改革开放40年来中国炼铁工业成就及未来发展建议

杨天钧 张建良 刘征建 李克江

改革开放40年来，中国炼铁工业取得了巨大发展。从历史的维度来看，中国炼铁工业起步于新中国成立初期的计划经济，崛起于改革开放大潮之中，走了一条具有中国特色的自主创新的发展道路，有力地支撑了中国钢铁工业的崛起和国民经济的发展。

改革开放后，我国经济快速发展，钢铁需求持续增长，生铁产量持续增加，同时改革破除了原有的一些体制机制障碍，计划经济体制逐渐向市场经济体制转轨，生产力逐步得到释放，炼铁技术取得明显进步。

自改革开放以来，我国生铁产量的演变总体上分为3个阶段（见图1）：

图 1 改革开放后中国炼铁发展的三个阶段

稳中求进阶段（1978年~2000年）。在这一阶段，我国生铁年产量从1978年的3479万吨增加到2000年的1.3亿吨，其中1992年生铁产量达到7589万吨，超过日本同年的产量（7314万吨），我国成为世界第一大产铁大国；生铁产量于1995年突破1亿吨。

加速发展阶段（2000年~2013年）。在这一阶段，我国生铁年产量分别于2003年突破2亿吨、2005年突破3亿吨、2006年突破4亿吨、2009年突破5亿吨、2011年突破6亿吨、2013年突破7亿吨。在此期间，除2005年~2009年外，我国生铁产量以每两年增长1亿吨的速度高速发展，并于2009年在世界生铁产量中占比超过50%（达到57%）。此后，我国生铁产量一直占据世界生铁产量的半壁江山。

高速增长阶段转向高质量发展阶段（2013年至今）。在这一阶段，我国生铁产量开始略微下降，但仍保持在7亿吨左右。同时，伴随着国家经济结构和产业结构的转型升级，炼铁工业也面临资源、环保和结构调整的多重压力，开始呈现减量化和创新发展的态势。

值得注意的是，与生铁产量增加相对应的是炼铁原料烧结矿、球团矿和焦炭产量的增加。烧结矿的产量与生铁产量的变化基本吻合（见图2a），烧结矿产量在2000年以前缓慢增长，而进入21世纪后快速增长，近年来的增速放缓。由于中国球团的发展相对滞后，球团矿产量在2000年以后才开始明显增加，与烧结矿产量相比明显较低。这主要是因为我国高炉的炉料结构长期以来是以烧结矿为主。由于经济和技术原因，近年来，我国球团矿的产量还略有下降。

图 2 改革开放炼铁原料烧结矿和球团产量（a）以及焦炭产量（b）变化

焦炭作为高炉炼铁最重要的原料，其产量与生铁产量存在明显的线性关系（见图2b）。不过，由于近年来环保趋严，各省（自治区、直辖市）逐渐实行“以钢定焦”政策，焦炭的产量存在明显的降低趋势。

改革开放打开了国门，我国炼铁工业也不断引进国外先进技术，炼铁的技术经济指标不断进步。高炉燃料消耗是代表高炉炼铁技术整体水平最重要的指标，我国高炉燃料比自改革开放后整体保持明显的降低趋势（见图3）：改革开放初期这一指标将近600千克/吨铁，而2017年主要企业高炉这一指标平均为544千克/吨铁、先进高炉平均为500千克/吨铁左右。其中，焦比从改革开放初期的545千克/吨铁左右下降到2017年主要企业高炉平均363千克/吨铁、先进高炉平均306千克/吨铁。

图 3 改革开放后中国高炉炼铁焦比、煤比和燃料比的推移图

指标的进步一方面得益于煤粉喷吹技术的推广，实现了以煤代焦。这使得喷煤量从改革开放初期的50千克/吨铁左右（部分高炉）增加到目前的150千克/吨铁左右（大多高炉）；另一方面得益于铁前系统整体水平的提升，如精料技术和高炉四大操作制度的优化，使得高炉顺行、炉况稳定。

与此同时，高炉利用系数的提升也表明了高炉整体技术的提升（见图4a）。改革开放初期，高炉利用系数只有1.5吨/立方米·天，目前已经基本稳定在2.2吨/立方米·天~2.5吨/立方米·天；中小高炉这一指标甚至更高。含铁原料入炉品位也从20世纪70年代末的53%左右提高到目前的57%左右（见图4b）。此外，高炉热风温度也得到了明显的提高（见图4c），从改革开放初期的1000摄氏度左右提高到目前的1140摄氏度左右。尤其重要的是，原燃料质量得到明显改善，如烧结矿碱度从改革开放初期的1.27~1.52提高到目前的1.85左右。高碱度烧结矿的全面普及，使烧结矿的转鼓强度得到明显提高，这也促使固体燃料消耗量明显下降。

图 4 改革开放后中国高炉高炉利用系数（a）、入炉品味（b）及鼓风温度（c）推移图

1978年，我国拥有炼铁高炉约982座，其中大于1000立方米的高炉数量仅25座，绝大多数高炉（>97%）为小于1000立方米的小型高炉。

改革开放加快了我国炼铁装备升级的步伐，大于1000立方米的高炉数量逐年递增（见图5a）。其增长趋势与生铁产量的趋势基本一致，即在2000年以前缓慢增长，而在2000年以后快速增长。

高炉大型化发展不仅可以提高产业集中度，而且可以减少排放和污染、提高生产效率、降低工序能耗和成本。1985年9月15日投产的宝钢1号高炉（4063立方米）是我国第一座4000立方米级的大型高炉，主要设备从日本新日铁引进，工艺装备和操控系统达到20世纪70年代末期的先进水平。宝钢另外3座高炉分别于1991年6月~1994年9月投产。从我国4000立方米以上高炉数量变化来看（见图5b），目前，4000立方米以上高炉有23座，其中5000立方米以上的有5座。我国高炉平均炉容达到1047立方米，其中1000立方米~2000立方米高炉的产能约占到总量的35.8%。

图 5 改革开放后中国大于1000m3高炉数量（a）和大于4000m3高炉数量（b）变化

除了高炉本体设备得到升级外，烧结、球团和焦化的设备水平也明显提高，烧结机数量增加并逐渐走向大型化，大于130平方米的烧结机数量也出现了变化（见图6）。此外，炼铁过程的检测技术也取得了明显进步。传统高炉冶炼将高炉视为一个“黑箱”，高炉操作的关键在于工长的经验，使得炉况常常剧烈波动，影响高炉稳定顺行。基于打开“黑箱”的目的，各种高炉检测、成像技术和数值模拟技术应运而生，现在已可以清晰地观察到高炉内的料面形状、气流分布，以及风口区域的燃烧情况，为指导高炉操作提供了宝贵的参考依据。

图 6 上世纪到本世纪大于130m2烧结机数量变化

中国炼铁工业自改革开放以来稳中求进，中国炼铁工作者在应用理论研究方面也取得很多成绩。在改革开放初期的世界炼铁学术会议上，中国炼铁界只有寥寥无几的学者能够去参会，且主要是倾听和学习。改革开放后的今天，中国在炼铁领域的学术研究已经可在世界舞台上占有一席之地，在2018年维也纳第八届世界炼铁大会上，中国有60余名学者参会并做学术报告，引起热议，象征着我国炼铁领域的学术研究正在蓬勃发展。

在理论联系实际方面，高炉解剖是提高对高炉内反应行为认识最直接的手段。基于前苏联在上世纪50年代和日本在上世纪70年代的解剖结果和经验，我国在上世纪80年代初对首钢一座23立方米高炉和攀钢一座0.8立方米高炉进行了解剖研究，并在2007年初对莱钢一座128立方米高炉进行了解剖，高炉解剖的结果验证和补充了对现代高炉冶炼过程的认识。

此外，我国在炼铁原燃料方面的基础理论研究也有重大突破。具有代表性的是烧结黏结相铁酸钙理论的研究与应用。这使得烧结矿的强度和还原性得到了明显提高，高碱度烧结矿在全国得到推广。近年来，我国在镁质球团的理论研究和应用方面也取得了很大进展。随着对焦炭在高炉内的行为认识的提高，炼铁工作者也可根据高炉的容积及不同冶炼条件来选择合适的焦炭，降低燃料成本，保证高炉顺行。

伴随着国家整体经济结构的转型升级，我国钢铁行业目前已经进入高质量发展和减量化发展阶段。炼铁工序作为钢铁生产的前端工艺，其能耗和排放占钢铁全流程的70%左右，因此，炼铁工业除了满足高质量和减量化的发展要求外，还需要承担起资源和环保限制的多重压力，创新绿色发展是炼铁工业唯一的出路。

目前，我国高炉炼铁的技术经济指标较国外先进水平还存在差距，如燃料比较国外先进水平高出约50千克/吨铁，高炉炉役寿命还有差距，等等。因此，中国炼铁工业一方面要努力降低工序能耗和减少污染排放，达到世界先进水平；另一方面要在非高炉炼铁领域不断探索，开发绿色洁净的炼铁工艺，如中国山东墨龙HIsmelt已经实现连续化工业生产，实现了粉煤和粉矿直接炼铁，月产量已突破5万吨；宝钢欧冶炉实现了低焦比条件下的稳定连续生产；气基直接还原工艺也将在中国山西“生根发芽”。作为世界第一产铁大国，我们任重道远，要更加努力加快实现炼铁工业的高质量发展。