新技術(shù)和新工藝在鋼鐵冶金清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用

宋彥良

[摘 要]如今，能源問(wèn)題日益嚴(yán)峻，鋼鐵冶煉耗能逐漸加大，面對(duì)鋼鐵企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)不斷開(kāi)發(fā)應(yīng)用新技術(shù)新工藝，推行鋼鐵冶金行業(yè)的清潔生產(chǎn)，在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、冶金工藝優(yōu)化以及廢棄物綜合利用方面收到了良好的效果，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一.本文重點(diǎn)介紹了高爐廢塑料噴吹、干熄焦、高爐煤氣余壓透平發(fā)電等一系列新技術(shù)新工藝的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]清潔生產(chǎn) 鋼鐵冶金 能源結(jié)構(gòu) 工藝優(yōu)化 綜合利用

中圖分類(lèi)號(hào)：P618 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）07-0231-01

引言

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步，使人們的生活水平不斷提高，各種基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，但面對(duì)日趨惡化的環(huán)境、日趨短缺的資源，我們不得不對(duì)過(guò)去的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程進(jìn)行反思，徹底改變長(zhǎng)期沿用的大量消耗資源和能源的粗放式發(fā)展模式，推行行業(yè)的清潔生產(chǎn)，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展.鋼鐵冶金企業(yè)是高能耗、高污染的企業(yè)，推行清潔生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的必由之路。在眾多清潔生產(chǎn)的措施中，新技術(shù)和新工藝的開(kāi)發(fā)應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)這種目的關(guān)鍵因素和有效途徑.近年來(lái)，許多國(guó)家圍繞著清潔生產(chǎn)不斷地開(kāi)發(fā)出了許多新技術(shù)和新工藝，帶來(lái)的結(jié)果是能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、工藝的優(yōu)化革新和廢棄物的綜合利用，收到了可觀的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

1. 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整

能源密集、能源消耗大是鋼鐵冶金生產(chǎn)的主要特點(diǎn)之一.推行清潔生產(chǎn)需要調(diào)整能源結(jié)構(gòu)：一方面采用新技術(shù)工藝改革原有資源和能源的比例結(jié)構(gòu)；另一方面開(kāi)發(fā)應(yīng)用替代能源。

1.1 能源和資源比例結(jié)構(gòu)調(diào)整

在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，在鐵前系統(tǒng)的成本和能耗占企業(yè)成本和能耗的70%左右，作好這一環(huán)節(jié)的資源和能源比例結(jié)構(gòu)調(diào)整有重要意義.對(duì)于這一環(huán)節(jié)，一切圍繞高爐生產(chǎn)展開(kāi)。

首先，鐵前認(rèn)真貫徹精料方針，不斷優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)人爐料“高、凈、勻、穩(wěn)”.提高高爐熟料比，保證高爐全精料人爐，改善高爐爐料結(jié)構(gòu)，為高爐增產(chǎn)、節(jié)焦提供了物質(zhì)基礎(chǔ).相應(yīng)地，焦化廠提高焦碳質(zhì)量、穩(wěn)定尺寸、降低灰分，燒結(jié)廠降低燒結(jié)礦的含粉率，穩(wěn)定堿度、提高人爐礦品位；煉鐵廠不斷優(yōu)選礦種、開(kāi)發(fā)合理經(jīng)濟(jì)的爐料配比，取消熔劑人爐，鐵水爐前就地實(shí)施脫硅、脫硫、脫磷的“三脫”技術(shù)，提高鐵水質(zhì)量保證煉鋼工序?qū)崿F(xiàn)精料.如安陽(yáng)鋼廠爐料結(jié)構(gòu)凋整取得良好效果，300m？高爐渣鐵比348.31kg/t，同比降低75.41 kg/t；380m？高爐為380.5 kg/t，同比降低25.28 kg/t，減少了渣鐵的排放和綜臺(tái)利用，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益環(huán)境效益。

1.2 能源替代

面對(duì)世界資源日趨枯竭，污染日趨嚴(yán)重，我們不得不為鋼鐵生產(chǎn)尋求其它形式的能源.用其它形式的能源或廢棄物替代或部分替代當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中使用的石油、天然氣和煤等不可群生的能源，對(duì)企業(yè)、對(duì)社會(huì)、對(duì)環(huán)境，都有不可替代的促進(jìn)作用.目前，已有一些研究人員著手氫還原鐵礦石的研究，改變當(dāng)今鐵礦石的還原主要依賴于焦碳造成大量溫室效應(yīng)的狀況，而技術(shù)上更為成熟的是高爐噴吹廢塑料技術(shù).塑料的用途遍及生產(chǎn)、生活領(lǐng)域，每年產(chǎn)生數(shù)量極大的廢塑料.經(jīng)多年的研究和實(shí)踐，證明高爐噴吹翅料是處理廢塑料的有效手段，而且對(duì)高爐煉鐵有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可以節(jié)能降耗.可以說(shuō)，高爐噴吹塑料是一項(xiàng)兼顧社會(huì)效益、環(huán)境效益和生產(chǎn)效益的新技術(shù)。

2. 工藝優(yōu)化與革新

鋼鐵工業(yè)高能耗、重污染的一個(gè)重要原因就是生產(chǎn)過(guò)程冗長(zhǎng)、工序多、頻繁往復(fù)地加熱和冷卻物料，引起能量的損失和廢棄物的產(chǎn)生.據(jù)統(tǒng)計(jì)，損耗的能量約占總能耗的38.5%[1]，而經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析確定可以回收利用的大約只占總能耗的10%.由此，各國(guó)紛紛投入科研力量，努力優(yōu)化革新鋼鐵生產(chǎn)工藝流程，由傳統(tǒng)松散型轉(zhuǎn)向現(xiàn)代緊湊型.從源頭上節(jié)能降耗、控制減少污染.實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的清潔生產(chǎn).20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界鋼鐵工業(yè)出現(xiàn)許多經(jīng)濟(jì)、靈活和更具環(huán)境保護(hù)意義的全新的工藝流程和工藝革新技術(shù)。

2.1 廢鋼一電弧爐一連鑄一連軋流程（SC—EAF—CC—CR流程）

世界廢鋼量逐年增加，并且鋼具有良好可再生性.環(huán)境、資源和能源等方面日益苛刻的要求，使得盡可能多的利用廢鋼成為國(guó)際趨勢(shì)。在這種情況下，出現(xiàn)了許多以廢鋼為主要原料韻電爐煉鋼流程，并且其比例逐年增加，部分取代了以鐵礦石為原料的高爐一轉(zhuǎn)爐流程（BF-BOF流程）[2]。其中，SC—EAF—CGCR流程是由電弧爐煉鋼、精煉、連鑄機(jī)相應(yīng)的軋制設(shè)備等工序組成，稱之為“四個(gè)一”，較傳統(tǒng)的BF—BOF流程有更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境優(yōu)勢(shì)。

2.2 熔融還原/直接還原一超高功率電爐一薄板連鑄連軋流程（SR/DR-UHP-CC—CR流程）

熔融還原/直接還原一超高功率電爐—薄板連鑄連軋流程是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的全新工藝流程，具有經(jīng)濟(jì)、靈活、緊湊和更具環(huán)境友好的特點(diǎn).該工藝流程聚合了直接還原、熔融還原技術(shù)、連鑄連軋技術(shù)和近終形技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)，使得整個(gè)生產(chǎn)流程更加合理化，避免常規(guī)流程中碳勢(shì)和氧勢(shì)的反復(fù)大幅度波動(dòng)，改變了傳統(tǒng)BF—BOF流程流程長(zhǎng)、工序多、高能耗、重污染的特點(diǎn).熔融還原和直接還原工藝是非高爐法煉鐵工藝方法，有縮短工藝流程、降低基建投資、生產(chǎn)成本及良好的環(huán)境效益等優(yōu)點(diǎn)，與先進(jìn)的電爐煉鋼和連鑄連軋技術(shù)相匹配形成的短流程日趨成為鋼鐵生產(chǎn)工藝的發(fā)展方向。

3. 二次能源（廢棄物）的綜合利用

鋼鐵工業(yè)能耗高、工序多、流程長(zhǎng)的特點(diǎn)，使得生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的廢棄物和污染物，如各種煤氣、爐渣和粉塵等，而且大部分產(chǎn)物具有大量的顯熱，約占總能耗的29～39%，其中煉焦廢氣攝熱、焦碳顯熱、燒結(jié)礦顯熱、燒結(jié)煙氣顯熱、高爐煤氣顯熱等占有很大比例，有的環(huán)節(jié)含有大量的余壓能源，如高爐頂壓操作.總之，綜合利用各環(huán)節(jié)的二次能源及廢氣物是節(jié)能降耗、減少污染、實(shí)施清潔生產(chǎn)的必要措施.由此，出現(xiàn)了高爐TRT技術(shù)、干熄焦技術(shù)及爐渣處理等先進(jìn)技術(shù)。

3.1 高爐余壓利用一高爐煤氣余壓透平發(fā)電技術(shù)（TRT技術(shù)）

現(xiàn)代鋼鐵廠煉鐵高爐大都采用高壓爐頂操作來(lái)提高冶金強(qiáng)度和產(chǎn)量，從爐頂排放出的高爐煤氣具有較高的壓力和溫度，為促進(jìn)這些可燃廢氣的綜合利用，通常采用目前國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的先進(jìn)的高爐煤氣余壓透平發(fā)電冶金節(jié)能裝置.TRT技術(shù)是利用一臺(tái)透平膨脹機(jī)在減壓閥前作功，將煤氣的壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的一種能量回收裝置。TRT在運(yùn)行中不需要燃燒，不改變?cè)郀t煤氣的品質(zhì)和正常使用，卻回收了相當(dāng)可觀的能量（約占高爐煤氣鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30%）[3]，同時(shí)又具有凈化煤氣，減少噪音，改善煤氣爐頂壓力控制品質(zhì)的作用。

3.2 焦碳余熱利用一干熄焦技術(shù)

鋼鐵生產(chǎn)中余熱利用主要放在余熱資源率較高、余熱回收技術(shù)成熟的干熄焦余熱、燒結(jié)礦顯熱、熱風(fēng)爐煙氣余熱回收等幾方面，在這里介紹一下成熟而先進(jìn)的干熄焦技術(shù)。

3.3 爐渣的處理

鋼鐵冶金生產(chǎn)離不開(kāi)爐渣，包括高爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣和鐵合金渣等。傳統(tǒng)思想認(rèn)為，冶金渣是廢棄物，但隨著鋼鐵技術(shù)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高，人們轉(zhuǎn)變了對(duì)渣的認(rèn)識(shí)，渣實(shí)質(zhì)上是冶金生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)中問(wèn)產(chǎn)品。因此，人們不斷地研究開(kāi)發(fā)出各種新技術(shù)工藝綜合利用備種冶金渣。

下面著重介紹一種處理高爐渣的新技術(shù)——干式成粒法[5]。干式成粒法是建立在熔渣經(jīng)變速旋轉(zhuǎn)杯或盤(pán)霧化成粒的基礎(chǔ)上，熔渣從流渣道送至旋轉(zhuǎn)杯的中心，借助離心力將其拋至邊緣，同時(shí)被冷卻.為防止顆粒與室壁粘連，渣顆粒在飛向水冷墻壁之前必須完全固化，水玲爐壁的作用是增強(qiáng)冷卻和固化效果，提高成粒質(zhì)量和數(shù)量。

4. 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、開(kāi)發(fā)利用清潔能源和替代能源是實(shí)現(xiàn)鋼鐵冶金清潔生產(chǎn)的有效途徑}薄板坯連鑄連軋與超高功率電爐配套的短流程工藝，無(wú)論是從環(huán)境保護(hù)，還是從節(jié)能降耗來(lái)說(shuō)都是一種非常理想可行的方案；綜合利用鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的二次能源是實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的必要措施；新技術(shù)新工藝是推行清潔生產(chǎn)的根本動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 高昆.鋼鐵工業(yè)的清潔生產(chǎn)[J].山西冶金.2007（03）.

[2] 林滌凡.鋼鐵企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)與實(shí)施清潔生產(chǎn)的探討[J].天津冶金.2006（02）.