項鐘庸 鄒忠平

低碳經濟已經成為全球關注的焦點。低碳經濟是按“減量化”的經濟發(fā)展模式為基礎，降低資源消耗、能源消耗，減少污染、減少排放，特別是要降低消耗化石能源，排放大量二氧化碳的生產方式。我國政府已經承諾到2020年單位GDP的二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%。鋼鐵工業(yè)是主要溫室氣體排放、高污染的產業(yè)。我國鋼鐵工業(yè)占全國CO2排放總量12%左右，煉鐵系統接近鋼鐵生產排放量的90%，高爐煉鐵占70%以上。目前，我國生鐵產量已經超過世界生鐵總產量60%以上，占世界煉鐵工業(yè)CO2排放量70%左右。因此，煉鐵工序的減排任務艱巨，責任重大。要使鋼鐵工業(yè)符合低碳經濟的要求必須從煉鐵做起。

由于我國生鐵從供不應求的狀態(tài)，剛剛進入產能過剩、成本壓力的環(huán)境。過去以產量為中心的思想初步受到了沖擊，如何適應新的環(huán)境必須進行思想、觀念的轉變，決不是改頭換面所能完成的任務。為此，本文提出如下實施建議。

1.低碳煉鐵是煉鐵技術發(fā)展的主導方向

煉鐵界應該圍繞低碳煉鐵轉變發(fā)展模式。當前應抓緊時機轉變冶煉思想。筆者認為高爐煉鐵以精料為基礎，高效、優(yōu)質、低耗、長壽、環(huán)保的“十字”方針符合低碳煉鐵的要求，應該更好地貫徹。

在當前高爐產能過剩、實現低碳煉鐵的情況下，主要應該轉變煉鐵指導思想：

（1）應全面理解和貫徹煉鐵的“十字”方針，正確理解“高效”的內涵?！案咝А睉撌歉咝Ю觅Y源、高效利用能源、高效利用設備。高效利用設備也還包括延長和提高設備的利用率，而不是單純地提高強化程度。

（2）實行“減量化”生產?！皽p量化”的經濟模式不是減少生鐵的產量，而是在滿足需求的情況下，降低單位生鐵產品的資源消耗和能源消耗。由于當前煉鐵產能大于需求，煉鐵工業(yè)應該淘汰那些資源、能源消耗高的產能，結構調整也應把低碳煉鐵作為基本出發(fā)點。

（3）更好地利用鐵水冶煉高質量、高附加值的鋼。鐵水可以熔煉高質量的鋼，一噸高質量的鋼可以頂幾噸低級鋼，是低碳鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向。

（4）降低化石燃料的消耗，包括降低由化石燃料產生的二次能源消耗。

（5）應以降低化石燃料的消耗為重要標準，研究煉鐵技術的發(fā)展方向。

（6）應以低碳為目標，調整煉鐵生產的考核指標體系。

2.處理好高爐強化與降低燃料比的關系

采用爐腹煤氣量指數來衡量強化程度比較合理、科學，反映了高爐過程的本質。用爐腹煤氣量指數改變了過去高爐強化的概念。過去認為高爐強化的程度取決于其燃燒焦炭的能力，取決于鼓風的強度。這就造成了偏向，導致我國燃料比長期落后的局面。在新編國家標準《高爐煉鐵工藝設計規(guī)范》GB50427-2008 (以下簡稱《規(guī)范》) 以及冶金工業(yè)部行業(yè)標準《高爐煉鐵工藝設計規(guī)定》YB 9057-93 (以下簡稱《規(guī)定》)都沒有采用冶煉強度作為指標。

特別是編制《規(guī)范》時，在科學發(fā)展觀指導下研究了從原蘇聯引進的冶煉強度帶來的不良影響，總結了過去50多年關于高冶煉強度與合適冶煉強度兩派的爭論。實際上，冶煉強度是高爐燃燒燃料的量化指標。高冶煉強度派主張高爐越多燒燃料越好，更無視過高冶煉強度將導致燃料比升高的惡果，嚴重違反低碳煉鐵的理念，導致我國煉鐵燃料消耗長期落后的結果。我們應該堅決予以糾正。

由于高爐容積、原燃料條件、富氧率、爐頂壓力不同，各個高爐有不同的合適冶煉強度。很難把冶煉強度與燃料比進行量化，確定統一的合適冶煉強度標準。50年代中等冶煉強度派受到批判就是小高爐與大高爐之間爭論引發(fā)的。

筆者提出的爐腹煤氣量指數就是在高爐爐缸斷面上爐內煤氣的空塔流速。爐內煤氣流速的概念明確，使影響的因素顯現化。采用爐腹煤氣量指數有以下優(yōu)點：

（1）高爐冶煉過程的順利進行就是在取得各種矛盾的統一，以及正確處理主要矛盾的結果。對于高爐的強化，主要是高爐爐內爐料下降運動與煤氣流上升運動之間的矛盾。根據高爐的透氣阻力，用高爐通過煤氣的能力―爐腹煤氣量指數來定量描述強化程度比冶煉強度更科學，更符合冶煉規(guī)律。

高爐內允許的煤氣流速是客觀存在，不可能主觀臆斷，隨意提高。提高透氣能力需要提供必要條件作為支撐。

（2）冶煉單位生鐵的煤氣量越小，生產的生鐵越多，高爐的利用系數就越高。為了減少冶煉單位生鐵的爐腹煤氣量，就必須降低燃料比。這就符合低碳煉鐵、節(jié)約焦煤、節(jié)約能源和“高效”運行的要求。采用降低燃料比、提高爐頂壓力、富氧能夠有效提高利用系數。

（3）高爐能夠通過的煤氣量取決于爐料的透氣性。顯然，爐料的空隙率越大，煤氣流速低，爐料對煤氣的阻力越小，能夠通過的煤氣空塔流速越大，體現了高爐應以精料為基礎的重要性。

當提高爐腹煤氣量指數時，透氣阻力系數也會升高，兩者是保持高爐順行的重要參數。

寶鋼3號高爐爐容4350m3，1999年至2009年11年間高爐平均高爐容積利用系數為2.417t/(m3.d)，爐缸面積利用系數為68.29 t/(m2.d)，燃料比495.0kg/t，焦比281.8kg/t，煤比197.6kg/t，小塊焦15.6kg/t，風溫1244.0℃，爐頂壓力236.2kPa，透氣阻力系數2.55?，F以這個時期的高爐利用系數、透氣阻力系數K和爐腹煤氣量指數χBG的月平均操作數據為例進行說明，并繪制成圖1（由于本圖數據的時間段很長，各種條件的變化也比較大，例如原燃料質量的變化比較大）。

圖1 寶鋼3號高爐爐腹煤氣量指數與透氣阻力系數和利用系數的關系

當爐料透氣性好、透氣阻力系數K低時，爐腹煤氣量指數才能提高，高爐才能有高的利用系數。由圖可知，透氣阻力系數在2.3～2.6之間，合適的爐腹煤氣量指數在62～64m/min之間，利用系數在2.3～2.6t/(m3.d)之間，在此區(qū)間高爐操作穩(wěn)定。近年來原燃料質量下降，透氣阻力系數上升至2.6～2.9，利用系數迅速惡化，爐況波動也較大。要達到高產必須提高爐腹煤氣量指數，而提高爐腹煤氣量指數又必須保證高爐順行，有較低的透氣阻力系數。因此它們具有相互制約、互為因果的關系。

（4）高爐的透氣能力是有限度的、有條件的。根據不同條件爐腹煤氣量指數存在著最大值，高爐爐況穩(wěn)定順行是逼近最大值的必要條件，越接近最大值操作應當越精細，爐況越要穩(wěn)定，對管理的要求也越高。

（5）冶煉強度沒有最大的概念，因此，多年來在合適冶煉強度值方面一直存在爭論，并且有大型高爐向小型高爐攀比的傾向。過去設計采用冶煉強度決定入爐風量，致使在選擇高爐鼓風機時也產生爭論。往往選擇的鼓風機偏大，造成“大馬拉小車”，積壓了資金、設備，運行耗能提高等等偏向。

3.全面評價化石燃料的利用狀況

應以全社會或整個鋼鐵企業(yè)的角度評價化石燃料的利用狀況。要把“低碳”煉鐵、“減量化”生產的理念貫徹到高爐煉鐵生產中去必須作全面的考慮。

從消耗化石資源的角度來看，熔融還原工藝中還沒有一種工藝消耗的化石燃料比高爐流程低。由于燃料燃燒是產生CO2、產生污染的重要源頭。熔融還原雖然可以產生大量煤氣作為二次能源供發(fā)電等，可是，我國消耗化石燃料的發(fā)電過多，應該不是發(fā)展方向，而應發(fā)展清潔能源來發(fā)電。在發(fā)達國家原子能、水電等等已經很發(fā)達，因此熔融還原沒有市場。

就本世紀而言，高爐煉鐵仍然是最節(jié)約資源和能源，低碳的煉鐵工藝。焦煤是世界上一向稀缺的化石資源。燃料比低各種能源介質和成本也隨之降低。要把幾十年來高爐煉鐵以“高冶煉強度”為中心的觀念、理念，轉變到以“低碳”、“低排放”、“低耗”、“低成本”為中心的軌道上來。

隨著生產理念的改變，操作方針、操作制度也相應改變，應該從粗放型轉變到集約型。建議各廠對降低燃料比進行廣泛的研究。建議對現有的管理模式、管理方法、生產考核指標和規(guī)程、規(guī)范進行修訂和清理。建立以“低碳”、降低燃料比、降低成本為中心的規(guī)章制度。

對高爐的新技術也要進行全面地審視，大力推廣符合“低碳”要求的新技術，也要對一些技術進行梳理，安排優(yōu)先順序。因為在某些特定條件下有些技術就不一定符合“低碳”要求。

國家應從稅收、財政方面支持降低碳排放。對于用鐵水生產低等級鋼征收附加稅，促使鋼材品種的升級換代。對高爐利用廢塑料等應進行財政補貼。

由于高爐煉鐵是消耗化石燃料中更為稀缺的焦煤，精料是降低焦比的有力措施。在降低原燃料成本時，不能單單從原燃料的價格出發(fā)，還要重視對焦比的影響。企業(yè)應從整體上考慮，服從低碳煉鐵的要求；更要鼓勵發(fā)展提高低價原燃料質量的處理技術，使用低價原燃料獲得高質量的燒結礦、球團礦和焦炭等等。

又如，在全廠高爐煤氣平衡中，剩余的高爐煤氣量有限，是供應熱風爐提高風溫，還是用于透平燃氣機組或自備電廠發(fā)電，還是供應汽動鼓風。筆者認為優(yōu)先順序應該是提高風溫排在首位、逐次降低，因為熱風爐的熱效率為70%～80%；透平燃氣機組和高參數自備電廠發(fā)電的效率為40%～45%；汽動鼓風鍋爐的熱效率為20%～25%，而且還應考慮提高風溫是降低焦比的有力措施，電能可以由清潔能源供應?？墒瞧渲芯痛嬖陔妰r問題，從低碳經濟角度國家也不能讓企業(yè)吃虧才行。

又如，從企業(yè)角度應該考慮高熱值煤氣的合理利用，提高風溫能節(jié)約焦煤，而且熱效率高。因此其它用途，如加熱爐可以采用蓄熱式燃燒器降低焦爐煤氣的使用量，優(yōu)先供應熱風爐工作制動使用。如果沒有足夠的停爐煤氣，熱風爐使用轉爐煤氣也應排在優(yōu)先位置。如果有大量剩余高爐煤氣來預熱助燃空氣也應該采用熱效率高的預熱系統?？墒且部赡苡龅讲坏珱]有高熱值煤氣，同時沒有低熱值煤氣，需要引進石油氣的情況。這種情況日本鋼鐵廠曾經遇到，寶鋼也曾出現過，日本鋼鐵廠非常重視能源管理，按照能源的角度最終控制了風溫。

煤粉的噴吹量和煤的置換率與精料、風溫和富氧率密切相關，提高煤比時應重視置換率，不然有違低碳煉鐵的要求。富氧水平也不單是高爐的問題。由于制氧過程消耗的能量較大，因此要根據具體條件確定富氧率。

因此，要大力提倡降低燃料比的冶煉方式，大力提倡能量回收，廣泛采用爐頂煤氣余壓發(fā)電、干式煤氣除塵等，并研究采取提高煤氣利用率和利用效率的途徑。

堵住一切消耗化石燃料的漏洞，把高效利用設備擴展到高爐“長壽”，采取“低碳”維修；同時，還要降低所有資材的消耗量，包括降低輔助原料、耐材、炮泥、備品和備件的消耗等等，因為這些也是消耗化石燃料獲得的。因此要下大功夫、精細地盤算“碳消耗”的方方面面。

關于廢塑料的利用是高爐低碳煉鐵的重要課題，一直進展不大，主要是成本問題。發(fā)達國家由國家資助使用。正如前面提到的電費問題必須有國家的參與才能做好。

4.以低碳為目標調整煉鐵的指標體系

高爐生產統計指標引導著生產努力的方向和發(fā)展趨勢，是激勵機制的重要組成部份。因此選擇合理、科學的指標對指導煉鐵生產、設計，對節(jié)約能源、資源和全面貫徹低碳煉鐵都十分重要。因此，建議中國鋼鐵工業(yè)協會對《中國鋼鐵工業(yè)生產統計指標體系》中的煉鐵生產統計指標重新進行審定、修改，使之符合低碳煉鐵的要求，有利于節(jié)約能源和資源。并且建議在采用新的指標的基礎上，修改各廠的報表。

4.1 增加以碳素及CO2排放的新指標

高爐消耗指標中能耗指標與低碳經濟的概念，兩者有差別，容易混淆。例如前面提及煉鐵系統接近鋼鐵生產碳排放量的90%，高爐工序占70%以上。從能耗的角度煉鐵系統的能耗在70%以上，碳排放量比能耗高。又如，前面提到的能耗排序的問題可能以前沒有這些提法。新的經濟體系要有一系列的法規(guī)、制度配套。指標是其中不可或缺的重要準繩，沒有準繩如何定方圓。同時，還應剔除不適應、違背低碳經濟的指標。

4.2 采用燃料比，取消折算焦比、綜合焦比、折算綜合焦比

現在高爐指標統計中，將焦比、煤比、小塊焦比乘以折算系數之后得到的折算焦比、綜合焦比，這就失去了真實性，無法與國際上的高爐比較，容易造成焦比與國外高爐相當的錯覺。實際上，我國高爐經過折算的燃料消耗比實際消耗要高約30～40kg/t。

因此，建議采用與國際接軌的燃料比。燃料比等于入爐焦比、小塊焦和噴吹燃料直接相加的值，不乘任何折算系數。

4.3 采用爐腹煤氣量指數代替冶煉強度、焦炭冶煉強度和綜合冶煉強度

自從筆者在2007年提出用爐腹煤氣量指數取代冶煉強度以來，短短幾年中已經被煉鐵界所重視，一大批操作指標優(yōu)秀的高爐已經采納了爐腹煤氣量指數用以指導高爐生產操作，并取得了效果。

爐腹煤氣量指數代表爐內煤氣的流速，符合高爐冶煉規(guī)律，符合爐內氣體動力學，并且又很簡單、容易理解和掌握。如果與高爐透氣阻力系數相配合，就可以指導高爐爐腹煤氣量指數應該保持的水平，做到該高則高、該低則低，以及強化高爐應該采取降低單位生鐵的燃料消耗以減少單位生鐵產生的爐腹煤氣量等的措施。因此爐腹煤氣量指數是符合低碳煉鐵、“減量化”生產要求的指標。

冶煉強度的含義是單位高爐容積每天燃燒的燃料量。它與利用系數的關系又非常密切，過去產能不足時，特別是高冶煉強度派就把冶煉強度與利用系數相混淆、劃上了等號，用來批判合適冶煉強度的觀點。采用這個指標的后果是鼓勵多燒燃料、多浪費資源，完全與低碳經濟背道而馳。雖然，設計在17年前已經發(fā)現冶煉強度造成的危害，所以在1993年編制的《規(guī)定》中就沒有采用冶煉強度，可是一直沒有其它指標可以代替冶煉強度，所以實質上設計仍然采用的是冶煉強度。在高爐建設上，由于采用冶煉強度浪費、積壓了大量資金，并使設備能力不能發(fā)揮。

采用冶煉強度指標鼓勵的是多燒燃料，不鏟除這個指標必將阻礙低碳煉鐵的推行、發(fā)展。因此，建議在修訂《中國鋼鐵工業(yè)生產統計指標體系》時，取消冶煉強度、焦炭冶煉強度、綜合冶煉強度等指標，用爐腹煤氣量指數來代替。建議在各廠的高爐報表中取消冶煉強度的有關指標，用爐腹煤氣量指數來代替，以免冶煉強度死灰復燃。建議革除以冶煉強度為中心的設計體系，建立以爐腹煤氣量指數為核心的新設計體系。

結語

貫徹低碳煉鐵的工作才剛剛開始，首要的任務是思想、理念的轉變；其次要以變革、改革的思維對當前的管理、技術進行相應的變革。本文按照低碳煉鐵的要求對高爐煉鐵技術方針、推行的新技術、執(zhí)行的統計指標等等方面提出一些值得研究的課題，希望能夠引起有關方面的重視。

（1）全面理解和貫徹煉鐵的“十字”方針，正確理解“高效”的內涵?！案咝А睉撌歉咝Ю觅Y源、高效利用能源、高效利用設備。高效利用設備也還包括延長和提高設備的利用率。

（2）實行“減量化”生產?！皽p量化”的經濟模式不是少生鐵的產量，而是在滿足需求的情況下，降低單位生鐵產品的資源消耗和能源消耗。煉鐵工業(yè)應該淘汰那些不符合低碳經濟、資源能源消耗高的產能。

（3）國家在推行低碳經濟時，相應要作政策、稅收方面的調整。政府應編制低碳經濟的評價標準、發(fā)展規(guī)劃目錄。建議對低等級鋼征收碳排放附加稅；鋼企業(yè)在發(fā)展低碳經濟時，會付出一定的代價，應制訂一定的財政補貼標準。

（4）采用的技術和技術經濟考核指標應該從全社會、整個企業(yè)角度來衡量是否符合低碳鋼鐵工業(yè)的發(fā)展方向。因此應該編制鋼鐵工業(yè)、煉鐵工業(yè)低碳技術發(fā)展規(guī)劃，對于每個企業(yè)也應按照本企業(yè)的條件編制低碳發(fā)展規(guī)劃。

（5）應以低碳煉鐵為目標，調整煉鐵生產考核指標。增加低碳煉鐵的指標；革除那些拖低碳煉鐵發(fā)展后腿的指標，并以符合低碳煉鐵的指標取代。

（略）