1 全球钢铁工业的发展
现代钢铁技术起源于英国等欧洲国家，从欧洲18世纪的工业革命开始主导全球钢铁工业100多年。19世纪，在国内战争结束后，美国完成了由农业社会向工业社会的转型，带动了钢铁产品需求高涨。在此时期，发明了酸性转炉和平炉，从而能够大量生产钢铁，使美国一跃成为世界最大的钢铁生产国。到了20世纪，为了利用北美五大湖附近丰富的铁矿资源，开始兴建现代化的联合钢铁厂。从那时起，美国成为全球钢铁工业中心长达60多年。此外，自20世纪60年代开始，澳大利亚和巴西大规模开发矿山，日本在沿海一带兴建大型钢铁厂，以便能够使用从这些国家进口的铁矿石，至此全球钢铁工业的轴心从美国转移到了日本。但进入21世纪以后，世界钢铁工业的中心落户到了中国。全球钢铁工业主导国的转变如图1所示。
韩战后的20世纪60年代，韩国政府决定兴建钢厂以扩大经济增长。韩国政府决定从日本主要钢铁企业获得技术支持，采用其经过实践验证的模式— 在沿海一带兴建联合钢铁厂，以方便从海外大量进口铁矿石和煤炭。到了20世纪70年代，世界钢铁工业受到石油危机的严重影响，当美国和欧洲原有的钢铁企业进行重组或合并时，韩国钢铁生产规模得到了迅猛发展，成立了浦项钢铁公司，下设拥有1200万吨/年产能的浦项厂和1500万吨/年产能的光阳厂。在此期间，许多经过验证业已成熟的钢铁技术被应用于联合钢铁厂，使浦项厂和光阳厂成为世界最具竞争力的联合钢铁厂之一。
但到了20世纪90年代，随着中国粗钢产量的扩大，对矿产资源的需求量不断加大。钢铁生产主要集中在韩国、日本和中国三个国家，而这三个国家的钢铁生产受到原料定价机制和钢市饱和的猛烈冲击。韩国钢厂位于沿海一带，方便原料的大量运输，能够保证进口原料在可承受的价格范围内。但随着局势的变化，钢铁工业不仅要承受原料价格上涨和市场过剩的巨大压力，而且还要担负减排二氧化碳的责任，当时的形势空前严峻，对韩国钢铁工业的竞争力是一次重大挑战。因此为了确保韩国钢铁工业的竞争力，需要创建一种比在沿海建厂更好的模式。
2 韩国炼铁回顾
韩国古代拥有先进的炼铁基础设施，但随着先进炼铁技术的广泛传播，造成韩国国内铁矿和煤炭资源枯竭。韩战结束之后开始现代化建设，韩国钢铁工业采用日本经过验证的模式，即“沿海联合钢铁厂”。第一座高炉于1973年在浦项钢铁公司浦项厂投入运行，该高炉炉容为1660m3，年产能为100万吨。在1982-1992年间，兴建了光阳厂。浦项钢铁公司于2007年建成了世界上第一座FINEX工业化设备。现代制铁在唐津兴建的另一家联合钢铁厂于2006年投入运行，实现了与其母公司（现代集团）从钢铁到汽车成品的纵向一体化。现代制铁第二座大型高炉于2010年投产，第三座大型高炉于2013年投产。浦项钢铁公司浦项厂、光阳厂高炉和FINEX、现代制铁唐津厂高炉技术参数见表1。
3 韩国钢铁工业面临的挑战
韩国钢铁工业面临多项挑战。第一项挑战是原料价格上涨。东亚地区大部分大型联合钢铁厂都建在沿海一带，从澳大利亚和巴西进口铁矿石，降低原料成本。1975年铁矿石价格约为20美元/吨，到2011年一下暴涨到160美元/吨，澳大利亚硬质焦煤从60美元/吨狂涨到300美元/吨。建在沿海一带的韩国联合钢铁厂对澳大利亚和巴西的矿产资源具有很高的依赖度。
第二项挑战是韩国钢铁企业对海外市场具有很大的依赖性。由于韩国经济以出口为导向，大量钢材都需要通过海运销往国外。另一方面，面对东北亚钢材市场饱和、世界范围内经济衰退以及韩国国内市场萧条的不利局面，加剧了韩国钢铁企业之间的竞争，而且钢材产品价格无法与原料挂钩。
第三项挑战是必须大量使用劣质原料。炼铁工艺大都采用高炉炼铁，其具有高效、高生产率和使用周期长等许多优点。韩国高炉平均能力提高情况如图2所示。但高炉越大，对原料质量波动的适应性就越差，因此难以保证大型高炉在使用劣质原料时还能够保持良好运行。
第四项挑战是在世界范围内掀起的“绿色经济”热潮，迫使韩国钢铁企业减少CO2、SOx和NOx排放，因此韩国钢铁企业正致力于研发环境友好型钢铁生产技术。
4 超越高炉—FINEX
为了应对危局，1992年浦项钢铁公司同西门子奥钢联合作开发出FINEX炼铁工艺。该工艺与以往炼铁工艺不同之处在于：①取消炼焦和烧结工序；②使用劣质、低价原料；③同高炉工艺相比具有成本优势。FINEX经历了如下几个阶段，从1996年建造15t/ d小型模型开始，到1999年拥有150t/d中式设备，再到2003年建成60万吨/年 FINEX示范工厂，浦项钢铁公司通过一系列开发项目，最终成功实现了FINEX工艺的工业化应用。在该工艺成功示范的基础上，首座150万吨/年 FINEX设备于2007年4月在浦项厂建成投产。截至目前，其在性能、原料、环境和能源方面的操作结果引人关注。200万吨/年 FINEX设备也于2014年1月在浦项厂投产。浦项公司凭借开发出创新型炼铁技术FINEX，为全球钢铁业所瞩目。
韩国钢铁企业致力于构建技术研发体系。例如，浦项钢铁公司创建钢铁生产技术研发平台，在从基础研究到工业化应用的整个环节采取了产学研相结合的方式。合作开发出FINEX、CEM（紧凑式无头轧制技术）和poStr ip（浦项薄带浇铸工艺）。
4.1 FINEX工艺概述
FINEX工艺由流化床反应器、煤压块机、热压块机、熔融气化炉组成。FINEX工艺流程是将矿粉连同石灰石或白云石等添加剂一起装入流化床反应器中。当固体原料流经反应器时，被加热及还原。在升温状态下对还原铁矿进行压块，然后装入熔融气化炉中。用煤压块机对煤粉进行加工。把煤块放入熔融气化炉的穹顶，而把煤粉用喷枪吹入熔融气化炉。在熔融气化炉中煤与纯氧燃烧产生还原气体，将还原气体送入流化床反应器对铁矿进行还原。从反应器出口流出的气体经脱除CO2后部分可循环利用，气体利用率较高。
4.2 FINEX工业化设备操作结果
2008年5月，浦项厂150万吨/年 FINEX日产量达到4300t。随着操作优化及设备稳定，煤比降至720kg/t，设备利用率达到较高水平，获得的操作结果见表2。流化床反应器操作稳定对于提高FINEX工艺设备利用率来说是至关重要的。通过示范设备操作的大量试验，为流化床反应器装置频繁出现粘结和堵塞问题提供解决方案。此外，通过改进设备及操作技能，逐步延长反应器的维修周期。150万吨/年 FINEX设备利用率与传统高炉相同。通过脱除二氧化碳及喷煤，使煤比降至720kg/ t。从流化床反应器出来的废气有一半经脱除二氧化碳后可送回反应器循环利用，该脱除工艺为流化床反应器提供了30%所需要的还原气体，降低了产生还原气体的煤耗。PCI延长了炉料滞留时间，增加了与熔融气化炉料层中炉料接触的热气量，从而可提高熔融气化炉料层中的热交换率。在产能为150万吨/年 FINEX设备操作基础上，开发出第二套200万吨/年 FINEX工业化设备，该设备不仅规模扩大，而且呈瘦长型，且投资能够降低15%。自200万吨/年 FINEX于2014年1月投产至今，取得了令人满意的操作结果。
4.3 高炉与FINEX协同发展
大型高炉对煤和铁矿质量波动的适应性差，需要使用优质铁矿和炼焦煤。炉料粒度对于炉况条件具有很大影响。FINEX工艺创立了与高炉炼铁的协同效应，可分别将炼焦过程中产生的焦末、CDQ粉尘和烧结过程中产生的烧结矿粉等副产品作为炼铁原料。在使用高铝铁矿时为了保持炉渣的流动性，需要多加入熔剂以调节炉渣的碱度，但这样做会引起渣量增加。由于FINEX对渣量的适应性好，因此，如果选择把高铝铁矿装入FINEX，那么将使操作更加稳定。此外，FINEX废气清洁且热值高，可送往联合循环发电机组用于发电，发出的电能够用于制氧，把氧气送入热风炉能够提高高炉的利用系数。
5 结论
韩国钢铁企业通过在沿海一带建设联合钢铁厂提高竞争力，应对东北亚钢材产品供应过剩带来的挑战。由于钢铁企业的收益高度依赖于原料价格及韩国国内市场饱和，因此，这一挑战对于韩国钢铁企业非常严峻。另一方面，这也为韩国钢铁企业提供了一次机遇，以致力于开发出对原料质量适应性强的其他炼铁技术。
FINEX技术与高炉的最佳组合能够创建比高炉更具竞争力的模式。韩国钢铁企业的座右铭是：“资源有限，创意无限”。 （宏济）
