（转自：中国炼铁网）

张宏星  陈龙智  史志苗

（江阴兴澄特种钢铁有限公司）

摘  要  结合当前的形势，简单分析了炼铁技术的现状：绝大部分粗钢是使用高炉炼铁生产的；钢铁冶炼污染严重；国内各钢铁企业技术水平差异较大；碳减排工作任务艰巨。然后针对当前的炼铁现状，提出了对未来炼铁技术发展趋势的看法，笔者认为装备大型化、生产智能化和环境清洁化等应该是未来炼铁技术发展的重点方向。最后结合一些节能减排技术在铁前工序的实际应用案例分析，以期为广大炼铁工作者提供参考和借鉴。

关键词  炼铁现状  发展趋势  节能减排  技术应用

我国政府明确提出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，将对未来钢铁工业发展产生深远影响。现代钢铁企业必须坚持两大发展主题——绿色发展和智能制造[1, 2]。不仅需要大力推广应用高效先进适用的节能环保工艺技术装备，更大范围地推进超低排放改造，进一步提升节能环保水平；同时需要加大推进智能制造共性关键技术研发力度，研究建立钢铁行业大数据平台和智能制造标准公共服务平台，提高行业智能制造水平，发展“互联网”生产新模式。

炼铁作为钢铁生产的“头道工序”，又是整个工艺流程中能耗最高、排放最大的重点工序，在当前国家政策形势下，铁前工序的节能减排力度关系到各大钢铁企业的生存和发展。因此，在如此严峻的“双碳”和能量“双控[3]”背景下，笔者对当前炼铁技术现状以及未来的发展趋势同广大炼铁同仁进行探讨和分析，同时结合一些节能减排技术在铁前工序的实际应用案例分析，以期能为广大炼铁工作者确定研发重点和主攻方向提供参考和借鉴。

1  炼铁技术发展现状

1.1  “三最一低”

“三最”是指中国拥有全世界最高铁产量（2020年高炉生铁产量8.88亿吨）、最大体量炼铁装备（即最多的高炉座数，约1200余座，5000m3以上9座），以及最多从业人数；“一低”是指低非高炉铁水比。我国2020年粗钢产量为10.5亿吨[4]，较2019年增加5.2%，占全球粗钢产量的56.7%，这是粗钢产量连续增长的第五年，也是我国粗钢产量首次超过10亿吨，除少数非高炉炼铁、短流程炼钢外，其中绝大部分粗钢是使用高炉炼铁生产的。

1.2  钢铁冶炼污染严重

钢铁固体废物（尾矿、高炉渣、钢渣、粉尘、粉煤灰等）年产生量达4亿吨，其中粉尘产量巨大，是钢厂中除冶炼渣外产量最大的固废。在钢铁冶金过程中，各类粉尘的产生量总和一般为钢产量的8%-12%，按照我国钢铁产量10亿吨统计，目前钢铁粉尘年产量超过1亿吨。而且钢铁粉尘属于烟气经除尘得到的固体废物，产量巨大，粉尘种类繁多，组分差异较大，对环境污染较大，需要进行无害化和资源化处理[5]。

1.3  各企业技术水平差异大

目前国内有部分企业铁前操作指标已处于世界一流或领先水平，但多数钢厂落后于国外先进水平。而且国内高炉平均炉容小，劳动生产率低，焦炭灰分及入炉矿石品位较差、不稳定，平均燃料比较发达国家平均高20-30 kg/t（国外平均水平低于500 kg/t）。近年来，随着环保加严，小高炉迅速减少、关停，高炉大型化趋势明显，但煤气利用率低、燃料比高的状况并未根本改变。

1.4  碳减排工作任务艰巨

在2021年全国两会上，国家明确碳达峰、碳中和的目标，对于碳排放大户钢铁行业来说，必须立即着手碳减排工作。我国钢铁行业碳排放量占全球钢铁碳排放总量的60%以上，占全国碳排放总量的16%左右，是31个制造业门类中碳排放量最大的行业；而其中铁前系统的CO2排放量占整个钢铁行业排放量的85%以上[6]。众所周知，以煤、焦炭为主的高炉长流程工艺结构在中国钢铁工业发展中长期占主导地位。所以控制高炉炼铁的CO2排放量可以有效缓解整个钢铁行业的CO2污染问题，解决了钢铁行业碳排放问题，就会大大降低环境污染程度。

2  未来发展趋势

进入21世纪以来，我国炼铁技术发展迅猛，炼铁工业发展具有较好的技术基础。目前，我国炼铁系统部分工艺技术装备和技术指标已达到或接近国际先进水平[8]。尽管如此，与钢铁工业发达国家相比，在集约高效、长寿低耗、节能减排、循环经济、低碳冶炼等方面仍存在显著的差距。笔者认为，从时间维度来划分，未来的炼铁技术发展可分为两个阶段（如表1所示）：从短期来看，重点应该放在对现有的工艺进行改革创新；从中长期来看，重点则应该落在低碳环保炼铁新工艺的研发上面。

在设备大型化方面，国内钢铁企业已经基本掌握了大型炼铁装备的运行操作技术，在生产规模增加的同时，烧结、球团、焦化、高炉等单元工序在装备大型化等方面也取得显著进展。但是在“大数据”和“智能制造”方面还略有欠缺，随着互联网+、人工智能、大数据、云服务等技术手段的引入，智能制造在钢铁冶炼流程中已经开始逐步凸显[9]。笔者将“智慧制造”在钢铁行业的发挥着那个分为四个阶段，如图3所示，钢铁企业最终想要实现的目标是建成“智慧钢厂”，但是目前大多数钢铁企业都还停留在“装备自动化”和“工艺操作智能化”两个阶段，在“智慧制造”领域还有很长一段路要走。

同时，面对国家日益严格的环保排放政策，一方面，要积极发展清洁生产，包括研发新型燃料、低碳炼铁、烧结热风烟气循环以及钢铁企业尘泥二次资源回收综合利用与废弃物消纳等技术的应用；另一方面，要积极发展非高炉炼铁，包括直接还原和熔融还原两大工艺，同时也要积极开发氢冶金技术，实现从20世纪“氧时代”到21世纪“氢时代”的过渡。

3  铁前工序节能减排技术及应用

当前，我国钢铁工业已进入减量阶段、重组阶段、绿色阶段三期叠加的关键时期，钢铁企业既迎来减量化和高质量转型发展的重要机遇，又面临愈发严苛的环境约束和低碳发展的巨大挑战[10]，实现铁前工序节能减排是从根本上解决生存问题的关键。

3.1  烧结烟气脱硫脱硝一体化技术

钢铁企业烧结烟气中含有硫氧化物、氮氧化物，甚至包括二噁英以及其他重金属污染物，为满足达标排放的要求，必须采取脱硫脱硝措施。为了避免分级治理运行费用高和占地面积大等缺点，开发经济高效、简单可靠的脱硫脱硝一体化技术对我国烧结烟气治理有着极为重要的意义[11]。

兴澄特钢拥有2台烧结机（360m2烧结*1台、400m2烧结*1台），每台烧结机均配备脱硫脱硝系统和在线粉尘监测系统，400m2烧结配套脱硫脱硝系统，应用“活性炭脱硫脱硝”技术，360m2烧结配套循环流化床脱硫+SCR脱硝烟气过滤系统，二者应用效果如图所示，可以看出，在满负荷生产条件下，排放情况均低于《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，全年环保排放零超标，实现100%达标排放。

3.2  烧结热风烟气循环技术

烧结烟气中含有大量显热和氧气，是优质的二次资源，可以通过烧结热风烟气循环技术进行回收利用。兴澄炼铁应用烧结热风烟气循环技术后，取得了不错的效果，绝大部分粉尘颗粒被料层吸收，减排效果明显，其中粉尘排放降低13.57%，SO2减排7.18%，NOx减排10.81%。另外，从表2中可以发现，应用烟气循环技术后固体燃耗减少1.02 kg/t，主要是因为热风余热进入料层上部，起到补充热量的作用，减少燃料的消耗；不过电耗增加3.97度/t，主要是因为烟气循环系统的2台风机增加电力消耗；煤气消耗也增加5.2 m3/t，主要是因为热风带入热量，改变了料层温度场分布，使得过湿带变窄，从而提高料层透气性，煤气流量增大，导致煤气消耗增加。

3.3  炉顶均压煤气回收技术

生产中表明，炉顶装料过程中有煤气均压放散，排入大气的工况煤气量为10-20 m3/tFe，虽只占吨铁煤气发生量的1%左右，但基数大了其排放量十分惊人。另外煤气中含有CO，排入大气中虽得到稀释但仍危害人类健康，同时煤气还有CO2，温室气体排放同样不容小觑，而且此举与当前的“碳达峰、碳中和”等政策理念相违背。

兴澄某高炉增设均压煤气回收装置，并实现装料过程的均压煤气回收，投产后从未间断过。实践结果是每装一罐料，均压回收称量罐中的煤气只需8-14秒，不影响装料速度，而且对煤气管网压力无冲击，在顶压160-190 kPa条件下回收煤气7-8 m3/tFe。根据企业煤气价格，年回收煤气120万元，当年回收投资，环保效益更可观，回收过程的粉尘与高炉布袋除尘一并回收。

3.4  热风炉低煤气消耗烧炉技术

将先进的智能制造技术与精益生产理念相结合，强化基础操作管理和设备点检维护，使热风炉长期稳定处于低耗高效的状态，有效降低吨铁煤气消耗。兴澄炼铁一方面加强设备点检维护，保持设备稳定运行，减少现场阀门泄漏；另一方面优化空气与煤气预热器烟气分配量，提高煤气预热后温度；同时投入热风炉智能烧炉系统，实时优化修正空燃比设定；最后优化燃烧器结构，使空煤气混合更均匀，燃烧更充分。最终实现高炉累计煤气单耗完成512.2 m3/t，较之前吨铁消耗下降约70 m3/t。

3.5  烧结余热回收利用技术

烧结工序的富余热量主要来自烧结机尾高温烟气和冷却机废气两部分，其中烧结矿在环冷机冷却过程中排出大量温度为250-380℃低温烟气，其热能耗大约为烧结矿热能耗的30%左右，兴澄烧结采用双进烟气、自然循环立式、双压系统的余热锅炉，将烧结环冷机一、二、三段烟囱排出的气体作为热源进行回收利用。充分利用烧结环冷机余热低压排空蒸汽，不再使用公司管网蒸汽，且因压力、温度稳定，从而保护设备，氨蒸发器温度也更加稳定，提升喷氨脱销效率；另外蒸汽冷凝水余热锅炉循环利用，达到零排放，零浪费，降低成本1元/吨矿；同时利用烧结环冷余热对高炉槽下焦炭及块矿进行烘干，降低焦炭水分1%。

3.6  其他节能减排技术

（1）热风炉废烟气热能回收利用技术：利用高温的热风炉烟气对喷煤的原煤进行干燥，有效回收利用废气热能，起到节能降耗作用。

（2）烧结用兰炭替代焦粉技术：在保证烧结矿产、质量的前提下，烧结过程配加兰炭对降低烧结矿成本具有积极的作用。

（3）高炉煤气精脱硫技术：高炉煤气脱硫工艺，可以降低企业环境治理成本、生产成本的同时，对钢铁行业的绿色、高效发展都将具有重要的意义。

4  结语

我国已经进入全面建设社会主义现代化国家的新发展阶段，钢铁工业是建设现代化强国的重要支撑，是实现绿色低碳发展的重要领域，笔者认为，装备大型化、生产智能化和环境清洁化等应该是未来炼铁技术发展的重点方向。相信在广大炼铁工作者的协同努力下，中国炼铁工业必将迎来更加灿烂辉煌的前景。

5  参考文献

[1] 沈彬.把握新机遇  迎接新挑战  加快推进我国钢铁工业高质量发展——在中国钢铁工业协会第六届会员大会二次会议上的报告[J].中国钢铁业,2021(07):5-12+14.

[2] 蒋丽.“双碳”目标下，中国钢铁产业如何实现高质量发展？[N].中国冶金报,2021-08-18(001).

[3] 周雪松.“双控”目标下钢铁行业何去何从[N].中国经济时报,2021-08-18(004).

[4] 钢铁行业2020年1-12月运行情况[J].冶金自动化,2021,45(02):67.

[5] 彭犇,田玮,吴朝昀,等.钢铁粉尘处置及资源化利用的研究进展[J].中国资源综合利用,2018,36(06):86-88.

[6] 王海洋,张建良,王广伟,等.铁前系统的二氧化碳减排技术浅析[J].中国冶金,2018,28(01):1-6.

[7] 朱仁良.未来炼铁技术发展方向探讨以及宝钢探索实践[J].钢铁,2020,55(08):2-10.

[8] 张福明.中国高炉炼铁技术装备发展成就与展望[J].钢铁,2019,54(11):1-8.

[9] 柳萌.我国高炉炼铁技术发展方向之管见[J].炼铁,2021,40(03):1-6.

[10] 李新创,卢熙宁,畅文驰.以卓越环保绩效管理促进钢铁行业高质量绿色发展[J].中国钢铁业,2019(10):10-13.

[11] 樊响,殷旭.烧结烟气脱硫脱硝一体化技术分析[J].矿冶,2013,22(S1):168-172+182.