钢铁工业绿色发展，瓶颈何在？如何破题？

来源：中国金属学会

事件

9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表的重要讲话内容——“中国将加大国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，勾勒出了我国未来绿色发展的时间表和路线图。中国作为最大的发展中国家，推进低碳绿色发展，不仅是立足于自身国情和实际的考量，更是立足于为全球应对气候变化做出中国贡献的大国担当。

当前，绿色化钢铁面临两大课题：一是源头治理，发展以氢冶金为代表的低碳或无碳炼铁新流程；二是改变钢铁原料结构，根据不同国家的资源特点与发展趋势，开发低成本废钢熔炼技术，大幅降低铁钢比。

尽管氢冶金有无比美妙的发展前景，但在大规模工业化廉价制氢技术开发成功之前，很难形成工业化钢铁新流程。而根据我国资源条件，尽快改变国内钢铁工业的原料结构，实现节能减排已成为迫在眉睫的发展目标。

深度

铁钢比高是我国绿色钢铁发展瓶颈

表1  2018年~2019年世界十大废钢进出口国废钢贸易情况

表1展示了国际废钢贸易概况。2019年，全球废钢出口总量为9945万吨，进口总量为9996万吨。在全球十大废钢进出口国家中，英国、法国、日本、加拿大、澳大利亚等发达国家均是废钢出口国；土耳其、印度、越南和孟加拉等发展中国家均是废钢进口国。在废钢贸易大国中，美国的出口额是进口额的4.14倍，德国为2.15倍，韩国和比利时进出口平衡。这进一步证明，在世界范围内，直接出口废钢的利润高于采用废钢用电炉生产钢铁的利润。这也就形成了废钢资源丰富的发达国家向资源匮乏的发展中国家大量出口废钢的格局。

转炉高废钢比、高效化冶炼工艺兼具提效降本优势

2016年，国内废钢产量约为1.6亿吨，其中8000万吨用于炼钢生产，1000万吨~1560万吨用于铸造，6500万吨用于“地条钢”生产。当年，我国政府严厉打击“地条钢”，废钢价格大幅降低。这引发了国内转炉研发高废钢比冶炼和大量建设电炉的两大技术热潮。

2016年至今，短短4年内，我国转炉高废钢比、高效化冶炼技术的开发迅速兴起，开发出第一代和第二代高废钢比、高效化冶炼技术，目前正在进行第三代技术开发。

第一代技术的特点是采用多元化废钢装入制度，分别在铁水罐、转炉和钢包中加入适量废钢，解决高废钢比冶炼带来的装入困难；采用各种方法预热废钢，实现入炉废钢全预热；少渣冶炼，提高转炉热效率；全流程高效化生产，提高转炉生产效率。

第二代技术在第一代技术的基础上，简化废钢加入工艺，优化废钢预热方法。第二代技术采用炉前预热废钢，以废钢料斗加入为主、高位料仓预热废钢加入为辅的废钢预热和加料工艺。废钢预热采用明焰燃烧，尚未采用去除二噁英等污染物的清洁燃烧技术。

第三代技术目前尚处于研发过程中，目标是实现转炉废钢比≥40%。主要需要解决的关键技术：一是预热废钢一次性快速加入技术；二是高效燃烧和均匀加热技术，预热后废钢温度≥800℃，废钢预热效率≥68%；三是清洁燃烧技术，有效控制燃烧产物中二噁英等污染物排放量；四是解决废钢预热中因局部过热或软熔造成预热废钢粘结的技术难题。

近几年国内转炉高废钢比、高效化冶炼技术的兴起，为全世界提供了新的废钢熔炼技术和经验，也为今后开发适宜灵活调整炉料结构的新型转炉工艺和装备技术打下基础。转炉高废钢比、高效化冶炼工艺的技术创新包括：

一是在全世界首先开发应用了炉外废钢预热技术，未采用电炉用废烟气直接预热废钢工艺，而是采用外部煤气燃烧预热废钢，转炉煤气正常回收。生产实践已证明，在废钢比40%条件下，可节约转炉煤气量60%；废钢预热热效率比在线预热工艺提高1倍。

二是废钢炉外预热可以有效补偿转炉热量，第一、第二代工艺的生产实践已证明，入炉废钢全预热，可确保转炉废钢比≥30%、铁钢比≤0.8。

三是采用转炉高废钢比、高效冶炼工艺的实践也证明，转炉生产效率可提高30%~50%：冶炼周期从40分钟~45分钟缩短到20分钟~35分钟，日产炉数从40炉/炉提高到50炉/炉~60炉/炉，并带动炼钢流程的高效化生产。

四是采用转炉高废钢比、高效冶炼工艺后，废钢的熔化成本从电炉的250元/吨~300元/吨降低到30元/吨~70元/吨（随各厂煤气价格波动）。转炉炼钢的辅料消耗和渣量可降低30%。

表2  各种废钢熔炼技术的工艺比较

表2对传统转炉、现代化电炉和第一、二、三代转炉高废钢比、高效化冶炼工艺进行了比较。

从表2可以看出，开发和完善转炉高废钢比、高效化冶炼工艺，不仅解决了转炉废钢比低的技术难题，而且和目前最先进的电炉指标相比，可以大幅降低废钢熔化成本，提高转炉生产效率和降低生产成本（减少渣量和辅料消耗）。这解决了电炉采用高废钢比冶炼面临的生产成本高，缺乏市场竞争力，产品质量和规格品种受限，市场不足以及废钢价格偏高等技术困难，有利于国内大幅提高废钢比，降低铁钢比，实现钢铁工业绿色化发展的要求。

3点政策建议

一是根据我国钢铁工业的流程特点和今后的发展趋势，今后5年~10年应把降低铁钢比、提高废钢比作为绿色钢铁的发展重点，尽快把国内铁钢比降低到世界平均水平。

二是在产业政策方面，应根据国家绿色化的发展目标和规划，有计划地关停部分高炉，降低生铁产量。大力鼓励各钢铁企业努力提高废钢用量，鼓励用废钢置换生铁产能，尽快降低各钢铁企业的铁钢比。

三是积极鼓励国内钢铁企业大力开展自主创新，适当安排部分国家级科技资金和重点攻关项目开展转炉高废钢比、高效化冶炼新工艺与装备技术的科研开发工作，促进国内转炉炼钢技术达到国际领先水平。

中国冶金报 中国钢铁新闻网

刘浏