張宏星  陳龍智  史志苗

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司）

摘  要  結合當前的形勢，簡單分析了煉鐵技術的現狀：絕大部分粗鋼是使用高爐煉鐵生產的；鋼鐵冶煉污染嚴重；國內各鋼鐵企業技術水平差異較大；碳減排工作任務艱巨。然后針對當前的煉鐵現狀，提出了對未來煉鐵技術發展趨勢的看法，筆者認為裝備大型化、生產智能化和環境清潔化等應該是未來煉鐵技術發展的重點方向。最后結合一些節能減排技術在鐵前工序的實際應用案例分析，以期為廣大煉鐵工作者提供參考和借鑒。

關鍵詞  煉鐵現狀  發展趨勢  節能減排  技術應用

我國政府明確提出力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和的目標，將對未來鋼鐵工業發展產生深遠影響。現代鋼鐵企業必須堅持兩大發展主題——綠色發展和智能制造[1, 2]。不僅需要大力推廣應用高效先進適用的節能環保工藝技術裝備，更大范圍地推進超低排放改造，進一步提升節能環保水平；同時需要加大推進智能制造共性關鍵技術研發力度，研究建立鋼鐵行業大數據平臺和智能制造標準公共服務平臺，提高行業智能制造水平，發展“互聯網”生產新模式。

煉鐵作為鋼鐵生產的“頭道工序”，又是整個工藝流程中能耗最高、排放最大的重點工序，在當前國家政策形勢下，鐵前工序的節能減排力度關系到各大鋼鐵企業的生存和發展。因此，在如此嚴峻的“雙碳”和能量“雙控[3]”背景下，筆者對當前煉鐵技術現狀以及未來的發展趨勢同廣大煉鐵同仁進行探討和分析，同時結合一些節能減排技術在鐵前工序的實際應用案例分析，以期能為廣大煉鐵工作者確定研發重點和主攻方向提供參考和借鑒。

1  煉鐵技術發展現狀

1.1  “三最一低”

“三最”是指中國擁有全世界最高鐵產量（2020年高爐生鐵產量8.88億噸）、最大體量煉鐵裝備（即最多的高爐座數，約1200余座，5000m3以上9座），以及最多從業人數；“一低”是指低非高爐鐵水比。我國2020年粗鋼產量為10.5億噸[4]，較2019年增加5.2%，占全球粗鋼產量的56.7%，這是粗鋼產量連續增長的第五年，也是我國粗鋼產量首次超過10億噸，除少數非高爐煉鐵、短流程煉鋼外，其中絕大部分粗鋼是使用高爐煉鐵生產的。

1.2  鋼鐵冶煉污染嚴重

鋼鐵固體廢物（尾礦、高爐渣、鋼渣、粉塵、粉煤灰等）年產生量達4億噸，其中粉塵產量巨大，是鋼廠中除冶煉渣外產量最大的固廢。在鋼鐵冶金過程中，各類粉塵的產生量總和一般為鋼產量的8%-12%，按照我國鋼鐵產量10億噸統計，目前鋼鐵粉塵年產量超過1億噸。而且鋼鐵粉塵屬于煙氣經除塵得到的固體廢物，產量巨大，粉塵種類繁多，組分差異較大，對環境污染較大，需要進行無害化和資源化處理[5]。

1.3  各企業技術水平差異大

目前國內有部分企業鐵前操作指標已處于世界一流或領先水平，但多數鋼廠落后于國外先進水平。而且國內高爐平均爐容小，勞動生產率低，焦炭灰分及入爐礦石品位較差、不穩定，平均燃料比較發達國家平均高20-30 kg/t（國外平均水平低于500 kg/t）。近年來，隨著環保加嚴，小高爐迅速減少、關停，高爐大型化趨勢明顯，但煤氣利用率低、燃料比高的狀況并未根本改變。

1.4  碳減排工作任務艱巨

在2021年全國兩會上，國家明確碳達峰、碳中和的目標，對于碳排放大戶鋼鐵行業來說，必須立即著手碳減排工作。我國鋼鐵行業碳排放量占全球鋼鐵碳排放總量的60%以上，占全國碳排放總量的16%左右，是31個制造業門類中碳排放量最大的行業；而其中鐵前系統的CO2排放量占整個鋼鐵行業排放量的85%以上[6]。眾所周知，以煤、焦炭為主的高爐長流程工藝結構在中國鋼鐵工業發展中長期占主導地位。所以控制高爐煉鐵的CO2排放量可以有效緩解整個鋼鐵行業的CO2污染問題，解決了鋼鐵行業碳排放問題，就會大大降低環境污染程度。

2  未來發展趨勢

進入21世紀以來，我國煉鐵技術發展迅猛，煉鐵工業發展具有較好的技術基礎。目前，我國煉鐵系統部分工藝技術裝備和技術指標已達到或接近國際先進水平[8]。盡管如此，與鋼鐵工業發達國家相比，在集約高效、長壽低耗、節能減排、循環經濟、低碳冶煉等方面仍存在顯著的差距。筆者認為，從時間維度來劃分，未來的煉鐵技術發展可分為兩個階段（如表1所示）：從短期來看，重點應該放在對現有的工藝進行改革創新；從中長期來看，重點則應該落在低碳環保煉鐵新工藝的研發上面。

在設備大型化方面，國內鋼鐵企業已經基本掌握了大型煉鐵裝備的運行操作技術，在生產規模增加的同時，燒結、球團、焦化、高爐等單元工序在裝備大型化等方面也取得顯著進展。但是在“大數據”和“智能制造”方面還略有欠缺，隨著互聯網+、人工智能、大數據、云服務等技術手段的引入，智能制造在鋼鐵冶煉流程中已經開始逐步凸顯[9]。筆者將“智慧制造”在鋼鐵行業的發揮著那個分為四個階段，如圖3所示，鋼鐵企業最終想要實現的目標是建成“智慧鋼廠”，但是目前大多數鋼鐵企業都還停留在“裝備自動化”和“工藝操作智能化”兩個階段，在“智慧制造”領域還有很長一段路要走。

同時，面對國家日益嚴格的環保排放政策，一方面，要積極發展清潔生產，包括研發新型燃料、低碳煉鐵、燒結熱風煙氣循環以及鋼鐵企業塵泥二次資源回收綜合利用與廢棄物消納等技術的應用；另一方面，要積極發展非高爐煉鐵，包括直接還原和熔融還原兩大工藝，同時也要積極開發氫冶金技術，實現從20世紀“氧時代”到21世紀“氫時代”的過渡。

3  鐵前工序節能減排技術及應用

當前，我國鋼鐵工業已進入減量階段、重組階段、綠色階段三期疊加的關鍵時期，鋼鐵企業既迎來減量化和高質量轉型發展的重要機遇，又面臨愈發嚴苛的環境約束和低碳發展的巨大挑戰[10]，實現鐵前工序節能減排是從根本上解決生存問題的關鍵。

3.1  燒結煙氣脫硫脫硝一體化技術

鋼鐵企業燒結煙氣中含有硫氧化物、氮氧化物，甚至包括二噁英以及其他重金屬污染物，為滿足達標排放的要求，必須采取脫硫脫硝措施。為了避免分級治理運行費用高和占地面積大等缺點，開發經濟高效、簡單可靠的脫硫脫硝一體化技術對我國燒結煙氣治理有著極為重要的意義[11]。

興澄特鋼擁有2臺燒結機（360m2燒結*1臺、400m2燒結*1臺），每臺燒結機均配備脫硫脫硝系統和在線粉塵監測系統，400m2燒結配套脫硫脫硝系統，應用“活性炭脫硫脫硝”技術，360m2燒結配套循環流化床脫硫+SCR脫硝煙氣過濾系統，二者應用效果如圖所示，可以看出，在滿負荷生產條件下，排放情況均低于《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》，全年環保排放零超標，實現100%達標排放。

3.2  燒結熱風煙氣循環技術

燒結煙氣中含有大量顯熱和氧氣，是優質的二次資源，可以通過燒結熱風煙氣循環技術進行回收利用。興澄煉鐵應用燒結熱風煙氣循環技術后，取得了不錯的效果，絕大部分粉塵顆粒被料層吸收，減排效果明顯，其中粉塵排放降低13.57%，SO2減排7.18%，NOx減排10.81%。另外，從表2中可以發現，應用煙氣循環技術后固體燃耗減少1.02 kg/t，主要是因為熱風余熱進入料層上部，起到補充熱量的作用，減少燃料的消耗；不過電耗增加3.97度/t，主要是因為煙氣循環系統的2臺風機增加電力消耗；煤氣消耗也增加5.2 m3/t，主要是因為熱風帶入熱量，改變了料層溫度場分布，使得過濕帶變窄，從而提高料層透氣性，煤氣流量增大，導致煤氣消耗增加。

3.3  爐頂均壓煤氣回收技術

生產中表明，爐頂裝料過程中有煤氣均壓放散，排入大氣的工況煤氣量為10-20 m3/tFe，雖只占噸鐵煤氣發生量的1%左右，但基數大了其排放量十分驚人。另外煤氣中含有CO，排入大氣中雖得到稀釋但仍危害人類健康，同時煤氣還有CO2，溫室氣體排放同樣不容小覷，而且此舉與當前的“碳達峰、碳中和”等政策理念相違背。

興澄某高爐增設均壓煤氣回收裝置，并實現裝料過程的均壓煤氣回收，投產后從未間斷過。實踐結果是每裝一罐料，均壓回收稱量罐中的煤氣只需8-14秒，不影響裝料速度，而且對煤氣管網壓力無沖擊，在頂壓160-190 kPa條件下回收煤氣7-8 m3/tFe。根據企業煤氣價格，年回收煤氣120萬元，當年回收投資，環保效益更可觀，回收過程的粉塵與高爐布袋除塵一并回收。

3.4  熱風爐低煤氣消耗燒爐技術

將先進的智能制造技術與精益生產理念相結合，強化基礎操作管理和設備點檢維護，使熱風爐長期穩定處于低耗高效的狀態，有效降低噸鐵煤氣消耗。興澄煉鐵一方面加強設備點檢維護，保持設備穩定運行，減少現場閥門泄漏；另一方面優化空氣與煤氣預熱器煙氣分配量，提高煤氣預熱后溫度；同時投入熱風爐智能燒爐系統，實時優化修正空燃比設定；最后優化燃燒器結構，使空煤氣混合更均勻，燃燒更充分。最終實現高爐累計煤氣單耗完成512.2 m3/t，較之前噸鐵消耗下降約70 m3/t。

3.5  燒結余熱回收利用技術

燒結工序的富余熱量主要來自燒結機尾高溫煙氣和冷卻機廢氣兩部分，其中燒結礦在環冷機冷卻過程中排出大量溫度為250-380℃低溫煙氣，其熱能耗大約為燒結礦熱能耗的30%左右，興澄燒結采用雙進煙氣、自然循環立式、雙壓系統的余熱鍋爐，將燒結環冷機一、二、三段煙囪排出的氣體作為熱源進行回收利用。充分利用燒結環冷機余熱低壓排空蒸汽，不再使用公司管網蒸汽，且因壓力、溫度穩定，從而保護設備，氨蒸發器溫度也更加穩定，提升噴氨脫銷效率；另外蒸汽冷凝水余熱鍋爐循環利用，達到零排放，零浪費，降低成本1元/噸礦；同時利用燒結環冷余熱對高爐槽下焦炭及塊礦進行烘干，降低焦炭水分1%。

3.6  其他節能減排技術

（1）熱風爐廢煙氣熱能回收利用技術：利用高溫的熱風爐煙氣對噴煤的原煤進行干燥，有效回收利用廢氣熱能，起到節能降耗作用。

（2）燒結用蘭炭替代焦粉技術：在保證燒結礦產、質量的前提下，燒結過程配加蘭炭對降低燒結礦成本具有積極的作用。

（3）高爐煤氣精脫硫技術：高爐煤氣脫硫工藝，可以降低企業環境治理成本、生產成本的同時，對鋼鐵行業的綠色、高效發展都將具有重要的意義。

4  結語

我國已經進入全面建設社會主義現代化國家的新發展階段，鋼鐵工業是建設現代化強國的重要支撐，是實現綠色低碳發展的重要領域，筆者認為，裝備大型化、生產智能化和環境清潔化等應該是未來煉鐵技術發展的重點方向。相信在廣大煉鐵工作者的協同努力下，中國煉鐵工業必將迎來更加燦爛輝煌的前景。

5  參考文獻

[1] 沈彬.把握新機遇  迎接新挑戰  加快推進我國鋼鐵工業高質量發展——在中國鋼鐵工業協會第六屆會員大會二次會議上的報告[J].中國鋼鐵業,2021(07):5-12+14.

[2] 蔣麗.“雙碳”目標下，中國鋼鐵產業如何實現高質量發展？[N].中國冶金報,2021-08-18(001).

[3] 周雪松.“雙控”目標下鋼鐵行業何去何從[N].中國經濟時報,2021-08-18(004).

[4] 鋼鐵行業2020年1-12月運行情況[J].冶金自動化,2021,45(02):67.

[5] 彭犇,田瑋,吳朝昀,等.鋼鐵粉塵處置及資源化利用的研究進展[J].中國資源綜合利用,2018,36(06):86-88.

[6] 王海洋,張建良,王廣偉,等.鐵前系統的二氧化碳減排技術淺析[J].中國冶金,2018,28(01):1-6.

[7] 朱仁良.未來煉鐵技術發展方向探討以及寶鋼探索實踐[J].鋼鐵,2020,55(08):2-10.

[8] 張福明.中國高爐煉鐵技術裝備發展成就與展望[J].鋼鐵,2019,54(11):1-8.

[9] 柳萌.我國高爐煉鐵技術發展方向之管見[J].煉鐵,2021,40(03):1-6.

[10] 李新創,盧熙寧,暢文馳.以卓越環保績效管理促進鋼鐵行業高質量綠色發展[J].中國鋼鐵業,2019(10):10-13.

[11] 樊響,殷旭.燒結煙氣脫硫脫硝一體化技術分析[J].礦冶,2013,22(S1):168-172+182.