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中國煉鐵工業(yè)70年發(fā)展回顧與展望

DATE：2019-09-05
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新中國成立70年來，隨著國家的繁榮昌盛和社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國煉鐵工業(yè)取得了巨大的進展和成就。

中國煉鐵工業(yè)70年變遷

根據(jù)新中國成立70年來生鐵產(chǎn)量的變化（見圖1），結(jié)合社會和經(jīng)濟的發(fā)展，可將我國煉鐵工業(yè)大體分為4個階段：奠定基礎(chǔ)階段（1949年~1978年）、引進學習階段（1978年~2000年）、自主開發(fā)階段（2000年~2013年）、綠色創(chuàng)新階段（2013年至今）。各個階段生產(chǎn)技術(shù)水平的變化，可以通過高爐煉鐵的焦比、利用系數(shù)以及入爐原料品位的變化反映出來。具體如下：

奠定基礎(chǔ)階段的顯著特征是艱苦奮斗。新中國成立初期，百廢待興，中國的生鐵產(chǎn)量每年只有約25萬噸。在1978年改革開放之前的這一階段，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，主要經(jīng)歷了6個時期：恢復生產(chǎn)時期（1949年~1952年）、學習前蘇聯(lián)時期（1952年~1958年）、“大躍進”時期（1958年~1960年）、國民經(jīng)濟調(diào)整時期（1960年~1963年）、獨立發(fā)展時期（1963年~1966年）、“文化大革命”時期（1966年~1976年）。中國煉鐵工業(yè)的發(fā)展在這6個時期里均留下了深刻的時代烙印。

其中，鞍鋼7號高爐重建投產(chǎn)是煉鐵工業(yè)恢復生產(chǎn)時期的一個重要標志。當時，在落后的裝備條件下，鞍鋼努力保持高爐順行，其焦比接近1000千克/噸鐵，利用系數(shù)只有1.0噸/立方米·天（見圖2）。從第一個五年計劃開始，中國鋼鐵工業(yè)全面向前蘇聯(lián)學習，高爐煉鐵水平明顯提高。1953年，中國科學院和冶金工業(yè)部聯(lián)合十幾個研究單位對包頭鐵礦的綜合利用進行了全面研究，成功解決了復雜礦綜合利用問題。學習前蘇聯(lián)時期高爐燃料比降到713千克/噸鐵，利用系數(shù)提高到1.49噸/立方米·天，高爐入爐品位也保持上升趨勢。1958年開始的“大躍進”，煉鐵工業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，但是焦比明顯增加，利用系數(shù)和入爐品位有所降低。1961年，中國開始對國民經(jīng)濟進行調(diào)整，相當多的煉鐵企業(yè)停產(chǎn)減產(chǎn)，產(chǎn)量從1960年的2716萬噸降到1963年的741萬噸。1963年，國民經(jīng)濟調(diào)整期結(jié)束，隨即進入短暫的獨立發(fā)展時期。在這一時期，我國煉鐵技術(shù)取得了明顯進步。1965年，在大量試驗研究的基礎(chǔ)上，中國成功解決了攀枝花釩鈦磁鐵礦的高爐冶煉問題。1966年，高爐技術(shù)經(jīng)濟指標達到了自新中國成立以來的最好水平，重點企業(yè)的焦比降至558千克/噸鐵（見圖2），當時僅次于日本，居世界第二位；噴吹煤粉的一些高爐焦比甚至降至400千克/噸鐵左右，達到當時的國際領(lǐng)先水平。但是，1966年開始的“文化大革命”，結(jié)束了煉鐵工業(yè)的大好形勢，盡管產(chǎn)量略有增長，但總體來講，這一時期中國鋼鐵生產(chǎn)起伏不定，形成了鋼鐵工業(yè)“十年徘徊”的局面。

引進學習階段的顯著特征是改革和開放。1978年，黨的十一屆三中全會開啟了改革開放的新征程。中國陸續(xù)引進了日本和歐美的當代先進煉鐵工藝技術(shù)。1985年建成投產(chǎn)的寶鋼1號高爐是中國煉鐵進入學習國外先進技術(shù)階段的重要標志。寶鋼一期工程的原料場、燒結(jié)、焦化、高爐以日本新日鐵君津、大分等廠為樣板，成套引進，國產(chǎn)化率只有12%；二期工程由國內(nèi)設計，設備以國產(chǎn)設備為主，國產(chǎn)化率達到85%以上，于1991年建成投產(chǎn)；三期工程在1994年前后陸續(xù)建成投產(chǎn)。此外，1991年建成投產(chǎn)的武鋼新3號高爐（3200立方米，現(xiàn)稱5號高爐）是20世紀80年代中國煉鐵學習國外先進技術(shù)的另一個案例，從第一代生產(chǎn)實踐來看，高爐實現(xiàn)了設計目標，一代爐役壽命達到15年零8個月。

通過不斷引進和學習國外先進技術(shù)，中國煉鐵工業(yè)在此階段的產(chǎn)量保持穩(wěn)定增長，從1978年的3479萬噸增加到2000年的1.31億噸，與此對應的焦比從1978年的562千克/噸鐵降低到2000年的429千克/噸鐵，高爐利用系數(shù)從1.43噸/立方米·天增加到2.22噸/立方米·天。這一時期的積累為中國煉鐵工業(yè)進入21世紀后的高速發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。

自主開發(fā)階段的顯著特征是開拓進取。進入21世紀后，中國煉鐵工業(yè)進入自主開發(fā)階段，煉鐵技術(shù)裝備的大型化和現(xiàn)代化是這一時期煉鐵工業(yè)發(fā)展的特點，各個方面也都取得了很大進步，比如原燃料質(zhì)量得到改善、高爐操作技術(shù)不斷進步、高爐壽命延長等。在此階段，中國經(jīng)濟騰飛對鋼鐵的需求不斷增加，2000年~2013年中國生鐵產(chǎn)量快速增長，除了受金融危機影響的2005年~2009年，這一階段生鐵產(chǎn)量以每兩年增長1億噸的速度發(fā)展，并于2009年在世界生鐵產(chǎn)量中占比達到57%，此后我國便一直占據(jù)世界生鐵產(chǎn)量的半壁江山。

在此期間，我國建設了首鋼京唐5500立方米高爐、沙鋼5800立方米高爐，以及鞍鋼鲅魚圈等企業(yè)的十幾座4000立方米級的大型高爐，建設了首鋼京唐550平方米、太鋼660平方米等大型燒結(jié)機，很多大型裝備達到了國際先進水平。首鋼京唐1號高爐于2009年5月21日投產(chǎn)，2號高爐于2010年6月26日投產(chǎn)。這兩座5500立方米高爐的主要技術(shù)經(jīng)濟指標按照國際先進水平設計：利用系數(shù)為2.3噸/立方米·天，焦比為290千克/噸鐵，煤比為200千克/噸，燃料比為490千克/噸，風溫為1300攝氏度，煤氣含塵量為5毫克/立方米，一代爐役壽命為25年等。首鋼京唐兩座高爐投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實踐表明，中國煉鐵技術(shù)自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新取得了重大進展。

綠色創(chuàng)新階段的顯著特征是轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。2013年后，中國煉鐵工業(yè)由高速增長階段轉(zhuǎn)向綠色創(chuàng)新階段，生鐵產(chǎn)量開始略微降低，產(chǎn)量穩(wěn)定在7億噸左右。伴隨著國家經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，煉鐵工業(yè)面臨資源、環(huán)保和結(jié)構(gòu)調(diào)整的多重壓力，開始呈現(xiàn)減量化創(chuàng)新發(fā)展的態(tài)勢。注重高質(zhì)量和綠色環(huán)保是這一階段煉鐵工業(yè)發(fā)展的特點。具有代表性的進展是寶鋼湛江兩座5050立方米高爐的投產(chǎn)。湛江鋼鐵1號高爐和2號高爐分別于2015年9月25日和2016年7月15日順利投產(chǎn)。湛江鋼鐵高爐設計貫徹高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、環(huán)保的技術(shù)方針，采用多項先進工藝技術(shù)及裝備。此外，山鋼日照的2座5100立方米高爐分別于2017年12月和2019年1月順利投產(chǎn)。

這一階段，中國在綠色煉鐵新工藝，特別是熔融還原和直接還原方面也邁出了新的步伐。寶武集團八鋼1號爐于2015年6月18日正式點火投產(chǎn)，其原型是2012年寶鋼羅涇的Corex-3000煉鐵爐，設計年產(chǎn)鐵水150萬噸，是目前全球最大最先進的熔融還原煉鐵爐。此外，山東墨龍石油機械公司引進消化了澳大利亞力拓的HIsmelt技術(shù)，于2016年6月開爐成功，首次實現(xiàn)了HIsmelt連續(xù)工業(yè)化出鐵，采用粉煤和粉礦直接冶煉出生鐵，取得了一系列的技術(shù)進步。2013年5月，山西中晉太行礦業(yè)公司與伊朗MME公司在太原簽約，引進并消化先進的“直接還原鐵”工藝技術(shù)和設備（自主命名為CSDRI），計劃年產(chǎn)30萬噸，該工藝將于2019年底投產(chǎn)，這將是國內(nèi)第一次用焦爐煤氣改質(zhì)生產(chǎn)直接還原鐵。

當前中國煉鐵工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

盡管各種綠色煉鐵新工藝不斷發(fā)展，但在可以預計的將來，煉鐵工業(yè)仍將以焦化—燒結(jié)/球團—高爐為主。以焦化—燒結(jié)—高爐為主的煉鐵流程的污染物排放，大約占到鋼鐵流程總排放量的90%，能耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的60%以上，生產(chǎn)成本占到鋼鐵生產(chǎn)總成本的70%左右。另外，煉鐵系統(tǒng)還面臨著消耗大量資源的壓力。

綠色環(huán)保已成為煉鐵工藝發(fā)展的首要標準。黨的十九大報告指出，必須樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，國家圍繞“美麗中國”建設提出了一系列政策，環(huán)保已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)繞不開的問題。另外，鋼鐵工業(yè)對國民經(jīng)濟增長貢獻逐年降低（當前鋼鐵工業(yè)GDP增加值占全國工業(yè)總產(chǎn)值增加值的3%左右），而污染物排放在工業(yè)總污染物中占比較高（SO2占12.8%，NOX占6.5%，煙粉塵占17.7%），中央和地方政府近年來加大了環(huán)保治理力度，倒逼鋼鐵工業(yè)必須減量發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展。

2018年6月，國務院發(fā)布實施《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》，提出經(jīng)過3年努力，大幅減少主要大氣污染物排放總量，協(xié)同減少溫室氣體排放。生態(tài)環(huán)境部會同有關(guān)部委于2019年4月發(fā)布了《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，明確要求燒結(jié)機機頭、球團焙燒的煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時均值分別不高于10毫克/立方米、35毫克/立方米、50毫克/立方米，達到超低排放的鋼鐵企業(yè)每月至少95%以上時段小時均值排放濃度滿足上述要求。這說明綠色環(huán)保勢在必行。

煉鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨資源、能源的挑戰(zhàn)。從煉鐵系統(tǒng)消耗的資源來看，我國鐵礦石儲量大、品位低，還得進口鐵礦石來彌補供需缺口。2010年~2017年我國進口鐵礦石量逐年增長，其所占國內(nèi)鐵礦石消耗總量比例從64%增加到89%，其中2015年國內(nèi)鐵礦石對外依存度首次突破80%，達到了83%。然而我國作為世界第一大鐵礦石進口國，依然未能掌握鐵礦石的國際定價權(quán)。2019年1月，巴西淡水河谷發(fā)生潰壩事故，再加上澳大利亞極端天氣的疊加影響，國際鐵礦石供應量下滑，價格大幅上漲到近120美元/噸，致我國鋼鐵企業(yè)效益下降20%以上，保守估計我國將因此損失300億美元以上。

此外，當前占據(jù)主導地位的高爐流程必須依賴優(yōu)質(zhì)焦煤生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)焦炭，但我國焦煤儲量僅占煤炭儲量的10%，而主焦煤僅占整個煤種的2.4%，中國焦煤的消耗速度大大高于其他煤種的消耗速度。《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》要求重點區(qū)域加大獨立焦化企業(yè)淘汰力度，京津冀及周邊地區(qū)實施“以鋼定焦”，力爭2020年煉焦產(chǎn)能與鋼鐵產(chǎn)能比達到40%左右。這不僅會導致焦炭成本上升，而且會從根本上淘汰落后高爐。

展望中國煉鐵工業(yè)

新一代煉鐵技術(shù)必須以低碳綠色為前提。

目前，地球大氣層中CO2含量過高而導致的全球變暖問題已受到世界廣泛關(guān)注，當前大氣中CO2含量已突破400ppm，并呈逐年上升趨勢。鋼鐵行業(yè)的CO2年排放量占全球總排放的6.7%，其中煉鐵系統(tǒng)排放占據(jù)鋼鐵全流程總排放的70%左右。2018年我國鋼鐵工業(yè)的CO2直接排放量達19.5億噸，約占我國CO2排放總量的34%左右，僅次于電力行業(yè)。中國煉鐵工業(yè)面臨著節(jié)能減排的重要挑戰(zhàn)，而傳統(tǒng)煉鐵流程的CO2減排幾乎已到極限。世界各國正在逐步開展各項全新的低碳煉鐵新工藝以降低CO2排放，中國鋼鐵行業(yè)近年來也加快了低碳煉鐵和氫冶金項目的研發(fā)和試驗。

2017年12月,中國碳排放交易體系正式啟動，鋼鐵工業(yè)是碳交易市場的主要目標和核心參與者。在可預見的將來，碳排放將成為環(huán)保之后決定企業(yè)生死存亡并倒逼鋼鐵企業(yè)發(fā)展低碳煉鐵技術(shù)的新挑戰(zhàn)。2019年1月，寶武集團率先行動，與中核集團、清華大學簽訂《核能—制氫—冶金耦合技術(shù)戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，其核心就是用核能制氫，再用氫為煉鐵工序提供清潔能源和清潔還原劑。2019年3月，河鋼集團與中國工程院戰(zhàn)略咨詢中心、中國鋼研、東北大學聯(lián)合組建了氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心，圍繞焦爐煤氣制氫、儲氫運氫材料、燃料電池汽車、富氫冶金技術(shù)等領(lǐng)域，加快技術(shù)研發(fā)與儲備。此外，建龍集團也于2019年在內(nèi)蒙古烏海啟動了非高爐綠色煉鐵新工藝的研發(fā)與中試工作，初步投資5億元。

資源和能源循環(huán)利用是新一代煉鐵技術(shù)的基本特征。

煉鐵工業(yè)當前所依賴的資源和能源均不可再生，循環(huán)利用是保障煉鐵工業(yè)資源和能源可持續(xù)發(fā)展的根本途徑。未來的鋼鐵廠應該是具有“優(yōu)質(zhì)鋼材生產(chǎn)線—高效率能源轉(zhuǎn)化器—社會廢棄物消納裝置”3個功能的新型流程工業(yè)，這一理念的核心在煉鐵工序。作為鋼鐵生產(chǎn)能耗最大的環(huán)節(jié)，煉鐵系統(tǒng)在耗能的過程中產(chǎn)生大量的二次能源，如各種煙氣和高溫熔渣，其中中國每年高爐渣產(chǎn)量約2.68億噸，其大量顯熱目前還未充分利用。如何高效地循環(huán)利用各種二次能源，并最大限度地降低過程能耗，是未來煉鐵工藝可持續(xù)發(fā)展必須解決的問題。

作為物料消耗最大的過程工序，未來煉鐵工業(yè)除了循環(huán)利用鋼鐵廠二次產(chǎn)生的各種資源（粉塵、爐渣等）之外，還要承擔轉(zhuǎn)移、消納、處理社會廢棄物的責任，如社會的廢塑料、廢輪胎，處理社區(qū)廢水、處理垃圾等。煉鐵工業(yè)要自覺融入社會，推進行業(yè)間的循環(huán)經(jīng)濟、資源、能源的生態(tài)化鏈接，促進社會能源、資源的高效利用。

智能制造描繪未來煉鐵工業(yè)的燦爛前景。

隨著德國提出“工業(yè)4.0”，全球開始了以高度數(shù)字化、網(wǎng)絡化、機器自組織為標志的第四次工業(yè)革命，掀起了一場全面提升制造業(yè)、迎接新一輪產(chǎn)業(yè)革命的浪潮。黨的十九大報告指出，必須加快發(fā)展先進制造業(yè)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟的深度融合，支持傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級。2019年6月，工信部正式發(fā)放5G商用牌照，標志著我國正式進入5G商用元年。一批鋼鐵及相關(guān)企業(yè)先行，在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等方面進行了有力的探索和實踐。

煉鐵工業(yè)作為鋼鐵生產(chǎn)資源、能耗和成本的關(guān)鍵工序，要在未來的技術(shù)升級過程中，充分整合煉鐵各工藝單元的自動化及信息化系統(tǒng)，搭建煉鐵智能制造的大數(shù)據(jù)云平臺，建立大數(shù)據(jù)相關(guān)性分析、技術(shù)與知識模型，實現(xiàn)鐵前系統(tǒng)智能決策與預警，為實現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)的智能制造邁出重要步伐。

中國煉鐵工作者通過70年的不斷努力，已經(jīng)成功進入世界煉鐵工業(yè)先進行列。隨著歷史車輪不斷前進，社會和自然的不斷演變，人類對美好生活的追求與有限的自然資源及環(huán)境容量之間的矛盾不斷加劇，在經(jīng)濟形勢存在諸多不確定因素的情況下，中國煉鐵工業(yè)面對環(huán)境和資源的挑戰(zhàn)，堅持可持續(xù)發(fā)展道路，還有待廣大科研人員、工程技術(shù)工作者和企業(yè)管理者的不斷努力奮斗?？蒲腥藛T要扎根基礎(chǔ)理論和應用研究，在學術(shù)理論和工藝原理上取得突破；工程技術(shù)工作者要登高望遠，勇于打破傳統(tǒng)，實現(xiàn)前沿理論和技術(shù)的工業(yè)化；企業(yè)管理者要在復雜多變的國內(nèi)外政治和經(jīng)濟形勢中確定高效的企業(yè)管理運營機制，保障新技術(shù)的持續(xù)推進。在廣大煉鐵工作者的協(xié)同努力下，中國煉鐵工業(yè)必將迎來更加燦爛輝煌的前景。