王維興
2018年重點鋼鐵企業加大節能工作力度,採取綜合措施，為完成國家規定的節能減排目標努力工作,實現了煉鐵系統工序能耗全面下降,為我國鋼鐵工業完成「十三五」節能目標做出了貢獻。
2018年重點鋼鐵企業煉鐵、球團工序能耗,與上年相比均有所下降,詳見表1。
各工序能耗最高值與最低值相差懸殊,說明重點煉鐵企業之間生產技術發展不平衡，各企業生產條件差異也較大，計算方法還有不一致的地方。企業進行對標活動要進行細緻分析，才能得出正確的結論。企業存在差距，說明企業尚有一定的節能潛力，還要加大淘汰落後設備的工作力度。
//高爐煉鐵技術經濟指標//
2018年全國重點鋼鐵企業高爐煉鐵燃料比（部分企業未含小塊焦比）為536.43千克/噸，比上年度上升0.42千克/噸；入爐焦比為372.11千克/噸，比上年上升3.56千克/噸；噴煤比為139.12千克/噸，比上年下降2.89千克/噸。2018年重點企業高爐技術經濟指標多項目在下降,具體情況見表2。
目前，我國煉鐵企業是多層次的，先進與落後企業並存，處於不同發展水平階段。為促進我國煉鐵生產技術進步，實現節能減排目標，提升煉鐵企業的市場競爭力，我們應當加大力度推廣成熟、先進、實用的煉鐵技術裝備。
//非高爐煉鐵技術發展情況//
總體上，我國非高爐煉鐵技術發展緩慢，沒有重大的新進展，生產技術水平大大落後於國際先進水平。近年來，我國還原鐵產量一直低於60萬噸/年。隧道窯直接還原鐵廠生產能耗高、汙染物排放高、產品質量不穩定，要逐步淘汰。2007年國內鋼鐵企業引進了COREX，改進了許多設計和工藝上的重大不足，現已基本上掌握了生產技術，達到了比較好的狀態，但仍有許多問題需要進一步解決。表3為COREX生產情況。
近年來，我國建成了一批轉底爐。轉底爐是爐料在一個旋轉的盤子上進行加熱、還原的爐子，主要是依靠輻射傳熱，熱效率較低，靠盤底部面的加熱和還原氣氛均不充分，其產品的金屬化率低（一般在60%~80%），能耗高（熱效率最高50%），含FeO高，很難達到電爐需要的原料質量。因此，產品金屬化率、工序能耗、生產成本與高爐相比均有不足之處。其主要問題是：產品品質達不到電爐生產要求的標準（直接還原鐵的質量要求：H88級含鐵品位＞88%~90%，H90級含鐵品位應大於90%~92%，H94級要求含鐵＞94%；金屬化率1級要求＞94%，2級＞92%，3級＞90%，4級＞88%；SiO2含量＜3%~7.5%）。含SiO2每升高1%，電爐煉鋼要多加2%的石灰，渣量增加30千克/噸，電爐多耗電18.5千瓦時/噸。
行業內人士認為，轉底爐處理含鐵塵泥是合理的，產品金屬化率低，給高爐用可降低焦比，不能給電爐用；如果用鐵礦石在轉底爐進行還原，成本也高，工藝上行不通。如果用轉底爐處理釩鈦磁鐵礦，回收氧化鈦，雖能耗高，但經濟性好。
非高爐煉鐵技術新進展：2016年首鋼和山東墨龍HIsmeit工藝（使用鐵礦粉、煤粉、溶劑進行噴吹；用含35%~40%的氧、1200攝氏度的熱風進行冶煉）生產運行成功；2017年日產量、月產量達到原HIsmeit工廠過去歷史最高產量兩倍以上（單月最大產量50572噸/月），年底已生產25萬噸高純特種生鐵，爐襯僅有輕微侵蝕，壽命明顯延長。該工藝與高爐流程相比，環保指標顯示：SOX排放減少90%，NOX排放減少40%，CO2排放減少20%，無二噁英產生。
現在，我國應加強研究和跟蹤國內外非高爐煉鐵技術新進展，不要大規模推廣新建非高爐煉鐵設施，避免造成負面的影響。
//國外非高爐煉鐵技術進展//
ENERGIRON 直接還原技術。
達涅利在阿聯阿布達比的ENERGIRON 直接還原技術是一種氣基直接還原煉鐵工藝，即以原「HYL」直接還原工藝為核心，與達涅利工程技術相結合所形成的直接還原的成套技術。它是以入爐品位達67%（即SiO2+Al2O3＜4% ）的球團礦和/或塊礦為原料，不能用粉礦，以天然氣裂解後的含有90%左右的H2 和CO 的煤氣為還原劑，通過在豎爐內高溫1000攝氏度、乾燥氣溫度（970攝氏度）、高壓（6bar）條件下，氣固兩相相向而行，完成傳熱和鐵礦石的還原反應，最終生成溫度約700攝氏度的直接還原鐵，給電爐煉鋼供應原料。
由於豎爐出來的煤氣進行了蒸汽重整，脫除了CO2,其消耗量不應很低。這樣可以估算ENERGIRON 工藝的工序能耗在350千克標準煤/噸～400千克標準煤/噸 範圍之內。該技術是先進、成熟、可靠的非高爐煉鐵技術。
韓國浦項FINEX技術。
原燃料使用情況。鐵礦石：入爐品位在61%，粒度在1毫米左右，用3種~4種礦石(巴西球團約50%，品位65%；本溪磁鐵礦約30%；印度礦、紐西蘭沙鐵)，添加白雲石、石灰石與鐵礦石混均，再進入預還原爐。
煤炭：灰分在6%~8%，動力煤佔約30%，煉焦煤佔1/4，壓成14.57毫米的煤塊，要用約50千克/噸的小塊焦。
反應爐（流化床）有4級。用脫除CO2的煤氣（熱值約為1400大卡/立方米）在流化床內對鐵礦石進行還原。控制爐內溫度在720攝氏度~750攝氏度（生產時需要對反應爐進行補熱，要吹氧10立方米/噸），礦石還原度為60%~70%。這樣，可以保證礦粉不粘結，出礦溫度在750攝氏度，進入直接還原鐵壓塊機，進行壓塊。壓塊後還原鐵(溫度在650攝氏度)進入熔融汽化爐。
熔融汽化爐情況。熔融汽化爐內壓力45Bar，有26個~28個風口，風口直徑26釐米。爐內礦床高度約7米，風口區溫度可達3000攝氏度，料面下部溫度可達1050攝氏度。向爐內吹氧的溫度在25攝氏度。加入熔融汽化爐內的塊礦尚有30%~40%沒有在流化床內還原，需要在熔融汽化爐內完成還原。熔融汽化爐產煤氣量在1600立方米/噸~1700立方米/噸，渣鐵比為300千克/噸左右，灰鐵比在50千克/噸~60千克/噸。
工序消耗。
在上述原燃料質量的前提下，最低原煤消耗為710千克/噸。其中包括約160千克/噸的煤粉，50千克/噸的小塊焦（按每噸焦1.4噸原煤計算），氧耗為450立方米/噸~480立方米/噸。
FINEX對原燃料質量的要求比較苛刻，並且沒有完全擺脫對焦炭和焦煤的需求。我國缺少高質量的爐料。
目前，FINEX消耗原煤指標710千克/噸，是在礦品位61%、煤的灰分6%~8%、用50千克/噸小塊焦炭、450立方米/噸~480立方米/噸氧氣條件下實現的。如原燃料質量下降，指標還要惡化。浦項高爐燃料比在480千克/噸,入爐礦品位在57%。所以，FINEX能耗要比高爐高。
一般情況，FINEX投資要比高爐高。浦項新建設的200萬噸/年的FINEX設施投資約79億元。
FINEX風口、熔化爐壽命低，遠低於高爐的15年。FINEX供鐵能力和間斷性，對煉鋼、軋鋼會產生巨大的負面影響。
多年來，世界直接還原鐵產量小、佔高爐鐵的比例較低，說明直接還原鐵生產還不是主體。
//熔融還原成本較高//
熔融還原在理論和生產實踐上，能耗和成本上比高爐高。原因如下：
一是高爐有熱風爐，熔融還原設施沒有熱風爐。高爐煉鐵所需的能源有78%來自碳素（焦炭和煤粉）燃燒，有19%來自熱風，3%是爐料化學反應熱。熱風爐熱量是依靠燃燒高爐煤氣獲得的。熱風爐的熱效率在80%以上。所以，高爐是個高效的煉鐵設施。熔融還原設施沒有熱風爐，其產生的煤氣用於發電。煤氣發電，能源利用效率小於45%，是工序能耗比高爐高的主要原因。
二是高爐煉鐵鐵礦石有45%以上是間接還原。間接還原不需要能量，是放熱反應，且反應是在爐內進行。
熔融還原是利用多級流化床，實現鐵礦石的部分還原，需要一定的外來的能量。這樣，礦石還原的能量就要高。
目前，熔融還原還不能完全擺脫對焦炭的需求，焦化工序的能耗還要計入熔融還原的能耗。
高爐流程煉鐵能耗有優勢。東北大學趙慶傑教授的不同工藝直接還原鐵能耗比較見表5。高爐流程產品是熱鐵水，直接還原產品是固態的海綿鐵，海綿鐵要變成熱鐵水需要能量，故高爐流程煉鐵在能源消耗上有優勢。
2018年重點鋼鐵企業高爐煉鐵平均工序能耗392.13千克標準煤/噸，有27個企業的高爐能耗低於390千克標準煤/噸；平均煉鐵燃料比為536.43千克/噸,平均入爐焦比372.11千克/噸。2018年沙鋼5800立方米高爐和中國寶武集團寶鋼4號高爐燃料比為488千克/噸和489.57千克/噸，入爐焦比分別為317千克/噸和291.98千克/噸。2011年寶鋼COREX的能耗為593.87千克標準煤/噸。
表3~表6的數據表明高爐煉鐵工藝的能耗是低於COREX和FINEX；轉底爐的產品是固態，要進行熔化是需要一定熱量的。
高爐煉鐵成本低。2017年，我國重點統計鋼鐵企業平均高爐煉鐵成本是2017.97元/噸，有8家企業低於1900元/噸，太鋼的生鐵成本只有1656.96元/噸。這些高爐使用的原燃料質量遠低於熔融還原要求的質量。如2018年，重點鋼鐵企業高爐入爐品位57.42%，焦炭M40為87.64%，M10為6.01%，灰分為12.63%，硫分為0.82%；而EINEX使用礦石的品位是61%，煤的灰分在6%~8%等，所以高爐煉鐵的成本低。實踐表明，COREX和FINEX的生產成本是高於高爐煉鐵工藝的成本。
對高爐使用金屬化爐料要結合能源來源。理論上，高爐使用金屬化爐料生產，每提高金屬化率1%,可降低燃料比0.5%~0.6%。這裡包括直接還原鐵、金屬化球團礦和燒結礦等。但生產直接還原鐵、金屬化球團礦和燒結礦消耗能量，如果利用鋼鐵聯合企業內部的二次能源生產出來的這些產品，煉鐵系統的能耗會得到降低。如利用外來的能源生產這些產品，再加上高爐煉鐵的能耗，煉鐵系統的能耗和成本就要上升。歐美的部分高爐生產實踐已證明了這一點。
直接還原鐵所用原料含鐵品位要求：赤鐵礦＞66.5%，磁鐵礦＞67.5%，脈石（SiO2+Al2O3）含量＜3%～5%，有害雜質含量少。直接還原鐵生產要求還原氣體中CO+H2＞90%,一般是天然氣。我國高品位鐵礦石少，天然氣資源不足（煤制氣成本高），故我國不適宜大力發展直接還原鐵生產。
美國、歐洲、日本等工業發達國家和地區不具備生產直接還原鐵的優良條件，他們也沒有去追求過度發展直接還原鐵。我國缺乏直接還原鐵生產所需的良好條件，應理性地對待這個問題，特別是要注意其經濟性。