劉文權(quán)
進入二十一世紀(jì)以來,亞洲地區(qū)生鐵產(chǎn)量增長尤為明顯,中國、印度和韓國等生鐵產(chǎn)量的增長引領(lǐng)亞洲生鐵產(chǎn)量的增長。“十一五”時期,中國鋼鐵工業(yè)進入高速發(fā)展時期。2006年中國生鐵產(chǎn)量41364萬噸,占世界生鐵總產(chǎn)量的46.88%,2010年生鐵產(chǎn)量59560萬噸,占世界生鐵產(chǎn)量57.76%,提高了10.88個百分點。世界分地區(qū)生鐵產(chǎn)量、我國生鐵產(chǎn)量增長、世界生鐵產(chǎn)量和中國生鐵產(chǎn)量占比情況,分別見圖1、圖2、圖3。
“十一五”時期我國生鐵產(chǎn)量快速增長,年均增長率9.54%,但年增長率呈下滑趨勢。其主要原因是國家加大宏觀調(diào)控力度,相繼出臺對鋼鐵行業(yè)的調(diào)控政策,鋼材市場需求減弱,進口鐵礦石價格逐年攀升等。2005年至2008年生鐵產(chǎn)量仍保持增長的態(tài)勢,但增速放緩并呈下降態(tài)勢。2008年全球金融危機給全球經(jīng)濟帶來重創(chuàng),中國經(jīng)濟增速下行,增速降到最低點,2009年世界經(jīng)濟在中國等新興經(jīng)濟體拉動下艱難復(fù)蘇,中國生鐵產(chǎn)量強勁復(fù)蘇,并達歷史新高,但增速與“十五”時期相比有所放緩,進入增速相對穩(wěn)定時期。
“十一五”時期我國重點統(tǒng)計單位的煉鐵主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1。從表1中可以看出煉鐵技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)逐步得到改善和提高,在原料品質(zhì)劣化(入爐品位持續(xù)下降,原燃料質(zhì)量不穩(wěn)定等)不利的情況下,由于操作水平提高和加強管理等,煉鐵的主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)逐步改善和提高,其中入爐焦比和綜合焦比呈下降的態(tài)勢,工序能耗逐年下降,取得較好的節(jié)能減排效果。
(1)“十一五”時期是我國煉鐵業(yè)為實現(xiàn)由大到強轉(zhuǎn)變,奠定堅實基礎(chǔ)的5年
“十一五”時期我國煉鐵業(yè)在世界煉鐵業(yè)中的影響力明顯上升。經(jīng)過5年快速發(fā)展,煉鐵業(yè)取得了顯著的進步和成績。繼“十五”我國煉鐵產(chǎn)量突破2億噸、3億噸之后,“十一五”時期,在強勁的市場需求拉動下,2006年煉鐵產(chǎn)量跨越4億噸臺階;2009年跨越5億噸臺階;2010年接近6億噸臺階。“十一五”時期,煉鐵產(chǎn)量由2006年41364萬噸增長到2010年59560萬噸,平均年增長9.54%。鋼鐵工業(yè)有力地支撐了國民經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展,為保增長做出了巨大的貢獻。
表1 “十一五”時期重點統(tǒng)計單位煉鐵主要技術(shù)指標(biāo)情況
(2)工藝裝備國產(chǎn)化、大型化、現(xiàn)代化步伐,煉鐵主體工藝裝備達到或接近世界先進水平
大型高爐爐底關(guān)鍵耐材實現(xiàn)國產(chǎn)化、頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)快速發(fā)展、無料鐘爐頂技術(shù)全面實現(xiàn)國產(chǎn)化、TRT(BPRT)、干法布袋除塵等技術(shù)大型化應(yīng)用。
(3)煉鐵工藝裝備的國產(chǎn)化率、本地化率大幅提高,技術(shù)創(chuàng)新能力顯著增強
國內(nèi)自主建設(shè)的沙鋼5800m3、京唐鋼鐵公司5500m3等特大型高爐已成功投運,寶鋼浦鋼COREX3000為代表的熔融還原新工藝,經(jīng)過一期的摸索實踐,二期也于2011年3月投產(chǎn)。轉(zhuǎn)底爐技術(shù)經(jīng)過多年的技術(shù)積累,通過自主研發(fā)和聯(lián)合開發(fā)已有如攀鋼10萬噸/年和龍蟒7萬噸/年釩鈦磁鐵礦轉(zhuǎn)底爐直接還原和馬鋼20萬噸/年、日鋼2×20萬噸/年、沙鋼30萬噸/年、萊鋼20萬噸/年、天津榮成100萬噸/年等含鋅塵泥生產(chǎn)線陸續(xù)建成投產(chǎn)。
(4)延伸產(chǎn)業(yè)鏈,與上下游建立共贏的合作方式
如寶鋼、武鋼等積極拓展上游鐵礦及焦煤資源;鞍鋼在主焦煤資源等方面取得突出成效。
(5)節(jié)能減排取得明顯成效
煉鐵系統(tǒng)普遍采用干熄焦(CDQ)、煤調(diào)濕、燒結(jié)余熱回收和發(fā)電、煙氣脫硫、高爐余壓發(fā)電(TRT)、粉塵處理、綜合利用含鐵塵泥等節(jié)能減排措施。同時,低碳煉鐵技術(shù)研究得到關(guān)注和應(yīng)用。
(6)低成本煉鐵技術(shù)得到突破和提升
寶鋼、首鋼、安鋼等燒結(jié)配加大比例褐鐵礦在國內(nèi)處理領(lǐng)先水平,大幅度降低煉鐵成本;武鋼、日鋼在高鋁礦、褐鐵礦等方面取得顯著的經(jīng)濟效益。
在取得成就同時,過去5年煉鐵業(yè)面臨的新矛盾、新問題不斷出現(xiàn),資源、能源、環(huán)境等瓶頸制約和企業(yè)利潤率低等問題突現(xiàn)。突出表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)集中度有待加快提高、發(fā)展方式亟須轉(zhuǎn)變、自主創(chuàng)新亟須增強、低碳綠色煉鐵亟須發(fā)展、資源保障程度有待增強、優(yōu)化布局必須加快、技術(shù)裝備落后產(chǎn)能亟須淘汰、走出去步伐有待加快等。
后金融危機時代,我國煉鐵要在以下10個方面加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級,實現(xiàn)煉鐵業(yè)由大到強的轉(zhuǎn)變,成為在世界上有競爭力和影響力的煉鐵生產(chǎn)強國。
(1)由分散布局向優(yōu)化布局轉(zhuǎn)變,由內(nèi)陸布局向沿海、沿江,靠近國際、國內(nèi)資源和靠近市場聚集地等布局轉(zhuǎn)變。以沿海、沿江的鋼鐵企業(yè)為例,每噸生鐵物流成本要比內(nèi)陸鋼企低100元-200元。處于沿海的鋼鐵企業(yè)由于其運費較低,采用低品位、SiO2、高Al2O3進口礦資源進行高爐冶煉,在技術(shù)經(jīng)濟上是可行的。但對內(nèi)陸企業(yè)而言,在同等鐵金屬量條件下,加大低品位礦石使用比例相當(dāng)于增加礦石運輸量,增加運輸成本,物流成本、生產(chǎn)經(jīng)濟性和環(huán)保成本有待綜合分析和論證。
(2)由單純的新建、盲目投資,產(chǎn)能擴張的粗放式模式向技術(shù)進步、科學(xué)管理和人才成長的集約化方向轉(zhuǎn)變。煉鐵生產(chǎn)具有投資大、連續(xù)生產(chǎn)和調(diào)整難度大等特點,產(chǎn)能過剩帶來的經(jīng)濟損失和社會問題不容忽視。從目前國內(nèi)外市場、產(chǎn)能利用率和鋼鐵行業(yè)利潤率下降情況看,存在產(chǎn)能過剩的風(fēng)險,單純新建產(chǎn)能面臨較大的市場風(fēng)險。
(3)由單一企業(yè)擴張向兼并重組和減量重組方向發(fā)展。兼并重組是鋼鐵工業(yè)大勢所趨,也是應(yīng)對全球產(chǎn)能過剩的有效途徑,可以發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟和協(xié)同效應(yīng),提高對上下游產(chǎn)業(yè)的議價能力,提高企業(yè)競爭力。如寶鋼重組新疆八一鋼鐵、韶鋼和寧波鋼鐵;武鋼重組鄂鋼、柳鋼和昆鋼股份;鞍鋼聯(lián)合重組攀鋼;首鋼重組水鋼、長治鋼鐵、貴陽鋼鐵和通化鋼鐵;沙鋼重組河南永鋼;華菱鋼鐵重組無錫鋼廠等基本完成。區(qū)域聯(lián)合重組取得新進展,相繼組建了河北鋼鐵集團、山東鋼鐵集團、渤海鋼鐵集團、新武安鋼鐵集團。河北鋼鐵集團還探索以漸進式股權(quán)融合方式重組了區(qū)域內(nèi)12家鋼鐵企業(yè)。
(4)由產(chǎn)能快速增長期向產(chǎn)能過剩期高爐長壽方向發(fā)展。產(chǎn)能快速增長期一大批低成本、小規(guī)模的鋼鐵企業(yè)進入市場,采取“快進快退”、“掠奪式生產(chǎn)”的經(jīng)營模式,帶來大量高能耗、高污染、低附加值的落后產(chǎn)能進入市場,引起行業(yè)的無序競爭。而產(chǎn)能過剩時,高爐長壽和安全可靠生產(chǎn)不僅可以降低一次性投資和因停產(chǎn)大修帶來的損失,還是增產(chǎn)增效、保證全廠物流平衡的基礎(chǔ)。
(5)由粗放式生產(chǎn)向高效節(jié)能減排方向轉(zhuǎn)變。節(jié)能減排力度增強,有利于淘汰落后,控制產(chǎn)能釋放。如采用高爐高效噴煤、高爐爐頂余壓發(fā)電(TRT)、高爐脫濕鼓風(fēng)、高爐干法除塵、高爐熱風(fēng)爐雙預(yù)熱、燒結(jié)煙氣脫硫、脫硝和脫二惡英、回轉(zhuǎn)窯或轉(zhuǎn)底爐處理含鐵塵泥等。
(6)由技術(shù)進步向自主創(chuàng)新和技術(shù)集成方向轉(zhuǎn)變,向綠色低碳煉鐵技術(shù)創(chuàng)新方向轉(zhuǎn)變。如采用預(yù)還原爐料技術(shù),高爐爐頂煤氣循環(huán)技術(shù),高爐爐渣余熱回收利用(干式制粒余熱回收或水渣余熱采暖、發(fā)電等),高爐噴吹廢塑料、焦?fàn)t煤氣和天然氣等綠色低碳冶煉技術(shù)。
(7)由高成本冶煉向低成本方向轉(zhuǎn)變。實施低成本燒結(jié)配料技術(shù)、低成本高爐冶煉戰(zhàn)略,加強低品位礦、低價礦、劣質(zhì)礦等高效冶煉技術(shù)攻關(guān)、推廣和應(yīng)用。
(8)延伸上、下游供應(yīng)鏈,大型鋼鐵企業(yè)應(yīng)建設(shè)海內(nèi)外原料基地,穩(wěn)定原料來源,分散原燃料快速上漲的風(fēng)險。目前鐵礦石價格高位運行,煤電油運等原燃料價格均呈上漲態(tài)勢,煉鐵將呈現(xiàn)高成本、低效益的態(tài)勢。以日本JFE鋼鐵公司為例,采取以合資開發(fā)礦山、購入股份等方式參與海外鐵礦、煤礦經(jīng)營,并與巴西VALE、澳大利亞BHP、美國AMCI(現(xiàn)被VALE收購)等世界礦業(yè)巨頭簽訂了鐵礦石、煤炭的長期供貨合同。日本三井財團、新日鐵、JFE、住友金屬等通過各種方式,直接或間接地參股了巴西、澳大利亞、加拿大、智利乃至印度的鐵礦。在澳大利亞24個主要鐵礦中,有8家日本公司作為重要股東,其余16家鐵礦也都有日資參股。日本新日鐵、三井、住友控制羅布河公司43%的股份;三井財團在澳大利亞、巴西、印度及加拿大等國擁有鐵礦石資源4087萬噸/年;JFE與必和必拓的鐵礦合資公司西澳皮爾巴拉地區(qū)揚迪礦開發(fā)W-4礦床,按其協(xié)議,每年將向JFE發(fā)運礦石1600萬噸,期限長達11年。韓國浦項鋼鐵公司進軍國際鐵礦石資源,投資地區(qū)主要集中在中亞和東南亞,如烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦、印尼和越南等。
(9)由裝備落后向加強技改方向轉(zhuǎn)變。應(yīng)強調(diào)原料適應(yīng)性、工藝合理性外,還要注重設(shè)備的可靠性,注重工藝合理性與設(shè)備可靠性相結(jié)合。大型高爐對入爐原燃料質(zhì)量的要求更加嚴(yán)格。這與鐵礦石品質(zhì)不斷下降和煉焦煤的供應(yīng)形成尖銳的矛盾,研究確定適應(yīng)原、燃料條件的高爐大型化十分重要的。我國重點統(tǒng)計單位平均爐容為1266m3左右,大于1000m3高爐由2006年90座提高2010年215座,基本上均采取新建方式。而2008年日本高爐平均爐容4157m3;歐洲高爐平均容積2063m3;北美高爐平均爐容1819m3;俄羅斯高爐平均爐容1811m3。日本、韓國等在高爐大型化的過程中十分重視原有基礎(chǔ)設(shè)施的利用,以最大限度地減少一次性投資。高爐大修擴容基本上采取大塊施工法,縮短了大修時間,也大幅度降低投資。我國采用整體推移技術(shù)的經(jīng)驗值得推廣應(yīng)用(如唐鋼2號高爐、邯鋼5號高爐大修)。
(10)由重?zé)掕F生產(chǎn)向降低物流成本轉(zhuǎn)變。高度重視鋼鐵企業(yè)物流系統(tǒng)規(guī)劃,獲取“第三”利潤源(降低資源消耗為“第一利潤源”、提高勞動生產(chǎn)率為“第二利潤源”)。
鋼鐵企業(yè)的物流費用是僅次于原、燃料采購成本的最大支出。據(jù)統(tǒng)計,我國鋼鐵企業(yè)的物流成本占鋼材總成本的15%-20%,而發(fā)達國家如日本僅占10%左右。鋼鐵企業(yè)內(nèi)部總圖布置、優(yōu)化運輸方式、減少倉儲和物流信息化管理方面等降本增效潛力巨大。
“十二五”時期煉鐵產(chǎn)量仍將保持增長的態(tài)勢,但增速明顯放緩。煉鐵技術(shù)在以下幾個方面將有所發(fā)展和進步。
4.1.低成本煉鐵
由于原燃料價格高企、市場需求萎縮、同質(zhì)化競爭激烈等諸多不利因素疊加,導(dǎo)致成本因素在鋼企之間的競爭逐漸白熱化,給煉鐵生產(chǎn)和運營帶來較大壓力。煉鐵企業(yè)通過精心操作和精細化管理等手段降低生產(chǎn)成本。原燃料占煉鐵成本的70%左右。由于原燃料價格上漲,采用低品位、廉價原燃料的使用技術(shù)成為了重要的開發(fā)課題。
(1)開發(fā)在燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中使用廉價鐵礦石的技術(shù)。
20世紀(jì)90年代初期,日本為降低運輸成本已由從購買巴西礦轉(zhuǎn)為購買澳礦,而且增加澳礦中屬于廉價礦石的針鐵礦(從1992年開始購買揚迪礦,從2002年開始購買馬拉曼巴礦)的購入量。針鐵礦含有很多結(jié)晶水。由于其中的鉛藍方石礦的脈石量及脈石中的氧化鋁成分和結(jié)晶水含量高,而馬拉曼巴礦含有很多的細礦,因此這些礦的燒結(jié)性能差,會導(dǎo)致燒結(jié)礦的強度下降。作為大量使用鉛藍方石礦的技術(shù)是積極推進氧化鋁無害化技術(shù),為此新日鐵開發(fā)了采用選擇制粒法使氧化鋁封閉(無害化)的技術(shù)。另一方面,通過提高燒結(jié)機供料滾筒下的進料器的功能(ISF和風(fēng)力篩選等)、采用機架燒結(jié)法等提高燒結(jié)機的生產(chǎn)率、采用減少副原料法生產(chǎn)低SiO2燒結(jié)礦、通過強化制粒改善小球結(jié)構(gòu),由此提高了燒結(jié)礦的冷態(tài)轉(zhuǎn)鼓強度(TI)和落下強度(SI),同時增加了針鐵礦的使用比例。通過這些技術(shù)開發(fā),2004年澳礦中的針鐵礦的使用比例達到了60%左右,并購買高磷布魯克曼礦或與馬拉曼巴礦混合的礦石。
(2)焦炭生產(chǎn)中使用弱粘結(jié)煤技術(shù)的開發(fā)
日本在煉焦過程中還逐年增加了比粘結(jié)煤便宜的弱粘結(jié)煤的使用比例。在提高焦?fàn)t使用弱粘結(jié)煤比例時,采用提高焦炭強度的技術(shù)是不可或缺的。除了采用CDQ外,新日鐵還開發(fā)了煤的調(diào)濕技術(shù)(CMC)和型煤煉焦技術(shù)(DAPS)。通過這些新技術(shù)的開發(fā),配合煤中的水分已由90年代初期的18%左右下降到1999年的5%以下,在焦炭強度保持不變的條件下,弱粘結(jié)煤的使用比例超過了50%。
4.2 低品質(zhì)礦冶煉
原燃料價格不斷攀升,煉鐵品位呈下降趨勢,而采用精料導(dǎo)致煉鐵原料成本大幅度上升。不少企業(yè)不得不增加褐鐵礦、高Al2O3礦等配比,采用部分低品位鐵礦進行冶煉,導(dǎo)致工序能耗上升,污染物排放上升。煉鐵企業(yè)采用多環(huán)布料、高風(fēng)溫、高富氧等措施,提高在高渣比條件下尋求最佳燃料比和煤比,追求最大的經(jīng)濟效益。
(1)褐鐵礦燒結(jié)技術(shù)特點。褐鐵礦系含結(jié)晶水的赤鐵礦,疏松多孔,堆密度小,而結(jié)晶水分解會導(dǎo)致更多孔隙的形成,因而高配比褐鐵礦燒結(jié)一般出現(xiàn)燒結(jié)速度慢、燒結(jié)利用系數(shù)低、燒結(jié)餅結(jié)構(gòu)疏松、成品率低及燃耗高等情況,這些都是大比例褐鐵礦燒結(jié)工藝技術(shù)上的難點。
日本新日鐵、韓國浦項等鋼廠的燒結(jié)混勻礦中褐鐵礦(揚迪礦、羅布河礦)配比已達45%-50%的水平。寶鋼燒結(jié)褐鐵礦在混勻礦中的配比已從1997年的14%提高至2010年的60%左右的水平。在高比例褐鐵礦燒結(jié)條件下,采取優(yōu)化配礦(配加結(jié)構(gòu)致密的巴西CVRD粗粉、南非粉等)、適當(dāng)增加燃料用量、延長點火時間、提高料層厚度和燒結(jié)礦堿度、并采取壓料等技術(shù)措施,對穩(wěn)定燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量有明顯效果。生石灰質(zhì)量的好壞影響燒結(jié)生產(chǎn)的穩(wěn)定性,提高生石灰質(zhì)量是高比例褐鐵礦燒結(jié)的重要基礎(chǔ)。
(2)高鋁礦燒結(jié)技術(shù)特點。針對Al2O3含量高、液相不足的問題,適當(dāng)提高燒結(jié)溫度,燒結(jié)礦FeO增加1%。為適應(yīng)高爐對MgO的要求,提高高堿度燒結(jié)礦MgO的含量,部分替代CaO;武鋼、沙鋼和日鋼在燒結(jié)中配加輕燒氧化鎂粉(MgO≥85%,含SiO2<6%,CaO<2%)取得了較好的效果。部分企業(yè)在燒結(jié)配加高鎂粉或在高爐配加高鎂球也取得了較好的冶煉效果,降低生產(chǎn)成本。
(3)赤鐵礦球團焙燒。隨著精礦資源的貧乏和短缺,開發(fā)新的精礦資源是球團業(yè)面臨的首要問題。內(nèi)配煤不僅是節(jié)能的有效技術(shù)之一,也是解決赤鐵礦焙燒過程中不發(fā)生氧化放熱彌補鏈箅機溫度偏低的一種有效途徑。采用含硼添加劑用于赤鐵礦球團制備,其目的是為了提高球團強度,降低焙燒溫度,節(jié)能降耗,但由于硼的加入會惡化赤鐵礦球團的冶金性能。為此,根據(jù)硼與氧化鎂的交互作用,即硼可以提高球團強度,氧化鎂可以改善球團冶金性能的特點。
4.3 低碳煉鐵技術(shù)
鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)就是碳冶金學(xué)。而鋼鐵冶金過程產(chǎn)生的CO2主要來自于高爐中煤和焦炭與鐵礦石的化學(xué)反應(yīng),即鐵礦石的還原過程,煉鐵工序直接和相關(guān)CO2排放超過90%。低碳煉鐵是鋼鐵工業(yè)發(fā)展低碳經(jīng)濟的關(guān)鍵。由于原燃料品質(zhì)劣化,入爐品位下降,導(dǎo)致煉鐵入爐焦比和燃料比有所上升,CO2排放壓力增大。未來將加大高爐爐頂煤氣循環(huán)、全氧高爐、噴吹廢塑料等新技術(shù)研發(fā)的力度,提升低碳煉鐵技術(shù)水平。
后金融危機時代我國煉鐵加工業(yè)應(yīng)抓住歷史機遇,加快轉(zhuǎn)變煉鐵發(fā)展方式,實施差異化競爭戰(zhàn)略,提升煉鐵業(yè)技術(shù)和市場競爭力,實現(xiàn)我國煉鐵業(yè)由大到強轉(zhuǎn)變,成為在世界上有競爭力和影響力的煉鐵生產(chǎn)強國。
略