淘汰落后，节能减排，增强炼铁竞争力
刘文权
近年来，钢铁工业竞争日趋激烈，工业发达国家为进行结构调整、淘汰落后工艺和设备，降低能耗和生产成本，改善环保，提高市场竞争力，相继建成了m3级以上大型高炉多座，高炉最大容积已达m3。其中，日本和西欧等国家自20世纪80年代以来，建成了一批m3级以上特大型高炉。
1国内外高炉大型化概况
据统计，世界上大于m3高炉座，大于m3高炉42座（其中：m3级高炉14座）。世界m3以上高炉见表1。日本原有60多座高炉，年底服役有37座高炉，平均每座容积.4m3。高炉大型化和结构调整后，年服役高炉仅为28座，平均每座高炉容积.75m3。现在处于生产状态的高炉仍为28座（新日铁9座、JFE9座、住友5座、神户3座、日新2座），但平均炉容已达到m3。川崎制铁千叶6号高炉、水岛4号高炉、新日铁君津3号高炉、名古屋1号高炉、名古屋3号高炉、大分1号高炉由m3、m3、m3、m3、m3、m3分别扩容至m3、m3、m3、m3、m3、m3。新日铁君津2号高炉、钢管福山3号高炉、日新钢昊1号高炉、住友金属小仓2号高炉、北海制铁室兰2号高炉也进行了扩容。日本高炉座数减少了，而炉型更加大型化。近来日本没有新建高炉，主要通过高炉扩容来提高设备产能和能源效率，并同时追寻高产和环境和谐。德国蒂森公司与克虏伯公司合并前有9座高炉，合并后减少到6座。高炉座数减少，但总产量并没有减少，高炉单产提高，寿命延长。近年来我国高炉大型化趋势明显，重点大中型企业高炉结构情况（座数）见表2。但我国小高炉众多，单炉产量低，布局分散，高炉结构不合理，技术装备水平低，在未来几年，需淘汰1亿吨左右落后炼铁生产能力。随着原、燃料费用和人力资源费用与国际市场逐步接轨，环保要求日益苛刻，小于m3高炉竞争力逐渐弱化。落后装备与大型设备有关指标比较见表3。只有在能耗、劳动生产率、环保和生铁质量等方面提高竞争能力，否则将因竞争力差而被市场淘汰。
表1世界m3及以上高炉
国家或地区
企业名称
炉号
容积（m3）
备注
日本
（20座）
新日铁君津厂
4
新日铁君津厂
3
新日铁名古屋厂
1
新日铁名古屋厂
3
新日铁户畑厂
4
新日铁大分厂
1
新日铁大分厂
2
JFE京浜厂
1
JFE京浜厂
2
JFE福山厂
4
JFE福山厂
2
JFE千叶厂
6
JFE水岛厂
2
JFE水岛厂
3
JFE水岛厂
4
住友鹿岛厂
1
住友鹿岛厂
2
神户加古川厂
1
神户加古川厂
2
神户加古川厂
3
中国
（11座）
宝钢
1
宝钢
2
宝钢
3
宝钢
4
太钢
5
马钢
1
马钢
2
京唐钢
1
在建
京唐钢
2
在建
营口鲅鱼圈
1
在建
营口鲅鱼圈
2
在建
韩国（1座）
浦项光阳厂
2
法国（2座）
Arcelor敦刻尔克厂
1
Arcelor敦刻尔克厂
4
荷兰（2座）
Corus公司艾默伊登厂
3
Corus公司艾默伊登厂
7
意大利（1座）
里瓦集团塔兰托厂
5
德国（2座）
蒂森斯韦尔根厂
1
蒂森斯韦尔根厂
2
俄罗斯（1座）
谢韦尔钢铁公司
5
乌克兰（1座）
克里沃罗格钢铁公司
9
印度（1座）
JSW公司
1
在建
合计
42座
表2近年来我国重点大中型企业高炉结构情况（座数）
容积分类
年
年
年
年
年
年
≥m3
21
21
24
34
42
50
～m3
29
29
31
40
48
52
～m3
～m3
54
72
70
82
75
57
m3以下
15
15
12
10
12
9
表3落后装备与大型设备有关指标比较
主要指标
单位
m3以下
高炉
m3以上
高炉
指标比较（±）
指标比较
（%）
1．能源消耗
吨铁工序能耗
kgce/t
79
18.81
吨铁入炉焦比
kg/t
59.41
吨铁喷煤比
kg/t
-55
-30.56
2．环保指标
吨铁烟粉尘排放量
kg/t
2
0.1
19倍
1.9
吨铁SO2排放量
kg/t
5.42
1.23
3.4倍
4.19
环保资源利用投资比重
%
0
13
-
-13
3．资源综合利用
TRT发电
kWh/t
0
30
-.00
-30
炉容小时耗新水
m3/t
0.33
0.17
94.12
0.16
吨铁土地利用率
m2/t
0.25
0.12
.33
0.13
4．质量和效率
人均铁产量
t/人.年
16
-
-73.01
吨铁制造成本
（不含环保等费用）
元/吨
0
50
3.23
一级品率
%
86
98
-12
-12.24
2炼铁竞争力分析
高炉大型化是建立在精料、富氧喷煤、高顶压、高风温、高炉长寿和低硅低硫冶炼等技术基础上。普遍采用无料钟布料、薄壁内衬、TRT余压发电、热风炉双预热、铜冷却壁、炉渣粒化装置、高风温长寿型热风炉、软水密闭循环冷却系统、高炉冶炼专家系统等现代化工艺和装备。高炉大型化与投资主体融资水平、企业规模、企业产品定位和原燃料条件等因素有关。高炉大型化对原、燃料要求、技术经济指标、运行成本和竞争力等方面行对比分析如下：
2．1原、燃料要求
精料是大型高炉高产、优质、低耗、长寿与环境友好的物质基础，是高炉炼铁工艺中最重要的一项关键技术。随着高炉大型化，对原燃料质量、合理炉料结构等要求日益苛刻。高炉越大，对原、燃料质量要求越高。焦炭强度，尤其是高温强度（反应后强度CSR和反应性CRI）是建设大型高炉考虑的首要因素。目前，大型焦炉配备干熄焦工艺，改善了焦炭质量。大型高炉对原燃料质量要求见表4。
表4大型高炉对原燃料质量要求
项目
质量指标
单位
m3
m3
0m3
m3
m3
综合矿
入炉品位
%
≥57
≥58
≥59
≥59
≥59
烧结矿
铁份波动
%
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
碱度波动
%
≤±0.08
≤±0.06
≤±0.05
≤±0.05
≤±0.05
含FeO
%
≤9.0
≤8.8
≤8.5
≤8.0
≤8.0
FeO波动
%
≤±0.75
≤±
0.7
≤±0.65
≤±0.6
≤±0.6
转鼓指数+6.3mm
%
≥74
≥76
≥77
≥78
≥78
球团矿
TFe
%
≥63
≥63
≥64
≥64
≥64
转鼓指数+6.3mm
%
≥89
≥89
≥92
≥92
≥92
耐磨指数-0.5mm
%
≥5
≥5
≥4
≥4
≥4
常温耐压强度
N/个球
≥
≥
≥
≥
≥
低温还原粉化率+3.15mm
%
≥85
≥85
≥89
≥89
≥89
膨胀率
%
≤15
≤15
≤15
≤15
≤15
铁分波动
%
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
块矿
含铁量
%
≥62
≥62
≥64
≥64
≥64
热爆裂性能
%
-
-
≤1
≤1
≤1
铁分波动
%
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
≤±0.5
焦炭
M40
%
≥76
≥80
≥82
≥84
≥86
M10
%
≤8.0
≤7.5
≤7.5
≤7.0
≤6.0
灰分
%
≤13
≤13
≤13
≤12
≤12
S
%
≤0.7
≤0.7
≤0.7
≤0.6
≤0.6
反应性指数CRI
%
≤28
≤26
≤25
≤25
≤25
反应后强度CSR
%
≥58
≥60
≥62
≥64
≥65
2．2技术经济指标要求
大型高炉技术经济指标要求见表5。
表5技术经济指标要求
项目
单位
m3
m3
0m3
m3
利用系数
t/(m3.d)
≥2.3
≥2.25
≥2.20
≥2.20
设计年平均燃料比
kg/t
≤
≤
≤
≤
设计平均焦比
kg/t
≤
≤
≤
≤
风温
℃
～0
～0
～0
0
炉顶压力
MPa
0.20
0.20～0.25
0.22～0.28
0.25～0.30
工序能耗（电按等价值）
kgce/t
≤
≤
≤
≤
工序能耗（电按等量值）
kgce/t
≤
≤
≤
≤
高炉寿命（一代无中修）
年
≥12
≥15
≥18
≥20
2．3高炉大型化的成本分析比较
根据前苏联的资料，高炉大型化经济效益显著。其经济效益比较见表6。成本是钢铁行业最重要的竞争要素，成本优先历来是钢铁企业首选的竞争策略。国内不同级别高炉运行成本和运行成本指数见表6和表7。
表6高炉运行成本对比
项目
m3
m3
m3
m3
m3
工序能耗*，元/t
吨铁人工工资，元/t
20.00
11.67
7.00
3.50
2.00
固定资产投资，万元
1
2
37
000
预计使用年限，年
8
10
12
14
16
吨铁折旧费，元/t
42.86
40.00
31.25
28.57
32.14
产量，万t/年
35
60
吨铁维修费，元/t
24.69
28.00
26.25
20.40
26.23
吨铁成本**，元/t
.55
.67
.50
.47
.37
①假定能耗价为1元/kg；
②不考虑含铁原料。
表7不同炉容高炉构建成本和运行成本指数
项目
m3
m3
m3
m3
m3
单位炉容构建成本，万元/m3
30～40
35～40
35～40
40～50
45～50
运行成本指数
～
～
～90
95～90
2．4高炉竞争力分析比较
高炉竞争力分析主要体现在工序能耗、环境保护、劳动生产率和生铁质量（铁水含硫和含硅量）等几个方面。高炉竞争力分析比较见表8。
表8高炉竞争力分析比较
高炉容积
/m3
工序能耗
/kg标煤.t-1
粉尘排放
/kg.t-1
劳动生产率/t/(人.a)
生铁含
[Si]、[S]/%
＜
～
0.15～4.0
52～83
0.5～0.8，0.04～0.06
~
～
0.12～0.57
54～
0.3～0.5，0.03～0.05
0~
0.07
≤0.3，≤0.03
3实现大型化的途径和对策
（1）新建大型高炉，淘汰落后，以新替旧，以大替小，实现高炉大型化。如京唐钢铁联合有限公司新建2座m3高炉；如鞍钢建2座0m3高炉取代7座～m3高炉；安钢、涟钢建2m3高炉取代m3高炉；马钢建2座m3高炉淘汰m3级高炉等。
（2）大修扩容改造。利用高炉大修的机会进行扩容也是高炉大型化的一条途径。如新日铁君津厂4号高炉和大分厂2号高炉采用大块施工法进行大修，缩短了大修工期，同时还分别将炉容由1m3和m3扩大至m3和m3。浦项光阳厂2号高炉由m3大修扩容至m3。国内本钢5#高炉由m3大修扩容至0m3；包钢1#高炉由m3大修扩容至2m3；武钢1#高炉由m3大修扩容至2m3；新钢7#高炉由m3大修扩容至0m3；湘钢1#高炉、酒钢2#高炉均由m3大修扩容至m3等；唐钢2#高炉（1m3）、邯钢5#高炉（1m3）采用整体推移技术大修扩容至m3。
（3）采用熔融还原或直接还原等炼铁新工艺替代m3以下的高炉。我国74家重点钢铁企业中，现有18家建在省会城市，有34家建在百万以上人口的大城市，不仅造成了城市环境容量的压力，也制约了企业自身的发展。采用流程短、生产灵活性强、环境污染小的熔融还原或直接还原工艺，替代m3以下高炉。宝钢集团浦钢公司搬迁采用COREXC-0工艺，年产万吨铁水。韩国浦项FINEX已7年5月30日竣工投产，年产万吨铁水。首钢与美国纽柯公司、澳大利亚力拓公司、日本三菱公司四方共同出资进行HISMELT熔融还原的研究，在澳大利亚投产年产80万吨铁水的熔融还原厂。
4高炉大型化应注意的几个问题
（1）《钢铁产业发展政策》中产业技术政策规定：高炉有效容积达到立方米及以上，新上项目高炉必须同步配套余压发电装置和煤粉喷吹装置。沿海深水港地区建设钢铁项目，高炉有效容积要大于0立方米。按照《产业结构调整目录》，未来几年，1亿吨左右的立方米以下高炉（专业铸铁管厂除外）产能进入淘汰的具体实施阶段。
（2）重视企业总体规划的工作，注意前后工序和整体生产能力的协调与配套。我国目前高炉生产大致分为三个层次，重点大中型企业以m3以上高炉为主，地方骨干企业以～m3高炉为主，地方及小民营企业以m3以下高炉为主。对此，在企业总体规划中，统筹考虑生产规模、投资、总图位置和资源供应情况，以大替小，以新替旧，逐步实现高炉大型化。
（3）m3以上的大型高炉应配备富氧喷煤、高炉炉顶余压发电（TRT）、热风炉煤气和助燃空气双预热等节能降耗措施，以降低炼铁的能耗和生产成本。上游工序应配备干熄焦、烧结余热回收等设备。
（4）高炉大型化要以原燃料条件相适应。高炉大型化对原燃料条件提出更苛刻要求，尤其是对焦炭质量的要求。
（5）大型高炉应配备出铁场及原料系统等除尘设施，对瓦斯灰、瓦斯泥、除尘灰和炉渣等进行资源综合利用，以实现环境友好和可持续发展，达到节能减排和循环经济的要求。
（6）高炉大型化要实现高炉长寿，m3以上高炉一代炉龄无中修设计寿命应达到12～20年，热风炉寿命达20年。只有长寿才能达到提高经济效益的目的。
5结语
高炉大型化和结构调整为大势所趋。我国钢铁企业联合重组、兼并，提高产业集中度和迁建改造为高炉大型化提供了契机。
（1）高炉大型化关键和核心是提高效率、降低能耗和成本，改善环保，提高市场竞争力。
（2）高炉大型化首先必须考虑企业的融资能力及资源供应情况，特别是原料和燃料的品质。还需考虑生产能力平衡、生产效率、技术装备水平、煤气平衡、备品备件配套及生产管理等因素。
（3）高炉大型化可通过扩容改造、原地或易地大修等途径实现。也可采用COREX、FINEX、HISMELT等熔融还原或HYL-ZR、FASTMELT等直接还原工艺替代m3级以下高炉。
参考文献（略）
注：商务部7年“经济全球化与产业国际竞争力”征文，发表于《经济全球化与产业国际竞争力征文获奖论文集》，论文优秀奖。
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