從1949年中華人民共和國成立到20世紀80年代初，是中國煉鐵工業(yè)奠定基礎(chǔ)的階段。解放前的舊中國, 鋼鐵工業(yè)十分落后，1949 年新中國成立時中國鋼年產(chǎn)量只有15.8萬t, 生鐵年產(chǎn)量僅為25萬t。經(jīng)過3年的生產(chǎn)恢復(fù)，1952年中國的鋼、鐵、材產(chǎn)量都創(chuàng)造了新紀錄。20世紀50年代中期以前，中國煉鐵主要學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)技術(shù)，其間擴建了鞍鋼，新建了武鋼、包鋼。在“大躍進”年代，本鋼總結(jié)出高爐高產(chǎn)經(jīng)驗，提出了“以原料為基礎(chǔ)，以風(fēng)為綱，提高冶煉強度與降低焦比并舉”的操作方針，中國煉鐵技術(shù)開始進入探索進程。60年代初的國民經(jīng)濟調(diào)整期，大批高爐停產(chǎn)，生產(chǎn)中的高爐則維持低冶煉強度操作。1963年~1966年，中國自主開發(fā)了高爐噴吹煤粉、重油以及釩鈦磁鐵礦冶煉等技術(shù)，技術(shù)經(jīng)濟指標達到新中國建立以來的最好水平。“文革”時期中國鋼鐵工業(yè)受到沉重打擊，出現(xiàn)“10年徘徊”的局面。經(jīng)過解放后約30年的曲折發(fā)展，中國初步奠定了鋼鐵工業(yè)的基礎(chǔ)，1980年中國生鐵產(chǎn)量達到3 802萬t。以1985年投產(chǎn)的寶鋼一期工程為標志，20世紀80年代起中國煉鐵進入學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)階段?！拔母铩苯Y(jié)束后, 黨的十一屆三中全會撥亂反正, 以經(jīng)濟建設(shè)為中心, 實施改革開放政策，引進國際先進技術(shù)，使中國鋼鐵工業(yè)進入發(fā)展新階段。以寶鋼建設(shè)為契機，消化吸收寶鋼引進的煉鐵技術(shù)并移植推廣，對促進中國煉鐵系統(tǒng)的技術(shù)進步起了很大的推動作用。從此中國煉鐵進入學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)階段。20世紀80~90年代，中國鋼鐵企業(yè)進行了大規(guī)模的擴建和技術(shù)改造，采用先進的技術(shù)裝備，在原燃料質(zhì)量改進和高爐操作方面也有很大進步，高爐技術(shù)經(jīng)濟指標有很大改善。1994年，中國生鐵產(chǎn)量達到9740.9萬t，成為世界第一產(chǎn)鐵大國。1996年以來，中國鋼鐵產(chǎn)量一直保持世界首位。進入21世紀，中國煉鐵技術(shù)發(fā)展進入自主創(chuàng)新階段。近十幾年來，中國鋼鐵工業(yè)以更高的速度發(fā)展。2013年，中國鋼產(chǎn)量為7.79億t，占世界鋼產(chǎn)量的48.5%；生鐵產(chǎn)量為7.0897億t，占世界生鐵總產(chǎn)量的61.1%。這一時期，以中國自主創(chuàng)新設(shè)計建設(shè)的京唐5500m3高爐為標志，中國煉鐵技術(shù)進入自主創(chuàng)新階段。近年中國鋼鐵產(chǎn)能過剩，企業(yè)經(jīng)營困難，盈利水平急劇下滑。在市場、資源、環(huán)境的多重壓力下，中國的鋼鐵工業(yè)正面臨結(jié)構(gòu)調(diào)整、壓縮過剩產(chǎn)能的嚴峻挑戰(zhàn)和考驗。本文扼要回顧 60 年來中國煉鐵技術(shù)的發(fā)展歷程，結(jié)合現(xiàn)狀探討今后中國煉鐵技術(shù)的發(fā)展趨勢。

  1.中國煉鐵技術(shù)發(fā)展的幾個階段

圖1所示為1949年以來中國鋼鐵產(chǎn)量的變化，曲線的斜率明顯反映了上述3個階段的差別。煉鐵技術(shù)的發(fā)展和生鐵產(chǎn)量的變化是同步的，下面回顧3個不同階段中國煉鐵技術(shù)的發(fā)展歷程[1-3]。

  1.1  奠定基礎(chǔ)階段

  從1949年到80年代初，是中國煉鐵工業(yè)奠定基礎(chǔ)階段。這30多年間，又可分為以下幾個時期：恢復(fù)生產(chǎn)時期、學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)技術(shù)時期、“大躍進”時期、國民經(jīng)濟調(diào)整時期、獨立發(fā)展時期和“文革”時期。

  1.1.1  恢復(fù)生產(chǎn)時期

  解放初期中國鋼鐵工業(yè)主要分布在東北和華北地區(qū)，主要鋼鐵廠有鞍鋼公司、本鋼公司、石景山鐵廠、太原鋼鐵廠和陽泉鐵廠。當(dāng)時全國300m3以上的高爐只有16座,其中鞍鋼9座、本鋼4座、石鋼2座、太鋼1座, 最大的一座是鞍鋼的9號高爐(容積944m3)。鞍鋼6座、本鋼2座800m3以上高爐的機電設(shè)備全部被前蘇聯(lián)軍隊拆走, 留下的均屬于20世紀20年代的老裝備，舊中國留下的鋼鐵工業(yè)是一個陳舊落后、殘缺不全的爛攤子。1948年底, 東北地區(qū)解放，1949年起東北地區(qū)的鋼鐵廠開始恢復(fù)生產(chǎn)。由于裝備較先進的高爐車間機組和機電設(shè)備已被拆走, 只能恢復(fù)前蘇聯(lián)軍隊未拆走的裝備陳舊的高爐。當(dāng)時物資、器材匱乏, 恢復(fù)生產(chǎn)困難很大。在廣大工人、技術(shù)人員積極努力奮斗下, 到1949年底, 鞍鋼和本鋼未被拆走的5座高爐全部恢復(fù)了生產(chǎn)。1949年華北地區(qū)解放后, 石鋼和太鋼的高爐也開始恢復(fù)生產(chǎn)。在恢復(fù)高爐生產(chǎn)初期, 東北地區(qū)的煉鐵廠采用的是日本所沿用的操作技術(shù)，風(fēng)量少, 風(fēng)溫低, 焦比高?；謴?fù)生產(chǎn)不久, 東北地區(qū)開展了創(chuàng)生產(chǎn)新紀錄運動。1951年, 東北高爐生產(chǎn)超過了日本統(tǒng)治下的最高記錄，然而水平仍然很低，利用系數(shù)約為0.9～1.0 t/ (m3·d)，焦比高達1.0 kg/t, 煉鋼生鐵中硅質(zhì)量分數(shù)超過1.0%，均落后于當(dāng)時高爐煉鐵的國際水平。經(jīng)過解放后3年的生產(chǎn)恢復(fù)，1952年中國生產(chǎn)鋼135萬t，生鐵193萬t，鋼材113萬t，創(chuàng)造了中國鋼鐵工業(yè)的新紀錄。

  1.1.2  學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)技術(shù)時期

  1953年開始的發(fā)展國民經(jīng)濟的“第一個五年計劃”，將發(fā)展鋼鐵工業(yè)放在重要位置。在前蘇聯(lián)幫助下設(shè)計的156個建設(shè)項目中，鞍山鋼鐵公司擴建和現(xiàn)代化、武漢鋼鐵公司和包頭鋼鐵公司的建設(shè)是3項重點工程，這些項目全部采用了前蘇聯(lián)技術(shù)。20世紀40年代后期，前蘇聯(lián)的煉鐵技術(shù)國際領(lǐng)先。前蘇聯(lián)巴甫洛夫院士總結(jié)了歐美高爐煉鐵理論和實踐的經(jīng)驗，將煉鐵理論系統(tǒng)化，并領(lǐng)導(dǎo)科研小組，在前蘇聯(lián)高爐上進行了許多研究工作。1950年, 前蘇聯(lián)生鐵產(chǎn)量為 1920萬t，居世界第二位，占世界生產(chǎn)總鐵量的15%。20世紀50年代前蘇聯(lián)技術(shù)開始傳入中國，鞍鋼在學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)技術(shù)方面起了帶頭作用。需要特別提及的是，蔡博同志在學(xué)習(xí)和傳播前蘇聯(lián)煉鐵技術(shù)方面起了決定性的作用。他結(jié)合鞍鋼實際，推廣前蘇聯(lián)煉鐵經(jīng)驗，首先用自熔性燒結(jié)礦解決了鞍山細精礦的造塊問題, 否定了鞍山細精礦只能生產(chǎn)方團礦的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上, 成功解決了冶煉[Si]質(zhì)量分數(shù)為0. 9 %以下的煉鋼生鐵問題。爐頂調(diào)劑法（上部調(diào)劑）的推廣為高爐提高冶煉強度和降低焦比提供了有力的手段。1953年, 由前蘇聯(lián)設(shè)計并供應(yīng)部分裝備的第一座動化高爐在鞍鋼投產(chǎn)。1956年, 第一座高壓高爐在鞍鋼投產(chǎn)。同年，前蘇聯(lián)設(shè)計的第二座容積900m3級高爐在本溪第二煉鐵廠投產(chǎn)。前蘇聯(lián)煉鐵技術(shù)的推廣，使中國高爐煉鐵水平大大提高，一批高爐的利用系數(shù)超過1.4 t/(m3?d)，有的超過1.5 t/(m3?d)，焦比降至800kg/t 以下, 有的在700kg/t以下，風(fēng)溫達到900~1000℃。1958年，前蘇聯(lián)援建的武鋼、包鋼相繼投產(chǎn)。這一時期，學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)技術(shù)是當(dāng)時中國煉鐵技術(shù)的主流。

  1.1.3 “大躍進”時期

  1958年, 本鋼第一煉鐵廠2座300m3級高爐（l號333m3，2號329 m3）創(chuàng)造了高產(chǎn)經(jīng)驗，主要技術(shù)措施有：燒結(jié)礦過篩, 篩除小于 5mm粉末；焦炭分級入爐；提高燒結(jié)礦鐵分；提高高爐壓差，增加風(fēng)量；改變裝料制度，增加批重；擴大風(fēng)口直徑等。采用這些措施后，高爐利用系數(shù)由1.3~1.4 t/(m3?d)提高到2.2～2.4 t/(m3m3?d)。本鋼的高爐操作經(jīng)驗在中國煉鐵界引起了很大震動，當(dāng)時正值全國“大躍進”高潮，本鋼第一煉鐵廠高爐提高利用系數(shù)的實踐對全國煉鐵廠既是推動也是壓力。本鋼總結(jié)的“以原料為基礎(chǔ)，以風(fēng)為綱，提高冶煉強度與降低焦比并舉”成為指導(dǎo)中國煉鐵的技術(shù)方針。本鋼的實踐使高爐工作者開拓了思路，開始感到不能只靠照搬前蘇聯(lián)經(jīng)驗, 要學(xué)會自主創(chuàng)新。在“大躍進”年代，浮夸風(fēng)流行, 使中國鋼鐵工業(yè)損失嚴重，但就中國煉鐵技術(shù)發(fā)展而言，當(dāng)時本鋼高爐工作者的實踐對解放技術(shù)思想是有貢獻的。

  1.1.4  國民經(jīng)濟調(diào)整時期

  “大躍進”的建設(shè)規(guī)模超過國力承受能力，違背了經(jīng)濟規(guī)律，破壞了生產(chǎn)力。1961年起，中國開始對國民經(jīng)濟進行調(diào)整，鋼鐵工業(yè)由“大上”轉(zhuǎn)為“大下”，相當(dāng)多的煉鐵廠停產(chǎn)減產(chǎn)。1960年，全國生鐵產(chǎn)量2716萬t，1961年下降到1281萬t，1962年降到805萬t，1963 年進一步降到 741 萬 t。與“大躍進”時期關(guān)注高爐強化冶煉技術(shù)不同，在國民經(jīng)濟調(diào)整時期，低冶煉強度操作成為中國高爐工作者重點研究的新課題。這一時期，對高爐慢風(fēng)操作制度、鼓風(fēng)動能調(diào)節(jié)規(guī)律等開展研究，加深了對高爐低冶煉強度冶煉規(guī)律的認識，為穩(wěn)定操作積累了經(jīng)驗。

  1.1.5 獨立發(fā)展時期

  經(jīng)歷了全面學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)技術(shù)和“大躍進”時期的高冶煉強度、高利用系數(shù)操作，以及國民經(jīng)濟調(diào)整時期的低冶煉強度操作，打開了中國煉鐵科技人員的思路。大家認識到不能完全照搬前蘇聯(lián)的經(jīng)驗，必須獨立自主發(fā)展中國的煉鐵技術(shù)。當(dāng)時中國石油工業(yè)開發(fā)取得重大成就, 甩掉了“貧油國”的帽子，重油供應(yīng)開始充裕。1963年, 鞍鋼高爐試驗噴吹重油取得成功, 此后在全國重點煉鐵廠推廣。1964年，首鋼高爐噴吹煤粉試驗成功, 高爐噴煤技術(shù)在一部分煉鐵廠得到推廣。當(dāng)時在歐美的鋼鐵企業(yè)中掌握了高爐噴煤技術(shù)的只有Armco 的Ashland工廠。到1966年, 中國重點鋼鐵企業(yè)的高爐已基本普及了重油噴吹。1965年, 在大量試驗研究的基礎(chǔ)上, 中國成功解決了攀枝花釩鈦磁鐵礦的高爐冶煉問題, 在爐渣中TiO2質(zhì)量分數(shù)為 25 %~30 %的條件下實現(xiàn)了高爐正常操作, 使中國豐富的釩鈦磁鐵礦的開發(fā)成為現(xiàn)實。在新中國成立后十幾年煉鐵實踐基礎(chǔ)上，中國高爐煉鐵技術(shù)開始獨立發(fā)展。雖然國民經(jīng)濟調(diào)整時期中國的生鐵產(chǎn)量因大批高爐下馬而降低, 到1966年中國高爐技術(shù)經(jīng)濟指標卻達到了新中國建立以來的最好水平，重點企業(yè)的煉鐵焦比降至558kg/t，當(dāng)時僅次于日本，居世界第二位，某些大量噴吹的高爐焦比降至400kg/t左右, 屬于當(dāng)時的國際領(lǐng)先水平。

  1.1.6 “文革”時期

  “文革”時期中國國民經(jīng)濟發(fā)展停滯，鋼鐵工業(yè)受到沉重打擊。運動初期, 一部分鋼鐵廠被迫減產(chǎn)、停產(chǎn)，其后隨著運動時起時伏, 鋼鐵產(chǎn)量時降時升，徘徊不前。“文化大革命”的10年間，中國自行設(shè)計建設(shè)了2500m3級高爐和梅山鐵廠等煉鐵廠，采用中國自主開發(fā)的釩鈦磁鐵礦冶煉工藝設(shè)計建設(shè)了攀枝花鋼鐵公司高爐?？傮w來說，由于“文革”的干擾，這一時期中國鋼鐵生產(chǎn)起伏不定，形成了鋼鐵工業(yè)“十年徘徊”的局面。

  1.2 學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)階段

  1.2.1 寶鋼煉鐵技術(shù)引進

  “文革”結(jié)束后, 黨的十一屆三中全會撥亂反正,明確了以經(jīng)濟建設(shè)為中心, 實施改革開放政策，由此中國鋼鐵工業(yè)進入發(fā)展的新階段。從1978年起，中國陸續(xù)引進了歐美和日本的當(dāng)代先進工藝技術(shù)。1985年建成投產(chǎn)的寶鋼1號高爐是中國煉鐵進入學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)階段的重要標志。寶鋼一期工程的原料場、燒結(jié)、焦化、高爐以日本新日鐵大分、君津等廠為樣板，成套引進，國產(chǎn)化率只有12%。二期工程由國內(nèi)設(shè)計，設(shè)備以國產(chǎn)設(shè)備為主，國產(chǎn)化率達到85%以上，于1991年建成投產(chǎn)。三期工程在1994年前后陸續(xù)建成投產(chǎn)。在寶鋼建設(shè)的各個階段，積極采用世界上成熟、先進的技術(shù)，煉鐵技術(shù)裝備保持了高水平。例如，在寶鋼一期建設(shè)中，1號高爐采用的是鐘閥式+導(dǎo)料板的爐頂結(jié)構(gòu)，爐體采用密集式銅冷卻板冷卻，并采用高頂壓、高風(fēng)溫、富氧噴吹（最初是重油，第二代改為噴吹煤粉）、脫濕鼓風(fēng)等先進技術(shù)。6m焦爐采用的是新日鐵 M 型焦爐的二次粉碎、成型焦、干熄焦等先進工業(yè)技術(shù)。在二期建設(shè)中，2號高爐采用了更先進的串罐式無料鐘爐頂，爐身上部增設(shè)冷卻壁，實現(xiàn)爐體全冷卻，采用能噴吹強爆炸性煙煤的煤粉噴吹技術(shù)。燒結(jié)料層厚度由500mm提高到600mm，以改善燒結(jié)礦質(zhì)量和節(jié)能降耗。在三期建設(shè)中，3號高爐引進了新日鐵冷卻壁技術(shù)，爐體采用全冷卻壁冷卻等。在引進技術(shù)的基礎(chǔ)上，寶鋼經(jīng)歷了學(xué)習(xí)、消化、吸收、創(chuàng)新階段。隨著時間推移，寶鋼追蹤世界煉鐵技術(shù)發(fā)展趨勢，不斷進行技術(shù)改造，與世界煉鐵技術(shù)裝備發(fā)展同步前進。另外，根據(jù)資源供應(yīng)情況的變化，開發(fā)用好新資源的技術(shù)，保證了高爐原燃料的高質(zhì)量。例如，燒結(jié)開發(fā)了提高厚料層度、低硅燒結(jié)、提高低價褐鐵礦配比的新技術(shù)；煉焦為適應(yīng)煤源變化，開發(fā)新煤源并保持焦炭質(zhì)量，開發(fā)了配煤煉焦新技術(shù)；1號高爐第一代大修后改噴煤粉，2號和3號高爐采用噴煤，煤比按照 200 kg/t 設(shè)計并在生產(chǎn)中實現(xiàn)，大幅度降低焦比；根據(jù)冷卻設(shè)備損壞嚴重的情況，增加微型冷卻器，延長高爐壽命等。寶鋼投產(chǎn)后的近 30 年里，在高煤比、高風(fēng)溫、低燃料比、高爐長壽等方面長期保持了國內(nèi)一流水平[4-7]。

  1.2.2 武鋼3200m3

  高爐建設(shè)20世紀80年代引進國外煉鐵先進技術(shù)的另一個案例是1991年建成投產(chǎn)的容積3200m3的武鋼新3號高爐（現(xiàn)稱5號高爐）。1974—1981年間，國家批準建設(shè)了武鋼1700mm軋機工程項目。此項目建成投產(chǎn)后，只有60年代末期水平的武鋼鐵前工序不能滿足引進的煉鋼、軋鋼工序的生產(chǎn)要求，為此武鋼以建設(shè)新3號高爐為中心對鐵前工序進行了系統(tǒng)的技術(shù)改造[8-9]。20世紀80年代以前，中國自主設(shè)計建設(shè)的最大高爐是1970年投產(chǎn)的武鋼4號高爐（2516m3）。新3號高爐的設(shè)計原則是立足于武鋼當(dāng)時的原燃料條件（焦炭強度低、灰分高，鐵礦石鐵分低，渣量大），對引進的先進技術(shù)裝備和國內(nèi)成熟的新技術(shù)進行技術(shù)集成，以彌補原燃料質(zhì)量的不足。該高爐的設(shè)計目標是利用系數(shù)達到2.0 t/(m3?d)以上，焦比為450kg/t以下，一代爐役壽命（不中修）達到10年以上。武鋼新 3 號高爐引進的國外新技術(shù)裝備主要有：PW無料鐘爐頂、軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)、INBA水渣系統(tǒng)、環(huán)形吊車等爐前設(shè)備、熱風(fēng)爐矩形陶瓷燃燒器、煤氣余壓發(fā)電（TRT）裝置、出鐵場干式除塵、電動鼓風(fēng)機、PLC 數(shù)據(jù)采集及計算機自動控制系統(tǒng)等。為了實現(xiàn)長壽目標，設(shè)計時采用了武鋼開發(fā)的水冷炭磚薄爐底、球墨鑄鐵冷卻壁、磷酸浸漬黏土磚等技術(shù)，爐體冷卻采用全冷卻壁結(jié)構(gòu)。武鋼新3號高爐1991年10月投產(chǎn)，從第一代生產(chǎn)實踐來看，高爐實現(xiàn)了設(shè)計目標，壽命達到15年零8個月，一代爐役單位爐容產(chǎn)鐵11096。

  1. 2. 3 引進技術(shù)的消化吸收和企業(yè)技術(shù)改造

消化吸收寶鋼引進的煉鐵技術(shù), 實行國產(chǎn)化并移植推廣，對促進中國煉鐵系統(tǒng)的技術(shù)進步起了很大的推動作用。從1980年到1995年，中國生鐵產(chǎn)量凈增6 727萬t，其間新建的鋼鐵企業(yè)只有寶鋼、天津無縫和沙鋼，鋼鐵產(chǎn)量大幅度增加主要歸因于己有鋼鐵企業(yè)的大規(guī)模擴建和技術(shù)改造。很多企業(yè)新建、改建一批大高爐，采用了先進的技術(shù)裝備，如無鐘爐頂、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、改進爐體結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、先進的檢測設(shè)備與過程控制系統(tǒng)等。在改善原料質(zhì)量方面，高品位的進口礦用量增加，一些企業(yè)新建了混勻料場，對燒結(jié)機進行技術(shù)改造，燒結(jié)礦品位、轉(zhuǎn)鼓強度等質(zhì)量指標有很大改善。大批 6 m 以上焦爐的建設(shè)和煉焦配煤技術(shù)進步，明顯改善了焦炭質(zhì)量，特別是焦炭的強度指標。在入爐鐵分提高、焦炭質(zhì)量改進、成熟噴煤安全技術(shù)的廣泛采用后，高爐噴煤技術(shù)快速推廣，噴煤量大幅增加。這些技術(shù)進步措施大大改善了高爐生產(chǎn)的技術(shù)經(jīng)濟指標。

  1. 3 自主創(chuàng)新階段

進入21世紀以來，中國鋼鐵產(chǎn)量以更高的速度增長（圖1）。2013年中國生鐵產(chǎn)量達到7.089 7億t，已占世界總產(chǎn)量的61.1%。這一時期有3個因素促使了中國鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展：中國經(jīng)濟的高速發(fā)展推動市場對鋼材的需求增加，為中國鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展提供了機遇；鋼鐵工業(yè)固定資產(chǎn)投資的增長，為推動鋼鐵產(chǎn)能迅速擴大提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；技術(shù)進步是鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展的推動力。

  1. 3. 1 大批新煉鐵裝備建成投產(chǎn)，設(shè)備大型化、現(xiàn)代化加速

  中國鋼鐵工業(yè)的固定資產(chǎn)投資，1986—1990年的 5 年間為 658.21 億元，年均131.6億元，2001—2005年間年均為1 429.4億元，2006年后增長更快，2009 年達到峰值為 4442.5 億元。大量投資既包括新建的一批鋼鐵廠，又包括原有鋼廠的產(chǎn)能擴大和質(zhì)量提升。在此期間，國產(chǎn)冶金技術(shù)裝備大型化、現(xiàn)代化加速，建設(shè)了京唐 5500m3、沙鋼 5800m3高爐和十幾座4000m3級的大型高爐；建設(shè)了京唐550m2、太鋼600m2等大型燒結(jié)機；建設(shè)了年產(chǎn)能力500萬t/a的鄂州鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯球團生產(chǎn)線、年產(chǎn)能力400萬t/a的京唐帶式焙燒機球團生產(chǎn)線，建設(shè)了大批7m和7.63m大型焦爐和干熄焦裝置，很多大型裝備達到了國際先進水平。

  1. 3. 2 京唐5500m3高爐的設(shè)計建設(shè)

  冶金技術(shù)裝備的大型化和現(xiàn)代化，是這一時期鋼鐵工業(yè)發(fā)展的特點，而首鋼京唐2座5500m3高爐的設(shè)計建設(shè)則是中國煉鐵技術(shù)進入自主創(chuàng)新階段的重要標志。首鋼京唐1號高爐2009年5月21日投產(chǎn)，2號高爐 2010 年 6 月 26日投產(chǎn)，這2座5500m3高爐的主要技術(shù)經(jīng)濟指標是按照國際先進水平設(shè)計的：利用系數(shù)為2.3 t/(m3?d)，焦比為290kg/t，煤比為200kg/t，燃料比為490kg/t，風(fēng)溫為1300 ℃，煤氣含塵量為5mg/m3，一代爐役壽命為25年等。與此前國內(nèi)已建成的3000～4000m3級的大型高爐相比，京唐5500 m3高爐設(shè)計采用了68項自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新的先進技術(shù)，主要有：1）設(shè)計風(fēng)溫1300 ℃的卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐；2）全干法煤氣除塵系統(tǒng)；3）大型鐵水包車“一包到底”的鐵水運輸技術(shù)等。在高爐長壽技術(shù)方面，為了優(yōu)化爐型設(shè)計和爐缸爐底結(jié)構(gòu)，采用了全冷卻爐體結(jié)構(gòu)，并采用優(yōu)質(zhì)冷卻壁和耐火材料及合理的冷卻制度，配置完善的檢測系統(tǒng)和高爐專家系統(tǒng)等；在上料布料系統(tǒng)，采用無中轉(zhuǎn)站、膠帶機直接上料工藝、燒結(jié)礦分級入爐工藝、焦丁礦丁回收工藝、并罐爐頂布料工藝，以優(yōu)化布料控制；在噴煤、渣鐵處理、煤氣凈化等系統(tǒng)，也采用了先進實用、成熟可靠的新技術(shù)。在采用先進技術(shù)裝備的同時，京唐高爐認真貫徹精料方針，設(shè)計入爐鐵質(zhì)量分數(shù)61%，渣量為25 kg/t，對焦炭質(zhì)量也有很高要求。為了保證原燃料質(zhì)量，配套建設(shè)了550m2燒結(jié)機、年產(chǎn)能力400萬t/a 的帶式焙燒機球團生產(chǎn)線、7.63 m焦爐和干熄焦裝置。京唐2座高爐投產(chǎn)以來的生產(chǎn)實踐表明，中國煉鐵技術(shù)領(lǐng)域自主創(chuàng)新和集成創(chuàng)新的先進技術(shù)在京唐公司的應(yīng)用是成功的[10-12]。

  1. 3. 3 煉鐵系統(tǒng)的技術(shù)進步

  進入21世紀以來，除了技術(shù)裝備的大型化、現(xiàn)代化以外，中國煉鐵系統(tǒng)的技術(shù)進步還表現(xiàn)在以下方面。(1) 原燃料質(zhì)量改善。從 2001年到 2013年，中國進口鐵礦石數(shù)量由6 990萬t增加到81315萬t，對提高高爐入爐鐵分起了重要作用。在國產(chǎn)鐵礦石產(chǎn)量增加的同時，隨著反浮選磁選綜合選礦技術(shù)的開發(fā)成功，鐵精礦中鐵質(zhì)量分數(shù)提高到 67%～69%，SiO2質(zhì)量分數(shù)降低到3%～4%，促進了中國球團礦生產(chǎn)，改善了高爐的爐料結(jié)構(gòu)。大型燒結(jié)機、大型鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯和帶式焙燒機球團生產(chǎn)線、6m以上大型焦爐和干熄焦等裝備的采用，對燒結(jié)礦、球團礦、焦炭的質(zhì)量指標改善起了重要作用。由表1可以看出，2001—2013年，除了燒結(jié)礦鐵分在2002—2006年間最高，2007年以來有所降低外，燒結(jié)礦、球團礦和焦炭的主要質(zhì)量指標均在穩(wěn)步改善(表1)。

(2) 高爐操作技術(shù)進步。20世紀90年代中期中國成為世界第一鋼鐵大國，進入21世紀后中國的鋼鐵產(chǎn)量繼續(xù)急劇增加，使資源環(huán)境問題日漸突出。中國高爐工作者總結(jié)的“高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、長壽、環(huán)?！钡牟僮骼砟畛蔀橹笇?dǎo)高爐生產(chǎn)的技術(shù)方針。這一期間煉鐵技術(shù)裝備的大型化、現(xiàn)代化加速，無料鐘爐頂、高溫?zé)犸L(fēng)爐、燒結(jié)礦槽下過篩和分級入爐、高壓爐頂設(shè)備、富氧噴煤設(shè)施得到了廣泛采用。與此同時，高爐原燃料質(zhì)量水平有了明顯改善。此外，大批新建高爐順利開爐，高爐快速達產(chǎn)技術(shù)有很大進步。在上述因素的共同作用下，中國高爐的主要生產(chǎn)指標持續(xù)提高(表2)。

  (3) 高爐壽命延長。20 世紀 80 年代，高爐內(nèi)襯過度侵蝕是影響高爐壽命的重要因素。90 年代以后，中國高爐長壽技術(shù)發(fā)展較快，高爐壽命過短的情況有所改變，出現(xiàn)了不少長壽高爐[13-14]。例如，2007年停爐的有效容積為3200m3的武鋼5號高爐（一代爐役15年8個月，單位爐容產(chǎn)鐵 11096t/m3）、2007年12月停爐的有效容積為2100m3的首鋼4號高爐(一代爐役15年7個月，單位爐容產(chǎn)鐵12560 t/m3)、2010年12月停爐的有效容積為2536m3的首鋼1號高爐(一代爐役15年7個月，單位爐容產(chǎn)鐵13328 t/m3)、2010年12月停爐的有效容積為2536m3的首鋼3號高爐（一代爐役17年7個月，單位爐容產(chǎn)鐵13991t/m3）、2013年8月停爐的有效容積為4350m3的寶鋼3號高爐（一代爐役18年11個月，單位爐容產(chǎn)鐵15700 t/m3）等。90 年代以來，中國大批1000m3以上的高爐廣泛采用了中國自主開發(fā)的高爐長壽技術(shù)，均取得較好的效果。

  2.中國高爐煉鐵存在問題和未來展望

  2. 1 存在的問題

  如前所述，進入21世紀以來有3個因素促使中國鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展，近年中國的鋼鐵產(chǎn)量已經(jīng)過剩。環(huán)顧中國的高爐煉鐵工業(yè)，現(xiàn)正處于先進與落后多層次并存的局面[15-20]，即不同技術(shù)水平（當(dāng)代技術(shù)與過時技術(shù)）并存、不同爐容（從5000m3到不大于400m3）并存、不同環(huán)保水平（從潔凈生產(chǎn)到嚴重污染）并存。這種多層次并存的狀況，不利于中國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化，必須認真對待。

  2. 1. 1 國內(nèi)自然資源短缺

  由于中國缺少廢鋼，含鐵資源主要來自鐵礦石。自20世紀80年代開始，中國煉鐵工業(yè)同時依靠國產(chǎn)鐵礦石與進口鐵礦石。進入21世紀以來，中國進口鐵礦石量飆升，2010年用進口鐵礦石生產(chǎn)的生鐵產(chǎn)量占了中國生鐵總產(chǎn)量的62%。最近幾年中國進口鐵礦石量還在繼續(xù)增長，2013年增加到81 315萬t。毫無疑問，中國鋼鐵工業(yè)依賴進口鐵礦石的局面在未來10年將會繼續(xù)存在。至于煤炭資源，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，進入21世紀以后中國逐漸由以前的煤炭出口大國向煤炭進口大國轉(zhuǎn)化。2009年中國煤炭產(chǎn)量為29.73億t，占世界總產(chǎn)量的46%，但進口煤炭量達到1.26億t，首次超過出口，中國首次成為煤炭凈進口國。隨著鋼鐵工業(yè)對煉焦煤數(shù)量和品種的需求增加，煉焦煤進口的勢頭預(yù)計在未來10年也將持續(xù)。自然資源瓶頸的制約是中國鋼鐵工業(yè)面臨的重大難題。

  2. 1. 2 能耗水平過高

  在20世紀最后10年里，中國鋼鐵工業(yè)能耗約占中國全部能耗的10%。進入21世紀，鋼鐵工業(yè)能耗明顯增加，2010年的能耗約為2000年能耗的3倍，所占中國總能耗的比例躍升至14.4%，且呈繼續(xù)升高的趨勢。鋼鐵工業(yè)高能耗生產(chǎn)的現(xiàn)狀影響著中國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。從中國煉鐵工業(yè)來看，雖然進入21世紀以來高爐燃料比變化總趨勢是降低的，但改善幅度有限。表2所列2001—2013年間重點鋼鐵企業(yè)的焦比+煤比數(shù)據(jù)，表面看來基本是逐年降低，但這與未包括焦丁數(shù)據(jù)有關(guān)。21世紀前幾年，中國只有部分鋼鐵企業(yè)的高爐使用焦丁，焦比+煤比基本等于燃料比。近年中國高爐使用焦丁已很普遍，而有的企業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中卻未列出，使焦比+煤比與燃料比的差距增大。以2013年重點鋼鐵企業(yè)的高爐數(shù)據(jù)為例，有數(shù)十家企業(yè)的高爐未統(tǒng)計焦丁用量，平均焦丁量為35.6kg/t，加上焦比、煤比，燃料比為547kg/t。就重點鋼鐵企業(yè)高爐的焦丁用量而言，各企業(yè)差別也很大，變化范圍約為23～67kg/t。中國高爐的燃料比與國外先進高爐相比大約高出50～80kg/t。

  2. 1. 3 對環(huán)境的嚴重影響

  進入 21 世紀以來，隨著鋼鐵工業(yè)的技術(shù)進步，中國重點鋼鐵企業(yè)的噸鋼污染物排放指標，包括粉塵、SO2、廢水中 COD、新水耗量等都呈降低趨勢。但是由于鋼鐵產(chǎn)量持續(xù)增長，污染物的排放總量卻是不減反增。中國鋼鐵工業(yè)的環(huán)保水平遠遠低于發(fā)達國家的冶金工業(yè)，它對環(huán)境的嚴重影響已成為中國經(jīng)濟發(fā)展的重要短板。中國環(huán)保部門對鋼鐵工業(yè)污染物排放的標準要求越來越高，而且近年環(huán)保標準升檔的速度不斷加快。例如，從 2015 年起，環(huán)保部門將對鋼鐵企業(yè)的粉塵排放、燒結(jié)煙氣脫硫等實施更加嚴格的控制標準。這不僅增加企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保成本，而且直接將企業(yè)置于社會輿論的監(jiān)督之下，對企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營帶來更大的壓力。

  2. 2 未來發(fā)展的展望

  21世紀第二個10年內(nèi)，中國經(jīng)濟在工業(yè)化過程中將持續(xù)發(fā)展，鋼鐵工業(yè)仍將是工業(yè)化發(fā)展的支柱。中國從1996年以來一直是世界第一鋼鐵大國，預(yù)計21世紀第二個10年鋼鐵工業(yè)仍將高位運行，但增速將會降低，并在其后期出現(xiàn)負增長。隨著社會廢鋼量增多，在煉鋼工序的鐵鋼比開始下降時，中國的生鐵產(chǎn)量將隨之減少。自然資源、能源及環(huán)境保護方面的約束，仍將是中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的限制性環(huán)節(jié)。因此，中國鋼鐵工業(yè)未來的發(fā)展必須重視以下幾個問題。

  (1) 必須走以內(nèi)需為主的道路。資源與能源的短缺將制約中國成為鋼材出口國，中國鋼鐵工業(yè)的任務(wù)是在盡可能降低自然資源與能源消耗的前提下，保持中國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。

  (2) 轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長模式。中國鋼鐵工業(yè)雖然從產(chǎn)量來看早已是世界第一鋼鐵大國，但從鋼材質(zhì)量水平、能耗水平、環(huán)保水平等方面分析，距離鋼鐵強國還有不少差距，仍處于粗放經(jīng)營范疇。從粗放經(jīng)營向集約型經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，是中國鋼鐵工業(yè)今后的另一項重要任務(wù)。

  (3) 淘汰落后設(shè)備。雖然進入21世紀以來，中國冶金設(shè)備的大型化、現(xiàn)代化進步很快，但設(shè)備落后、污染嚴重、能耗水平高的小高爐、小燒結(jié)機、豎爐球團、小焦爐還大量存在。在鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中，以污染水平、能耗水平為標準淘汰落后的冶金設(shè)備應(yīng)是重要任務(wù)。