步增加。2014年,估算烧结矿产量达到8亿t,球团矿产量达到2.4亿t。 高炉的炉料结构得到明显改善,球团矿的比例显著增加,达到20%以上。同时,在铁矿原料质量变差及供应稳定性严重恶化的情况下,通过采取厚料层烧结及链篦机-回转窑等先进工艺和技术,实现了优质低成本烧结矿和球团矿的 生产,保证了高炉炼铁良好指标的实现。
  1.2.3焦炭生产
   我国焦炭生产很好满足了高炉炼铁的需要。 2014年生产焦炭4.77亿t,其中钢铁联合企业所产焦炭约占1/3。随着焦炉大型化、干熄焦、煤调湿 以及顶装焦技术的应用,焦炭质量得到保证,焦炭价格持续下降。
   1.3生产设备
  近年来,我国建设投产了大批中型和大型高 炉。现已有4000m3以上高炉18座,1000 m3以上 300余座,另有多座5000 m3高炉在建设中。高炉的大型化取得显著进步。估算高炉产能达到9亿t,总体装备和控制水平处于世界领先水平。
  我国的烧结机大型化进步显著,除了有660 m3 世界最大的烧结机外,大于100 m3烧结机数量约264台,占总烧结面积的70%以上。
  我国的球团生产设备得到优化,先进的链篦机-回转窑工艺装备已占总产量的55%以上。年产400万t的带式机装置已稳定运行3年多,落后的竖炉工艺正在被淘汰。
  焦炉的大型化发展迅速。新建的顶装焦炉均为6m以上,捣固焦炉在5.5m以上。
  总体评价,我国的炼铁设备已基本实现大型化和现代化,无需投入进行大规模改造。
  1.4环保状况
   我国炼铁厂遍及除西藏和海南的全国各地,而且许多是在城市的边缘,甚至是在城市之中。近年来,炼铁的环保改造取得显著进步,一些企业的清洁生产程度达到世界领先水平。然而,不可否认的是,许多炼铁厂的污染物排放控制水平还很低,包括出铁场的粉尘未得到有效控制,烧结烟气的污染物处理不理想,缺乏有效的污染物排放监控手段,尤其是对炼铁工序PM2.5的排放状况缺乏认识,更未采取有针对性的控制。在国家采取各种措施大力解决日益严重的大气雾霾天气的过程中,处于相当被动的地位。
  我国炼铁工业发展前景
  2.1 炼铁生产工艺
  我国非高炉炼铁工艺仍在开发应用过程中,包括Corex装置的搬迁以及Finex工艺的应用尝试。然而,考虑到高炉炼铁工艺的成熟和高效性,特别是现已处于炼铁产能严重过剩阶段,加之我国的资源特点,使各种非高炉炼铁工艺难以获得足够的发展空间,高炉工艺仍将长期在我国未来炼铁工业中占据垄断地位。
   2.2炼铁生产规模
  在产能过剩的情况下,未来炼铁产量的变化备受行业内外关注的。影响未来炼铁生产规模变化的因素主要是钢产量需求和铁钢比变化。
  2.2.1未来钢产量的变化
  未来的钢产量取决于我国的钢材消费量变化,进口钢材量变化及出口钢材量的变化。
  近十年来,我国钢材消费量逐年增加,人均钢材消费已达545 kg,处于世界先进水平。国家工信部预测,2015年我国的钢材消费将达7.5亿t,2015~2020 年,逐步达到7.7~8.2亿t/a。2015~2020年期间,我国粗钢产量应达到8.5~9.0亿t。因此,未来只要我国的经济保持平稳发展,我国的钢产量将维持在高位运行。而钢材出口量的增加甚至会促进钢产量的进一步提高,因此我国钢产量在全球中的高比例将会持续下去。
  2.2.2未来铁钢比的变化
  从目前的状态来看,随着我国钢产量的增加, 铁产量也必将同步增加。然而,一个不可忽视的因素是未来铁钢比的变化。它将影响着我国铁产量变化,进口钢材量变化及出口钢材量的变化。
  铁钢比下降是一个必然趋势。我国长期以来,由于缺乏足够的废钢资源,铁产量和钢产量基本相当,铁钢比一直维持在1左右。近些年来虽然钢铁产量均高速增长,但二者之间的差距开始扩大,铁钢比开始出现下降的趋势,2014年则降低到0.865。因此,未来铁钢比不断下降是必然的,而下降的速率快慢将取决于废钢的供应量和工艺选择等复杂因素。
  3未来炼铁生产面临的挑战
  3.1原燃料供应
  3.1.1铁矿供应
  随着我国炼铁生产的高速发展,铁矿石的消耗量大幅度增加。由此导致进口矿量逐年增加并带动国产铁矿产量的增长。
  国产铁矿石虽已达14亿t以上,但因原矿品位低,经折算其提供的铁量仅为总铁量的30%左右。而2014年进口铁矿石达9.2亿t,提供的铁量占70%以上。
  随着国外几大铁矿公司的产能扩张,众多新矿山的投产,铁矿的供应量也已进入供大于求的阶段。在最近几年里,进口铁矿的价格从最高的 180美元/t降低到目前的60美元/t左右,反应了未来足够的供应量。 预计未来铁矿价格仍有下降 的空间。
  3.1.2焦炭
  我国炼焦行业的产能也处于过剩阶段。未来焦炭生产的不确定因素主要是焦煤的供应问题。国内焦煤资源的相对紧张导致近年来进口焦煤量逐年增加,但国内焦煤供应仍占主导地位,而且因产能过剩,导致价格下滑。
  3.2产成本的控制
  在产能严重过剩的情况下,炼铁生产成本的控制将成为各钢铁厂生存的关键。面对种类繁多的原燃料供应渠道和已从年合同交易转为现货交易的采购机制,各企业势必以成本最小化为目标来不断调整采购的原燃料品种和数量,由此必然 带来高炉入炉原燃料品种和质量的频繁波动,这对于强调以稳定运行来实现低成本为核心的高炉炼铁工艺,无疑是最大的挑战。
  因此,各企业所应采取多种应对措施,以降低生产成本。如,加强原燃料基础性能的研究 、优化高炉炉料结构 、提高生产过程的控制水平 等。
  应当注意到,我国虽建设了许多装备先进的炼铁装置,但在生产过程的控制水平上,从理念、监测设施、到控制精度等,总体与国外先进水平相比仍有很大的差距。由此导致诸如高炉运行稳定性差、煤气利用率低、高炉燃料比高问题频繁出现。而在未来原燃料不断变化的情况下,问题会更加严重。因此,提高炼铁过程控制水平不仅必要,而且十分迫切。
  3.3 环保生产问题
  当前我国炼铁生产面临的最大社会压力是环境污染问题。在全国范围(特别是京津冀地区)的严重雾霾天气已使包括钢铁生产在内的高能耗、高排放行业成为众矢之的。我国存在着大量污染严重的钢铁企业,尤其是体现在炼铁生产过程。因此,未来钢铁企业获得生存与发展权利的基本条件是满足越来越严格的环保要求。而通过环保条件的制约是被多方面认可的最有效的淘汰钢铁产能的手段。
  为实现环保清洁生产,在炼铁生产过程需加 强以下工作:
  3.3.1不断优化炼铁生产工艺流程,实现低成本清 洁生产
  (1)消减烧结生产。我国高炉以烧结矿为主要入炉原料,烧结产量巨大。然而,在未来的发展中,不仅从与球团的品质比较上限制了烧结工艺的发展,从污染处理费用上,也使烧结工艺处于更苛刻的环境中。烧结生产比例的不断降低将持续下去。
  ⑵高效低成本污染物排放控制。在保留烧结生产的情况下,如何通过原料品种的选择和工序的优化来减少污染物的排放,以及如何选择高效低成本的末端处理技术,都需要认真研究。
  (3)重视块矿的环保价值 。块矿作为可直接入高炉使用的原料,因避免了造块过程,不仅有成本优势,更具有环保的附加价值。我国的块矿使用比例仅为8%,远低于某国 18.9%的平均水平。企业需要全面评估块矿的价值,以期通过增加使用量获得更好的效益。
  3.3.2  C02排放控制
  根据国际钢铁协会的数据,全球钢铁工业所排放的碳排放占总量的6.5%,各行业占比分别为:电力和热力占41%,运输业占22%,工业占20%,其他占10%,住宅占7%。钢铁工业虽不是最大的,但却是被关注的行业。对我国来说,高的铁钢比和巨大的炼铁生产规模使其碳排放所占比例更大。在全球开始努力减少碳排放的情况下,我国炼铁的碳排放将成为受抑制的目标。
  在未来我国巨大的炼铁规模仍将继续维持的前提下,对碳排放的付费或被征税,尤其是对超过某指标的碳排放部分,将成为最有可能的控制炼铁碳排放水平的措施。
  各企业努力采取各种措施降低炼铁碳排放将是减少此部分费用支出,赢得竞争优势的重要环节。当前炼铁厂的工作重点是提高煤气利用率、降低燃料比,从而减少碳排放。此外,应积极探索使用低碳燃料(如喷吹高挥发份煤粉,喷吹焦炉煤气)以及使用金属炉料等。
   3.3.3炼铁PM2.5排放监控
  PM2.5含量超标被认为是形成雾霾天气的主要因素。在当前全国范围的严重污染形势下,控制钢铁企业的PM2.5排放成为企业不可回避的社会责任,而炼铁工序则再一次成为工作的重点。
  提高参照国外钢铁厂对PM2.5的监控实践, 炼铁的主要PM2.5排放点包括:原料场、焦化的燃烧室烟气、炭化室炉门烟气、烧结烟气、球团烟气、 高炉槽下、高炉出铁场、热风炉烟气、喷煤制粉烟 气、高炉渣处理烟气等。
  4结论
  (1)我国已建成了包括焦化、烧结、球团、及 高炉在内的巨大高炉炼铁生产系统。其产量占世界总量的60%,其整体装备和生产技术指标处于国际先进水平。但在环保和清洁生产方面尚存在一定差距。
  (2)未来我国炼铁工业仍将依靠高炉流程。炼铁生产的规模将取决于未来的钢产量和铁钢比的变化。综合分析,预计2015至2020年,我国的年铁产量可保持在7亿t左右,高炉高效使用废钢是保持其竞争力的重要因素。
  (3)我国炼铁面临的主要挑战是原燃料品 种、质量、及价格的频繁波动情况下,如何实现高炉稳定运行和炼铁生产成本的控制,以及整个工序的清洁环保生产等问题。
  节选自《鞍钢技术》2015年第2期总第392期 中国钢研新冶高科技集团有限公司沙永志
来源冶金信息网

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