高爐鍊鐵

鋼鐵不論是在樓層建造還是在鐵路建設中，都是不可缺少的一種重要資源。對於鋼鐵的製造而言有着基本有兩個流程，其中一項重要的流程生產生鐵，高爐鍊鐵即是中國主要使用的鍊鐵工藝。近些年，中國的高爐鍊鐵技術快速發展，不斷向自動化、大型化、高效化前進，以低成本、低消耗、低污染為目標。但相較於國外先進的高爐鍊鐵技術卻有着一些阻礙中國高爐鍊鐵技術發展的不良因素。 ^[2] 

從20世紀的最後10年開始，中國鋼鐵工業進入了一個快速發展的階段。1995年中國生鐵產量超過了1億t(1.0529億t)。隨後，1996年的鋼產量達到了1.0124億t。2001年中國產鋼1.5163億t，2003年產鋼2.2234億t，2005年產鋼3.4936億t。2006年創造了4.1878億t粗鋼和4.0416億t生鐵的紀錄。10年間中國鋼鐵工業的年生產能力翻了兩番。

中國鋼鐵工業快速發展的主要驅動力是中國經濟快速增長導致的國內市場對鋼鐵產品的大量需求。中國經濟的快速增長表現為GDP和IFA(固定資產投資)的高速增長。

與1998年相比，2006的鋼產量增長率為365. 46%，高於同期的GDP增長率。但是，同期固定資產的增長率高於鋼產量的增長率。這説明固定資產投資在決定中國國內的鋼鐵產品消費上起重要作用。

鋼鐵產量的快速增加打破了上游供應鏈的平衡，引起了鐵礦石和焦炭的短缺。鋼鐵產量的增加主要來自新湧現的小高爐和小鋼廠。這導致了不合理的鋼鐵產業結構、對資源的大量需求和對全球環境的巨大沖擊。中國鋼鐵工業的健康發展取決於如何應對這些問題。 ^[3] 

中國的高爐鍊鐵行業已近於飽和，儘管有着世界最高的產量，但不論是生產成本還是經濟收益都差於世界水平，從而導致在世界市場的競爭力不足，對高爐鍊鐵的可持續發展鋪滿障礙。其中先進的高爐鍊鐵廠與落後的高爐鍊鐵廠共存，並且中小型高爐過多，存在着不符合規定的高爐鍊鐵廠，在生產上無法做到低成本、低消耗、低污染，無視市場的飽和狀態，最終導致供大於求，成品低廉。由於這種不良的市場環境，使得中國的高爐鍊鐵在環保能源問題上存在缺陷。而中國也作出了相應的對策：為化解過剩的產能，在 2016 年各種政策方案相繼頒佈，大力推進供給側結構性改革，使鋼鐵價格稍有回升，不過並未能解決產量過剩這一問題，在經濟收益上稍有改觀，根本問題卻依然存在。

由於中國的行業標準規定大於 4000m3高爐為大型高爐，而大型高爐生產率是小型高爐的數倍，所以中國的大型高爐為高爐鍊鐵技術起到了帶動作用。在其中大高爐的平均爐容約為 4568.75m3，平均利用係數約為 2.085t/(m3.d). 大高爐的平均焦比與煤比分別為 349.4kg/t、159.76kg/t，平均富氧率為 3.36%。由於中國的礦石品位較低，因此為保證大型高爐的穩定性，大多采用外國進口的原料，其中燒結礦、球團礦和塊礦的比例為約為 71.5%、19.7%、8.7%。中國包括中小型高爐在內的燃料比為 539.72kg/t 焦比和煤比分別為 361.02kg/t、141.72kg/t，風温為 1153.96℃。而國外先進水平的燃料比均低於 500kg/t。 ^[2] 

中國是世界第一鋼鐵大國，在其內部有着許多矛盾問題，最為突出的是先進的大型高爐鍊鐵技術水平與落後的小型高爐技術水平共存、共競，這種多層次化的狀態一直影響着中國工業化的步伐。落後的高爐鍊鐵技術會製出鐵含量不夠的劣質鋼鐵，從而導致無法帶來期望的經濟效益，而為了彌補質的缺失，採取的手段卻是量的增加，最後自然資源的逐漸匱乏。在能耗方面，鋼鐵行業的能耗在全國佔到14% 左右，而高爐鍊鐵在這鋼鐵廠能耗中佔到的 70% 左右，落後的高爐技術水平不足，低水平帶來了高消耗，對可持續發展來説是一個關鍵問題。還有就是環保問題，不論在哪，工業與環保的問題一直無法平衡，特別是設計指標不符合要求的小型鋼鐵廠，其污染排放物對周圍環境起到了嚴重的破壞，並且對於這些不合格的鋼鐵廠，想要完全的取締是一項非常艱難的長期任務。由於工作環境的不良條件，導致許多有着專業知識的人才脱離這一行業，使現今缺失專業人員，在操作方面無法達到理想狀態。這些市場、技術和資源問題都是現今對於高爐鍊鐵行業來説必須要去解決的問題，不然中國的鋼鐵工業將無法取得任何實質的進步。 ^[2] 

鐵焦技術通過使用價格低廉的非黏結煤或微黏結煤用作生產原燃料進行煤礦的生產，將其與鐵礦粉混合，製成塊狀，用連續式爐進行加熱乾餾得到含三成鐵、七成焦的鐵焦 ^[4]  。再經過專業設備加工，最後經過冶煉就能得到與原始技術一樣的鍊鐵成果。這一技術使用較高含量的鐵焦代替原始含量，經過實驗表明會節省大量的焦與主焦煤，也通過這一試驗説明鐵焦具有提高反應速率的作用，證明了在高爐鍊鐵中鐵焦含量至少可以達到 30%。這項技術正在日本的各個工廠進行實際生產，而且取得了一定的成果。但是現階段技術還未完全成型，還需要大量實驗進行完善。 ^[5] 

生物質指的是，動物、植物、微生物通過新陳代謝產生的有機物，這種有機物很適合進行熱解行為，並且可以碳化温度來實現二氧化碳排放量的減少，算是這一領域的新型能源之一。部分學者通過研究表明，生物質和廢塑料很適合應用在高爐鍊鐵的某些工藝中，而且不需要額外的人、物力、財力的消耗。生物質可以代替煤粉等還原劑進行高爐噴吹。其相較於煤粉還有着一定的優勢，例如可以控制二氧化碳的含量，還能提高原料的還原能力，並且使高爐恆温帶的温度降低，使氣體得到更好的利用。 ^[5] 

因為焦爐煤氣的主要成分是氫氣，含有一些其他的碳氫化合物。這樣一來就使得高爐鍊鐵的能源更加清潔。而且它可以充當良好的還原劑，不僅如此，還提高了碳氫元素的利用率，降低了化石燃料的使用量，極大的促進了節能減排的步伐。中國已經建設了利用相關技術的工廠，並且進行了試生產，通過生產過程的數據顯示，對於燃料的需求量明顯降低，這就證明了焦爐煤氣在爐中起到了明顯的作用，調節了爐內的工作環境，使高爐的生產得到了保證。 ^[5] 

這種技術在德國與日本早就投入到日常的生產之中，早在 1994年德國企業就在研究這一技術，在 1995 年了研製出第一台運用這一技術的設備，並進行了技術的完善，為這一技術投入使用打下了堅實的基礎。而日本則在利用廢舊塑料代替焦炭上面取得了一定成就，根據數據表明，利用廢舊塑料產生的能源有 80% 得到利用，這就表明其可以很好的代替原有材料進行高爐鍊鐵。 ^[5] 

高爐除塵灰指的是爐前出鐵時產生的粉塵和爐頂主皮帶料頭部放料的過程中產生的粉塵經過一定比例的混合製成的，但由於這兩種粉塵的顆粒極為細小，很不利於收集，但通過設想就可得知如果將其收回並完美利用，就是最好的節能方式之一 ^[6]  。這樣不僅可以使煤粉的燃燒效果得到提高，還能回收一部分浪費的鐵元素，通過合理控制其添加量就能有效的提升產量，並且對本來的廢料進行回收，充分的進行了材料的利用，不僅有助於提高產量，還節省了一部分資金。

高爐粒煤噴吹技術在國外已經有很多年的歷史，例如在英、法、美都有大量應用這一技術的廠區存在。在中國卻還沒有大量應用，但通過事實證明這一技術也是可以進行推廣的。與傳統的技術相比該技術擁有幾項優點，對比粉煤技術，粒煤技術更加安全，不容易造成爆炸，而且在製造過程中也會更加節省能源。粒煤在理論上可以適用於各種技術，這樣企業就可根據自身需要進行選擇，而且在相同的效率前提下，粒煤的設備投資只有粉煤的三成。而且在使用中的成本也比較低，所以這一技術更值得推廣。

通過合理配煤，不僅可以減少資金消耗，還可以根據煤種的特點進行調整配比，使其性能達到最佳 [3]。要想降低能源方面的資金消耗的話就要將眼光放到一些產量高、價格低但性能並不是特別好的煤種上，例如褐煤，這種煤因為煤化較低，導致含有水分較高，燃燒產生的熱量也較少，但其含有的硫元素較少，可磨性也很好，可以滿足高爐噴吹所需煤的要求，在生產中就可以適當的應用，通過科學的調整配比，就可以既降低資金的投入又可以減少含水量高帶來的不利影響。

當前情況下，高爐噴煤技術已經比較熟練，這時考慮如何提高煤粉的燃燒效率就成為優化技術的又一重要突破口。就噴入煤粉之後而言，煤粉在爐內發生燃燒，那麼如何提升燃燒速度是要重點考慮的，加入助燃劑和降低煤粉燃點都是比較好的辦法。其中加入助燃劑已經處於研究之中的狀態，根據實驗結果表明，加入適當的助燃劑可以有效的縮短煤粉的點燃時間，使煤粉的燃燒速率得到顯著提高。 ^[5] 

面對低增長、低效益、低價格、高壓力高爐鍊鐵的普遍問題，唯有從根本上升級轉型才能繼續發展。應該響應國家號召，配合取締、淘汰落後的、違規的高爐鍊鐵廠，從而在資源、環境、能源上有更多更優的選擇。在原料與燃料上也應該更加的合理化，不僅僅是原料的配比方面，還有原料的進出口方面，降低燃料的消耗和生產的成本。高爐本身繼續向大型化趨近，在技術上以實現高風温、高富氧大噴煤技術為目標，繼續完善生產鏈，繼續向自動化前進，繼續追求低污染，人才也是不可或缺的一部分。在高爐的設計基礎上，不僅要注意生產效果，更要注意生產環保，能夠在經濟獲利的同時也能讓環保獲利，要重視高爐設計中與環保相關的技術。為延長高爐的一代壽命，更應該注重科學化的管理與操作章程，同時優秀的高爐大修技術也能為鋼鐵廠減少在高爐停工期間的損失。在生產中不應該不應該只注重量的增加，更應該在意質的提升。 ^[2] 

在化石能源日益減少的今天，中國的鋼鐵市場遇到前所未有的挑戰，產能明顯過剩。在節能減排等要求下，使得降低鍊鋼成本已經迫在眉睫，它是企業要繼續發展必須經歷的階段，這就需要企業在改變燃料的同時還要注意改善鍊鋼水平，優化設備，利用自身或其他企業的廢棄材料進行再利用，達到改善企業現狀和較少資金投入的目的，進而改善資源利用效率，增加企業競爭力，使企業在不景氣的市場氛圍中依然能夠脱穎而出。 ^[5]