胡启晨 姜曦

众所周知，我国钢铁工业是以焦化—烧结—高炉—转炉的长流程为主，而从焦化到高炉的炼铁流程承担着60%的能源消耗、70%的吨钢成本、90%的污染物排放总量。高炉冶炼离不开焦炭，更需要大量使用块状物料，烧结矿和球团矿就是优质的人造块矿。我国的高炉炉料结构以高比例烧结矿为主，冶炼每吨生铁需要1.6吨左右的矿石。我国炉料结构中烧结矿占比达到75%左右，以2016年我国生铁产能7亿吨计算，需要烧结矿约11亿吨。10多亿吨的矿粉需要烧结造块，造成大量的能源消耗和污染物排放。

减少能源消耗，降低污染物排放，发展绿色钢铁成为钢铁工业发展的重点任务之一。现有的污染物治理都是以末端治理为主，气体形态污染物转变为固体形态，未被很好地资源化利用，大多数处于积存状态。而一些工业粉尘富集了大量的碱金属和锌等元素，未被很好地处理和使用，也造成环境的再次污染。在生产制造过程中，减少污染物的生成，把污染物控制在源头生成阶段，减少大量的环保投资和运行费用是治理的根本途径。随着排放标准越发严格，污染物治理范围加大，环保治理将成为影响企业生存的重要因素。因此，借鉴欧美等发达国家和地区钢铁工业发展经验，调整现有高炉炉料结构，减少烧结矿的使用，多使用相对清洁的球团矿和块矿进行高炉冶炼，是实现源头减排的必然趋势。

我国钢铁工业的排放现状

现有的高炉炼铁流程，污染物和能源消耗所占比例较大，一直是污染物治理和节能降耗的关键区域。能源消耗占钢铁总消耗的60%，污染物排放占钢铁流程总排放量的90%。如果按2016年全国生铁产量7亿吨估算，高炉炼铁流程每年产生的烟气粉尘约100万吨、SO2约160万吨、NOx约60万吨。在整个钢铁流程中，原燃料制备环节的粉尘排放占整个流程粉尘排放总量的60%、SO2占整个流程SO2排放总量的93.5%、NOx占整个流程NOx排放总量的73.4%。其中，烧结工序排放比例最高，粉尘排放占35.4%、SO2排放占67%、NOx排放占51.1%。球团工序的污染物排放远低于烧结工序，粉尘排放占5.2%，是烧结工序的1/7；SO2排放占20.1%，是烧结工序的1/3；NOx排放占10.4%，是烧结工序的1/5。高炉工序粉尘排放在整个钢铁流程粉尘排放中占20.6%、SO2排放占1.6%、NOx排放占14.2%。炼钢和轧钢工序粉尘排放占19.2%、SO2排放占2.1%、NOx排放占7.8%。因此，要实现钢铁行业的绿色发展，需要调整现有高炉炉料结构，降低烧结矿的使用比例，提高球团矿使用比例，如果多使用块矿，污染物排放比例将更低。

目前，现有脱硫方式使得气态污染物变为固态形式，脱硫产物并未被很好地资源化利用，很多脱硫后生成的亚硫酸钙、硫酸镁和石膏等产物纯度不够，只能作为固体废弃物进行堆放。

我国高炉的炉料结构

我国高炉炉料结构以高比例烧结矿配加少量酸性球团矿或天然块矿为主，烧结矿平均配比在75%左右。很多钢铁企业对外矿石依存度达到或超过80%，大部分进口矿以粉状料为主，通过配加石灰石或白云石等熔剂进行烧结造块。高碱度烧结矿还原性能好，冶金性能优良，有利于高炉冶炼。

高品位天然块矿可以直接入炉使用，但因天然块矿的热爆性能差，还原性能不足，造成配加比例较小，国内高炉块矿平均配比在10%左右。目前，国内操作最好的高炉块矿比例能够长期配加到25%左右，还不能实现更大比例的配加。但因我国是以贫矿为主的国家，高品位矿石缺乏，进口矿近年也出现质量下降、品位降低的现象，导致块矿资源冶炼经济性降低。

球团矿配加比例主要受矿粉资源和精矿粉价格限制，球团矿成本偏高，行业平均配比在15%左右。我国铁矿石储量巨大，但平均品位较低（35%左右），需要经过选矿富集。像东北、华北地区的变质—沉积磁铁矿储量超过200亿吨，且可选性能好，经选矿后可以获得含铁65%以上的精矿。这类富选铁精粉粒度细，很适于造球。但由于选矿成本高，其被低价进口铁矿石冲击，开采规模减少。

近10年间，国内球团矿配加比例呈现正弦曲线波动趋势（如附图所示），配加比例在环保政策比较宽松时期与铁矿粉价格有一定的对应性。铁矿粉价格升高，与造球铁精粉价格差距缩小后，企业开始大量使用球团矿。而铁矿粉价格降低，尤其是外矿粉价格更低时，与国内铁精粉成本差距较大，使得造球成本比烧结矿升高较多，各企业为降低成本，开始减量使用球团矿。2010年前后，球团矿比例最高接近20%，这也是铁矿粉价格较高的时期。2012年以后，受进口矿价格降低的影响，球团矿比例有所降低。

在钢铁工业开始进行限制、淘汰落后产能的供给侧结构性改革时期，球团矿使用比例和铁矿粉价格对应关系即将出现改变。尤其是2015年以后受环保限产影响，烧结矿的弊端逐渐显现出来，球团矿比例又呈现升高趋势。2016年造球铁精粉和商品球团矿销售量增加，部分钢铁企业意识到需要提高球团矿比例、降低烧结矿比例来维持高炉顺行。

目前，国内使用球团矿比例较高的主要钢铁企业如首钢迁钢、首钢京唐、太钢等，比例接近30%，河钢高炉球团矿使用比例在10%~25%。大量烧结矿入炉，造成入炉品位低，有些小高炉入炉矿品位为52%~53%，渣比接近500kg/t。大高炉入炉矿品位整体较高，2000m3以上高炉入炉矿品位平均在57%左右，国内4000m3以上高炉入炉矿品位平均在59%左右。高比例球团矿的使用有利于降低燃料比，增加产量，改善高炉指标。

发达国家和地区的炉料结构

欧洲和北美受环保因素的影响，高炉炉料结构由高比例烧结矿转变为高比例球团矿，很多高炉使用全球团矿冶炼。尤其是瑞典和芬兰的钢铁企业，基于环保政策，取消烧结机，使用全球团矿冶炼，场内废料采用冷压块的方式投入高炉冶炼。而北美的高炉炉料结构也是以球团矿冶炼为主，烧结机承接处理筛下粉末和回收废料的功能。欧美部分钢铁公司高炉炉料结构如附表所示。

调整高炉炉料结构面临的困难

钢铁成本压力。包括我国在内的亚洲地区高炉多数是以高比例烧结矿为主，烧结矿可以使用粉状物料，大多数以进口铁矿粉为主，进口铁矿粉品位高、价格便宜，这就造成烧结矿成本相对较低。相反，生产球团矿要以铁精粉为主，国内矿山铁精粉成本较高，进口铁精粉价格更贵，这就造成球团矿成本升高。从原燃料使用成本来看，球团矿成本要高于烧结矿成本。另外，国内以生产酸性球团矿为主，SiO2含量偏高，冶炼不经济，高炉不能高比例配加，高炉燃耗不能大幅降低，不能弥补原料上升的成本，使得球团矿冶炼的经济性无法发挥出来，以至于大多数钢铁企业不愿意也不能大比例使用球团矿。

球团矿制备和高炉冶炼工艺不成熟。降低烧结矿使用比例进行高炉冶炼有两个途径，一是超高碱度烧结矿配加酸性球团矿或块矿；二是使用熔剂性球团矿或酸、碱球团矿搭配进行大比例球团矿冶炼。第一种需要超高碱度烧结矿，使得烧结矿碱度比现有碱度1.9左右更高，这就造成烧结生产中需要更多配加熔剂，造成烧结矿品位的进一步降低，高炉冶炼经济性就会降低。第二种需要使用熔剂性球团，可以实现高炉大比例使用或者全球团矿冶炼，从欧美国家和地区高比例球团矿冶炼的方式来看，工艺已经很成熟，不存在太大难度。

国内矿粉的SiO2含量较高，制造熔剂性球团矿的工艺不成熟，存在球团矿熔点低、自身黏结严重、回转窑结圈厉害、配加熔剂后粉化严重等难题，未能得到有效解决，造成工业生产难度较大。并且球团矿自然堆角较小，高炉布料时易滚动，容易压制中心气流，熔剂性球团矿熔点低，过早进行熔化黏结，影响高炉块状带透气性，大比例配吃时，高炉出现难行等问题，都限制了高炉大比例使用球团矿。

天然块矿无法大比例配加。天然块矿品位高，粒度均匀，只需使用筛分设备即可，在矿石开采过程中成本相对于铁精粉低很多，不用额外添加燃料进行造块，相比于烧结矿和球团矿而言，从环保角度衡量是最清洁的炉料。但是高品位块矿资源较少，很多国家限制优质块矿资源出口。我国是以贫矿为主的国家，直接入炉的块矿资源很少，无法大比例使用。因可入炉天然块矿资源以赤铁矿和褐铁矿为主，含有部分结晶水，在高温下容易爆裂，并且在雨季携带大量粉末入炉，造成高炉无法大量配加。随着近年来炼铁水平的提高，很多厂家天然块矿配加比例在20%左右，个别单位可以配加到30%，但是冶炼难度大，不能大范围推广。从经济角度来说，优质块矿资源溢价较多，和烧结矿成本相差无几，冶金性能和烧结矿相差太多，也限制其使用量。

调整炉料结构方能适应未来发展

无论是烧结矿、球团矿，还是天然块矿，都是以高炉能够正常经济使用为目的，烧结工艺污染物排放总量大，脱除难度高，势必被相对清洁的造球工艺或非高炉炼铁工艺所替代，只是后续工艺不太成熟，未能够大范围进行推广应用，还需要时间而已。我国对熔剂性球团矿的工业应用刚刚开始，还存在诸多难题需要克服。从欧美国家和地区高炉炉料结构发展趋势来看，伴随我国钢铁工业产能过剩的现状，环保治理的成本越来越高，钢铁企业不能单独考虑原燃料成本，还要兼顾环境资源的和谐。我们需要在现有高炉工艺基础上进行优化，既减少环境污染又进行钢铁冶炼，这只能通过调整高炉炉料结构来适应未来发展。按现有酸性球团矿品质和烧结矿工艺来看，达到30%的球团矿比例是可以实现的，要达到60%以上的球团矿比例，需要使用熔剂性球团矿。

按2016年全国生铁产量7亿吨估算，现有烧结、球团工艺都按达标排放计算，75%烧结矿替换成60%球团矿，SO2减排20万吨，NOx减排35万吨，烟气粉尘减排4万吨，CO2减排约5亿吨。

--转载自中国冶金报

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