高爐煉鐵低碳化和智能化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

莊俊鵬

山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司 山東濟(jì)南 250101

近年來(lái)，全球環(huán)境問題日益嚴(yán)重，二氧化碳減排成為熱點(diǎn)問題。鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，占全球二氧化碳排放總量的5%-7%，占全球工業(yè)排放總量的15%。因此，鋼鐵行業(yè)面臨著巨大的減排壓力。長(zhǎng)期以來(lái)和今后的煉鋼工藝主要是高爐轉(zhuǎn)爐工藝。高爐生鐵生產(chǎn)占世界總產(chǎn)量的94%，其能源消耗和二氧化碳排放占整個(gè)生產(chǎn)過程的80%以上。因此，高爐煉鐵是鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1]。

為了積極應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)形勢(shì)，世界各國(guó)共同努力，采取適當(dāng)措施，積極研究和開發(fā)相關(guān)技術(shù)。開發(fā)應(yīng)用ULCOS項(xiàng)目、COSE50項(xiàng)目、SU-PER燒結(jié)技術(shù)、石灰焦技術(shù)等高爐煉鐵節(jié)能減排創(chuàng)新項(xiàng)目和技術(shù)。介紹了歐盟、北美、日本、中國(guó)等主要鋼鐵生產(chǎn)國(guó)和地區(qū)高爐煉鐵的現(xiàn)狀，包括:煙氣循環(huán)技術(shù)、鐵焦炭技術(shù)、碳球團(tuán)技術(shù)、高爐混合噴射技術(shù)、高爐智能技術(shù)等?？偨Y(jié)了這些國(guó)家和地區(qū)高爐煉鐵新的低碳智能技術(shù)，展望了低碳高爐煉鐵的未來(lái)發(fā)展方向，為煉鐵研究人員提供參考，促進(jìn)高爐煉鐵技術(shù)的進(jìn)步，為高爐煉鐵提供先進(jìn)的技術(shù)。參考。中國(guó)鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 燒結(jié)環(huán)保技術(shù)

1.1 燒結(jié)煙氣處理技術(shù)

燒結(jié)煙氣溫度較低，煙氣體積較大，污染物的實(shí)際含量和組成較高，是目前鋼鐵工業(yè)煙氣處理中最重要的污染物之一。隨著國(guó)際環(huán)境保護(hù)形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，鋼鐵行業(yè)對(duì)燒結(jié)煙氣控制和減排的壓力也逐漸加大。國(guó)外燒結(jié)鋼廠大多必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵、氯化物等有害物質(zhì)的排放，充分利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)處理燒結(jié)煙氣。其中最突出的是動(dòng)電極電除塵技術(shù)和干式除塵技術(shù)。為了減少生產(chǎn)過程中的大量有害物質(zhì)，煙氣循環(huán)燒結(jié)技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。寶鋼、寧鋼等國(guó)內(nèi)大型鋼廠的實(shí)踐結(jié)果表明，煙氣循環(huán)燒結(jié)技術(shù)可以有效地降低實(shí)際煙氣量和固體燃料的比消耗量[2]。

1.2 超燒結(jié)技術(shù)

（1）活性炭煙氣凈化技術(shù)。活性炭煙氣凈化技術(shù)在我國(guó)大型鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。它不僅完成了對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)中產(chǎn)生的各種有害物質(zhì)的集中凈化，而且進(jìn)一步降低了煙氣中有害物質(zhì)的濃度。燒結(jié)程度大。

（2）液體密封圈冷卻技術(shù)。在日常生產(chǎn)中采用液封環(huán)冷卻器技術(shù)后，漏風(fēng)率可由35%降低到5%，基本消除了粉塵泄漏現(xiàn)象，進(jìn)一步改善了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

（3）節(jié)能環(huán)保燒結(jié)機(jī)技術(shù)。利用該技術(shù)，材料層的實(shí)際厚度可以進(jìn)一步從600毫米增加到900毫米，而固體燃料可以減少3公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。

2 常見的高爐智能化與自動(dòng)化技術(shù)

2.1 高爐煉鐵智能化可視化技術(shù)

（1）高爐仿真與可視化控制技術(shù)。目前，高爐數(shù)學(xué)模擬主要基于流體力學(xué)和離散元方法。流體力學(xué)的作用是描述連續(xù)相的行為，而離散元法的主要作用是評(píng)價(jià)不連續(xù)相的行為。由于離散元法能夠更合理地描述不連續(xù)相行為，并且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和建模方法的不斷完善，高爐數(shù)學(xué)模型大多是由上述兩種模型有效組合而成的CFD-DEM數(shù)學(xué)。模型。對(duì)于CFD-DEM方法，采用CFD方法預(yù)測(cè)流體位置，采用DEM方法求解顆粒部分。通過兩種方法的有機(jī)耦合，可以解決液固兩相實(shí)際流動(dòng)的模擬問題[3]。

（2）高爐專家系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵自動(dòng)化的生產(chǎn)目標(biāo)，世界上應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)是價(jià)格高爐專家系統(tǒng)。威龍是集過程模型、人工智能、閉環(huán)專家系統(tǒng)和軟件于一體的高爐煉鐵專家系統(tǒng)。威龍高爐專家系統(tǒng)使工作人員能夠清楚地觀察高爐內(nèi)部的實(shí)際情況和工藝流程。偉龍高爐專家系統(tǒng)主要由多個(gè)模型和進(jìn)一步的有機(jī)組合組成。實(shí)踐證明，Vairon高爐專家系統(tǒng)是一種非常有益的高爐煉鐵系統(tǒng)。目前，它已在國(guó)際上得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的實(shí)際效果。

2.2 電氣設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

電氣自動(dòng)化技術(shù)包括多方面的綜合成就。在高爐煉鐵生產(chǎn)中，將電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到日常生產(chǎn)中，不僅可以促進(jìn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的穩(wěn)定快速發(fā)展，而且可以促進(jìn)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的整體水平和整個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)鋼鐵工業(yè)電氣設(shè)備不斷朝著科技和高效的方向發(fā)展，從而提高了煉鐵的效率和質(zhì)量。

3 我國(guó)的高爐智能化與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

為了更準(zhǔn)確地掌握和分析高爐內(nèi)部的信息，高爐可視化控制技術(shù)是檢測(cè)高爐內(nèi)部實(shí)際情況的最有效手段之一。

其中最突出的是北京科技大學(xué)與北京神王公司聯(lián)合開發(fā)的高爐可視化仿真技術(shù)。其主要功能是檢測(cè)高爐布料和冶煉的實(shí)際情況，更好地指導(dǎo)高爐的具體操作。所取得的成果是可觀的，并得到了廣泛的應(yīng)用。

以上技術(shù)包括高爐主頂攝像技術(shù)、高爐風(fēng)口紅外攝像技術(shù)、圖像處理技術(shù)和熱流強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)。其中，紅外攝像機(jī)和圖像信息處理技術(shù)的高爐風(fēng)口可以同時(shí)檢測(cè)每個(gè)高爐風(fēng)口的實(shí)際工作條件，以便找出高爐內(nèi)的具體情況，并及時(shí)解決異常情況發(fā)生時(shí)。三維熱流強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)可以檢測(cè)出高爐爐缸內(nèi)的實(shí)際熱流強(qiáng)度，從而判斷高爐實(shí)際爐型的質(zhì)量，進(jìn)而確定與高爐冷卻相對(duì)應(yīng)的具體系統(tǒng)。

這些新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，而且在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)鋼鐵工業(yè)的生產(chǎn)，促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

在環(huán)境問題日益嚴(yán)重的背景下，人們的環(huán)保意識(shí)逐漸提高。因此，高爐煉鐵的節(jié)能減排逐漸成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題。在國(guó)內(nèi)外，我們正在積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)低碳、智能化高爐煉鐵的目標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)高爐煉鐵面臨著巨大的挑戰(zhàn)和新的機(jī)遇。隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)利用，我國(guó)鋼鐵行業(yè)的低碳環(huán)保目標(biāo)逐步實(shí)現(xiàn)，為促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。