2023年中國非高爐煉鐵行業(yè)現狀及發(fā)展展望

2023-11-08   作者：佚名   網(wǎng)友評論 0 條

天津奧沃冶金技術(shù)咨詢(xún)有限公司

1我國非高爐行業(yè)現狀
 

非高爐冶煉技術(shù)分為直接還原法和熔融還原法。直接還原法是使用煤、氣體或液態(tài)燃料為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度以下，不熔化即將礦石中的氧化鐵還原獲得固態(tài)直接還原鐵( DRI、HBI、HDRI)。按還原劑種類(lèi)可分為氣基還原和煤基還原，按爐型分類(lèi)可分為隧道窯工藝、回轉窯工藝、轉底爐工藝、煤基豎爐工藝、氣基豎爐工藝等。熔融還原法是指不用高爐而在高溫熔融狀態(tài)下還原鐵礦石的方法，其產(chǎn)品是成分與高爐鐵水相近的液態(tài)鐵水。常用的熔融還原方法有Corex法、HIsmelt法、Finex法等。我國非高爐行業(yè)發(fā)展現狀如下：
 

1.1 隧道窯工藝
 

隧道窯工藝相對簡(jiǎn)單、技術(shù)含量低,原料、還原劑、燃料容易解決，前期投資小，適合小規模生產(chǎn)，是粉末冶金行業(yè)普遍使用的還原生產(chǎn)工藝。由于規模小、原料外購為主、得不到穩定的原料供應保證、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大，較少用于煉鋼海綿鐵的生產(chǎn)，僅在個(gè)別鋼廠(chǎng)附屬隧道窯工廠(chǎng)生產(chǎn)煉鋼海綿鐵。
 

當前隧道窯工藝發(fā)展的特征：
 

隧道窯法存在單機產(chǎn)能小、自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強度大、能耗高、環(huán)境污染大的不足。近年對環(huán)保和能耗的日益強化，多數隧道窯從煤炭改為煤制氣或天然氣供能，大幅增加了生產(chǎn)成本。
 

近年來(lái)隨著(zhù)鐵精粉品質(zhì)的提高，高品質(zhì)鐵精粉原料生產(chǎn)的還原鐵粉質(zhì)量?jì)?yōu)異，可應用于高端磁性材料和優(yōu)質(zhì)的化工材料，尤其在新能源電池領(lǐng)域應用有大幅增加，使得高端還原鐵的需求量有所增加，2021年以來(lái)，一些資源優(yōu)勢的地方開(kāi)始再度增加隧道窯生產(chǎn)線(xiàn)，即：著(zhù)重發(fā)展鐵精粉原料的生產(chǎn)線(xiàn)，傳統的氧化鐵皮原料的隧道窯工藝由于原料供應及市場(chǎng)原因呈收縮態(tài)勢。
 

我國隧道窯還原工藝在國外市場(chǎng)得到了一定發(fā)展：伊朗、印度等鐵礦資源豐富且缺乏焦煤的國家引進(jìn)了中國隧道窯工藝技術(shù)生產(chǎn)煉鋼海綿鐵。唐山奧特斯窯爐公司在伊朗Kavian公司一期年產(chǎn)7萬(wàn)噸項目?jì)蓷l206米天然氣隧道窯均正常生產(chǎn)，生產(chǎn)效益良好，廠(chǎng)家順利投建了二期項目；伊朗ＫＮＺ一期項目已經(jīng)完工，2021年6月順利投產(chǎn)。另外，該公司在印度也有隧道窯生產(chǎn)線(xiàn)業(yè)績(jì)。湖北中基窯爐也有在伊朗建設隧道窯的業(yè)績(jì)，還有其它窯爐公司也有非洲建廠(chǎng)業(yè)績(jì)。
 

1.2回轉窯工藝
 

國際上常用的煤基還原技術(shù)多是回轉窯“二步法”直接還原技術(shù)，即：采用氧化球團或高品位塊礦加入回轉窯的還原工藝，印度有300余條年產(chǎn)2-15萬(wàn)噸的回轉窯直接還原鐵生產(chǎn)線(xiàn)，占到印度國內直接還原鐵產(chǎn)量的七成以上比例。
 

采用“一步法”回轉窯直接還原工藝，即用冷固結球團或預干燥球團直接加入到回轉窯中進(jìn)行還原焙燒，由于球團強度不夠，粉化問(wèn)題突出，面臨一定的生產(chǎn)操作問(wèn)題。
 

當前我國回轉窯直接還原工藝發(fā)展的特征：
 

國內回轉窯直接還原鐵生產(chǎn)線(xiàn)寥寥無(wú)幾，原因在于相對于國內高爐而言，生產(chǎn)成本不占優(yōu)勢。天津鋼管公司DAVY回轉窯“二步法”生產(chǎn)時(shí)，單條窯的產(chǎn)能最高達到18萬(wàn)噸，超過(guò)了15萬(wàn)t/年的設計能力，可生產(chǎn)出TFe>92.0%的高品質(zhì)煉鋼海綿鐵，證明回轉窯“二步法”技術(shù)的可靠性。目前，這兩條生產(chǎn)線(xiàn)被內蒙古中盛科技拆走，被用于其年產(chǎn)60萬(wàn)噸（4*15萬(wàn)噸）回轉窯直接還原鐵項目的一期項目，由于公司資金原因，項目建設進(jìn)展緩慢，預計2024年上半年投入運行。
 

回轉窯裝置是常用的冶金裝備、容易獲得，在冶金工業(yè)生產(chǎn)中應用普遍，很多企業(yè)都存在原有回轉窯裝置的改造或拆遷問(wèn)題。
 

回轉窯直接還原工藝技術(shù)被廣泛應用于鋼廠(chǎng)塵泥處理、含鋅渣生產(chǎn)氧化鋅等固廢綜合利用，以及鈦鐵礦還原、鉻鐵礦還原、紅土鎳礦直接還原生產(chǎn)鎳鐵，目前建成并生產(chǎn)運行的回轉窯還原生產(chǎn)線(xiàn)有數百條之多。鋼鐵企業(yè)近年來(lái)鋼廠(chǎng)粉塵利用多是采用回轉窯還原工藝:日鋼、舞鋼、立恒鋼鐵、建邦鋼鐵、美錦鋼鐵、萊鋼、本鋼、晉源、邯鋼、衢州鋼鐵等數十家鋼廠(chǎng)均采用回轉窯粉塵處理工藝。酒鋼煤基氫冶金中試基地(年處理能力8萬(wàn)噸)也是基于煤基氫冶金技術(shù)的回轉窯工藝，經(jīng)調試改造后于2020年10月份開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)試驗，2022年被移交生產(chǎn)部門(mén)進(jìn)入常規生產(chǎn)考核?；剞D窯直接還原法在鉻礦還原、鈦鐵礦的還原生產(chǎn)上也取得了不錯的效果,豐鎮市新太新材料公司采用鏈篦機—回轉窯預還原—熱送熱裝工藝生產(chǎn)高碳鉻鐵，電耗降低25%，焦耗降低近50%，產(chǎn)量提高超過(guò)30%?；剞D窯直接還原鈦鐵礦的工藝過(guò)程也在多家鈦鐵礦生產(chǎn)企業(yè)中生產(chǎn)應用。
 

1.3 轉底爐工藝
 

轉底爐因具有環(huán)形爐膛和可轉動(dòng)的爐底而得名，其原料是鐵礦粉和煤粉制成的含碳球團，經(jīng)配料、混料、制球和干燥后加入轉底爐中，爐膛溫度可達1250~1350℃左右，含碳球團高溫下隨爐底旋轉一周的過(guò)程中，鐵礦被碳快速還原、生成金屬化球團，最后由螺旋出料機推出爐外，經(jīng)冷卻后運往熔分爐作原料、或作電爐煉鋼原料。由于轉底爐生產(chǎn)過(guò)程中煤灰滲入，產(chǎn)品鐵品位較低(一般為70-80%左右)、S高。
 

當前轉底爐工藝發(fā)展的特征：
 

1）轉底爐工藝應用的重點(diǎn)方向在于高爐污泥或除塵灰等鋼廠(chǎng)廢棄物的處理，以及多金屬礦利用。國內還建有多條轉底爐生產(chǎn)線(xiàn)，其中用于復合礦的綜合利用（四川龍蟒、攀鋼研究院）、高鋅含鐵塵泥利用（萊鋼、馬鋼、沙鋼、日照鋼鐵、燕山鋼鐵、寶鋼湛江）、生產(chǎn)預還原爐料（山西翼城、天津榮程）等。
 

2）2015年，中冶賽迪與燕山鋼鐵公司開(kāi)發(fā)設計的處理鋼鐵廠(chǎng)含鋅塵泥的20萬(wàn)噸/年轉底爐投產(chǎn)，實(shí)現脫鋅率＞85%，金屬化率＞75%，獲得約14萬(wàn)噸金屬化球團、0.5萬(wàn)噸氧化鋅粉塵、13萬(wàn)噸蒸汽，每年可處理高爐、轉爐除塵灰等冶金固廢約20萬(wàn)噸，具有很高的經(jīng)濟和環(huán)保價(jià)值。2016年，雙方進(jìn)行第二條生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)發(fā)設計合作。在燕鋼轉底爐項目基礎上，2016年,中冶賽迪和寶武集團聯(lián)合進(jìn)行了轉底爐直接還原技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)，在寶鋼湛江建成了年處理20萬(wàn)噸含鋅粉塵轉底爐生產(chǎn)線(xiàn)，并實(shí)現達標達產(chǎn)，實(shí)現100%固廢不出廠(chǎng)，成為國內轉底爐處理含鋅粉塵的標桿企業(yè)，并在寶武集團內推廣應用，建有多條轉底爐生產(chǎn)線(xiàn)。當前國內正常生產(chǎn)運行大約20余條轉底爐生產(chǎn)線(xiàn)，基本都用于固廢處理。
 

1.4 煤基豎爐工藝
 

煤基豎爐因其產(chǎn)量可以擴大、具備規模優(yōu)勢，一些試驗工廠(chǎng)的指標可以達到煉鋼標準而得到行業(yè)重視，有不少企業(yè)在進(jìn)行煤基豎爐方面的工業(yè)試驗。目前武漢科思瑞迪公司（COSRED）在湖北宜昌建有一座年產(chǎn)1萬(wàn)噸中試生產(chǎn)線(xiàn)，總體裝備運行良好，采用品位70%以上的鐵精粉可生產(chǎn)出全鐵95%以上的海綿鐵，并可生產(chǎn)粉末冶金用的還原鐵產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量好。COSRED煤基豎爐生產(chǎn)操作控制的工藝參數很少，主要為還原溫度和還原時(shí)間，還原溫度通過(guò)燃燒室的燃燒溫度來(lái)進(jìn)行控制和調整，還原時(shí)間通過(guò)還原室下部的排料速度來(lái)進(jìn)行控制和調整。煤基豎爐的生產(chǎn)操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現全自動(dòng)控制，而且生產(chǎn)的穩定性高、易損件少、維護量小。目前已在緬甸擴建一條年產(chǎn)5萬(wàn)噸煤基豎爐海綿鐵生產(chǎn)線(xiàn)，在越南建有一條年產(chǎn)10萬(wàn)噸煤基豎爐海綿鐵生產(chǎn)線(xiàn)。
 

當前煤基豎爐工藝發(fā)展的制約之處在于規模樣本生產(chǎn)工廠(chǎng)數量不多。
 

1.5 氣基豎爐工藝
 

氣基豎爐技術(shù)應用的關(guān)鍵在于低價(jià)氣源的獲得，我國天然氣資源匱乏，在非煉焦煤、天然氣和焦爐煤氣較便宜的地區和企業(yè)，富氫合成氣的成本能否大幅度降低，決定了能否建設大型豎爐直接還原與煤制氣無(wú)焦煉鐵聯(lián)合工藝。而隨著(zhù)國家“雙碳”政策的推動(dòng)，鋼鐵企業(yè)積極開(kāi)展先行先試的改造，投建了一些富氫合成氣直接還原鐵工廠(chǎng)，這些工廠(chǎng)目前試驗性質(zhì)居多，一旦生產(chǎn)順行，成本可控，則發(fā)展前景廣闊。
 

當前氣基豎爐工藝發(fā)展的特征：
 

1）是行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)所在，現有河鋼宣鋼氣基豎爐工廠(chǎng)和即將建成的寶鋼湛江氣基豎爐工廠(chǎng)直接關(guān)系到中國氫冶金技術(shù)的未來(lái)發(fā)展走向。
 

河鋼宣鋼氣基豎爐工廠(chǎng)（河北張宣高科科技有限公司）采用ENERGIRON ZR直接還原工藝，項目含鐵原料計劃采用宣鋼自產(chǎn)氧化球團，產(chǎn)品為直接還原鐵（DRI）。項目一期建設規模55.5萬(wàn)噸/年，計劃采用富氫焦爐煤氣做還原氣，二期建設規模55.5萬(wàn)噸/年，計劃采用天然氣做還原氣。目前一期已經(jīng)于2023年5月建成投產(chǎn)，至今一直生產(chǎn)順利，產(chǎn)品金屬化率可達94%，全鐵能到89%以上。該工程是全球首例富氫氣體（焦爐煤氣）零重整豎爐直接還原氫冶金示范工程，采用“焦爐煤氣零重整豎爐直接還原”工藝技術(shù)。據了解，一期工程每年可減少二氧化碳排放80萬(wàn)噸，減排比例達到70%以上。標志著(zhù)我國鋼鐵行業(yè)由傳統“碳冶金”向新型“氫冶金”的轉變邁出顛覆性、示范性、關(guān)鍵性步伐，將進(jìn)一步引領(lǐng)傳統鋼鐵冶金工藝變革，全面開(kāi)啟綠色、低碳發(fā)展新紀元。
 

寶鋼湛江鋼鐵百萬(wàn)噸級氫基豎爐作為鋼鐵行業(yè)低碳冶金示范性、標志性項目，工程總投資18.9億元，該項目是國內首套百萬(wàn)噸級氫基豎爐，也是首套集成氫氣和焦爐煤氣進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的直接還原生產(chǎn)線(xiàn)，所產(chǎn)直接還原鐵代替廢鋼供轉爐使用。一期百萬(wàn)噸級氫基豎爐工程預計2023年底建成完工。
 

2）多家企業(yè)在進(jìn)行氣基豎爐生產(chǎn)探索或建設，給行業(yè)發(fā)展提供更多選擇。
 

山西中晉太行礦業(yè)公司30萬(wàn)噸焦爐煤氣豎爐直接還原鐵工廠(chǎng)經(jīng)過(guò)多年籌備于2020年11月底全部建成、完成聯(lián)動(dòng)負荷試車(chē)并于2021年6月9日進(jìn)行點(diǎn)火投產(chǎn)，并生產(chǎn)出合格直接還原鐵產(chǎn)品。2022年11月9日，該廠(chǎng)焦爐煤氣重整啟動(dòng)點(diǎn)火，11月13日成功生產(chǎn)出指標合格的熱壓塊鐵（HBI）產(chǎn)品。因鐵精粉原料備貨不足，以及受疫情影響，加上銷(xiāo)售渠道沒(méi)有完全暢通，該廠(chǎng)于12月23日因原料消耗殆盡而停產(chǎn)，期間有效生產(chǎn)天數約40天。目前生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)檢修完畢，等待市場(chǎng)復產(chǎn)機會(huì )。
 

內蒙古自治區明拓集團有限公司，計劃采用米德雷克思的氣基豎爐技術(shù)，以合成煤氣為還原氣，建設年產(chǎn)能力110萬(wàn)噸的還原鐵廠(chǎng)，供應下游電爐生產(chǎn)不銹鋼產(chǎn)品。2022年4月，項目設計合同在內蒙古包頭九原工業(yè)園區舉行簽約儀式。2023年4月15日，國際氫能冶金化工產(chǎn)業(yè)示范區新能源制氫聯(lián)產(chǎn)無(wú)碳燃料配套風(fēng)光發(fā)電一體化示范項目奠基儀式在達茂巴潤工業(yè)園區鋼鐵稀土原料加工園舉行。目前開(kāi)工的一期項目，計劃投資120億元，建設15萬(wàn)標方每小時(shí)再生水電解制氫和1800噸/天動(dòng)態(tài)綠色合成氨系統，配套150萬(wàn)千瓦風(fēng)電場(chǎng)及示范區整體公輔工程，2024年建成投產(chǎn)。
 

另外，黑龍江建龍60萬(wàn)噸氫冶金直接還原項目，四川安寧釩鈦100萬(wàn)噸氫冶金直接還原項目以及京華日鋼控股集團年產(chǎn)50萬(wàn)噸氫冶金及高端鋼材制造項目均有項目建設計劃消息傳出。
 

3)氣基豎爐工藝技術(shù)上不存在問(wèn)題，主要的問(wèn)題在于氣源的成本，低價(jià)氣源的獲得是生產(chǎn)企業(yè)著(zhù)重考慮問(wèn)題。在全球“脫碳”大潮的背景下，在碳減排、碳中和政策推動(dòng)下，改變以煤為主的能源消耗結構，實(shí)現“低碳”甚至“零碳”工藝的產(chǎn)業(yè)化，對我國氣基豎爐工藝技術(shù)的發(fā)展挑戰與機遇并存。
 

1.6 熔融還原工藝
 

熔融還原煉鐵的產(chǎn)品也是鐵水，備受鋼鐵企業(yè)關(guān)注。目前，寶鋼新疆八一鋼鐵的歐冶爐已步入常規生產(chǎn)、山東墨龍公司ML-HIsmelt熔融還原煉鐵生產(chǎn)裝置在運行中，建龍內蒙古賽思普科技有限公司熔融還原鐵生產(chǎn)線(xiàn)已建成出鐵，邢鋼熔融還原爐裝置正在建設中。
 

當前熔融還原煉鐵工藝發(fā)展的特征：
 

1）寶鋼新疆八一鋼鐵的歐冶爐已步入常規生產(chǎn),具備推廣價(jià)值。
 

2012年寶鋼集團公司將上海寶山一座COREX 3000搬遷到新疆八一鋼鐵公司，搬遷同時(shí)將其設備及工藝軟、硬件全部國產(chǎn)化設計制造，更名為歐冶爐，設計產(chǎn)能150萬(wàn)噸/年。新疆八鋼歐冶爐歷經(jīng)不斷改造創(chuàng )新，從原來(lái)只吃精料到原料選擇范圍不斷擴大，設備運行趨于穩定，產(chǎn)量屢創(chuàng )新高。2019-2022年實(shí)現了冬季的持續穩定生產(chǎn)運行，年產(chǎn)量穩定在100-120萬(wàn)噸。2023年3月初歐冶爐停爐啟動(dòng)耐火材料中修，6月初重新開(kāi)爐，當前日均產(chǎn)量穩定在4000噸/天。當前歐冶爐的冶金焦比逐步降至月均124kg/t，周均最低118kg/t，燃料比月均838kg/t，鐵水硅素降至0.9%以下，鐵水物理熱穩定，月均作業(yè)率93%。其中月作業(yè)率最優(yōu)達到99.45%，月產(chǎn)量最高達到11.4萬(wàn)噸。該廠(chǎng)的鐵水成本比本廠(chǎng)高爐低150元左右，已經(jīng)具備了技術(shù)推廣條件。
 

2）MS-HISmelt工廠(chǎng)市場(chǎng)關(guān)注度高，已經(jīng)在鋼廠(chǎng)中推廣應用
 

 2012年將澳大利亞奎那那HISmelt工廠(chǎng)整體搬遷到山東墨龍,創(chuàng )新優(yōu)化后于2016年6月建成投產(chǎn)，目前實(shí)際產(chǎn)量60萬(wàn)噸左右。設備不間斷作業(yè)最高實(shí)現157天連續生產(chǎn)，各項指標均超澳大利亞原工廠(chǎng)。鐵水產(chǎn)品脫硫后滿(mǎn)足高端鑄造產(chǎn)品的需求：產(chǎn)品高純鑄造生鐵含磷量低（平均在0.015%~0.03%），含硅、錳及五害元素（鉛、錫、砷、銻、鉍）含量非常低，脫硫后滿(mǎn)足高端鑄造產(chǎn)品的需求。2023年2月6日，山東墨龍石油機械股份有限公司與河北邢鋼科技有限公司正式就HIsmelt熔融還原技術(shù)在冶煉領(lǐng)域的推廣與應用簽署合同，這是山東墨龍就HIsmelt 熔融還原技術(shù)推廣后簽下的第一單。2023年9月28日，山東墨龍發(fā)布消息稱(chēng)與馬格南礦業(yè)與開(kāi)發(fā)有限公司達成初步合作意向，開(kāi)啟海外市場(chǎng)推廣應用的新篇章。
 

在借鑒墨龍Hismel熔融還原工藝的基礎上引入氫氣還原概念，北京建龍重工集團開(kāi)發(fā)出賽思普工藝。2019年9月北京建龍重工集團內蒙古賽思普科技有限公司投資10.9億元的30萬(wàn)噸氫基熔融還原法高純鑄造生鐵項目開(kāi)工建設；2021年4月13日，內蒙賽思普CISP于成功出鐵。該項目是設計年還原用氫1萬(wàn)噸，可減少二氧化碳排放量11.2萬(wàn)噸/年。與傳統高爐工藝相比，賽思普工藝取消了傳統高爐必不可少的燒結工藝和焦化等工序，可實(shí)現二氧化硫和氮氧化物排放量減少38%，粉塵排放量減少89%，無(wú)二噁英和酚氰廢水排放。主導產(chǎn)品為高純鑄造生鐵和超高純鑄造生鐵，產(chǎn)品與常規高爐鐵水比，它有低磷、低硫，低硅、低碳、低有害元素的優(yōu)點(diǎn)，可應用于風(fēng)電、核電、高鐵等高端鑄件領(lǐng)域。項目投產(chǎn)以來(lái)，企業(yè)日產(chǎn)高純生鐵最高達1800噸。2023年上半年，公司對該項目進(jìn)行了改造升級，產(chǎn)能規模改造成60萬(wàn)噸，并計劃于10月份重新投入生產(chǎn)。
 

邢臺鋼鐵有限公司計劃開(kāi)工建設3座ML-Hismelt 熔融還原爐，單臺設備產(chǎn)能55萬(wàn)噸/年直接還原鐵，合計產(chǎn)能165萬(wàn)噸/年直接還原鐵,建設地點(diǎn)在威縣城東工業(yè)區。2022年 7月28日，項目獲得環(huán)評批復。2023年2月6日，河北邢鋼科技有限公司與山東墨龍石油機械股份有限公司，正式就HIsmelt熔融還原技術(shù)應用簽署合同。正式開(kāi)啟邢臺鋼鐵有限責任公司轉型升級搬遷改造項目中的HIsmelt熔融還原項目。4月份開(kāi)始項目實(shí)施單位招標、開(kāi)工，計劃于2024年5月一期一步投產(chǎn)，2024年8月一期二步投產(chǎn)，2024年11月二期投產(chǎn)。
 

另外，撫順新鋼鐵有限責任公司煉鐵高爐升級改造項目擬采用ML-HIsmelt熔融還原技術(shù)。擬于2024年10月開(kāi)工建設35萬(wàn)噸Hismelt熔融還原爐1座，產(chǎn)能32.5萬(wàn)噸。擬投產(chǎn)時(shí)間2025年10月。廣西翅翼鋼鐵有限公司鋼鐵產(chǎn)業(yè)升級項目產(chǎn)能置換方案中擬建1套Hismelt非高爐煉鐵裝置，目前尚在考慮中。信通首承公司80萬(wàn)噸熔融還原鐵項目也在報批籌建中。
 

3）新的熔融還原工藝也在持續進(jìn)行探索試驗
 

山東大學(xué)和燕山鋼鐵基于“煤氣化過(guò)程協(xié)同還原鐵工藝技術(shù)”，將相對成熟的煤粉流態(tài)化制氣工藝與鐵礦粉流態(tài)還原/熔融還原工藝結合起來(lái)，以普通鐵礦粉、非焦煤煤粉為原料，2020年6月，在燕山鋼鐵落地建設年產(chǎn)10萬(wàn)噸鐵水中試項目，2021年12月項目建設完成，并進(jìn)行了煤氣化的生產(chǎn)測試。
 

遼寧孺尚億熔爐科技有限公司，利用自有技術(shù)、自有資金，經(jīng)過(guò)多年籌建建成30萬(wàn)噸熔融試驗爐，爐子已建成，2021年末因暴雪廠(chǎng)房坍塌、后續資金困難，生產(chǎn)難以為繼。
 

2 我國非高爐冶煉技術(shù)面臨的機遇與挑戰
 

通過(guò)上面的介紹，在全球發(fā)展低碳經(jīng)濟的背景下，我國非高爐冶煉行業(yè)已經(jīng)形成了多工藝裝備、工藝路線(xiàn)齊頭并進(jìn)的創(chuàng )新發(fā)展趨勢：1）煤基直接還原技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)轉向為粉末冶金、固廢資源綜合利用、多金屬礦處理以及低品位礦等難選礦的處理上，更大程度地提升原有產(chǎn)品的價(jià)值，深度挖潛、變廢為寶。2）氣基豎爐單套設備產(chǎn)量大、不消耗焦煤，節能、環(huán)境友好、低能耗、低CO2排放，氣基還原技術(shù)是產(chǎn)品質(zhì)量?jì)?yōu)良的低碳綠色先進(jìn)煉鐵技術(shù)。氣基豎爐直接還原法是當今世界上的主流直接還原工藝，全球采用氣基豎爐直接還原工藝生產(chǎn)的海綿鐵占比≥75%。氣基還原工藝因其在節能減排、低碳環(huán)保方面的作用受到政策層面支持，發(fā)展氣基還原具有積極意義，是國家著(zhù)重鼓勵發(fā)展的技術(shù)。3）熔融還原煉鐵工藝因為省去了燒結及焦化兩個(gè)環(huán)節，產(chǎn)品也是鐵水，能降低產(chǎn)線(xiàn)投資成本及運行成本，備受鋼鐵企業(yè)關(guān)注。
 

2.1 行業(yè)發(fā)展面臨的機遇
 

2.1.1 國家戰略需要雙碳政策引發(fā)氫冶金熱
 

碳冶金是鋼鐵工業(yè)代表性的發(fā)展模式，冶煉的基本反應式為Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2，碳作為還原劑并生成產(chǎn)物二氧化碳。而氫冶金的概念是基于碳冶金的概念提出的，氫冶金的基本反應式為Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O，氫氣充當了還原劑且產(chǎn)物是水，二氧化碳的排放量為零。碳達峰與碳中和的大背景下，全球興起低碳經(jīng)濟發(fā)展和“脫碳”大潮，氫冶金工藝因其低碳低能耗特征受到業(yè)內關(guān)注，熱度大增。
 

氫氣來(lái)源分為灰氫、藍氫、綠氫?；覛涫峭ㄟ^(guò)化石燃料（例如石油、天然氣、煤炭等）燃燒產(chǎn)生的氫氣，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )有二氧化碳等排放。藍氫是將天然氣通過(guò)蒸汽甲烷重整或自熱蒸汽重整制成。綠氫是通過(guò)使用再生能源（例如太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等）制造的氫氣，例如通過(guò)可再生能源發(fā)電進(jìn)行電解水制氫，在生產(chǎn)綠氫的過(guò)程中，完全沒(méi)有碳排放。我國氫氣來(lái)源目前仍以煤制氫為主（即灰氫），占比高達63.5%，工業(yè)副產(chǎn)制氫為 21.2%，天然氣制氫為 13.8%，水電解制氫占比僅為1.5%。
 

煤制氫技術(shù)包括煤的焦化制氫和煤的氣化制氫。煤的焦化是以制取焦炭為主，焦爐煤氣是副產(chǎn)品，其主要成分為氫氣（59.3%）、甲烷（18.8%）、一氧化碳 （7.8%）、水（6.4%）等；煤氣化制氫是指煤和水蒸氣在一定溫度下發(fā)生反應得到合成氣，再通過(guò)對合成氣中的 CO 做轉化處理，將合成氣全部轉化為氫氣。目前，利用煤制氫主要是通過(guò)煤的氣化來(lái)制取氫氣。
 

我國現有的氫冶金技術(shù)中，富氫還原高爐與氣基直接還原豎爐兩類(lèi)工藝發(fā)展逐漸受到行業(yè)的認可。氣基直接還原豎爐即通過(guò)使用氫氣與一氧化碳混合氣體代替一氧化碳作為還原劑，將鐵礦石轉化為直接還原鐵（DRI），之后再投入電爐進(jìn)一步冶煉。短期內氣基直接還原豎爐工藝將會(huì )是我國主流氫冶金技術(shù)手段，該工藝的進(jìn)一步成熟化也將是行業(yè)的主要探索方向。鋼鐵行業(yè)向低碳技術(shù)轉型，給綠色、節能、環(huán)保的富氫冶金氣基豎爐技術(shù)帶來(lái)了難得的機會(huì )。
 

2.1.2傳統高爐煉鐵流程耗能大、污染嚴重 非高爐煉鐵技術(shù)、電爐短流程煉鋼是方向

傳統的高爐-焦化-燒結煉鐵流程中，由于每噸燒結礦排出高溫廢氣量達6000m3以上，燒結煙粉塵（包括PM10、PM2.5）、SO2、NOX排放量占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)排放總量的6成以上；由于焦爐出焦、熄焦過(guò)程有大量煙粉塵排放，焦化廠(chǎng)的煙粉塵排放量占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)排放總量的3成以上；而且焦化廠(chǎng)的SO2、氨、苯、苯并吡等對人體、生物有毒害的廢氣排放量占企業(yè)排放總量的8成以上。燒結機、焦化廠(chǎng)的污染物排放量占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)排放總量的一半以上，二者是鋼鐵生產(chǎn)流程中最大的污染源。由于煉焦對環(huán)境具有毀滅性的破壞作用，西方國家已經(jīng)關(guān)停了9成煉焦設備。因此，降低焦比、提高球團比、降低燒結礦比例，是傳統鋼鐵流程節能減排最有效的途徑。
 

鋼鐵工業(yè)走轉型升級、低碳綠色發(fā)展之路是必然趨勢。采用廢鋼-DRI-電爐煉鋼，可以節能一半以上，同時(shí)減少污染物排放量7成以上，固廢渣量也可以減少7成以上。2020年《鋼鐵產(chǎn)能置換實(shí)施辦法》（征求意見(jiàn)稿）公布，其中大力鼓勵鋼企發(fā)展電爐短流程煉鋼，意味著(zhù)后期發(fā)展電爐煉鋼將是一種趨勢，更是完成節能減排的重要措施。電爐短流程煉鋼將成為國家鋼鐵行業(yè)“十四五”期間重點(diǎn)的政策鼓勵方向之一。“十四五”發(fā)展期間，全國鋼鐵工業(yè)廢鋼比要達到30%，電爐鋼比例要提升至20%。
 

越來(lái)越多的廢鋼資源做為煉鋼原料被應有到鋼鐵生產(chǎn)中，預計“十四五”末鋼企廢鋼量使用量有望達到3億噸/年。根據中國工程院咨詢(xún)項目研究數據：到2025年，我國鋼鐵蓄積量將達到120億噸，廢鋼資源年產(chǎn)出量將達到2.7―3億噸。2030年，我國鋼鐵蓄積量將達到132億噸，廢鋼資源年產(chǎn)出量將達到3.2―3.5億噸。2020年12月30日，生態(tài)環(huán)境部、發(fā)改委、海關(guān)總署、商務(wù)部、工信部聯(lián)合發(fā)文《關(guān)于規范再生鋼鐵原料進(jìn)口管理有關(guān)事項的公告》，符合《再生鋼鐵原料》（GB/T 39733-2020）標準的再生鋼鐵原料，不屬于固體廢物，可自由進(jìn)口，自2021年1月1日起實(shí)施，進(jìn)口正式放開(kāi)！
 

而做為調節廢鋼冶煉過(guò)程中鋼水成分的優(yōu)質(zhì)原料，勢必將增加直接還原鐵的用量，促進(jìn)非高爐煉鐵行業(yè)的發(fā)展。直接還原—電爐短流程（或直接還原與大型鑄鋼的對接）生產(chǎn)工藝將為大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的轉型升級提供技術(shù)和生產(chǎn)的有力支持。
 

2022年1月，工信部、科技部、自然資源部等三部委聯(lián)合發(fā)布《“十四五”原材料工業(yè)發(fā)展規劃》，原材料工業(yè)包括石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材等行業(yè)。這是我國首次將原材料工業(yè)整合起來(lái)做一個(gè)規劃，旨在根據產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段和技術(shù)進(jìn)步的特點(diǎn)，增強規劃的系統性、整體性、協(xié)同性，促進(jìn)行業(yè)間耦合共生發(fā)展。在“十四五”期間需要完成的五大工程中就包括有“低碳制造試點(diǎn)工程”。低碳制造試點(diǎn)工程包括內容為：組織研發(fā)重質(zhì)劣質(zhì)油加工及高效轉化利用、大型高效節能先進(jìn)煤氣化、以二氧化碳為原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品、富氫碳循環(huán)高爐、氫能窯爐、氫基直接還原等技術(shù)。鋼鐵行業(yè)推廣鋼鐵循環(huán)材料使用、近終形短流程鑄軋、低品位資源生物冶金等低碳技術(shù)。組織實(shí)施氫冶金、非高爐煉鐵等低碳冶煉試點(diǎn)項目，開(kāi)展低碳水泥、氫能窯爐及固碳建材試點(diǎn)。目標——到2025年，鋼鐵、有色金屬、建材等重點(diǎn)行業(yè)碳排放總量控制取得階段性成果。
 

2022年2月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會(huì )、生態(tài)環(huán)境部三部門(mén)近日聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導意見(jiàn)》?！吨笇б庖?jiàn)》提出到2025年，鋼鐵工業(yè)基本形成布局結構合理、資源供應穩定、技術(shù)裝備先進(jìn)、質(zhì)量品牌突出、智能化水平高、全球競爭力強、綠色低碳可持續的高質(zhì)量發(fā)展格局。其中，行業(yè)研發(fā)投入強度達到1.5%，每年突破3-5種關(guān)鍵短板鋼鐵材料，鋼鐵短板材料比重下降到1％以下，實(shí)現關(guān)鍵鋼鐵材料的自主保障。氫冶金、非高爐煉鐵、潔凈鋼冶煉、無(wú)頭軋制等前沿技術(shù)取得突破進(jìn)展。
 

2.1.3 全球直接還原鐵產(chǎn)銷(xiāo)兩旺發(fā)展氫冶金技術(shù)已是全球共識
 

隨著(zhù)全球節能環(huán)保思想的高度統一，不同地區和國家對直接還原鐵的重視程度日益加深，發(fā)展氫冶金技術(shù)已是全球共識，全球直接還原鐵產(chǎn)量已經(jīng)持續突破了億噸水平。根據MIDREX公布的全球直接還原鐵產(chǎn)量數據：2022年世界直接還原鐵產(chǎn)量達1.2736億噸，比2021年的1.192億噸增長(cháng)了約6.9%，創(chuàng )造新的年產(chǎn)量記錄。2022年全球直接還原鐵產(chǎn)量TOP5地區依次為印度、伊朗、俄羅斯、沙特阿拉伯、墨西哥，產(chǎn)量分別為4355萬(wàn)噸、3290萬(wàn)噸、766萬(wàn)噸、648萬(wàn)噸、584萬(wàn)噸。
 

印度和伊朗的年產(chǎn)量再度超過(guò)全球年產(chǎn)量的一半：其中印度繼續保持其直接還原鐵全球產(chǎn)量第一的記錄--產(chǎn)量4355萬(wàn)噸，增長(cháng)了11.4%，其中煤基產(chǎn)量3539萬(wàn)噸，氣基產(chǎn)量816萬(wàn)噸。根據印度海綿鐵制造協(xié)會(huì )數據（SIMA）,回轉窯產(chǎn)量在繼2019-2020年增長(cháng)27.9%、2021年增長(cháng)18.8%之后，2022年增長(cháng)18%。伊朗2022年DRI產(chǎn)量3290萬(wàn)噸，全部是天然氣氣基工藝，比2021年增長(cháng)了3.3%。MIDREX®工藝占伊朗DRI產(chǎn)量的90%，PERED工廠(chǎng)產(chǎn)量估計為276萬(wàn)噸。
 

我國建成了全球產(chǎn)業(yè)鏈最完備、規模最大的鋼鐵產(chǎn)業(yè)體系。在新冠疫情沖擊、全球產(chǎn)業(yè)鏈重構的背景下，我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈相對完整、技術(shù)自主性比較強的優(yōu)勢進(jìn)一步凸顯。我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈完備，產(chǎn)能供需基本平衡。2022年我國粗鋼產(chǎn)量10.13億噸，同比下降2.1%，連續第二年下降。全年折合粗鋼表觀(guān)消費量9.60億噸，同比下降3.4%。2022年鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)集中度大幅上升。2022年，我國鋼產(chǎn)量排名前10位的企業(yè)合計產(chǎn)量為4.34億噸，占全國鋼產(chǎn)量的42.8%，比2021年提升1.36個(gè)百分點(diǎn)；排名前20位的企業(yè)合計產(chǎn)量為5.72億噸，占全國鋼產(chǎn)量的56.5%，比2021年提升1.59個(gè)百分點(diǎn)。中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì )數據顯示，2022年我國鋼鐵工業(yè)綠色轉型取得明顯成效，重點(diǎn)統計會(huì )員鋼鐵企業(yè)噸鋼耗新水降至2.44立方米，同比下降0.7%；噸鋼二氧化硫排放量為0.24千克，同比下降19.8%；噸鋼顆粒物排放量為0.28千克，同比下降18.3%；噸鋼氮氧化物排放量為0.46千克，同比下降12.4%。同時(shí)，重點(diǎn)統計會(huì )員鋼鐵企業(yè)節能、環(huán)保類(lèi)投資371.44億元，同比增長(cháng)12.0%，占固定投資額比重為29.2%。由于鋼鐵生產(chǎn)旺盛，帶動(dòng)了對礦石、生鐵、廢鋼等原料的需求，2022年我國直接還原鐵進(jìn)口量達168萬(wàn)噸。
 

2.1.4 規?；a(chǎn)直接還原鐵的資源和技術(shù)條件已經(jīng)具備 
 

制約我國非高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展的主要問(wèn)題在于資源和技術(shù)兩方面的約束：資源約束主要是缺少高品位精礦粉和缺少天然氣，技術(shù)方面的約束主要是非天然氣為原料的氣基豎爐生產(chǎn)直接還原鐵方法還沒(méi)有成熟經(jīng)驗。
 

經(jīng)過(guò)我國冶金科技工作者的持續努力和科技公關(guān)，高品位鐵精礦選礦技術(shù)已經(jīng)在實(shí)踐生產(chǎn)中普遍推廣使用，遼寧朝陽(yáng)地區、安徽六安、山西黎城等優(yōu)質(zhì)礦粉產(chǎn)地，可以生產(chǎn)出71.5%品位的高品質(zhì)超純鐵精粉，而氣基豎爐所需要的品質(zhì)68-70%的鐵精粉對選礦生產(chǎn)技術(shù)而言，早就不是難事，增加的選礦成本也僅有幾十元。天然氣資源問(wèn)題可以用煤化工副產(chǎn)氣取代并進(jìn)行富氫轉換，在技術(shù)上可行，用煤制氣得到還原氣的成本可低于天然氣轉化，這就具備了規模生產(chǎn)直接還原鐵的條件。
 

2.2 我國非高爐行業(yè)尚處在起步階段面臨的困難依然艱巨
 

我國高爐生產(chǎn)技術(shù)成熟，傳統地位牢固，鋼鐵企業(yè)主動(dòng)轉型動(dòng)力不足。而我國非高爐行業(yè)還處在起步階段，不少項目還沒(méi)有建成，實(shí)際生產(chǎn)數據不足，缺乏樣板效應。非高爐冶煉技術(shù)與成熟的高爐工藝相比，生產(chǎn)成本優(yōu)勢體現尚不明顯。迫于當前雙碳政策壓力，鋼鐵企業(yè)對非高爐行業(yè)的關(guān)注度增加，但更多還是在猶豫觀(guān)望，非高爐行業(yè)發(fā)展面臨的困難依然艱巨。
 

2.2.1 缺乏廉價(jià)的氣源
 

國際上氣基豎爐企業(yè)較多的地區多是位于石油天然氣豐富的地方，有著(zhù)廉價(jià)的天然氣資源，而我國天然氣匱乏，成本較高。當前國內的制氣技術(shù)更多是依據鋼廠(chǎng)副產(chǎn)氣或化工副產(chǎn)氣來(lái)開(kāi)展工作，技術(shù)上可行，但成本上是否經(jīng)濟？這還需要生產(chǎn)實(shí)踐檢驗。
 

2.2.2 我國碳排放市場(chǎng)剛剛起步鋼鐵尚未納入
 

我國碳市場(chǎng)2021年進(jìn)入配額現貨交易階段，2021年全年碳排放配額成交量累計1.79億噸，目前只包括發(fā)電企業(yè),剛剛起步。2023年上半年，全國碳市場(chǎng)交易價(jià)格掛牌協(xié)議成交價(jià)格在64.00-75.00元/噸區間內震蕩，日均收盤(pán)價(jià)為69.07元/噸。未來(lái)，碳市場(chǎng)將覆蓋到發(fā)電、石化、化工、建材、鋼鐵、有色金屬、造紙和國內民用航空八大行業(yè)。預計下一個(gè)納入碳排放交易的對像會(huì )是鋼鐵。
 

根據中國碳排放數據庫（CEADs），我國鋼鐵行業(yè)碳排放量占全球鋼鐵行業(yè)的60%以上，占全國碳排放總量的18%左右。鋼鐵行業(yè)是我國制造業(yè)碳排放量最高的行業(yè)。
 

根據美國環(huán)境保護署估算，碳排放的社會(huì )成本為每噸41美元，而若想單純通過(guò)碳排放交易實(shí)現溫室氣體減排，則碳價(jià)應該至少高于碳排放的邊際社會(huì )成本。世界銀行在《State and Trends of Carbon Pricing 2020》中提出，為實(shí)現《巴黎協(xié)定》目標，全球各國到 2030年碳價(jià)格至少要達到每噸50到100美元。而根據 IMF 經(jīng)濟學(xué)家 Ian Parry 的測算，考慮2030年的減排承諾及市場(chǎng)碳價(jià)的彈性系數，中國實(shí)現《巴黎協(xié)定》減排承諾所需要的碳價(jià)約為47美元/噸，遠高于我國預期碳交易市場(chǎng)價(jià)。
 

2.2.3產(chǎn)業(yè)政策模糊，缺乏具體可操作的政策支撐
 

一個(gè)行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)政策的支持，雖然國家多年來(lái)一直對于非高爐行業(yè)給予鼓勵，但缺乏具體的、可操作的政策支持。例如，目前鋼鐵行業(yè)需要有產(chǎn)能指標才能獲得建廠(chǎng)許可，而由于非高爐冶煉技術(shù)種類(lèi)較多，一些技術(shù)還處在試驗推廣或研發(fā)應用階段，企業(yè)能夠選擇采用該技術(shù)已在承擔風(fēng)險，如果還需要費很大力氣去獲得產(chǎn)能指標，使得企業(yè)不得不知難而退。由于缺乏鋼鐵產(chǎn)能指標，限制了某些非高爐冶煉工項目的落地。
 

我國天然氣資源匱乏，氣基豎爐工藝的工業(yè)應用難重點(diǎn)在于工業(yè)副產(chǎn)氣或煤制氣能否轉換成合格的還原用氣，由于幾乎沒(méi)有可參考的現成技術(shù)案例，而現有的政策也沒(méi)有具體的鼓勵措施，尚需在國家政策上進(jìn)一步突破。
 

3 行業(yè)發(fā)展建議
 

非高爐煉鐵技術(shù)是前瞻性技術(shù)，對國家鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要意義逐漸顯現，國內主要的鋼鐵企業(yè)已經(jīng)介入到這個(gè)領(lǐng)域中，開(kāi)展了先行先試的嘗試，行業(yè)發(fā)展前景廣闊。
 

3.1 具體政策支持
 

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