盘点全球钢铁大户的炼铁技术特点
西欧
生产状况。欧盟15国的生铁产量已从2008年前的年产9000多万吨下降到近几年的不足8000万吨， 2013年7690万吨。高炉运行数量由1990年的92座降低到目前的45座，但单炉产量则由104万吨/年提高到目前的171万吨/年。
炉料结构。瑞典和芬兰的钢铁企业取消了烧结机，炉料结构为90%球团+10%循环废料压块。但烧结矿对多数厂来说仍是主要的炼铁原料。该地区共有29台烧结机，平均烧结面积为288m2，最大的为589m2，最高烧结利用系数是59.5t/(m2·d)。欧洲保留烧结的原因之一是在满足冶金性能和环保要求的前提下，烧结能够处理循环料和废料。
烧结烟气治理。欧洲重视对烧结烟气的处理，以满足严格的环保要求。各烧结机均配置了高效的电除尘和布袋除尘。一些烧结机采用了活性炭/褐煤吸收法处理废气。此外，欧洲重视减少工艺本身的污染物产生量，开发了LEEP、EPOSINT、EOS等烟气循环烧结工艺，并在一些烧结厂得到成功应用。经处理的烟气中二恶英的含量将低于0.4ng/m3(SPT)。
焦炭质量。欧洲重视焦炭质量的作用和价值，明确了焦炭的质量要求，如CSR>65%，CRI<23%，灰分<9.0%。但客观现实是，该要求越来越难以满足，表现为焦炭质量波动大，如CSR为56%~70%，CRI为20.5%~38%，焦炭灰分为9.5%~12%。
高炉燃料比。欧洲的高炉能量利用率很高，焦比已降低到330kg/t的先进水平。但近年来，由于高炉原料质量的下降，烧结矿中SiO2升高，高炉渣量上升，加之煤比的增加，导致平均燃料比有所上升，2013年达到504.7kg/t。2014年~2015年，由于经济的原因，几乎所有高炉都喷煤（不再喷油和气）。欧洲的高炉碳排放自认为已实现最低值(1570kg/tHM)。
综合布料控制优化高炉操作。西门子奥钢联的金属工艺公司开发了基于闭环装料控制的专家系统，并成功应用于LinzA高炉。2013/14年度取得的运行指标为：高炉燃料比低于455kg/t（折算为焦炭），铁水Si的标准偏差小于0.12%，利用系数大于2.8t/(m3·d)，全部炉料中的9%为0~10mm，碱负荷在4.0kg/t~4.5kg/t条件下的高炉稳定运行。
其他。欧洲为保证高炉的稳定顺行，对含有有害元素的钢铁厂各类粉尘和尘泥，如高氯高炉灰、高油轧钢铁鳞、高锌转炉尘、高碱金属烧结除尘灰等，全部或部分限制其通过烧结循环使用。
氧气高炉作为欧洲ULCOS项目的一部分，已开展了多次试验，取得了焦比200kg/t、煤比175kg/t、燃料比降低24%的试验结果。欧洲制定了50万吨/年的工业试验计划，但因经济原因现项目已停止。正在开展的有效节能技术是高炉煤气的顶压发电。
北美（美国，加拿大，墨西哥）
生产情况。在过去的40年里，北美的生铁产量逐渐降低，2014年为4200万吨。其主要竞争者是废钢电炉生产流程。电炉钢占半数以上，铁钢比仅为0.4。
企业之间开展了大规模的整合，目前5家公司拥有44座高炉，其中29座在运行。高炉的工作容积为900m3~4100m3。利用系数为1.9t/（WM·d）~3.9t/（WM·d），其中最高的是AKSteelMiddletown3号高炉（1493m3）。该高炉的操作特点是高富氧（2013年鼓风含氧33%）、吃金属料(76kg废钢+104kgHBI/t），大量喷天然气(115kgNG/t)。
炉料结构。北美是以球团矿为高炉主要炉料的地区。2014年，平均炉料组成为：92%球团，7%烧结矿，1%块矿。在29座高炉中，17座使用100%球团，其中60%是碱性球团，40%是酸性球团。
北美保留烧结厂作为处理球团筛下物和其他小颗粒回收物料的战略举措。如Gary钢厂烧结厂从各种循环废料中生产超高碱度烧结矿（R=2.6~2.7），含Fe为50%。
一些高炉使用冷固结压块作为循环废料的处理手段。如2014年，ET厂使用34kg/t的由高炉尘和尘泥、轧钢铁鳞、焦粉等制成的冷压块。
高炉喷吹。北美高炉煤和天然气混喷成为技术发展趋势。因美国油页岩技术的应用，使天然气供应丰富，高炉喷吹天然气量逐年增加。2014年，高炉的平均喷吹天然气量是59kg/t，喷煤58kg/t。混喷的方式有双枪法（每个风口1支枪喷煤，1支枪喷天然气），以及单枪喷煤+风口开孔进天然气的方法。
多座高炉生产实践证实，高炉采用天然气和煤混喷，比单独喷吹天然气，能获得超过理论计算的更高置换比。经分析，其原因为改进了炉内反应动力学过程，降低了炉缸热状态波动，提高了高炉运行稳定性和能量利用率。
此外，相对于喷煤时的较高理论燃烧温度，在喷吹天然气时，高炉在理论燃烧温度为1760℃（3200℉）下运行无问题。
远程监控、诊断及标准化系统（RMDS）和数据库。该系统的开发者是ArcelorMittal公司，其目标是用网络对全部高炉应用RMDS（现1/4已联网，包括北美3座高炉）。RMDS方案包括每周的视频/网络会议，参加者讨论分享安全和操作经验，RMDS数据可供给局部专家系统服务器。
一些高炉使用SACHEM专家指导系统（由ArccelorMittal和PW联合提供），所带来的益处是更稳定的高炉运行、更一致的铁水温度和硅含量、更低的燃料比。该专家系统还可用来培训新操作者。
其他。球团产能已过剩。目前北美正在努力降低球团成本，扩大球团应用客户，发挥球团产能。
基于北美丰富的天然气资源，直接还原铁产量在增加，有3个新的气基直接还原项目在建设。
日本
近年来，生铁产量维持在8000万吨的水平（2014年为8387万吨）。在保持生产高效低耗的同时，日本企业加强了对污染排放控制技术的研发和应用。
LCC（LimeCoatingCoke）技术。LCC技术是在烧结过程中，先用生石灰包裹焦粉，然后进行制粒和烧结。该技术的开发目的是减少烧结NOx排放。其作用机理是：加热时，CaO和铁氧化物在焦炭表面形成CaO-Fe2O3熔体层，提高了燃烧温度，并起到减少NOx的催化剂作用。
该技术已于2013年4月在新日铁住金的Oita厂应用，实现了降低NOx排放28ppm、同时烧结产量增加的效果。
天然气喷吹（超级烧结矿）。该技术由JFE开发，方法是在烧结点火后再进行表面喷吹天然气，以改善烧结床表面层的质量。其效果是可提高烧结矿强度1%，提高还原度3%，降低焦粉3kg/t，降低高炉燃料比3kg/t。该技术于2009年起在东日本铁厂Keihin地区应用。最近，该技术改进为Super-SinterROXY，即在喷吹天然气的同时加入氧气。
RCA(ReactiveCokeAgglomerate)（含碳球团）。RCA(含碳球团)的生产及应用流程是：碳和铁氧化物混合，在造球盘上制粒。经过养生后，冷固结球团装入高炉。该球团在高炉中的作用机理是：由于碳和氧化物的密切接触，在较低温度下开始发生碳的气化反应，这样，通过降低热储备区的温度，提高高炉的反应效率。
该技术于2012年在Oita厂应用。含碳20%的RCA降低了还原平衡温度，增加了煤气利用率，降低了碳消耗。从RCA中每加1kgC/tHM，减少高炉碳耗0.36kg/tHM。
铁焦技术。铁焦的生产流程是：铁矿和煤混合（70%煤+30%铁矿），挤压，制成小压块。压块在竖炉中连续炭化，形成铁焦。铁焦具有高反应性，能在较低的温度范围内开始反应，从而降低热储备区温度，提高高炉反应效率。
为开发该技术，日本建设了30t/d的试验装置，生产2100t铁焦，并在JFEChiba5号高炉成功使用。
3D可视化系统。新日铁利用高炉的500个冷却壁热电偶和20个炉身压力传感器的数据，做出三维可视评价和数值分析系统。该系统于2007年在新日铁住金的Nagoya厂应用，后来在其他厂推广。该系统能够对高炉炉身压力波动和料层结构的变化给出空间和时间序列的明确而清晰的显示，有助于指导高炉操作，实现稳定运行和降低燃料比。
COURSE50的进展。COURSE50是日本围绕高炉炼铁减排CO2所开展的一项综合科研项目。其技术之一是铁矿石的氢还原。所采取的方法是使用焦炉煤气（COG）或焦炉煤气转化气（RCOG），从高炉风口喷吹或从高炉炉身喷吹。
日本在LKAB的试验高炉上开展了试验，证实因氢还原反应速率快，氢还原量增加。模拟计算和试验均表明，吨铁的碳耗能够降低3%。
在脱碳技术方面，日本正在开发化学和物理吸附方法来脱除高炉煤气中的CO2；开发了新的化学吸附剂，能够在较低温度释放CO2；可将CO2分离能耗从4GJ/t-CO2降低到2GJ/t-CO2。
该项目正在Kimitsu厂建设10m3试验高炉，该高炉带30tCO2/d的化学吸收装置（CAT30）。开发的目标是：2030年实现首套工业化，2050年成为替代高炉设备的技术。
韩国
韩国炼铁工业集中在浦项钢铁厂和现代钢铁厂，2014年生铁产量为4689.8万吨。
韩国的炼铁技术动向：一是高炉的大型化。从2009年的平均3325m3上升到2014年的平均4526m3（包括1座世界最大的6000m3高炉投产），高炉的最高日产达1.7万吨。二是Finex工艺的开发应用，包括200万吨/年Finex装置的建成投产，以及Finex装置生产指标的改善。浦项正致力于将Finex工艺作为替代高炉的工艺或联合系统进行推广应用。
南美地区
2014年，南美地区的生铁产量是3055.8万吨，其中以巴西为主，占70%以上。
南美炼铁生产面临的问题是铁矿粉粒度下降，烧结矿硅含量上升，造成烧结产量下降。由此带来高炉渣量增加，操作难度加大，燃料比升高。
对应采取的解决方法是：烧结加强混合，改善烧结的透气性；改进焦炭的质量，提高高炉抗高渣量的能力；在生产中重视设备的可靠性对生产的贡献；强调操作人员观念转变的意义；制订了人才培养计划，目标是操作人员具有硕士和博士学位；加强设备维护和研发；计划成立南美炼铁研发中心。
其他地区
印度的生铁产量继续保持增长，2014年达到5379.7万吨。JSPL的某高炉在炉料硅和铝含量均增加、焦炭灰分上升到16.3%、渣量由298kg/t上升到350kg/t的不利条件下，通过改进炉料结构和富氧等多种措施，利用系数从2.53t/(m3·d)提高到2.97t/(m3·d)，高炉燃料比仅增加15kg/t(从511kg/t增加到526kg/t)。
俄罗斯炼铁生产则相对保持稳定，2014年生铁产量为5148万吨。高炉普遍喷吹天然气，喷吹量为60m3/t~120m3/t，置换比为0.7kg/m3~0.8kg/m3。
南非作为非洲的代表，2014年生铁产量仅为505万吨。
综上所述，全球的炼铁工业仍在发展中。国外高炉工艺的总产量多年保持平稳，其比例仍占绝大部分。直接还原工艺的产量保持增长，并在工艺路线上努力寻求突破。熔融还原工艺中的Finex工艺取得新进展。
尽管先进国家的生铁产量在下降，围绕高炉工艺的技术改进工作在持续进行。主要热点包括：适应原燃料质量变化的炉料结构研究，结合计算机数学模型和专家系统的高炉工艺控制技术开发与应用，炼铁污染物排放控制技术，以及以日本COURSE50为代表的高炉减排CO2工艺技术等。作为炼铁大国，上述技术动向均值得我国炼铁工作者关注和重视。
中国
进入21世纪后，中国炼铁工业进入自主开发阶段，炼铁技术装备的大型化和现代化是这一时期炼铁工业发展的特点，各个方面也都取得了很大进步，比如原燃料质量得到改善、高炉操作技术不断进步、高炉寿命延长等。在此阶段，中国经济腾飞对钢铁的需求不断增加，2000年~2013年中国生铁产量快速增长，除了受金融危机影响的2005年~2009年，这一阶段生铁产量以每两年增长1亿吨的速度发展，并于2009年在世界生铁产量中占比达到57%，此后我国便一直占据世界生铁产量的半壁江山。
在此期间，我国建设了首钢京唐5500立方米高炉、沙钢5800立方米高炉，以及鞍钢鲅鱼圈等企业的十几座4000立方米级的大型高炉，建设了首钢京唐550平方米、太钢660平方米等大型烧结机，很多大型装备达到了国际先进水平。首钢京唐1号高炉于2009年5月21日投产，2号高炉于2010年6月26日投产。这两座5500立方米高炉的主要技术经济指标按照国际先进水平设计：利用系数为2.3吨/立方米·天，焦比为290千克/吨铁，煤比为200千克/吨，燃料比为490千克/吨，风温为1300摄氏度，煤气含尘量为5毫克/立方米，一代炉役寿命为25年等。首钢京唐两座高炉投产以来的生产实践表明，中国炼铁技术自主创新和集成创新取得了重大进展。
绿色创新阶段的显著特征是转型升级和高质量发展。2013年后，中国炼铁工业由高速增长阶段转向绿色创新阶段，生铁产量开始略微降低，产量稳定在7亿吨左右。伴随着国家经济结构和产业结构的转型升级，炼铁工业面临资源、环保和结构调整的多重压力，开始呈现减量化创新发展的态势。注重高质量和绿色环保是这一阶段炼铁工业发展的特点。具有代表性的进展是宝钢湛江两座5050立方米高炉的投产。湛江钢铁1号高炉和2号高炉分别于2015年9月25日和2016年7月15日顺利投产。湛江钢铁高炉设计贯彻高效、优质、低耗、长寿、环保的技术方针，采用多项先进工艺技术及装备。
此外，山钢日照的2座5100立方米高炉分别于2017年12月和2019年1月顺利投产。
这一阶段，中国在绿色炼铁新工艺，特别是熔融还原和直接还原方面也迈出了新的步伐。宝武集团八钢欧冶1号炉于2015年6月18日正式点火投产，其原型是2012年宝钢罗泾的Corex-3000炼铁炉，设计年产铁水150万吨，是目前全球最大最先进的熔融还原炼铁炉。此外，山东墨龙石油机械公司引进消化了澳大利亚力拓的HIsmelt技术，于2016年6月开炉成功，首次实现了HIsmelt连续工业化出铁，采用粉煤和粉矿直接冶炼出生铁，取得了一系列的技术进步。2013年5月，山西中晋太行矿业公司与伊朗MME公司在太原签约，引进并消化先进的“直接还原铁”工艺技术和设备（自主命名为CSDRI），计划年产30万吨，该工艺将于2019年底投产，这将是国内第一次用焦炉煤气改质生产直接还原铁。
文章来源： 钢铁学苑，冶金之家