眾所周知，我國(guó)鋼鐵工業(yè)是以焦化—燒結(jié)—高爐—轉(zhuǎn)爐的長(zhǎng)流程為主，而從焦化到高爐的煉鐵流程承擔(dān)著60%的能源消耗、70%的噸鋼成本、90%的污染物排放總量。高爐冶煉離不開(kāi)焦炭，更需要大量使用塊狀物料，燒結(jié)礦和球團(tuán)礦就是優(yōu)質(zhì)的人造塊礦。我國(guó)的高爐爐料結(jié)構(gòu)以高比例燒結(jié)礦為主，冶煉每噸生鐵需要1.6噸左右的礦石。我國(guó)爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦占比達(dá)到75%左右，以2016年我國(guó)生鐵產(chǎn)能7億噸計(jì)算，需要燒結(jié)礦約11億噸。10多億噸的礦粉需要燒結(jié)造塊，造成大量的能源消耗和污染物排放。

減少能源消耗，降低污染物排放，發(fā)展綠色鋼鐵成為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)之一。現(xiàn)有的污染物治理都是以末端治理為主，氣體形態(tài)污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w形態(tài)，未被很好地資源化利用，大多數(shù)處于積存狀態(tài)。而一些工業(yè)粉塵富集了大量的堿金屬和鋅等元素，未被很好地處理和使用，也造成環(huán)境的再次污染。在生產(chǎn)制造過(guò)程中，減少污染物的生成，把污染物控制在源頭生成階段，減少大量的環(huán)保投資和運(yùn)行費(fèi)用是治理的根本途徑。隨著排放標(biāo)準(zhǔn)越發(fā)嚴(yán)格，污染物治理范圍加大，環(huán)保治理將成為影響企業(yè)生存的重要因素。因此，借鑒歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)鋼鐵工業(yè)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整現(xiàn)有高爐爐料結(jié)構(gòu)，減少燒結(jié)礦的使用，多使用相對(duì)清潔的球團(tuán)礦和塊礦進(jìn)行高爐冶煉，是實(shí)現(xiàn)源頭減排的必然趨勢(shì)。

我國(guó)鋼鐵工業(yè)的排放現(xiàn)狀

現(xiàn)有的高爐煉鐵流程，污染物和能源消耗所占比例較大，一直是污染物治理和節(jié)能降耗的關(guān)鍵區(qū)域。能源消耗占鋼鐵總消耗的60%，污染物排放占鋼鐵流程總排放量的90%。如果按2016年全國(guó)生鐵產(chǎn)量7億噸估算，高爐煉鐵流程每年產(chǎn)生的煙氣粉塵約100萬(wàn)噸、SO2約160萬(wàn)噸、NOx約60萬(wàn)噸。在整個(gè)鋼鐵流程中，原燃料制備環(huán)節(jié)的粉塵排放占整個(gè)流程粉塵排放總量的60%、SO2占整個(gè)流程SO2排放總量的93.5%、NOx占整個(gè)流程N(yùn)Ox排放總量的73.4%。其中，燒結(jié)工序排放比例最高，粉塵排放占35.4%、SO2排放占67%、NOx排放占51.1%。球團(tuán)工序的污染物排放遠(yuǎn)低于燒結(jié)工序，粉塵排放占5.2%，是燒結(jié)工序的1/7；SO2排放占20.1%，是燒結(jié)工序的1/3；NOx排放占10.4%，是燒結(jié)工序的1/5。高爐工序粉塵排放在整個(gè)鋼鐵流程粉塵排放中占20.6%、SO2排放占1.6%、NOx排放占14.2%。煉鋼和軋鋼工序粉塵排放占19.2%、SO2排放占2.1%、NOx排放占7.8%。因此，要實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展，需要調(diào)整現(xiàn)有高爐爐料結(jié)構(gòu)，降低燒結(jié)礦的使用比例，提高球團(tuán)礦使用比例，如果多使用塊礦，污染物排放比例將更低。

目前，現(xiàn)有脫硫方式使得氣態(tài)污染物變?yōu)楣虘B(tài)形式，脫硫產(chǎn)物并未被很好地資源化利用，很多脫硫后生成的亞硫酸鈣、硫酸鎂和石膏等產(chǎn)物純度不夠，只能作為固體廢棄物進(jìn)行堆放。

我國(guó)高爐的爐料結(jié)構(gòu)

我國(guó)高爐爐料結(jié)構(gòu)以高比例燒結(jié)礦配加少量酸性球團(tuán)礦或天然塊礦為主，燒結(jié)礦平均配比在75%左右。很多鋼鐵企業(yè)對(duì)外礦石依存度達(dá)到或超過(guò)80%，大部分進(jìn)口礦以粉狀料為主，通過(guò)配加石灰石或白云石等熔劑進(jìn)行燒結(jié)造塊。高堿度燒結(jié)礦還原性能好，冶金性能優(yōu)良，有利于高爐冶煉。

高品位天然塊礦可以直接入爐使用，但因天然塊礦的熱爆性能差，還原性能不足，造成配加比例較小，國(guó)內(nèi)高爐塊礦平均配比在10%左右。目前，國(guó)內(nèi)操作最好的高爐塊礦比例能夠長(zhǎng)期配加到25%左右，還不能實(shí)現(xiàn)更大比例的配加。但因我國(guó)是以貧礦為主的國(guó)家，高品位礦石缺乏，進(jìn)口礦近年也出現(xiàn)質(zhì)量下降、品位降低的現(xiàn)象，導(dǎo)致塊礦資源冶煉經(jīng)濟(jì)性降低。

球團(tuán)礦配加比例主要受礦粉資源和精礦粉價(jià)格限制，球團(tuán)礦成本偏高，行業(yè)平均配比在15%左右。我國(guó)鐵礦石儲(chǔ)量巨大，但平均品位較低（35%左右），需要經(jīng)過(guò)選礦富集。像東北、華北地區(qū)的變質(zhì)—沉積磁鐵礦儲(chǔ)量超過(guò)200億噸，且可選性能好，經(jīng)選礦后可以獲得含鐵65%以上的精礦。這類(lèi)富選鐵精粉粒度細(xì)，很適于造球。但由于選礦成本高，其被低價(jià)進(jìn)口鐵礦石沖擊，開(kāi)采規(guī)模減少。

近10年間，國(guó)內(nèi)球團(tuán)礦配加比例呈現(xiàn)正弦曲線波動(dòng)趨勢(shì)（如附圖所示），配加比例在環(huán)保政策比較寬松時(shí)期與鐵礦粉價(jià)格有一定的對(duì)應(yīng)性。鐵礦粉價(jià)格升高，與造球鐵精粉價(jià)格差距縮小后，企業(yè)開(kāi)始大量使用球團(tuán)礦。而鐵礦粉價(jià)格降低，尤其是外礦粉價(jià)格更低時(shí)，與國(guó)內(nèi)鐵精粉成本差距較大，使得造球成本比燒結(jié)礦升高較多，各企業(yè)為降低成本，開(kāi)始減量使用球團(tuán)礦。2010年前后，球團(tuán)礦比例最高接近20%，這也是鐵礦粉價(jià)格較高的時(shí)期。2012年以后，受進(jìn)口礦價(jià)格降低的影響，球團(tuán)礦比例有所降低。

在鋼鐵工業(yè)開(kāi)始進(jìn)行限制、淘汰落后產(chǎn)能的供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革時(shí)期，球團(tuán)礦使用比例和鐵礦粉價(jià)格對(duì)應(yīng)關(guān)系即將出現(xiàn)改變。尤其是2015年以后受環(huán)保限產(chǎn)影響，燒結(jié)礦的弊端逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，球團(tuán)礦比例又呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。2016年造球鐵精粉和商品球團(tuán)礦銷(xiāo)售量增加，部分鋼鐵企業(yè)意識(shí)到需要提高球團(tuán)礦比例、降低燒結(jié)礦比例來(lái)維持高爐順行。

目前，國(guó)內(nèi)使用球團(tuán)礦比例較高的主要鋼鐵企業(yè)如首鋼遷鋼、首鋼京唐、太鋼等，比例接近30%，河鋼高爐球團(tuán)礦使用比例在10%~25%。大量燒結(jié)礦入爐，造成入爐品位低，有些小高爐入爐礦品位為52%~53%，渣比接近500kg/t。大高爐入爐礦品位整體較高，2000m3以上高爐入爐礦品位平均在57%左右，國(guó)內(nèi)4000m3以上高爐入爐礦品位平均在59%左右。高比例球團(tuán)礦的使用有利于降低燃料比，增加產(chǎn)量，改善高爐指標(biāo)。

發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的爐料結(jié)構(gòu)

歐洲和北美受環(huán)保因素的影響，高爐爐料結(jié)構(gòu)由高比例燒結(jié)礦轉(zhuǎn)變?yōu)楦弑壤驁F(tuán)礦，很多高爐使用全球團(tuán)礦冶煉。尤其是瑞典和芬蘭的鋼鐵企業(yè)，基于環(huán)保政策，取消燒結(jié)機(jī)，使用全球團(tuán)礦冶煉，場(chǎng)內(nèi)廢料采用冷壓塊的方式投入高爐冶煉。而北美的高爐爐料結(jié)構(gòu)也是以球團(tuán)礦冶煉為主，燒結(jié)機(jī)承接處理篩下粉末和回收廢料的功能。歐美部分鋼鐵公司高爐爐料結(jié)構(gòu)如附表所示。

調(diào)整高爐爐料結(jié)構(gòu)面臨的困難

鋼鐵成本壓力。包括我國(guó)在內(nèi)的亞洲地區(qū)高爐多數(shù)是以高比例燒結(jié)礦為主，燒結(jié)礦可以使用粉狀物料，大多數(shù)以進(jìn)口鐵礦粉為主，進(jìn)口鐵礦粉品位高、價(jià)格便宜，這就造成燒結(jié)礦成本相對(duì)較低。相反，生產(chǎn)球團(tuán)礦要以鐵精粉為主，國(guó)內(nèi)礦山鐵精粉成本較高，進(jìn)口鐵精粉價(jià)格更貴，這就造成球團(tuán)礦成本升高。從原燃料使用成本來(lái)看，球團(tuán)礦成本要高于燒結(jié)礦成本。另外，國(guó)內(nèi)以生產(chǎn)酸性球團(tuán)礦為主，SiO2含量偏高，冶煉不經(jīng)濟(jì)，高爐不能高比例配加，高爐燃耗不能大幅降低，不能彌補(bǔ)原料上升的成本，使得球團(tuán)礦冶煉的經(jīng)濟(jì)性無(wú)法發(fā)揮出來(lái)，以至于大多數(shù)鋼鐵企業(yè)不愿意也不能大比例使用球團(tuán)礦。

球團(tuán)礦制備和高爐冶煉工藝不成熟。降低燒結(jié)礦使用比例進(jìn)行高爐冶煉有兩個(gè)途徑，一是超高堿度燒結(jié)礦配加酸性球團(tuán)礦或塊礦；二是使用熔劑性球團(tuán)礦或酸、堿球團(tuán)礦搭配進(jìn)行大比例球團(tuán)礦冶煉。第一種需要超高堿度燒結(jié)礦，使得燒結(jié)礦堿度比現(xiàn)有堿度1.9左右更高，這就造成燒結(jié)生產(chǎn)中需要更多配加熔劑，造成燒結(jié)礦品位的進(jìn)一步降低，高爐冶煉經(jīng)濟(jì)性就會(huì)降低。第二種需要使用熔劑性球團(tuán)，可以實(shí)現(xiàn)高爐大比例使用或者全球團(tuán)礦冶煉，從歐美國(guó)家和地區(qū)高比例球團(tuán)礦冶煉的方式來(lái)看，工藝已經(jīng)很成熟，不存在太大難度。

國(guó)內(nèi)礦粉的SiO2含量較高，制造熔劑性球團(tuán)礦的工藝不成熟，存在球團(tuán)礦熔點(diǎn)低、自身黏結(jié)嚴(yán)重、回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈厲害、配加熔劑后粉化嚴(yán)重等難題，未能得到有效解決，造成工業(yè)生產(chǎn)難度較大。并且球團(tuán)礦自然堆角較小，高爐布料時(shí)易滾動(dòng)，容易壓制中心氣流，熔劑性球團(tuán)礦熔點(diǎn)低，過(guò)早進(jìn)行熔化黏結(jié)，影響高爐塊狀帶透氣性，大比例配吃時(shí)，高爐出現(xiàn)難行等問(wèn)題，都限制了高爐大比例使用球團(tuán)礦。

天然塊礦無(wú)法大比例配加。天然塊礦品位高，粒度均勻，只需使用篩分設(shè)備即可，在礦石開(kāi)采過(guò)程中成本相對(duì)于鐵精粉低很多，不用額外添加燃料進(jìn)行造塊，相比于燒結(jié)礦和球團(tuán)礦而言，從環(huán)保角度衡量是最清潔的爐料。但是高品位塊礦資源較少，很多國(guó)家限制優(yōu)質(zhì)塊礦資源出口。我國(guó)是以貧礦為主的國(guó)家，直接入爐的塊礦資源很少，無(wú)法大比例使用。因可入爐天然塊礦資源以赤鐵礦和褐鐵礦為主，含有部分結(jié)晶水，在高溫下容易爆裂，并且在雨季攜帶大量粉末入爐，造成高爐無(wú)法大量配加。隨著近年來(lái)煉鐵水平的提高，很多廠家天然塊礦配加比例在20%左右，個(gè)別單位可以配加到30%，但是冶煉難度大，不能大范圍推廣。從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，優(yōu)質(zhì)塊礦資源溢價(jià)較多，和燒結(jié)礦成本相差無(wú)幾，冶金性能和燒結(jié)礦相差太多，也限制其使用量。

調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)方能適應(yīng)未來(lái)發(fā)展

無(wú)論是燒結(jié)礦、球團(tuán)礦，還是天然塊礦，都是以高爐能夠正常經(jīng)濟(jì)使用為目的，燒結(jié)工藝污染物排放總量大，脫除難度高，勢(shì)必被相對(duì)清潔的造球工藝或非高爐煉鐵工藝所替代，只是后續(xù)工藝不太成熟，未能夠大范圍進(jìn)行推廣應(yīng)用，還需要時(shí)間而已。我國(guó)對(duì)熔劑性球團(tuán)礦的工業(yè)應(yīng)用剛剛開(kāi)始，還存在諸多難題需要克服。從歐美國(guó)家和地區(qū)高爐爐料結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，伴隨我國(guó)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩的現(xiàn)狀，環(huán)保治理的成本越來(lái)越高，鋼鐵企業(yè)不能單獨(dú)考慮原燃料成本，還要兼顧環(huán)境資源的和諧。我們需要在現(xiàn)有高爐工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，既減少環(huán)境污染又進(jìn)行鋼鐵冶煉，這只能通過(guò)調(diào)整高爐爐料結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)未來(lái)發(fā)展。按現(xiàn)有酸性球團(tuán)礦品質(zhì)和燒結(jié)礦工藝來(lái)看，達(dá)到30%的球團(tuán)礦比例是可以實(shí)現(xiàn)的，要達(dá)到60%以上的球團(tuán)礦比例，需要使用熔劑性球團(tuán)礦。

按2016年全國(guó)生鐵產(chǎn)量7億噸估算，現(xiàn)有燒結(jié)、球團(tuán)工藝都按達(dá)標(biāo)排放計(jì)算，75%燒結(jié)礦替換成60%球團(tuán)礦，SO2減排20萬(wàn)噸，NOx減排35萬(wàn)噸，煙氣粉塵減排4萬(wàn)噸，CO2減排約5億噸。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。