鋼是當今人類(lèi)社會(huì )和經(jīng)濟活動(dòng)的重要材料，已滲透至人們生活的方方面面。

 

全球面臨著(zhù)不斷提高能源利用效率、保護環(huán)境等嚴峻挑戰，鋼材的更廣泛應用仍是解決材料問(wèn)題的關(guān)鍵。2017年，全球鋼產(chǎn)量已達16.747億噸，較2016年增長(cháng)2.8%。未來(lái)，世界鋼產(chǎn)量將保持持續增長(cháng)的觀(guān)點(diǎn)已是行業(yè)內外的共識。

 

然而，未來(lái)支撐鋼生產(chǎn)的鐵元素來(lái)源則存在相當的不確定性。傳統高爐煉鐵面臨的節能環(huán)保及原燃料適應性壓力，各種非高爐煉鐵工藝的成熟可靠性、新煉鐵方法開(kāi)發(fā)前景，以及廢鋼的循環(huán)使用量等，都將影響各自在未來(lái)煉鋼的鐵源供應中的比重及供給的持續性。本文將著(zhù)重探討有關(guān)高爐煉鐵工藝的發(fā)展及未來(lái)適應性，并分析廢鋼使用量對高爐煉鐵的影響，以期拋磚引玉，與行業(yè)專(zhuān)家同仁共謀我國煉鐵健康發(fā)展良策。

 

各種煉鐵工藝的發(fā)展狀況及未來(lái)適應性

 

高爐煉鐵工藝。

 

在過(guò)去的20余年里，我國高爐煉鐵生產(chǎn)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了全球高爐生鐵產(chǎn)量的大幅度增加。2017年，全球高爐生鐵的產(chǎn)量達11.748億噸，我國則占其中的60.5%，達7.108億噸。

 

國外高爐生鐵總量一直在4.5億噸的規模徘徊。然而，這種總量的不變并非代表著(zhù)各國生產(chǎn)的穩定，而是一些發(fā)達國家生鐵產(chǎn)量的下降和一些發(fā)展中國家生鐵產(chǎn)量的增加，是一個(gè)綜合平衡的結果，詳見(jiàn)圖1。例如，歐洲（不含俄、烏）的總產(chǎn)量已由1989 年的1.442億噸降低到2017年的1.065億噸，北美（美國、加拿大、墨西哥）的總產(chǎn)量由6790余萬(wàn)噸降低到2017年的3291.5萬(wàn)噸，其中美國由5097.8萬(wàn)噸降低到2233.5萬(wàn)噸。而印度的產(chǎn)量則由1989年的1219萬(wàn)噸增加至2017年的6597.7萬(wàn)噸；韓國由1484.6萬(wàn)噸增加至4674.4萬(wàn)噸。

 

上述國內外高爐生鐵產(chǎn)量的變化狀況，除反映了高爐生產(chǎn)工藝總產(chǎn)量的穩定增長(cháng)外，也反映出各國和各地區的變化受多種內外因素的影響，如廢鋼供應、國內經(jīng)濟發(fā)展，以及區域市場(chǎng)競爭等，存在需要深入研究的內在驅動(dòng)力。

直接還原工藝。

 

直接還原鐵作為優(yōu)質(zhì)的電爐煉鋼原料，一直有很好的市場(chǎng)需求量。而全球由各種直接還原工藝生產(chǎn)的直接還原鐵DRI（含熱壓塊鐵HBI）在經(jīng)歷了幾十年的艱苦發(fā)展后，2016年已達7276萬(wàn)噸。

 

在2016年的直接還原鐵生產(chǎn)中，氣基直接還原工藝生產(chǎn)的比例仍在增加，達到82.5%，煤基回轉窯的比例下降至17.5%。5個(gè)直接還原鐵生產(chǎn)大國是：印度1847萬(wàn)噸，伊朗1601萬(wàn)噸，沙特589萬(wàn)噸，俄羅斯570萬(wàn)噸，墨西哥531萬(wàn)噸，五大生產(chǎn)國的產(chǎn)量占總量的70.6%。

 

縱觀(guān)直接還原工藝的發(fā)展歷史及現狀，可以看出，直接還原工藝中的煤基直接還原工藝因生產(chǎn)規模小、效率低以及產(chǎn)品質(zhì)量差，競爭力較差，發(fā)展較慢。氣基直接還原雖具有較高的效率，但因以天然氣為能源，發(fā)展空間和前景有限。對于用煤制氣直接還原工藝，工藝的成熟性和經(jīng)濟性仍須嚴峻考驗。

 

熔融還原工藝。

 

據報道，近年來(lái)世界熔融還原鐵的總產(chǎn)量在600萬(wàn)噸/年左右，未有大的突破。在3種已工業(yè)化的熔融還原工藝中，Corex 工藝除了寶鋼一座C3000裝置從上海搬遷至新疆八鋼投產(chǎn)外，未有新的建設項目。Finex工藝于2014年1月在韓國浦項投產(chǎn)200萬(wàn)噸/年的裝置后，雖有多個(gè)計劃的項目，但未見(jiàn)實(shí)質(zhì)啟動(dòng)。Hismelt工藝在澳大利亞的工業(yè)示范裝置已被搬遷到我國山東，并于2017年投產(chǎn)，成為近幾年熔融還原工藝發(fā)展的新動(dòng)向。一些新的熔融還原工藝，如Hisana工藝，仍在研究開(kāi)發(fā)中，但其開(kāi)發(fā)力度大大減弱，進(jìn)度也放緩。

 

分析熔融還原工藝的發(fā)展能夠認識到，以克服高爐使用焦炭和塊狀爐料的弊端為目標的各種熔融還原工藝，在經(jīng)過(guò)很長(cháng)一段時(shí)間的開(kāi)發(fā)和應用熱潮后，一些工藝雖證明了原理的可行性，但無(wú)法體現在生產(chǎn)運行方面比高爐煉鐵更突出的優(yōu)勢。此狀況的一個(gè)核心問(wèn)題是，為避開(kāi)使用焦炭和塊狀爐料所采取的各種新的工藝流程和方法，都在過(guò)程能量利用率和工藝及設備條件等方面付出了額外代價(jià)。尤其是各個(gè)工藝在能量利用效率方面都很難與高爐競爭，僅生產(chǎn)供給煉鋼用的普通鐵水，其經(jīng)濟價(jià)值難以體現。

 

各工藝對未來(lái)發(fā)展的適應能力及高爐煉鐵工藝的定位。

 

未來(lái)社會(huì )發(fā)展對鋼鐵生產(chǎn)流程提出了兩大挑戰，一是能量消耗最低，二是CO2排放最少。國外研究了“高爐+轉爐”“Finex+轉爐”“直接還原豎爐+電爐”3種流程中的能耗和CO2排放情況。3種流程中均配加25%的廢鋼。得出的結論如下：

 

一是包括煤氣發(fā)電的能量轉換在內，“直接還原豎爐+電爐”流程的凈能耗最高(15.34GJ/t鋼水)，“高爐+轉爐”流程的凈能耗最低(14.03GJ/t 鋼水)。

 

二是“高爐+轉爐”和“Finex+轉爐”流程的直接CO2排放量相當，約1700kg/t鋼水，而“豎爐+電爐”流程的直接CO2排放為600kg/t鋼水，僅為前兩者的35%。但當包括間接CO2排放時(shí)，“豎爐+電爐”的CO2總量為1200kg/t鋼水，是前兩者的65%。

 

綜上所述，高爐煉鐵工藝在產(chǎn)量規模和全球普及程度上絕對領(lǐng)先，在適應未來(lái)發(fā)展要求上，從凈能耗的角度看占據優(yōu)勢，但在CO2的排放上不及直接還原（豎爐）工藝。但考慮到豎爐（氣基）工藝的發(fā)展局限性和熔融還原的經(jīng)濟性等問(wèn)題，在世界范圍內，高爐煉鐵仍將是未來(lái)最主要的煉鐵工藝。結合我國的資源條件和煉鐵發(fā)展狀態(tài)，高爐煉鐵仍將是可預見(jiàn)的最適應未來(lái)發(fā)展的可靠煉鐵生產(chǎn)工藝。

 

廢鋼，高爐煉鐵的宿敵？

 

在各種煉鐵工藝中，雖然高爐煉鐵最適合未來(lái)發(fā)展，但卻存在一個(gè)最大威脅甚至是宿敵——廢鋼。廢鋼煉鋼在噸鋼能耗和CO2排放量方面的優(yōu)勢，已完勝用高爐鐵水煉鋼。未來(lái)煉鋼的廢鋼使用量將決定高爐煉鐵的生產(chǎn)規模。事實(shí)上，全球鋼鐵，特別是北美和歐洲的發(fā)展過(guò)程，已證實(shí)了這種發(fā)展趨勢。

 

國外狀況。

 

根據國外統計，2014年，在全球煉鋼使用的18.43億噸金屬料中，高爐鐵水占63.8%，廢鋼占31.7%，直接還原鐵（含熱壓塊）4.1%，熔融還原0.4%。（高爐）鐵與鋼比為0.71，扣除我國則為0.55，即國外接近一半的鋼不是用鐵水生產(chǎn)的，其中主要是用廢鋼。2017年全球包括我國在內，（高爐）鐵鋼比為0.71，（高爐）鐵鋼產(chǎn)量差距是5.0億噸。這種情況在美國表現得更為突出。2017年美國產(chǎn)鋼8164萬(wàn)噸，而高爐鐵水僅為2233.5萬(wàn)噸，鐵鋼比低到只有0.27。

 

未來(lái)世界的鋼產(chǎn)量將在16億噸的基礎上繼續保持甚至增長(cháng)，但隨著(zhù)全球廢鋼供應的增加，高爐鐵水比例將相對鋼產(chǎn)量逐漸下降或鐵水產(chǎn)量絕對下降，這應該是一個(gè)必然的趨勢。

 

我國狀況。

 

我國鋼鐵的發(fā)展過(guò)程也正在驗證這個(gè)趨勢。我國是鐵鋼比高的國家，而且鑄造鐵比例高曾長(cháng)期使鐵的產(chǎn)量大于鋼的產(chǎn)量，鐵鋼比大于1。近年來(lái)，鋼、鐵產(chǎn)量均大幅度增長(cháng)，鐵鋼比開(kāi)始出現下降的趨勢，從1996年的1.05降低到2017年的0.85，而這種鐵鋼比變化帶來(lái)的鋼和鐵產(chǎn)量差已由1996年的-500萬(wàn)噸，拉大到2017年的1.21億噸。

 

鐵鋼比變化的主要內在原因，正是煉鋼廢鋼使用量的不斷增加。如2001年的廢鋼使用量為4000萬(wàn)噸，2016年則達到9010萬(wàn)噸。特別是在2017年，隨著(zhù)國家全面取締“地條鋼”生產(chǎn)，加之煉鐵環(huán)保限產(chǎn)及停產(chǎn)，使大量廢鋼流入正規煉鋼生產(chǎn)流程，據報道，全年總的廢鋼消費量達到1.4億噸。

 

未來(lái)高爐煉鐵生產(chǎn)。

 

在鋼鐵生產(chǎn)節能減排以及廢鋼供應量不斷增加的大趨勢下，全球的高爐煉鐵產(chǎn)量與鋼產(chǎn)量之間的差距會(huì )繼續擴大，高爐鐵水的總產(chǎn)量會(huì )穩中有降。當然這不排除個(gè)別地區一段時(shí)期的高爐鐵水產(chǎn)量增加。

 

對于我國來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)經(jīng)濟從高速增長(cháng)轉變?yōu)橹兴俜€定發(fā)展，以及一些國家不斷加重的貿易保護主義造成的我國鋼材出口量下降，預計在未來(lái)一段時(shí)間，我國鋼產(chǎn)量將保持基本穩定，煉鋼對鐵源的需求也將保持基本不變。

 

在這種情況下，煉鋼廢鋼的使用量將決定著(zhù)高爐生鐵的產(chǎn)量。我國的鋼鐵積蓄量已超過(guò)80億噸，廢鋼供應量超過(guò)1.5億噸/年，而且持續增加。有專(zhuān)家預測，到2020年，我國廢鋼供應會(huì )達到2.7億噸。煉鋼使用廢鋼相較于使用高爐鐵水具有的節能減排優(yōu)勢，在當今我國嚴格要求鋼鐵生產(chǎn)節能環(huán)保的大環(huán)境下，更顯得突出。如果上述廢鋼供應量得以實(shí)現，而且質(zhì)量得以保證，隨著(zhù)電爐減少吃鐵水，新建電爐以及新流程電爐投產(chǎn)和轉爐增加廢鋼比，我國高爐煉鐵產(chǎn)量開(kāi)始逐步下降將是大概率事件。

 

當然，根據我國現有的煉鐵生產(chǎn)規模和經(jīng)濟競爭性，以及廢鋼的供應量，在各種綜合因素的影響下，在相當長(cháng)一段時(shí)間內，高爐煉鐵雖會(huì )產(chǎn)量下降，但仍將保持其巨大的生產(chǎn)規模。