新時代我國煉鐵高質(zhì)量發(fā)展的實踐

劉文權(quán) 宋文剛 吳記全

一、前言

“十五”至“十三五”時期，我國生鐵增長率由兩位數(shù)增長降至個位數(shù)，這是由經(jīng)濟(jì)發(fā)展的由高速增長向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型的客觀規(guī)律所決定的。隨著我國鋼鐵積蓄量持續(xù)增加，高爐鐵水比例將相對鋼產(chǎn)量逐漸下降，鐵水產(chǎn)量也絕對下降，這也是一個必然的趨勢。我國鋼鐵發(fā)展的時代主題由“增量、擴(kuò)能”已經(jīng)轉(zhuǎn)到“減量、調(diào)整”（見圖1、圖2）。

圖1 2000-2018年我國生鐵產(chǎn)量和增長率 萬噸 %

圖2 2000-2018年我國與世界生鐵產(chǎn)量和生鐵占比 萬噸 %

二、技術(shù)創(chuàng)新

我國鋼鐵企業(yè)自主開發(fā)，在煉鐵新技術(shù)方面，依靠技術(shù)進(jìn)步、轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)了煉鐵高質(zhì)量發(fā)展。

1.節(jié)能減排—燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)

燒結(jié)煙氣循環(huán)利用技術(shù)已有不同的流程在歐洲、日本和中國等鋼廠應(yīng)用。生產(chǎn)實踐應(yīng)用表明，燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)可減少燒結(jié)煙氣的外排總量，是減輕燒結(jié)廠煙氣污染的最有效手段；可大幅降低燒結(jié)廠煙氣處理設(shè)施的投資和運行費用；可減少外排煙氣帶走的熱量，減少熱損失，CO二次燃燒，降低固體燃耗?？蓽p少外排煙氣中的有害物質(zhì)總量。

燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)經(jīng)過不斷創(chuàng)新和發(fā)展，國內(nèi)外目前主要有5種煙氣循環(huán)利用的工業(yè)化燒結(jié)技術(shù)方案：EOS、LEEP、EPOSINT、區(qū)域性廢氣循環(huán)和燒結(jié) 廢氣余熱循環(huán)技術(shù)。煙氣循環(huán)燒結(jié)工藝可使燒結(jié)生產(chǎn)的各種污染物排放減少45%-80%，降低固體燃耗2kg/t-5kg/t或降低工序能耗5%以上。

首鋼遷鋼360m2燒結(jié)機(jī)（循環(huán)風(fēng)量約20%）和山鋼日照2臺500m2燒結(jié)機(jī)（循環(huán)風(fēng)量約35%，采用普銳特技術(shù)）。其中首鋼遷鋼煙氣循環(huán)由首鋼技術(shù)研究院和北科大合作開發(fā)，取得了提質(zhì)、節(jié)能和減排的良好效果，燒結(jié)礦平均粒徑提高12%，燒結(jié)綜合返礦率下降6.6個百分點，固體燃料降低了3.35kg/t，高爐粉塵排放降低了27.3%，SO2減排15.34%，NOx減排22.37%。

2.提質(zhì)增效—強力混合機(jī)技術(shù)在燒結(jié)的應(yīng)用

強力混合機(jī)在燒結(jié)機(jī)應(yīng)用可取得的效果：混勻效果提高，制粒效果增強，透氣性提高10%；焦粉添加比例降低0.5%；燒結(jié)速度提高10%-12%；生產(chǎn)能力提高8%-10%。

2012年臺灣龍鋼一期248m2燒結(jié)機(jī)、二期387m2燒結(jié)機(jī)的新建燒結(jié)項目，采用一臺強力混合機(jī)和一臺滾筒制粒機(jī)，取代二次料場和一混。2015年，本鋼板材率先在566m2新建燒結(jié)項目上采用立式強力混合機(jī)；寶鋼股份、山西建邦鋼鐵、江蘇長強鋼鐵等燒結(jié)機(jī)均在一混前增加強力混合機(jī)。

3.綠色減排—燒結(jié)豎罐冷卻和余熱發(fā)電技術(shù)

豎冷窯冷卻熱燒結(jié)礦及余熱回收技術(shù)裝置可替代燒結(jié)機(jī)環(huán)冷機(jī)、帶冷機(jī)作為新建項目的燒結(jié)工藝?yán)鋮s設(shè)備，也可替代既有燒結(jié)的環(huán)冷機(jī)、帶冷機(jī)，實現(xiàn)熱燒結(jié)礦顯熱的高效回收，特別是對于既有的步進(jìn)式燒結(jié)機(jī)，采用豎冷窯替代機(jī)上冷卻功能，將原機(jī)上冷卻段改為燒結(jié)段以加大燒結(jié)面積，使原燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量提高約70%，同時燒結(jié)礦顯熱可實現(xiàn)高效極限回收。采用豎罐冷卻技術(shù)代替環(huán)冷機(jī)或帶冷機(jī)，冷卻風(fēng)供風(fēng)總量可減少一半左右；熱煙氣100%全部回收，且溫度約可提高至450℃以上，余熱回收效率顯著提高；與環(huán)冷機(jī)余熱回收總量相比可提高60%-80%，增效明顯。天津天豐鋼鐵股份有限公司采用該技術(shù)實現(xiàn)燒結(jié)余熱發(fā)電27kWh/t，年余熱回收效益4216萬元（0.64元/kWh），相當(dāng)于年減少排放二氧化碳5.56萬噸；與傳統(tǒng)環(huán)冷工藝相比減少了冷卻風(fēng)量50%以上，解決了廢氣的無組織排放問題，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會效益顯著。興澄特鋼、寶鋼股份梅山鋼鐵、瑞豐鋼鐵和鞍鋼等燒結(jié)機(jī)采用豎罐冷卻技術(shù)處于調(diào)試階段或在建中。

4.爐料優(yōu)化—高比例球團(tuán)礦冶煉技術(shù)

首鋼京唐公司球團(tuán)廠2012年6月組織配加MgO球團(tuán)的工業(yè)試驗表明，配加MgO粉能改善球團(tuán)礦冶金性能，降低其還原膨脹率；凌源鋼鐵公司、津西鋼鐵公司和河北宣化正樸鐵業(yè)等曾采用熔劑性球團(tuán)替代酸性球團(tuán)冶煉，取得焦比降低，利用系數(shù)提高效果；首鋼京唐帶式焙燒機(jī)和湛江鋼鐵龍騰球團(tuán)設(shè)計有MgO配加裝置，具備生產(chǎn)含MgO或熔劑性球團(tuán)的條件。首鋼京唐二期工程建設(shè)2條年產(chǎn)400萬噸帶式焙燒機(jī)生產(chǎn)線，高爐爐料中球團(tuán)礦比例提高到50%以上。

5.產(chǎn)城共融—高爐沖渣水余熱回收技術(shù)

沖渣水余熱的回收方式有利用沖渣水采暖、浴池用水和余熱發(fā)電。北方地區(qū)部分鋼廠利用沖渣水采暖或作浴池用水或用于鋼鐵企業(yè)的鼓風(fēng)預(yù)熱，除鹽水預(yù)熱，混料加熱，設(shè)備的除濕熱水等供應(yīng)，并給鋼企帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。由于高爐沖渣水余熱回收利用回收期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為鋼廠發(fā)展多元產(chǎn)業(yè)提供了新的途徑；替換燃煤鍋爐采暖，徹底解決了燃煤鍋爐外排廢氣、SO2等污染物的排放，同時不需要購買燃?xì)饣虿恍枰獌Υ嫒济旱膫}庫或取消運輸燃煤的物流環(huán)節(jié)，人力、物力成本也大大減少，給城市運轉(zhuǎn)減少壓力，并有效解決長期困擾城市供暖資金短缺問題。南方地區(qū)開發(fā)低溫余熱資源最成熟的技術(shù)——有機(jī)朗肯低溫余熱發(fā)電技術(shù)（ORC），將高爐沖渣水余熱回收用于低溫余熱發(fā)電，其市場前景廣闊；為城市與鋼鐵企業(yè)融合發(fā)展提供了新途徑和新模式，為加速城市型鋼廠綠色轉(zhuǎn)型、融入城市經(jīng)濟(jì)圈提供了重要支撐。城市型鋼鐵企業(yè)與城市形成了互相依存、和諧共融的健康發(fā)展局面，促進(jìn)了鋼廠與城市融合發(fā)展，走出了一條鋼廠與環(huán)境、城市和諧發(fā)展的新道路。

6.創(chuàng)新發(fā)展—煤氣變壓吸附技術(shù)

高爐煤氣提純（或濃縮）采用變壓吸附（VPSA）方式將高爐煤氣中的主要可燃?xì)怏wCO進(jìn)行提純（或濃縮），根據(jù)用戶需求得到含40%-99.99%CO產(chǎn)品氣，該產(chǎn)品氣可作為高熱值燃燒氣體（燃料）、高爐還原性氣體，還可用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品如合成氨、甲醇、醋酸和二甲醚等。對于存在高爐煤氣富余或存在放散現(xiàn)象嚴(yán)重的鋼鐵企業(yè)，可將富余高爐煤氣采用變壓吸附提純后進(jìn)行高爐爐頂煤氣循環(huán)，用于高爐噴吹，可大幅度降低入爐焦比，實現(xiàn)低碳煉鐵和節(jié)能減排。也可將高爐煤氣提純得到的含70%左右CO替代天然氣、液化氣使用，緩解煤氣資源緊張，用于軋鋼加熱爐或退火爐，減少外購天然氣，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，該技術(shù)已在國內(nèi)某鋼廠成功投運；FINEX爐頂煤氣經(jīng)變壓吸附提純后循環(huán)使用，燃料比（煤比）下降明顯，實現(xiàn)了低碳煉鐵，節(jié)能減排，降低生產(chǎn)成本。

三、降本增效

在產(chǎn)品同質(zhì)化競爭和市場充分競爭條件下，成本競爭力逐漸成為核心競爭力。生鐵成本低則競爭力強，有利潤就能發(fā)展，反之虧損即會被市場淘汰。鋼鐵企業(yè)的總成本可分為制造成本、管理費用、財務(wù)費用、銷售費用四個部分，其中制造成本約占總成本的65%左右，而制造成本中約有70%屬于鐵前工序。從近期看，成本高低與工藝、技術(shù)和管理水平等有關(guān)，這是可改變的競爭因素。通過生鐵對標(biāo)挖潛分析可發(fā)現(xiàn)企業(yè)的潛力，促進(jìn)企業(yè)通過技術(shù)進(jìn)步和改善管理達(dá)到降低成本的目的。鐵前系統(tǒng)對標(biāo)挖潛、降本增效應(yīng)圍繞優(yōu)化焦化配煤結(jié)構(gòu)、優(yōu)化燒結(jié)混勻料配比、優(yōu)化球團(tuán)礦配比、優(yōu)化高爐入爐原料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化高爐燃料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化原燃料采購結(jié)構(gòu)、優(yōu)化物流貯運和優(yōu)化二次能源利用等八個方面進(jìn)行優(yōu)化（見圖3）。

圖3 鐵前工序降本增效的途徑

四、智慧制造

近年來，寶鋼股份在三高爐爐前作業(yè)自動化、焦?fàn)t電車無人化、原料場堆取料機(jī)遠(yuǎn)程化、高爐控制中心等智慧制造項目持續(xù)推進(jìn)。通過建成啟用的高爐控制中心，積極探索多基地協(xié)同的具有世界先進(jìn)水平的高爐生產(chǎn)管理模式，推行遠(yuǎn)程信息化支撐體系，實現(xiàn)專家遠(yuǎn)程指導(dǎo)，有效提高操作協(xié)同指揮、遠(yuǎn)程支持效率、打造高爐“智慧芯”；在以移動技術(shù)提高專家對高爐操作指導(dǎo)的效率，做到“全天候”護(hù)航的同時，通過不斷優(yōu)化系統(tǒng)功能，實現(xiàn)了報表電子化、四座高爐的操作一體化和高爐專家系統(tǒng)的全覆蓋。未來還將以高爐生產(chǎn)智能化為核心，以數(shù)值模擬、人工智能、大數(shù)據(jù)等主要技術(shù)，以高爐理論計算和生產(chǎn)狀態(tài)判斷經(jīng)驗為評價標(biāo)準(zhǔn)，以專家系統(tǒng)為實施途徑，建設(shè)數(shù)字化高爐，引領(lǐng)生產(chǎn)技術(shù)新革命。高爐控制中心包含集中控制、智慧維檢、遠(yuǎn)程診斷支持及多基地協(xié)同中心，不僅實現(xiàn)了四座高爐控制室物理意義上的合一，而且注重有機(jī)融合，通過一體化的操作平臺統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，可強化交流、協(xié)作和互補，有效提高生產(chǎn)效率和操作水平。

韶鋼智慧中心的建設(shè)將42個中控室合并為1個集控中心，為無邊界協(xié)同奠定基礎(chǔ)。目前，已經(jīng)實現(xiàn)的協(xié)同包括以高爐為中心的鐵區(qū)一體化協(xié)同以及鐵區(qū)和能介跨區(qū)域的大協(xié)同，從而徹底打破區(qū)域和工序間的傳遞邊界，有利于高效管理和生產(chǎn)。集控后，韶鋼鐵區(qū)人事效率提升30%，控制系統(tǒng)運行效率提升60%。

五、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)

標(biāo)準(zhǔn)成為國際市場競爭的制高點。“三流企業(yè)作產(chǎn)品，二流企業(yè)作品牌，一流企業(yè)作標(biāo)準(zhǔn)”業(yè)已成為共識。國家競爭力之爭主要是市場之爭，市場之爭乃企業(yè)之爭；而企業(yè)之爭主要是技術(shù)之爭，技術(shù)之爭最終歸結(jié)于標(biāo)準(zhǔn)之爭。近年來，行業(yè)鐵前工序標(biāo)準(zhǔn)化工作成效顯著，主要形成了《4000立方米及以上高爐入爐原燃料技術(shù)要求》（計劃號2016-1683T-YB）《燒結(jié)煙氣循環(huán)利用技術(shù)規(guī)范》（計劃號2017-0078TYB）《強逆流混合機(jī)》（計劃號2017-0442T-YB），引領(lǐng)煉鐵業(yè)轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展。

物料刮板取料機(jī)、燒結(jié)用生石灰消化器、燒結(jié)球團(tuán)混合料水分在線檢測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)正在擬定中。

六、結(jié)束語

新時代煉鐵業(yè)要通過減量調(diào)整，技術(shù)創(chuàng)新，降本增效，標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)等轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展，才能實現(xiàn)煉鐵高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)（略）