是什么卡住了我国低燃料比高炉炼铁的脖子
摘要：本文提出了我国高炉炼铁低燃料比长期徘徊不降卡脖子的问题，论述了低燃料比高炉炼铁的重大价值，通过近二十年我国高炉炼铁主要指标与国外工业发达国家先进指标的对比分析，得出入炉矿石品位低和渣铁比高是我国低燃料比高炉炼铁卡脖子问题症结所在，最后对解决我国低燃料比卡脖子问题提出了转变理念，调整炉料结构，发展高品质球团矿生产的期望。
关键词：低燃料比炼铁；调整炉料结构；发展高品质球团矿生产
序言
我国钢铁工业的快速发展是众所周知的事，高炉炼铁的发展几乎与粗钢和钢材的发展同步；进入二十一世纪的 2000 年，我国生铁产量为 13049 万吨，到 2010 年生铁的年产量达 59021 万吨，增长了 4.5 倍；2018年生铁产量为 77105 万吨，比 2000 年增长了 5.9 倍，占世界生铁总量的 62.23%。改革开放 40 年来我国钢铁工业取得了巨大的发展，不仅步入了世界钢铁大国的行列，也开始挤进世界钢铁强国之列。但与此同时我国高炉炼铁的燃料比近二十年来总在 540kg/t 左右徘徊，其中 2009~2011 年也曾降低到 520kg/t 的水平， 但近几年又回到了 540kg/t。党的十九大精神指出，绿色发展、高质量发展是钢铁工业跨入新时代发展的两大战略中心。实现高炉炼铁的绿色发展和高质量智能化发展、低碳、低燃料比炼铁是源头，是重中之重。我国近二十年来高炉炼铁的燃料比一直居高不下，停滞在 540kg/t 的水平上，是什么卡了我国低燃料比高炉炼铁的脖子？这个问题值得探讨。
1 低燃料比高炉炼铁的重大价值
低燃料比炼铁就是低碳炼铁，就是节能减排，它是我国进入新时代绿色发展的源头，抓住了低燃料比炼铁即是抓住了绿色发展钢铁工业的核心。据德国蒂森克虏伯钢铁公司的计算，高炉炼铁是钢铁工业各工序排放所占比重最大，钢铁工业各工序 CO2 排放所占比例列于表 1。
表 1 钢铁工业各工序 CO2 排放所占比例（%）
由表 1 可见，低燃料比高炉炼铁对钢铁工业的节能减排有着举足轻重的影响，实现低燃料比高炉炼铁具有以下重大价值：
1). 低燃料比炼铁有效降低 CO2 排放，改善生态环境. 高炉炼铁每燃烧一吨碳，将会产生超出 3000m3 的废气（主要为 CO2），我国近期每年生产7亿吨生铁，目前吨铁燃料比消耗较西方工业发达国家的先进水平高出 60kg 以上，年产7亿吨生铁，燃料总耗高出 60kg*7 亿=0.42 亿吨；每年将多向大气排放 1260 亿m3 废气，对生态环境造成极其重大的影响。
2). 低燃料比炼铁有效提高高炉炼铁的效率. 高炉炼铁燃料比与产量成反比，高炉有效容积利用系数：Vn=I/k 式中：I 为冶炼强度，K 为燃料比。近期高炉炼铁一般保持 1.20 中等冶炼强度，燃料比由530kg/t降低到470kg/t，则Vn=(1.2/0.53)-(1.2/0.47)=2.553-2.264=0.289，即每 m3 有效容积利用系数每天可提高0.289吨铁，我国目前拥有 775200m3 高炉，每年可增产7841.15万吨生铁，创造 156.82 亿元的经济价值。
3). 低燃料比炼铁可有效降低炼铁成本，提高企业经济实效。我国目前的炼铁燃料比较西方工业发达国家吨铁高出 60kg，单位燃料价为 1.8元/kg，即每吨铁高出108 元，也就是每吨铁可降低108元的燃耗成本。全国年产7 亿吨生铁，可降低成本 7*108 亿元=756 亿元。
由以上三个方面的价值可见，新时代高炉炼铁能耗指标向国际先进水平看齐，每年可节约 4200 万吨燃料，少向大气排放 1260亿m3的废气，每年可增产7841.15万吨生铁，创造156.82亿元的经济效益，每年可降低756亿元的生产成本。说明实现低燃料比高炉炼铁对国计民生具有的重大价值。
2 我国高炉炼铁低燃料比的脖子卡在哪里？
我国高炉炼铁的燃料比近二十年来居高不下，在 530~540kg/t 水平，我国重点企业 2000~2018 年高炉炼铁的燃料比与主要冶炼指标列于表 2。
表 2 2000~2018 年高炉炼铁的燃料比与
入炉矿品位状况[1][2][3]
由表 2 数据可见：
（1）我国高炉炼铁的焦比逐年呈下降趋势，煤比逐步呈上升趋势，总的燃料比居高不下，其中 2009~2011三年的燃料比处于最佳阶段，这与那三年的休风率状态有关。
（2）休风率的数据说明近二十年来，高炉设备基本处于稳定运营状态，燃料比近二十年的徘徊于高炉设备的运营状态没有直接关系。
（3）风温自 2007 年以后较前提高了近 100℃的水平。按统计数据提高 100℃的风温会降低焦比 30kg， 但燃料比并未反映出来。
（4）高炉的产量总的曾上升趋势，这符合操作水平的提高带来的结果。
（5）入炉矿品位自 2007 年后由下降趋势，但总体大多数年份的入炉矿品位处于 57%~58%的水平。为了探索我国高炉炼铁燃料比居高不下卡脖子的问题，将西方几个工业发达国家的高炉操作指标列于表 3。
表 3 国外先进的炉料结构与冶炼指标[4][5]
注：美国 19 座高炉中 14 座高炉的炉料结构已采用 100%球团矿（其中包括 60%自熔性球团矿、40%碱性球团矿，燃料比中包括吨铁喷 59kg 天然气和 58kg 煤。）
由表 3 和表 2 的数据对比可见，影响高炉炼铁燃料比最主要的因素是入炉矿品和渣铁比，瑞典的高炉入炉矿品位高达 67%，吨铁渣量低于 160kg，加拿大和美国高炉的燃料比高于瑞典。我国高炉的入炉矿品位总在 57%~58%上下，渣铁比全国平均总在 340kg/t 上下，造成我国高炉炼铁的燃料比居高不下，可见，入炉矿品位低和渣铁比高是我国高炉炼铁燃料比高的卡脖子问题所在。尽管影响高炉炼铁燃料比的因素有风温、富氧、煤气利用率等近二十项，但最基本的是入炉矿品位和渣铁比，故炼铁工作者的最大职责是降低高炉炼铁的渣铁比。
3 我国高炉炼铁实现低燃料比绿色发展的期望
我国大于4000m3高炉的渣铁比2015年为 299.24kg/t，2016 年为 296.71kg/t，近几年4000m3 以上高炉的入炉矿品位稳定在 59~60%，燃料比稳定在 500kg/t 左右；2018 年山西立恒新区高炉配加废钢球 140kg/t，提高了入炉矿品位，产量提高8%，燃料比降低 14kg/t。江苏镔鑫集团高炉 2018 年12月前配加废钢 160kg/t，高炉产量提高了12%，燃料比降低到 460kg/t。这些情况可说明，在我国条件下，只要贯彻精料方针，提高入炉矿品位，降低渣铁比，实现低燃料比炼铁不是不可能的，是大有可为的。
对球团矿的质量而言，全国普遍的问题是品位低，SiO2 含量高，采用这种球团矿炼铁势必造成入炉矿品位低、渣铁比大，燃料比高。但也不是没有好的，像首钢京唐公司、宝钢湛江、武钢鄂州球团矿厂生产的球团矿品位均大于 65.5%，SiO2 含量在 2.85~3.76%。
生产高品质球团矿需要高品位、低SiO2的铁精粉、目前我国发展高品质球团矿缺乏这种铁精粉，2018年1月~10月份大中型矿山企业铁精粉的产量为9231万吨全年产量不足1.2 亿吨[7]，而全国 2018 年球团矿产量为 1.64 亿吨，因此铁精粉有较大的缺口。实际上国产铁精粉有相当部分用于烧结矿生产（估计超过35%）；国产铁精粉的另一个问题是品位不高，SiO2 含量偏高（＞5%），国产铁精粉不足和质量不高可以通过对进口矿再磨再选得到解决。
发展高品质的球团矿生产首先是要转变理念，认识解决长期高炉炼铁燃料比居高不下，卡脖子的问题在于精料不精，炼铁的入炉矿品位太低，渣铁比太高，应调整炉料结构，大力发展高品质球团矿；
第二是要对国产铁矿粉提高加工精度，提高品位，降低SiO2含量，将国产铁精粉转变为用于高品质球团矿生产；
第三是要像山西建邦那样，对进口铁矿粉进行再磨再选，达到含铁品位＞67%，SiO2含量＜3.0%，满足高品质球团矿生产的需求。
目前我国河北、山西和四川地区都在抓大力发展球团矿，设计建设数条大型带式焙烧机球团生产线，笔者相信，我国新时代绿色发展钢铁工业，必将推动高品质球团矿生产的发展，我国高炉炼铁燃料比卡脖子的问题必将会得到解决, 一个赶超低燃料比高炉炼铁世界先进水平的新局面将会在中国出现。