钢铁工业可持续发展

1、中国钢铁工业发展的资源、环境与可持续发展 江西萍乡行1一、十一五及2010年的 中国钢铁工业234567891011“十二五”钢铁行业需要关注的课题121314151617181920212223十二五中国粗钢需求分析242526272829303132333435发展新钢铁材料36钢铁材料的差距37以我国用量最大的建筑用钢为例看钢铁产品的发展38加快淘汰落后产能392010年钢铁工业总的形势粗钢产量：62665万吨，增加5300万吨，增长9.3%；年产钢1000万吨的企业集团达到13家；板带产量同比增加18.90%，高出长材增幅8个百分点；钢材价格指数上涨21.1，比2008年高价位低20。

2、全年净出口钢材2613万吨；进口铁矿石6.2亿吨，对外依存度63%；重点大中型企业吨钢综合能耗604.6千克标煤，同比下降2.21；二氧化硫排放66.79%万吨，下降8.79；COD排放3万吨，下降11.43%；淘汰落后炼铁能力3524万吨、炼钢能力876万吨，十一五累计完成淘汰落后炼铁、炼钢产能预定目标的117和126。402010 年钢铁行业运行存在的主要问题行业运行成本大幅度增加：进口铁矿石均价128美元/吨，上涨40美元，总成本上涨1960亿元；冶金焦价格上涨12.80，废钢上涨20%；生产成本上升30.7。企业盈利水平下降：20072010年销售收入利润率分别为：7.26、3.23、

3、2.46、2.91（全国工业企业6.2），大多数企业盈利水平不乐观。利用国际市场消化产能的空间缩小。节能降耗的压力。41预计粗钢表观消费量为6.3 亿吨，粗钢产量为6.6 亿吨左右。2011 年我国粗钢净出口量预计与2010 年持平。2011 年固定资产增速回落将减少钢铁需求，尤其是长材的需求。考虑到“十二五”规划的开局之年和7000万保障性住房建设拉动，钢材需求下降将不会太明显。资源、环境及发展新技术的对中国钢铁工业的压力仍然巨大。2011 年是“十二五”开局之年，我国钢铁工业高速发展阶段已近尾声，转方式、调结构是钢铁工业下步发展的必由之路。钢铁企业的生产经营难度加大，但也正是钢铁行业加快节

4、能减排，加快结构调整的好时期，全行业要在节能减排、结构调整上苦练内功，利用市场倒逼机制加快结构调整、转变发展方式，促进钢铁工业健康发展。2011年展望42二、铁矿石资源与保障43资源保障44铁矿石资源45铁矿石及冶金煤价格变化趋势4647我国钢铁工业对铁矿石资源的刚性需求虽然.但是.我国铁矿石资源的特点数据来源：国土资源部、IISI按国际机构统计标准，每吨国内铁矿仅相当于进口铁矿含铁量的47%48495051 我国的铁矿石资源概况 截至2009年底，全国铁矿查明资源储量为646亿吨，其中基础储量为213亿吨，资源量433亿吨，我国铁矿石查明资源储量绝大部分为贫矿，富铁矿石查明资源储量有10.0

5、2亿吨，占全部铁矿查明资源储量的1.6%。2009年全国铁矿查明资源储量净增加6.09亿吨。52年份查明资源储量(亿吨)基础储量（亿吨）资源量（亿吨）20015812153652003576212364200559321637720076132233902009646213433 我国铁矿石资源储量统计表53 我国的铁矿石资源概况 我国铁矿资源分布广泛又相对集中，相对集中在辽宁(123.33亿吨，占全国总量的20.1%)、四川(102.07亿吨，占16.6%)、河北(72.49亿吨，占11.8%)，三省合计铁矿查明资源储量298亿吨，占全国铁矿查明资源储量的49.1%，几乎占全国铁矿查明资源储

6、量的一半。 具有工业价值的矿床类型主要是鞍山式沉积变质型铁矿、攀枝花式岩浆钒钛磁铁矿、大冶式硅卡岩型铁矿床、梅山式火山岩型铁矿和白云鄂博热液型稀土铁矿。54 我国铁矿资源贫矿多，富矿少，全国铁矿石平均品位为33%，低于世界铁矿品位11 个百分点，保有储量中贫铁矿石占全国储量的97%，绝大部分铁矿石须经过选矿富集后才能使用。含铁平均品位在55%左右能直接入炉的富铁矿储量只占全国储量的2.7%，而形成一定开采规模，能单独开采的富铁矿就更少了。全国共探明各类富铁矿储量约14.8亿吨。55暂难利用铁矿多，限制了国内铁矿石的供给 全国暂难利用铁矿保有储量约194亿t ，其中工业储量约57 亿t。这些铁矿

7、一般是难采、难选，多组分难以综合利用，以及铁矿品位低、矿体厚度薄，矿山开采技术条件和水文地质条件复杂、矿区交通不便、矿体分散难以规划、开采经济指标不合理、矿产地属自然环境保护区等等。 中国铁矿资源中贫矿多，贫矿储量占总储量的80%；多元素共生的复合矿石较多。此外矿体复杂；有些贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。56我国铁矿查明资源储量利用情况57我国铁矿资源发利用情况一、鞍本矿区 目前我国储量及开采量最大的矿区，铁矿分布于辽宁鞍山、本溪和辽阳三市，铁矿床几乎全为“鞍山式”沉积变质型。有大、中、小型铁矿床53处，其中大型19处。合计保有铁矿石储量106.5亿t。 鞍本矿区是鞍钢、本钢的主要原料基

8、地。铁矿石主要为沉积变质的赤铁矿石和磁铁矿石、其中以赤铁矿石为主，磁铁矿石次之，还有一部分含绿泥石和碳酸盐较高的难选矿石，矿石含铁品位2832%，铁矿物粒度平均7437微米。嵌布粒度细，矿石种类复杂。58二、河北铁矿区 河北省是铁矿大省，总资源量60.3 亿吨，其中基础储量46.7 亿吨，铁矿石储量仅次于辽宁省，居全国第二位。铁矿资源主要分布在河北省迁安、宣化和邯郸、邢台地区的武安、矿山村等的地区，是首钢、唐钢和邯郸、宣化及阳泉等钢铁厂的原料基地。59三、白云鄂博矿区（稀土） 位于内蒙古中部的乌兰察布草原上，距包头市149km。探明铁矿石储量14 亿吨，形成主矿、东矿、西矿、东介勒格勒4 个工

9、业矿床，全区矿化范围达48km2。稀土资源居世界第一位，占世界已探明储量的77%，我国总储量的95%以上。60四、攀西钒钛磁铁矿区 位于四川省西南部，包括攀枝花和凉山州的二十余个县、市。攀西地区是一个巨大的聚宝盆，己探明铁矿储量近100亿吨，占全国铁矿储量的20%，是仅次于鞍、本的全国第二大铁矿基地。其中钒钛磁铁矿约98 亿吨，占全国钒钛磁铁矿储量的83.2%；二氧化钛储量8.7 亿吨，占全国储量的94.3%；五氧化二钒的储量近2000 万吨，占全国储量的87%.钛资源储量居世界首位，钒资源储量与居世界第五位的美国相当。61制约我国铁矿石开采业发展的主要问题一、我国铁矿资源的特点制约了铁矿开采

10、业的发展 我国是世界上铁矿资源总量相对丰富的国家，但人均资源量偏低，资源质量较差，贫矿多富矿少。全国铁矿石平均品位在33%，低于世界铁矿石平均品位11 个百分点，97.2%为贫矿，大于55%的富矿只占2.5%，而富矿的可采储量只有1.9%，而且我国的铁矿石多为地下矿，开采难度大。我国铁矿石资源的上述特点决定了国内铁矿开发的高成本低收益，制约了国产铁矿石的开发。 62二 、资源综合利用程度低，资源开发浪费严重 由于国家对矿山投入不足、监控不严，导致我国铁矿资源长期遭受乱采滥挖，遭到严重破坏。绝大多数非国有矿山企业基本不进行综合回收。更为严重的是，由于矿业秩序混乱，采富弃贫，采厚弃薄，掠夺式地开采

11、，资源浪费惊人，矿山寿命缩短，一些特大型矿床由于乱采滥挖，已无法规模开发。 矿山尾矿的综合利用率极低，开发利用还处在初期阶段。63三 、我国贫铁矿开采技术有待进一步加强 多年来，国内在磁铁矿选矿技术、赤铁矿选矿技术方面也取得了许多成果，如各种弱磁场磁选设备及反浮选工艺在铁精矿提质降质方面发挥了很大作用。在当前技术条件下。具有工业利用价值的主要是磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。其中褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿等弱磁性含铁矿石为较难选别的难选矿石，难选别矿石的采选技术还有待进一步开发。64近五年中国铁矿石进口量、产量和粗钢产量一览数据来源：国家统计局、中国海关、IISI； 翁宇庆. 中国钢铁工业的可持

12、续发展, 2010年5月, 济南.8.847%4.1366.28我国钢铁工业对铁矿石资源的刚性需求2009年我国铁矿石进口依存度高达62%,2010年依存度高达63%.65 开发利用国内低品位复杂铁矿资源 具有非常重要的意义。66我国高磷铁矿资源：与陆相或部分海陆交替相富钠质中偏基性火山侵入活动有关的铁矿床，梅山式、陶村式、凹山式、孤山式和龙旗式等；海相中泥盆世沉积型，宁乡式；海相二叠纪沉积型，培凌式。我国高磷铁矿资源的特点与开发利用主要由鲕状赤铁矿组成, 次有菱铁矿、鲕绿泥石和褐铁矿；铁品位3045%, 磷0.141.4%（平均0.8）。20 世纪6070 年代我国曾大力进行过宁乡式铁矿选冶

13、技术攻关，但最终因矿石铁品位低、含磷高，无法真正解决除磷难题而搁浅。67Mineral separationChemical process我国高磷铁矿资源的特点与开发利用Low P iron oreHigh P iron oreT.Fe；PBFBFDe-P T.FeHigh P hot metalBF环保，绿色冶金大规模利用使用量小大规模利用脱磷成本高成本低68中高磷铁水冶炼脱磷鱼雷罐、铁水包的主要不足：脱磷前必须进行脱硅处理；鱼雷罐设备复杂；罐内动力学条件差；温降大；渣铁分离难；除渣时间长；铁水包容积小，运送和待装过程散热严重，铁水温降大，通常需吹氧补充温降，使得喷溅严重；温降大使得废钢比

14、低；脱磷渣碱度高，难以利用。转炉脱磷主要优势：不需预脱硅；处理后铁水温度高，增加废钢比；炉内空间大，允许强烈搅拌钢水；顶吹供氧，不需顶喷Fe2O3；高强度底吹改善动力学条件；炉渣碱度相对较低。69中高磷铁水冶炼脱磷装入铁水和废钢脱磷出半钢兑入脱碳炉脱碳出钢日本钢企生产实践表明，转炉双联法处理普通铁水可取得较高的脱磷率，生产超低磷钢。我们认为，转炉双联法是处理中高磷铁水的有效方法。神户：OLIPS住友：SRP新日铁：LD-ORPJFE：LD-NRP宝钢：BRP70钒钛磁铁矿资源 我国钒钛资源主要分布在攀西和承德地区优势明显总体储量大（约占全世界的40），在国际上占有重要地位；特色鲜明在结构、化学

15、组成、复合性上有特殊性。 特点：以多金属共(伴)生复合铁矿形式存在 攀枝花五大矿区钒钛磁铁矿总储量近100亿吨， 原矿中 含TiO2约10%， TiO2 8.73亿吨， 占全国的55%60%; 含V2O5约0.2%, V2O5 1579万吨，占全国的约25%； 含铁约30%， 全铁31亿吨， 占全国的约30%。71 承德地区钒钛磁铁矿总储量近80亿吨， 原矿中 含TiO2 约6%， 占全国的约30% ； 含V2O5 0.13%0.7%, 占全国的近30%； 含铁占全国的近30%， 战略地位十分重要！ 以黑色金属铁为主又含有大量有色金属的多金属共伴生矿，约占我国金属矿产资源的五分之一以上，是国民

16、经济建设及国防建设的重要战略资源，涉及到钢铁及有色金属两大工业行业。因此，该矿的高效利用直接影响着国家的资源安全。72三、节能减排促进钢铁工业 转变发展方式7374钢铁冶金是冶金工业的主导产业 工艺路线长重污染废水源 能耗/物耗高冶金行业节能减排的重点领域 数据来自：中国统计年鉴200875767778钢铁行业九大节能减排技术及减排潜力分析79从生产技术观点看室式焦炉炼焦，已有100多年的历史。尽管在出焦、熄焦方式，密封推焦技术，焦室放大经济化、炼焦自动化等方面不断进步。但在总体上焦化过程没有明显改变。焦化的化工产品在上世纪50年代后，由于石化精炼技术进步，焦化化工过程被认为是不经济的生产方式

17、。连续炼焦理论上有许多优点（高生产率、高自动化、无污染），但技术难点大，缺乏研发投资，近期难于发展。目前认为，21世纪仍以室式炼焦为主要生产方式，向特大容积（太钢7.63m）、全自动化（日本无人操作）、扩大炼焦用煤资源，提高焦炭质量（反应后强度CSR60），提高效益方向发展。环境保护与排放限制使焦化成了钢厂重要的治污与限制对象80面向21世纪的高效环保特级焦炉“SCOPE-21 ” （Super Coke Oven for Productivity and Environment Enhancement toward the 21th Century）81焦炉煤气如何应用？生产一吨焦炭产生的焦

18、炉煤气(COG)可用于：焦炉煤气（COG）G发电0.895MWh(=35%)加热2.485MWh制氢365m 3 (STP)制甲烷295 kg直接还原铁1120kg作为还原剂进高炉82焦炉煤气作还原剂进高炉脱萘脱氨焦油焦炉煤气高炉焦油水分离器焦油水立管水粗焦炉煤气8008525传统收集方式主系统不脱硫、不脱焦油的焦炉煤气喷入高炉作还原剂：焦比在300kg/t 以下。83焦炉煤气制造直接还原铁（DRI）脱萘脱氨脱硫氧焦炉煤气铁矿石焦油水分离器焦油水立管水粗焦炉煤气8008525传统收集方式主系统焦油加氧气化焦油气直接还原铁燃气11.8MJ/m3 (STP)84焦炉煤气不同利用方式的技术经济比较结

19、论：焦炉煤气生产直接还原铁效益最佳；焦炉煤气生产甲醇进而为生产二甲咪提供原料，生产人造汽油是发展方向；变压吸附制氢（PSA）值得关注和发展；焦炉煤气发电经济上不够合理。利用方式生产规模总投资投资回收期年效益备注发电100万吨钢4.0亿78年5000万技术成熟制氢1000m3/h500万12年300500万技术成熟制甲醇10万吨/年2.0亿78年5000万待工业试验生产直接还原铁50万吨5.0亿12年12亿待工业试验加热-85联合企业节能压力(CO2减排）各类排放物占排放总量的比例电炉钢厂19703701600HISmelt+电炉19346321639COREX+电炉28245868电炉（100

20、%废钢）619478396电炉（160kg铁水）21701842084高炉+转炉（250kgPCI)21981872111高炉+转炉（153kgPCI)CO2总排放kg/t电力kWh/tCO2排放kg/t生产流程不同生产流程生产1t钢液产生的CO2排放注：电力生产50%依靠化石燃料为能源 现代高炉CO2总排放1900 kg/t 世界高炉平均CO2总排放2200 kg/t总排放量5921.6kg/t总排放量2327.6kg/t固体废弃物9.9%废水50.7%气体39.4%固体废弃物8.8%废水85.9%气体5.3%绿色生产要大力降低CO2产生量86各钢铁企业正在大力发展以下高炉煤气利用技术：高炉

21、炉顶煤气余压发电技术高炉炼铁降低能耗的关键措施之一是： 高炉煤气如何应用 87新一代低碳富氢全氧炼铁工艺技术只有当非化石能源（核能、可再生能源）占到主流时（预计2050年左右），氢冶金才可能实现；中国已成为最大的CO2排放国， CO2排放量占世界总量的24.35%（美国占世界总量的21.38%）；2009年钢铁行业CO2排放量约为12.3亿吨，约占世界钢铁工业CO2排放量的40%，约占我国CO2排放量的16%。钢铁行业CO2减排压力巨大88减少炼铁工序能耗和CO2排放是关键传统钢铁流程的CO2排放主要在铁前工序，占总量的80%以上89钢铁生产能耗和CO2排放分析一部分氢将取代C与铁氧化物发生如

22、下还原反应： Fe2O3 + H2= Fe3O4 + H2O Fe3O4 + H2= FeO + H2O FeO + H2= Fe + H2O特别是最后一个反应，用当量热值计算，还原相同量的铁，用氢还原比用碳还原，每kg铁可以减少热耗390kcal，每吨生铁可以减少53kgce。此外，H2的还原速度比CO快十几倍，比C的还原速度快几十倍，可以使生产效率大幅度提高。高炉内的间接还原 Fe2O3 + CO = Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2高炉内的直接还原 FeO + C = Fe + CO高炉内的碳燃烧反应：C + O

23、2 = CO高炉内的碳气化反应CO2 + C = CO高炉内的渗碳反应 Fe + C = Fe3CH2COCH4CO2N2CnHm57.28.626.42.03.62.0典型的焦炉煤气成分（%） 目前钢铁联合企业的焦炉煤气（COG）几乎全部用作燃料，没有得到有效的梯级利用，也是对优质清洁能源的极大浪费。90焦化 烧结球团新一代低碳富氢全氧炼铁工艺5项技术回收利用各工序的余热余能，特别是固体原燃料加工制备过程中的显热，取消冷却过程，减少温度振荡，尽可能直接热装进入炼铁反应器；焦炉煤气用于炼铁，实现梯级和循环利用；采用全氧炼铁技术，大幅提高生产效率；采用焦化、球团与炼铁的联合运行设计和生产技术，缩

24、短工艺流程，以充分利用红热焦炭与红热球团的显热；采用炉顶煤气中分离与捕捉技术。91新一代低碳富氢全氧炼铁新工艺流程图换热器焦炉布袋除尘器除尘器氧气高炉煤气焦炉环冷机输出氢气变压吸附煤气储罐透平机高炉煤气燃气风机热装炉料焦炉煤气氧气罐焦炉煤气净化回转窑链篦机球团和焦炭从炉顶热装（850度）从风口和炉底喷吹焦炉煤气92技术方案和主要构成原料系统链篦机回转窑生产氧化球团原料100%使用球团矿，由链篦机回转窑生产。由回转窑出来的高温球团直接热装进入高炉，温度控制在800。同时仍设置环冷机，主要是在故障时使用，或者作为一种调节手段。回转窑链篦机红热球团环冷机93焦炉系统焦炭热装，温度控制在800，采用耐

25、高温链斗机输送，输送过程用氮气进行保护，以防止自燃。为了解决红热焦炭与炼铁生产的匹配问题，设置缓冲仓，保证红热焦炭的供应。技术方案和主要构成燃料系统94由焦炉引出的净煤气分为两路，一路经过煤气加压机压缩到设定的压力后进入变压吸附装置，将甲烷和氢气分离，氢气用于高附加值产品，剩余部分主要是甲烷并与氧气一通从风口喷入高炉；另一路则经过加压和加热后从炉身下部喷入高炉。从风口喷入的甲烷的重要作用，一是降低理论燃烧温度（可以控制在22002400），二是增加炉缸煤气的含量，增加间接还原，减少碳的直接还原。从炉身下部喷入的焦炉煤气主要是增加间接还原，提高反应速率。技术方案和主要构成焦炉煤气喷吹系统95由于

26、焦炭与球团热装，炉顶煤气温度将在800以上，首先要经过重力除尘，再经过多管热旋风除尘器，总的除尘效率可以达90以上。通过换热器来加热焦炉煤气和甲烷。温度降至200 以下后进入布袋除尘器（10mg/M3），再经过后，用于生产球团和焦化（将焦炉煤气置换）。技术方案和主要构成炉顶煤气系统热装炉料氧气布袋除尘器除尘器铁水罐车换热器透平机煤气储柜高温储斗96采用热装后，对炉顶设备耐磨性和密封性要求更高。特别是本项目采用高压操作（设计压力0.4Mpa ,工作压力3.5Mpa）。虽然炉顶采用高温高压操作，但宝钢引进的COREX 3000的熔融气化炉最高工作压力已可达0.42MPa，气化炉拱顶日常工作温度高达

27、1050，DRI入炉温度830。说明高炉顶压力技术是有可能实现的。采用高压操作的优点是增加还原气的密度，提高了反应效率和气体利用率。技术方案和主要构成炉顶装料系统热装炉料高温储斗97过程中的CO2捕捉方法：物理吸附法和化学吸附法（已成熟）开发利用炼钢炉渣处理过程产生的碱性污水、焦化生产中产生的氨水等碱性溶液与含CO2气体接触，选择性地将CO2吸收在吸收液里后，形成新的产品或用再生塔加热吸收液，分离、回收CO2的技术。新工艺的技术方案和主要构成炉顶煤气中的捕捉98新工艺的能耗、CO2排放吨铁能耗分析不扣除煤气回收，新工艺一次能耗476kgce/吨铁，扣除余热余能的净能耗仅为258kgce/吨铁。

28、传统高炉炼铁一次能耗549kgce/吨，扣除余热余能净能耗446kgce/吨铁。（宝钢一次能耗548kgce/t铁，净能耗405kgce/t铁） 一次能耗靠降低73kgce/t铁，降幅13%以上99新工艺的能耗和CO2排放吨铁CO2排放分析（kg） CO2直接排放量963.69kg，传统高炉直接排放量1357kg，降幅达近30%。100总体目标以钢铁企业为依托，开发新一代低碳富氢全氧炼铁工艺技术，突破新工艺技术的关键技术和装备难点，建成新一代低碳富氢全氧炼铁工艺的能耗、CO2排放的示范线，各项指标达到国际领先水平，建成国家级自主创新和循环经济示范基地。OxygenPCI101COREX工艺流程图典型熔融还原（SR）工艺介绍