理论炼焦煤气耗量

长钢焦化厂节能技改减排见成效

同时，下决心淘汰能耗高、污染大的落后设备和工艺，完成了大功率电机变频节能改造，应用变频技术和高效泵对化产循环水系统、煤气鼓风机系统和除尘系统进行了节能技术改造通过水循环利用改造项目和安装节水型阀门，使新水消耗下降31吨／小时 建设干熄焦回收红焦余热，杜绝了湿熄焦产生的污染干熄焦配套的蒸汽发电机年发电量达1.9亿度，带来巨大的经济效益在煤资源市场价格涨幅较大的情况下，该厂还运用煤岩分析理论，优化炼焦配煤结构，节约优质主焦煤2%；通过BOT模式引进了山东中瑞的污水处理技术，建设了污水深度处理项目。

日本炼铁技术发展概况

日本钢铁工业具有悠久的历史,尤其是在炼铁方面不断采用新技术和创新技术｡作为最近10年采用的新技术,有使用更加廉价原燃料的技术､延长高炉和焦炉寿命的技术､节能技术､废弃物的再利用技术和环保技术等｡本文就炼铁技术的发展概况及今后发展趋势进行介绍｡ 1.前言 伴随着1985年日元升值的压力,日本高炉实施了合理化措施,如设备的集约化和保重点生产的生产体制等(新日铁的釜石制铁所的2座高炉､铁所的1座高炉､八幡制铁所的l座高炉和广灿制铁所的1座高炉都停止了生产)｡另外,上世纪90年代由于泡沫经济的崩溃和日元的持续升值,因此对钢铁的需求停滞不前,而且全球变暖和废弃物等所造成的环境问题变得日益明显｡ 进入21世纪后,世界钢铁工业出现了重组和设备的集约,主要表现在以下3个方面:①是铁矿石供应商的整合(2000年有12家以上的铁矿石供应商进行整合,如巴西CVRD､澳大利亚的力拓集团和澳大利亚的必和必拓集团等3大公司,约占世界铁矿石70%的份额);②是钢铁J一家的整合和巨大钢铁厂家的诞生(2002年有阿塞洛､2003年有JFE钢公司､2004年有米塔尔);③足钢铁厂家之间的合作等(随着日本国内汽车和家电行业向海外的推出,一些特殊钢材已由当地供给,从而出现了新日铁一阿塞洛､新日铁一浦项､新日铁一宝钢等),使世界钢铁工业发生了很大的变革｡最近,由于中国经济快速发展的影响,世界各国的钢铁产量有了很大的提高,生产原料的短缺,导致原料价格高涨和原料质量的日益下降,这已成为眼下令人担忧的事情｡本文就最近10年炼铁技术的变迁进行了概述｡ 2.炼铁技术的变迁 2.1炼铁技术的发展趋势 战后,日本钢铁工业积极从欧美引进了许多最新技术,并将其发展为更加先进的技术,同时由于把制铁所建存能大量运送优质原燃料的临海地区,因而构筑了领先于世界的钢铁王国｡上世纪60年代至70年代,高炉向高压操作､大型化､高温鼓风和强化原料制粒技术的方向发展,而且随着烧结矿质量的提高和炉料控制技术的开始应用,以及1961年开始采用喷吹重油等技术后,日本各钢铁公司都在进行低还原剂比操作竞赛,1980年11月新日铁君津制铁所4号高炉的还原剂比达到了406kg/t,1981年11月NKK(现在的JFE)福山制铁所3号高炉的还原剂比达到T396kg/t,接近极限值｡ 但是,自1973年和1979年石油危机以后,从高炉风口喷吹重油技术已失去了价格的竞争力｡1982年8月日本42座生产中的高炉全部改为无喷吹重油操作｡当时,为降低整个制铁所的能源成本,高炉操作朝着高还原剂比操作的方向发展｡另外,为降低成本,开发廉价原燃料使用技术已成为主要炼铁技术,在高炉操作中已转向喷煤操作｡自1981年6月新日铁大分制铁所1号高炉采用喷煤设备以来,高炉喷煤操作存日本迅速普及,1998年日本所有高炉都安装了喷煤装置,平均喷煤量达到130kg/t｡1998年神户钢铁公司加古川制铁所l号高炉喷煤比达到了254kg/t,JFE钢公司福山制铁所3号高炉喷煤比达到了266kg/t｡ 毫无疑问上世纪90年代的钢铁工业是在严峻环境下进行生产的｡另外,随着日元升值速率的高涨和泡沫经济的崩溃,日本钢铁工业变得不稳定起来,因此致力于推进以下所述的合理化措施技术和降低成本技术的开发｡ ①炼铁各工序控制系统的引进和自动化技术;②大量喷煤技术(改善粉煤的燃烧性､炉料分布控制､对包括粉体和流体行为在内的炉下部现象进行解析､低Si02烧结矿的使用和高炉评价技术等);③废塑料再利用技术(高炉和焦炉使用废塑料技术);④廉价原燃料使用技术(大量使用豆石技术和大量使用弱粘结煤技术等);⑤节省劳动力(烧结机､CDQ(干熄焦)的最佳操作､连续卸料机､焦炉自动化､高炉短时间大修等);⑥长寿命技术(延长高炉和焦炉寿命的措施技术);⑦环保技术(采用回转式还原炉(RHF)处理粉尘和烧结废气的循环利用等);⑧新工艺的开发(替代铁源的生产技术､熔融还原炼铁法(D10S)､新一代炼焦炉(SCOPE21)等);⑨炉内可视化技术(Venus的开发和提高高炉综合模型的精度等)｡ 进入21世纪,加大了上述开发技术在实机上的应用,同时最近几年随着中国经济的快速发展,高炉的开发目标正朝着高利用系数方向发展｡根据日本国内高炉的生产座数和平均炉内容积的变化可知,这几年高炉正朝着大型化方向发展｡例如,以新日铁为例,自2000年以后,名古屋3号高炉(3424—4300m3)､君津3号高炉(4063—4822m3)､室兰2号高炉(2296—2902m3)､君津4号高炉(5151—5555m3)､大分2号高炉(5245—5775m3):世界最大高炉)等都进行了扩容大修,以应对高炉增产的要求｡ 根据日本国内各钢铁公司高炉的还原剂比和利用系数的变化情况可知,新日铁的高炉操作目标是提高每座高炉的生产效率和实施低还原剂比操作｡ 关于劳动生产率方面,在最近10年问已有非常大的提高,为大约1600t/人·年,提高了大约2倍｡这是高炉集约化和大型化的结果,尤其是采用节省劳动力设备､设备的自动化､合理化以及改善高炉操作效率所得的结果｡ 作为目前的课题是,开发以提高高炉为中心的各种辅助设备生产率的技术､应对原燃料质量变差的技术､环保技术和节能技术等｡以下,就具有代表性技术的开发进行介绍｡ 2.2使用廉价原燃料的技术 原燃料占炼铁成本的70%左右｡90年代初期由于原燃料价格上涨,因此推进低品位､廉价原燃料的使用技术成为了重要的开发课题｡ 2.2.1开发在烧结矿生产过程中使用廉价铁矿石的技术 关于铁矿石的购入,为降低运输成本,已由从购买巴西矿转为购买澳矿,而且增加澳矿中属于廉价矿石的针铁矿(以铅蓝方石矿为主,从1992年开始购买扬迪矿,从2002年开始购买马拉曼巴矿)的购入量｡针铁矿含有很多结晶水｡由于其中的铅蓝方石矿的脉石量及脉石中的氧化铝成分和结晶水含量高,而马拉曼巴矿含有很多的细矿,冈此这些矿的烧结性能差,会导致烧结矿的强度下降,这是一个难题｡作为大量使用铅蓝方石矿的技术是,积极推进氧化铝无害化技术,为此新同铁开发了采用选择制粒法使氧化铝封闭(无害化)的技术｡ 另一方面,通过提高烧结机供料滚筒下的进料器的功能(ISF和风力筛选等)､采用机架烧结法等提高烧结机的生产率､采用减少副原料法生产低Sioz烧结矿､通过强化制粒改善伪粒子结构,由此提高了烧结矿的冷态转鼓强度(TI)和落下强度(SI),同时增加了针铁矿的使用比例｡通过这些技术开发,2004年澳矿中的针铁矿的使用比例达到了60%左右,并计划从第_年开始购买高P布鲁克曼矿或与马拉曼巴矿混合的矿石｡以制粒技术为核心的技术开发正在进行当中｡ 2.2.2焦炭生产中使用弱粘结煤技术的开发 关于还原剂,不仅实施了从风口喷吹粉煤的技术,而且在炼焦过程中还逐年增加了比粘结煤便宜的弱粘结煤的使用比例｡在提高焦炉使用弱粘结煤比例时,采用提高焦炭强度的技术是不可或缺的｡除了采用CDQ外,新日铁还开发了煤的调湿技术(CMC)和型煤炼焦技术(DAPS)｡通过这些新技术的开发,配合煤中的水分已由90年代初期的18%左右下降到1999年的5%以下,存焦炭强度保持不变的条件下,弱粘结煤的使用比例超过了50%｡ 近年来,随着高炉增产要求的提高,出现了以提高焦炭强度(DI15015)为优先,弱粘结煤的使用比率小于50%的变化｡关于高强度焦炭的生产和增加弱粘结煤使用量的技术,目前正在进行煤配比技术的研究,如采用高温in—suitNUR成像法评价煤的新方法和控制膨胀压的方法等｡ 2.3高炉喷煤和高利用系数､低焦比操作技术 2.3.1高炉大量使用粉煤技术的开发 高炉喷煤技术不仅可以降低炼铁成本,而且可以减小焦炉的操作负担,延长焦炉寿命｡ 日本的高炉喷煤技术起始于1981年新同铁大分厂的1号高炉,其后普及到各钢铁公司高炉｡当初,主要是对粉煤的燃烧性进行研究｡后来,随着喷煤量的增加,高炉下部透气性变差､炉下部热损失增大和炉缸中心死料柱钝化变得明显起来｡ 在增大粉煤比的过程中,由于矿/焦(0/C)高,因此中心气流受到抑制;煤气流向炉周围;随着热流比的下降,炉顶煤气温度升高;随着焦比的减小,焦炭缝隙层厚度缩小､软融带的透气阻力增大;粉煤燃烧性恶化,造成未燃碎焦的蓄积,焦粉在炉缸中心死料柱表层蓄积量增大,造成炉缸中心死料柱钝化;因矿石层还原性和高温特性变差,造成高Fe0渣滴下,炉温下降;存生产低SiO2烧结矿时,由于高Al203渣的滴下,造成渣的流动性变差等｡ 为解决上述课题,实施了以下各种技术,如高矿/焦时炉料分布的最佳控制技术(控制中心流和边缘流,如神户制钢公司开发的中心装焦法､新日铁开发的安装回跳板装置等);粉煤燃烧性控制技术(对过剩氧比和燃烧性､粉煤喷吹的最佳位置､喷枪的最佳形状进行了研究);改善高矿/焦时的高温还原特性(对控制热流比､减薄焦炭层及矿石层､增加小块焦炭使用技术和减少渣量改善矿石层高温还原特性的方法进行了研究);抑制焦粉在炉下部周围蓄积的技术(对焦炭的粉化机理和抑制粉化的技术进行了研究;对风口回旋区内及周同的填充结构､粉体及流体的行为､包括优化风口风速在内的鼓风条件等进行了研究)｡ 新日铁1994年在君津厂5号高炉进行了喷吹粉煤200kg/t的试验,1998年在室兰厂使用高A1203原料情况下进行了利用系数为2.14､喷煤比为191.4kg/t的操作｡另一方面,PCR>200kg/t的操作有神户制钢公司加古厂｡的l号高炉､JFE钢公司福山厂的3号高炉､上海宝钢的1号高炉和韩国浦项的3号高炉｡尤其是上海宝钢的1号高炉和韩国浦项的3号高炉取得过剩氧比为0.6､矿/焦为6.0的操作,至今被认为是极限操作｡虽然各高炉的利用系数和还原剂比不同,但在实施高PCR操作时,为抑制焦炭在炉下部发生粉化､改善矿石层的高温特性,因此在原燃料质量方面,使用了强度高(高DI)的焦炭和高温还原特性好的低Si02低A1203烧结矿｡ 新日铁近年来在增加高炉喷吹发热量高､挥发份低的粉煤和改善高炉圆周平衡､改善粉煤燃烧性､尤其是使用高强度焦炭的前提下,重新研究了风口鼓风条件和高炉形状｡ 2.3.2高炉低还原剂比操作技术 采用Rist模型等对有关降低高炉还原剂比的技术进行了理论研究,主要有以下几方面:(1)改善炉身效率(提高烧结矿的被还原性和控制炉料分布等);(2)降低维氏体还原平衡点(w点)的温度(使用高反应性焦炭的技术);(3)提高风口处输入的热量(提高鼓风温度､降低鼓风湿度等);(4)减少出铁时带出的热量(减少Si､降低出铁出渣湿度);(5)减小炉体热损失等｡ 虽然以往实施的低还原剂比操作因使用辅助还原剂种类的不同而不同,但它们都是上述各种技术的具体反映,其具有代表性的例子是JFE钢公司福山厂3号高炉(炉容积3223m3)的还原剂比为396kg/t(1981年焦油42.1kg/t､焦比354kg/t)､新日铁室兰厂2号高炉(炉容积2296m3)的还原剂比为440kg/t(采用油焦操作,焦比440kg/t)｡改为喷煤操作后,1994年新日铁大分厂2号高炉(炉容积5245m3)的还原剂比为455kg/t(喷煤比为98kg/t､焦比为257kg/t)､2002年韩国浦项3号高炉(炉容积3795m3)的还原剂比为493kg/t(喷煤比为222.3kg/t､焦比为271kg/t)｡ 新日铁大分厂2号高炉的低还原剂比操作增加了小块焦的使用量､降低了矿石层的厚度(改善矿石的高温还原特性)､减小了鼓风湿度､改善了烧结矿的被还原性｡ 在炼铁研究方面,除了开发改善烧结矿高温特性的技术外,还开发了高炉热平衡带温度控制技术(还原平衡点的控制),尤其是半还原烧结矿的生产使用技术正在开发当中｡ 关于热平衡带温度控制技术,新同铁比其它公司更早进行高反应焦炭的生产使用技术的开发,在北海炼铁厂2号高炉进行了使用神华煤生产的高反应性焦炭的试验,并确认了其效果｡另外最近正在开发使用非烧结含碳块矿来降低热平衡带温度的技术｡ 关于半还原矿的生产使用技术,提出了两段还原步骤｡例如,以难烧结原料为对象,利用海外廉价天然气在海外生产高炉用的半还原矿,然后运回国内使用,其目的是要使高炉提高利用系数､降低还原剂比,它还是一项有助于环保､减少CO2排放的技术｡ 2.3.3高炉模拟模型的开发 作为弄清高炉炉内现象和工艺解析的技术,开发了高炉综合模型｡高炉是在气体､固体､液体和粉体共存下,进行多种反应的非常复杂的对流移动层型反应容器,从炉上部装入的常温矿石经升温加热､还原反应和软化后,最终熔融､滴下｡在计算机上构建高炉后,求出了数学模型作为一个脱机模拟器的作用｡上世纪80年代,日本各钢铁公司都在进行实用的高炉二维综合模型的开发,随着计算机功能的提高,开发了三维正常和非正常模型,另外粉煤大量喷吹技术的发展,为对高炉下部焦炭发生的粉化和粉煤发生未燃的行为进行解析,在气固液3相的基础上又增加了粉体相,开发了四流体高炉模型,尤其是还开发了把渣一金属作为液相的五流体高炉模型,大致完成了数学模型基本框架的开发｡ 新日铁在80年代前期杉山等人开发的二维正常高炉综合模型(BRIGHT模型)的基础上,进一步提高副模型的解析精度｡具体说来就是,利用松崎等人开发的炉料分布控制模型､内藤等人开发的烧结矿还､原模型､还原粉化模型､高温特性评价和软融带形状确定模型,对副模型进行了改进,通过增加操作预测模型(N—BRIGHT模型)的功能,达到了提高解析精度的目的｡另外,随着90年代后期电脑快速发展,目前已能通过电脑对解析环境进行调整,在解析结果中增设图解显示功能｡作为其它处理高炉内现象的模型,有粉煤燃烧模型､炉下部非正常模型､炉底铁水流模型,最近正在开发使用离散要素模型的二维或三维炉料分布控制模型｡ 另外,随着计算机的改进和计算速度的提高,在高炉检测设备方面采用了通用的LAN,能进行大量的数据处理｡目前,正在新日铁君津厂的3号､4号高炉上进行N—BRIGHT模型的在线解析,还构建了以读出数据为基础的操作判断系统(Venus)作为炉内可视工具,并将其作为高炉系统应用于操作管理｡ 2.4延长高炉和焦炉寿命技术的开发 2.4.1延长高炉寿命 为抑制高炉大修时大量设备投资和防止大修过程中产量的变化,开发了许多延长高炉寿命的技术,使每单位炉内容积的累计出铁量超过11000t｡ 为延长高炉寿命,以下几项都是不可缺少的,(1)高炉建设时的设计;(2)生产过程中的操作管理技术;(3)炉了寿命后期的寿命延长技术和修补技术｡ 如果扣除计划停炉,控制高炉寿命的部位主要是炉身部和炉底部｡在1986年以后的10年间因炉腹和炉腰部的损毁而停炉的情况比以前减少了,大部分是因炉缸侵蚀而停炉的｡ 关于控制高炉寿命的炉喉､炉身和炉底各部位的长寿化设备技术,在炉身上部采用了立式冷却壁式水冷板,从炉身下部到炉腰部采用了冷却盘管和立式冷却壁,提高了冷却能力,另外通过改进耐火材料,提高了耐火材料的耐用性｡尤其是在热负荷高的部位,采用了第4代立式冷却壁和铜制立式冷却壁｡ 另一方面,自1990年以后提高炉缸擘耐蚀性已成为最重要的课题,因此对碳砖材质进行了改善和强化冷却｡提高碳砖的热传导率和细化砖的气孔径来防止铁水侵入､用冷却机降低水温和在炉底壁采用铜制立式冷却壁等为延长高炉寿命起了很大的作用｡ 2.4.2延长焦炉寿命 日本焦炉大部分足在上世纪70年代经济高速发展时期建的,平均炉龄为33年,有的超过了40年｡由于未来焦炭短缺已成为紧迫课题,在焦炉老化过程中建设新焦炉需要巨大的投资,因此必须研究开发延长焦炉寿命的技术,努力使焦炉寿命超过50年｡ 作为延长焦炉寿命的措施,新日铁对焦炉炭化室石墨粘附的机理进行了解析,研究了对应措施,而且还开发了焦炉炭化室炉壁诊断和修补装置以及焦炉更新技术的开发｡ 2.5资源再利用和节能技术 为构建有效利用资源的循环型社会,日本实施了以下措施,推进零排放钢铁厂的建设｡(1)推进节能技术,防止全球变暖;(2)构建循环型社会(粉尘､渣和废钢铁等副产物基本100%再利用,尤其是推进将废塑料､废轮胎､废金属和废家电等钢铁』一以外的废弃物再利用技术);(3)积极开发生态产品(开发寿命长､功能多､无有害物钢材和开发气化熔融炉等生态装置)｡ 2.5.1利用炼铁工艺将资源再利用的技术 2004年度新日铁扣除从钢铁生产工序中产生的废钢,共产生了1760万的副产物｡其中,渣占70%左右,其它为粉尘和污泥等｡高炉渣可以100%再利用,主要用作水泥原料､路基材料和取代沙的集料｡ 对于厂内产生的粉尘､污泥,为促进其用作企业内的生产原料和锌精炼用原料,新日铁作为钢铁联合企业于2000年在君津厂和广烟厂采用了回转式还原炉(RHF设备),属世界最早｡它将含有铁和碳的粉尘及污泥做成粒状或块状,通过存RHF内加热还原,可以一面促进脱锌,一面还原,由此生产的金属铁可以再用于高炉和电炉｡ 关于厂外废弃物的再利用,正在推进利用现有炼铁工艺对废塑料进行再利用｡JFE钢公司和神广制钢公司是用高炉对废塑料进行再利用,新日铁则采用焦炉化学原料处理技术对废塑料进行再利用｡2000年名古屋制铁所和君津制铁所开始对废塑料进行再利用,2002年八幡制铁所和室兰制铁所开始对废塑料进行再利用,2004年大分制铁所开始对废塑料进行再利用,目前已具备年处理废塑料大约20多万吨的能力｡ 除此之外,还能对包括不燃烧物在内的各种垃圾(可燃垃圾､不可燃垃圾､大块垃圾､资源垃圾､污泥､填埋垃圾)进行处理｡目前,日本国内已有20多座直接熔融炉,而且还开发了具有多种功能的熔融还原炉,用于处理商业废金属和粉尘等｡ 2.5.2向节能技术的挑战 根据自上世纪90年代以来日本钢铁工业的能耗趋势可知,日本钢铁工业在粗钢产量1亿吨的前提下,以实现2010年的能耗比1990年减少11.5%为目标(其中1.5%为废塑料等的再利用),正在积极开发节能技术｡2004年1月24日新同铁的三村社长在经济产业大臣咨询机构的综合资源调查会上发表了题为“2030年的能源展望”的演讲,埘节能的研究技术进行了概述｡根据这一路线图,炼铁部门要扩大现有节能技术的应用和扩大废塑料等的再利用处理数量(钢铁行业年处理量为100万吨,新日铁的目标是年处理量30万吨),尤其是目前正在推进降低高炉还原剂比的技术｡ 从1 999年到2004年,进行了“有关能源减半､环境负荷最小化高炉创新炼铁反应的研究”,这是一项以当时的北海道大学的石井邦宜教授为首开展的日本国家项目｡新日铁参加了还原性和熔融性好的高强度矿石接合体的组成和结构设计研究小组,对有关脉石成分和气孔结构的优化进行了研究,提出了以下2点:(1)提出了能高速还原且能在低温滴下的块矿和最佳使用比例;(2)试制了各种含C非烧结块矿,可使高炉的热平衡带温度比以往下降200℃左右(1000℃à820℃),该技术有望成为减少C02排放的技术｡它作为日本国内钢铁工业的课题,今后还需进一步研究｡ 另一方面,前年作为日本项目而推进的新一代焦炉一SCOPE21,经过10年左右的研究,2002年在新日铁名古屋制铁所的50t/d的中试设备上进行了试验,结果表明生产率提高了2.4倍､增加了弱粘结煤的使用量(20%一50%)､减轻了环境污染(NOX减少了30%(<100ppm))､能耗减少2 1%｡由此决定在大分制铁所进行实际应用,它有望成为减少能耗的工艺｡ 2.6新一代炼铁技术的发展 包括尚未实际应用正在研究开发中的上艺在内,在综合各种技术后描绘了新一代高炉轮廓,提出了新一代高炉的工艺概念｡ 焦炭的作用主要足产生热源和还原气体,它还起透气和透液媒介物的作用(高强度化)和抑制热平衡带温度､改善炉内反应效率的作用(高反应性化)｡对于矿石原料,由于提出了高生产率和低还原剂比的要求,因此考虑使用高强度､高气孔型的被还原性高的烧结矿或非烧结含碳块矿,而且还考虑使用半还原铁和废钢｡另外,还包括了炼铁使用废钢作为减少C02的技术和采用欧洲正在研究的将脱C02的炉顶气体吹入炉身部和风口部的技术,及采用过去全力研究开发的从风口喷吹粉矿石的技术｡ 作为参考,最近使用了平均灰分为11.5%的焦炭和各种矿石,在目前设备条件下(鼓风湿度上限为1250℃),对上述工艺的各种临界操作因素进行了计算(表1)｡ 以过去还原剂比最低的JFE钢公司福山厂3号高炉的操作为基础条件,根据在目前原燃料条件下,计算了各种操作因素(还原剂比为428kg/t)｡①喷吹废塑料;②从风口喷吹粉矿石(在这里喷吹预还原率为70%的粉矿石);③从炉顶装入还原铁(100kg/t);④使用高反应性焦炭控制还原平衡点(热平衡带温度下降100℃);⑤脱CO2的炉顶气体吹入炉身部和风口喷吹操作时的各种因素｡表中的C比是炼铁工序中的C,考虑到烧结工序和炼焦工序中的C收得率等,因此可以用总C比=(CR/0.65+PC+73.6·SR/1000)·(C)PC+PC2·(C)PC2来评价｡但是,制氧和还原铁(以在海外用天然气还原为前提)生产所需的C比除外｡在目前喷煤操作下的C比为580—630kg/t左右,为使C比比目前操作减少10%,因此有必要确立第3种情况以后的操作技术｡ 3.未来1 0年的发展方向 围绕炼铁的资源和环境的问题今后仍将进一步严峻｡另外,可以预计日本与邻国的竞争也将进一步加剧｡因此,今后以下课题也将越来越重要,即: ●存现有技术改进方面,降低炼铁成本已到极限; ●现有设备不断老化; ●全世界焦炭短缺日益严重,依靠海外也已变得困难; ●为防止全球变暖和构建循环型社会,对环保的要求将进一步提高; ●对优化工艺的要求进一步提高｡ 针对上述课题,应从新的角度来进行技术开发｡例如, (1)对原料进行改进,包括在矿山所在地对原料进行预处理,由此可大幅度减轻高炉的熔融还原负荷｡ (2)设备的集约化和高效化｡ (3)提高炼铁副产物的附加值｡ (4)通过采用将煤改质工艺和静脉产业工艺相结合的炼铁法,为构建循环型社会做贡献｡ (5)人才的培养和设备的自动化｡ 炼铁部门在应对上述课题时,应与矿山所存地的公司和有关行业共同协作,与大学密切合作,力求开发与时代相符的新技术｡ 。

炼铁系统节能的主要措施

钢铁企业提高成本竞争力的主要途径

一､我国钢铁企业提高竞争力面临的新挑战 根据中共十六届五中全会通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》,我国为了完成到2010年比2000年人均国内生产总值翻一番的目标,必须保持经济平稳较快发展｡实现“平稳较快发展”的增长率具体是多少,各方有不同预测,但大致都在8%以上｡我们认为,今后五到十年内国民经济增长率可能会略低于近两年9%以上的速度,但拉动我国钢铁产品消费的主要因素,如包括房地产的固定资产投资､人口城市化､居民消费结构升级､外向型经济及出口产品中机电产品比重提高等,将依然存在并将进一步深化｡这些都将进一步扩大对钢铁产品的需求｡因此,钢铁工业仍有较大发展空间｡ 但我们也应该清醒地认识到,目前钢铁产品的供求格局､钢铁工业发展的国际环境､资源环境和政策环境等正在发生深刻的变化,这些变化对我国钢铁工业提高国际竞争力提出了新的挑战｡ 1.钢铁工业的市场环境将逐步趋紧 从世界钢铁工业发展历史看,钢铁工业所处的市场环境随着世界经济增长的周期性波动而呈现周期性的迭宕起伏,其重要表现是钢材价格的大起大伏,以及所引起的企业盈亏率大幅度变化｡ “钢铁周期”的形成,源于钢铁产业的供求关系变化有两个特征:一是钢铁产品属于需求缺乏弹性的商品,需求不会因价格上涨而同比例减少,也不会因价格下跌而同比例增加;二是钢铁产业又属于供给缺乏弹性的产业,价格上涨不会导致供给立即增加,钢材价格下跌也不会使已有能力马上减产,甚至一些厂家为了降低固定成本而开足马力增产｡进一步加剧供求矛盾｡需求和供给两方面的特点结合起来｡在经济增长速度带来的需求变化诱发下,钢铁市场便会呈现周而复始的波动｡由于目前钢铁产业集中度还比较低,这种周期性的波动在可预见的将来仍会继续下去｡ 我国自1993年起进入市场经济体制,钢铁市场已经经历过一个由高涨到萧条,又进入高涨的周期,上个世纪末达到了底部,到2005年一季度末钢材价格又到达历史高点｡从2005年逐月的情况看,由于钢材产量增长高于需求增长,供求格局已经开始扭转,造成钢材价格显著下降,大中型钢铁企业的盈利水平出现逐月走低的趋势｡而且,目前已有钢铁产能还在继续释放,新的产能正在建设｡不少企业在“十一五计划”期间仍有继续扩张产能的计划｡根据上述情况初步判断,今后几年内钢铁产业竞争将更加剧烈,钢材价格将持续在行业平均成本区徘徊｡ 2.原燃材料将在高价区运行 一是铁矿石｡我国铁矿石资源的特点是品位低､开采条件差,铁矿资源贫矿多､富矿少,全国铁矿石平均品位33%,低于世界铁矿石平均品位11个百分点,97.2%为贫矿,富铁矿石仅占2.8%｡随着我国钢铁产量的迅猛增长,对海外铁矿石的依赖程度越来越高,进口量从2001年的9230万吨猛增到2004年的20809万吨,2005年进口铁矿石预计达到2.6亿吨｡2004年我国对进口矿石的依存度已为52%,预计五到十年内对外依存度将达60～65%｡由于世界近70%的铁矿石国际贸易量被3家寡头公司所垄断,它们之间极容易达成维持高价甚至限产抬价的协议,而国际社会目前尚无任何机制制约这种跨越国境的垄断行为｡ 从国内资源看,2003～2010年,全国铁矿石生产能力总体呈增长趋势,到2010年达到峰值后,产能基本稳定,3亿吨左右的铁矿石生产能力可维持到2020年左右｡但是,现有大型铁矿资源基本上被大型钢铁企业占有,它们会根据自身需要安排矿石生产,不大可能增加产量供应其他企业｡其余独立小矿山资源储量少,矿石品位低,没有多少增产潜力,尽管其生产成本低于进口矿石,也不足以平抑被进口矿抬高的矿石价格｡因此,如果今后在我国不能发现新的大型铁矿资源,国内矿石市场将主要由国外矿石价格所引领｡ 二是煤炭｡我国虽然是产煤大国,煤炭资源自给有余,但长期以来煤炭产业疏于管理,小煤窑遍地开花,导致煤炭供过于求,长期低价运行｡这种状况不仅严重破坏资源,而且留下巨额安全欠账和事故隐患,致使矿难屡屡发生｡近几年国家不断加强对煤矿综合治理的力度,加上国内对煤炭的需求猛增,近一两年煤炭价格比上个世纪末提高了一倍以上｡预计今后随着大批不合格小煤窑被关闭,以及大中型煤矿增加安全投入,过去的煤炭低价位时代将一去不复返｡ 钢铁工业是高耗能工业,能耗占钢材成本比例约25%｡我国钢铁工业以高炉一转炉流程(长流程)为主,煤炭是长流程生产工艺的主要能源,约占总能耗的四分之三｡煤炭维持高价运行,将对钢铁生产成本造成很大压力｡ 三是电力｡电力消耗约占钢铁工业能耗的四分之一｡由于我国电力供应以耗煤的热电为主,煤炭涨价将影响电价,间接提高钢铁工业的能源成本｡ 四是石油｡钢铁生产过程直接消耗的石油很少,主要是内外部运输耗费油料｡钢铁工业本来就是运输消费大户,粗测吨钢耗费大约5吨左右运力,加上我国钢铁产业布局不够合理,不少钢铁企业地处内陆,运距较长,因此石油涨价对钢铁工业有重要的影响｡近两年来国际石油价格飞涨,一度超过70美元/桶,有的国际权威机构预测今后有可能涨到100美元/桶｡如果这种情况出现,也将给钢铁工业的成本造成很大压力｡ 五是水资源｡钢铁工业也是耗水大户,目前即使最先进的节水企业,吨钢耗新水也要4吨左右｡我国人均淡水资源只有世界平均水平的四分之一,特别是在严重缺水的华北地区集中了我国三分之一的钢铁产能,即使“南水北调”计划实现,输水的成本也很高｡最近国家有关机构官员宣称“水价还有上涨空间”,预计国家将继续通过提高水价促进节水,这将给钢铁行业增加成本压力｡ 3.国家政策影响分析 党的十六届五中全会已经明确,我国在“十一五”期间要着力调整经济结构,转变增长方式､降低消耗､减少污染,更加注重实现速度､结构､质量和数量相统一｡这也为钢铁工业发展指明了方向,对钢铁工业节能降耗､降低成本提出了新的任务｡ 一是环保｡防治污染､改善环境是我国建设和谐社会､促进经济可持续发展的重要内容之一｡我国钢铁工业除了宝钢等少数企业环保状况较好外,多数企业尤其是中小企业环保欠账很多;在重点钢铁企业中,现有18家建在省会城市,有34家建在百万以上人口的大城市,给城市环境容量造成很大压力,也制约了自身发展｡通过发展循环经济､回收利用“三废”固然能够节约能源､原料､水和减少排污费用,对降低成本有有利的一面,但不可否认,不论搬迁新址还是就地完善环保设施,都要付出相应的代价,如增加投资和运行费用等｡ 二是钢铁产品出口｡国家产业政策明确钢铁工业的发展规模应与国民经济发展对钢铁产品的需求相适应,国家财税部门也相应在钢铁产品出口退税､以产顶进方面进行了政策调整｡这些都意味着国家把钢铁工业定位为“满足内需为主”,并不鼓励钢铁产品大量出口,特别不鼓励低附加值初级钢铁产品出口｡钢铁工业即使完善了环保设施,仍属于高能耗､高资源消耗的产业,何况还无法完全根除温室气体的排放,因此国家给钢铁工业的定位及政策转变符合十六大和五中全会关于国民经济健康､协调发展的方针,符合国家的资源战略和社会整体利益｡但国家限制钢铁产品出口的方针,对钢铁工业而言,也将加大国内供求矛盾和企业降本增利的压力｡ 综上所述,在未来五到十年里,钢铁工业的市场竞争将不断加剧,企业盈利空间将明显减小,一些不堪承受的落后产能将被淘汰,一些优势企业能够获得更大的发展机会｡顺应历史潮流,适应形势和政策变化,大力降低成本费用,是劣势企业求生存､优势企业求发展的最重要措施,也是我国钢铁工业进一步提高整体素质,抵御国外钢铁产品冲击的战略重点｡ 二､提高钢铁企业成本竞争力的主要途径 1.发展循环经济｡重点是降低能耗､水耗等 1980年以来,钢铁工业能源消耗一直占全国总能耗的10%左右,能源消耗结构中,煤炭占主导地位,电力其次,其它能源占有份额较少｡近些年一些大中型钢铁企业重视了二次能源的利用,在节能降耗方面取得很大成绩｡例如济钢在以往实行“四全一喷”(指炼铁全熟料､炼钢全精炼､全连铸､轧钢全一火成材和提高高炉喷煤量)取得明显成效的基础上｡近几年又进一步以“源头削减､过程控制､末端资源化治理”为方针,全面推行循环经济､清洁生产｡2004年与1995年相比,吨钢综合能耗从1204公斤标煤降低到698公斤标煤,吨钢耗新水从21.4吨降低到4.9吨,均居行业先进水平｡但是济钢认为自己在节能降耗方面仍有很大潜力可挖,如仍有部分富余煤气无处利用不得不忍痛放散,烧结､连铸､轧钢等过程中的显热可以回收利用等｡对于其他多数企业特别是中型企业来说,与济钢相比存在很大差距,甚至有的企业一边有大量煤气放散,一边是轧钢厂仍在烧油｡ 根据国内外的实践,今后应大力推广的重大节能项目如下: (1)干法熄焦技术(CDO) 从焦炉出来的红焦炭(950～1050℃)所含显热相当于炼焦生产消耗总热量的35%～40%｡采用于法熄焦可回收红焦显热的80%｡同时,吨焦可产出3.9MPa的蒸汽0.45t,最高可达0.6t｡干法熄焦可实现熄焦过程对环境不造成污染,是一个节能环保的重大项目｡宝钢､武钢等企业生产实践表明,干法熄焦可降低炼焦工序能耗68kgce/t｡这个节能量约是钢铁工业总节能量的一半以上,应当引起各级领导的重视｡ 干熄焦还可提高焦炭质量｡M40提高3%～8%,M10改善0.3%～0.8%,在焦炭质量不变的条件下,可多配10%～20%弱粘结性煤,还可节水0.38m3/t焦｡使用干熄焦的焦炭炼铁可降低焦比2%,提高产量l%｡ (2)高炉炉顶煤气压差发电技术(TRT) 采用透平发电机组,利用高炉炉顶煤气的压力能,实现发电｡理论上,高炉炉项煤气压力在80kPa时TRT设备所发的电与所用的电能平衡,煤气压力在100kPa时才会有经济效益,而煤气压力大于120kPa时会有明显的效益｡所以说,提高炉顶压力对于高炉炼铁和回收能源都有利,应大力推广｡ 根据炉顶煤气压力变化,TRT设备发电量约30～50度电/吨铁｡煤气采用干法除尘,可使发电量提高30%左右｡煤气温度提高10℃,透平机出力可提高3%左右｡ 总体评估,TRT设备可回收高炉鼓风机能量的30%,能降低炼铁工序能耗11kgce/t｡ TRT设备已能实现国产化,国产设备的造价要比国外低一半｡一座2000m3高炉TRT设备运行率在85%时,年发电量可达0.5亿度｡目前我国有80多座高炉有TRT装置,杭钢420m3高炉成功地应用TRT设备｡ (3)高炉喷吹煤粉技术(PCI) 高炉喷吹煤粉是炼铁系统结构优化的中心环节｡是国内外高炉炼铁技术的发展方向｡又是钢铁工业优化能源结构､节能降耗､降低生产成本､实现环境友好的有力措施｡ 以煤代焦不但可以节能(煤系统工序能耗20～35kgce/t煤,焦化工序能耗142.2lkgce/t焦),缓解了我国主焦煤短缺的矛盾,又可减少炼焦过程对环境的污染,而且可以产生可观的经济效益(按目前原煤和焦炭的价差,每喷1吨煤粉可获得500～600元的经济效益)｡ 近年来｡我国重点钢铁企业高炉喷煤比呈下降趋势｡2004年平均喷煤比为116kg/t,比上年度下降2kg/t｡据统计,2004年有22个单位喷煤比下降｡降幅最大的单位下降值达37kg/t｡值得注意的是,一些大型钢铁企业的高炉喷煤比下降,这应当引起有关领导重视｡ (4)煤气发电技术 钢铁生产过程中所产生的煤气热值约占购煤量热值的34.12%,充分､科学合理使用煤气对企业的节能有重大意义｡焦炉煤气是清洁､高热值的优质能源,不宜用去发电｡高炉､转炉煤气在各领域得到充分利用之后｡剩余部分才去发电｡因为煤气转为电力的能源转化率低(煤气锅炉发电转化率为25%,燃气轮机转化率为40%～50%)｡ 2004年重点企业的煤气使用情况不容乐观｡有21家企业不回收转炉煤气,全行业总的回收量比工业发达国家回收水平差一半｡转炉煤气的热值要比高炉煤气的热值高一倍多,不回收是十分可惜的｡有的企业高炉煤气､焦炉煤气全年约有l/4在放散,不但浪费了能源,而且对环境造成了污染｡所以我们应大力推广煤气发电技术,向钢铁企业只买煤不外购电的方向发展｡ (5)全烧高炉煤气锅炉技术 全烧高炉煤气锅炉技术是中国的发明专利,有130～220t/h电站锅炉机组｡用2800～3500kj/Nm3热值的高炉煤气,对于220t/h锅炉来说,出口蒸汽参数可达540℃｡9.8MPa,可配套500MW汽轮发电机组｡此锅炉可掺烧转炉煤气｡首钢应用此锅炉后,全年可供蒸汽57.6万吨｡发电4320万度,实现节标准煤17.6万吨,综合年效益在4000万元以上｡此技术已在鞍钢､马钢､武钢､沙钢､梅山､上钢一公司､安钢和新疆八一等企业广泛应用｡ (6)煤气燃汽轮机技术(CCPP) 工作原理:除尘后的煤气与空气混合后在汽轮机的燃烧室燃烧,产生高温高压气体推动透平机组作功､发电:高温气体再进入余热锅炉,产生蒸汽,蒸汽轮机作功､发电｡该技术装备的优点是比常规锅炉蒸汽发电量多70%～90%;比燃煤电厂用水少1/3,也没有造成对环境的污染,占地小｡ 该设备要求技术条件高,要有足够的煤气量稳定供应,才能发挥出优势｡煤气质量要求严格,如清洁度､热值､压力､氧和氢含量等,以保护设备正常运转和长寿｡设备复杂,控制严格,维护困难,费用高｡ 我国已经成为钢铁生产和消费第一大国,2003年我国GDP增长9.1%,而能耗增长15.4%｡钢材消费增长26.6%,随着钢铁产能的持续增长,我国铁､锰､铬矿产资源可持续供应的矛盾将日益加剧,原材料供应､水资源和土地资源紧缺､环境污染和运输负荷等问题将日益突出,为保证钢铁工业可持续发展,今后我国钢铁工业必须走循环经济发展的道路,重视节约能源和各项资源,努力降低各种能耗｡ 2.积极参与国外办矿､建立上下游长期合作伙伴关系 由于我国钢铁业的快速发展,与国际钢铁强国之间的竞争也会越来越激烈,许多钢铁强国出于控制资源的需要,在很多矿石供应国都有投资,据报道,日本JFESteel2004年8月买进必和必拓公司一家分厂20%的股权:韩国浦项集团也在2004年12月购入加拿大和澳大利亚煤矿公司的股权,国际各大钢铁集团都在加紧对国际矿石资源的控制｡目前,国内也有许多具有战略眼光的钢铁企业正在逐步控制原料供应链｡上海宝钢集团在里奥廷托公司的一家新矿山就拥有46%的股份;武汉钢铁集团､马鞍山钢铁股份公司､江苏沙钢集团和唐山钢铁集团2004年3月与世界最大的矿产企业澳大利亚必和必拓公司达成了历史上最大规模的商业协议,通过建立合资公司的方式获得必和必拓转租的澳大利亚一家矿山40%的股权,每年可以从后者购买1200万吨铁矿石,期限是25年｡25年内4家钢铁企业将获得总价值90亿美元的铁矿石,四家企业也因此得到了长期稳定且价格合理的铁矿石资源,大大避免了原料上涨的经营风险｡ 近两年来,国内主要钢铁企业纷纷与上下游建立战略联盟｡宝钢集团不仅与铁矿､煤炭､有色金属､远洋运输以及国内三大汽车巨头､中船集团等上下游核心企业签订了战略合作协议,同步甚至先期介入各自相关业务,而且还投资参股,占据汽车外围产业的生产份额｡虽然同行羡慕宝钢在产业链安全上“先行一步”,但宝钢依然不满足于现有的“安全系数”,由此可见产业链在未来的市场竞争中会占有很重要的战略地位｡ 3.实现产业集中,降低采购成本､管理和销售等费用 降低管理和销售费用的有效办法是企业重组､产业集中｡ 以欧洲阿塞勒集团为例,2002年2月28日,法国于齐诺尔､卢森堡阿尔贝德和西班牙阿塞雷利亚三家企业联合组成阿塞勒集团公司,成为当年全球最大的跨国钢铁企业,这一地位一直保持到2004年｡阿塞勒集团公司历年年报披露,2002､2003和2004年因公司合并带来的利益(Synergy,合并效应)分别达到1.9亿､4.05亿和5.6亿欧元｡根据该公司的“合并说明书”介绍,所谓合并效应是以企业每年比合并前增加的利润额,扣除每年原材料､能源和产品的市场价格变动因素后的余额,它们是由企业合并带来的利益,包括共同大宗采购降低采购成本､减少管理机构和人员降低管理费用､共同使用已有的销售和服务网络降低销售费用,以及集中使用研发资源等｡ 据了解,为应对钢铁工业的市场变化和竞争压力,近些年来全球钢铁企业的兼并重组方兴未艾｡2004年10月,印裔英国人米塔尔(Mittal)出资82亿美元(其中45亿用于收购,37亿用于支付债务)收购了美国第三大钢厂国际钢铁集团(ISG),并购价格创下钢铁行业之最｡2005年米塔尔及其家族控制的企业集团已成为世界最大的钢材制造商,阿赛洛集团屈居世界第二｡目前全球钢铁工业发展的趋势是将原钢生产转移至成本低廉的国家,这种趋势今后还会不断加强｡继阿赛洛集团在巴西设钢厂后,韩国浦项公司和德国蒂森克虏伯集团都打算在巴西建钢厂｡在国内,宝钢已与上钢一､三､五厂､梅山钢铁公司合并,武钢和鄂钢､首钢和唐钢､鞍钢和本钢都在谋求合作,组建区域性的大钢铁集团｡外资在中国钢铁业的投资“扩容”决心也越来越大｡德国蒂森克虏伯与鞍钢在大连合资建设的镀锌板生产线已投产;新日铁､阿赛洛与宝钢合资组建的年产170万吨的汽车板厂即将投产;日本JFE与广钢､韩国浦项与本钢的合资项目正在建设之中｡通过有效的企业重组和兼并,可以有效地降低管理､销售等运营成本,提高其市场竞争力｡ 4.品种质量优化｡相对降低成本 由于钢材供给的快速增长,钢材市场的利润空间将逐步向市场短缺的高附加值品种转移,因此注意优化品种质量,开发新品种､实施新技术也将成为企业提高盈利水平､相对降低成本的一条可选途径｡ 根据我们对2004年全球前10大钢铁公司(包括居第六名的我国宝钢1的财务报告分析,这些企业2004年共生产粗钢2.84亿吨,实现销售收入1998.32亿美元,平均吨钢实现收入704美元｡而同期我国大中型钢铁企业平均吨钢实现销售收只有3683元人民币,折合445美元,是全球十大钢的63.2%｡这固然与国外价格高于我国有关,但主要是产品附加值差别造成的｡由于附加值不同,盈利能力也有很大不同｡全球十大钢平均吨钢实现息税前利润115美元,而我国大中型企业只有45美元｡ 提高产品附加值靠技术创新,这是企业发展的不竭动力,是增强企业市场竞争力的关键措施｡技术创新是指企业应用创新的知识和新技术､新工艺,采用新的生产方式和经营管理模式,提高产品质量,开发生产新的产品,提供新的服务,占据市场并实现市场价值｡ 首先,要集中精力发展市场短缺的高技术含量､高附加值的产品和替代进口的品种｡不断改善品种结构,提高产品质量,降低产品成本,扩大市场份额,紧密跟踪世界冶金技术前沿发展动向,大力吸收和研究国内外成熟的技术成果,不断进行工艺技术创新,形成一批具有自主知识产权､具有竞争优势的产品和工艺技术｡ 其次,要大力推进企业技术改造｡围绕增加品种､改进质量､促进清洁生产､提高经济效益和扩大产品出口等方面开展技术改造,大力采用新技术､新工艺､新材料,不断提高企业的工艺技术装备水平,为生产满足顾客需求的高质量钢材产品提供保证｡ 第三,要多渠道筹措资金,加大技术创新投入强度｡既要不断增加企业研究开发经费,又要根据企业发展需要加大购买专利､技术引进和技术改造等非研究开发投入｡ 第四,加强知识产权管理力度,提高科技成果转化率｡一方面,应健全知识产权管理制度,加强专利技术､专有技术及技术秘密等知识产权的开发和利用,在技术创新的过程中将知识产权保护工作贯穿始终,实现有效创新;另一方面,还要推进科技成果产业化进程,积极抓好设备更新､技术配套､工业试验､质量管理､信息收集等基础工作,提高科技成果转化率｡ 第五,要加强现代信息技术的应用,密切跟踪信息技术的发展,在产品开发､设计､制造以及物资采购､市场营销过程中,应积极采用现代信息技术手段,通过运用企业资源计划(ERP)等计算机管理系统,实现企业内部管理的信息化｡同时,应借助网络技术实现商务信息的传输与共享,探索电子商务等新的贸易方式｡(冶金管理) 。