鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)及要點分析

熊陶亮

（新余鋼鐵集團有限公司第二煉鋼廠，江西 新余 338001）

據(jù)可靠數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國最近10年的鋼鐵消費量為4.5億t/a～7.1億t/a的范圍內(nèi)，鋼鐵總產(chǎn)值雖然屬于嚴(yán)重過剩的階段，但鋼鐵使用性產(chǎn)值與鋼鐵消費量基本處于穩(wěn)定態(tài)勢。鋼鐵冶金業(yè)是我國進行社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中的主要經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展方向關(guān)系到我國廣大人民群眾的最基本經(jīng)濟利益，其行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展也是我國長治久安的根本保障之一[1]。但由于我國市場經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，鋼鐵行業(yè)中的許多問題已逐漸暴露了出來，造成了很多的經(jīng)濟虧損，導(dǎo)致大量鋼鐵行業(yè)的倒閉或轉(zhuǎn)型。目前鋼鐵制造業(yè)在我國處于薄利型施工產(chǎn)業(yè)，預(yù)計2020年內(nèi)我國鋼鐵企業(yè)數(shù)量將會預(yù)計減少350家左右[2]。根據(jù)大量資料分析可知，鋼鐵企業(yè)的市場經(jīng)濟下滑主要有兩點原因：首先是鋼鐵的生產(chǎn)中所需的能源過于龐大，包括了大量的能源浪費現(xiàn)象，極大提高了鋼鐵冶金的生產(chǎn)成本；其次為由于國家環(huán)保部門提高了針對工業(yè)尾氣的管理力度，導(dǎo)致鋼鐵企業(yè)為減少環(huán)境污染物的排放而不得不消耗大量的人力以及物力資源。針對我國鋼鐵發(fā)展中遇到的困難，近幾年，采用了新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)，對其冶金工業(yè)流程進行深入治理，并且在企業(yè)的技術(shù)和管理水平均取得了極大的進步；以下為針對當(dāng)前我國所用新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)以及要點分析的詳細(xì)介紹。

1 新型鋼冶金流程節(jié)能的重要性

隨著經(jīng)濟的全球化發(fā)展趨勢，鋼鐵市場對鋼鐵材料的需求量越來越高。我國是全球使用鋼鐵材料大國，占有較大的使用比重。在全球經(jīng)濟化背景下，我國雖然達到一定的標(biāo)展，但在實際調(diào)查情況來看，鋼鐵冶金的生產(chǎn)過程的能源消耗過于嚴(yán)重，這不僅使可續(xù)發(fā)展受到阻礙，同時也會對環(huán)境帶來負(fù)面影響。文章對鋼鐵冶金的工藝流程進行節(jié)能改造，進行完善的技術(shù)措施，這不僅可以提高鋼鐵的生產(chǎn)效率，也較少了鋼鐵資源的浪費現(xiàn)象，使整個冶金流程更加節(jié)能、環(huán)保。

2 新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)

2.1 精細(xì)原料煅燒

新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)的工作原理為通過精細(xì)原料煅燒和改良熟料煅燒區(qū)域這兩個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)鋼鐵冶金中能源的節(jié)約作用，下圖為針對精細(xì)原料煅燒環(huán)節(jié)的具體工作流程圖。

圖1 新型節(jié)能技術(shù)下原料煅燒工作流程

本文中新型技術(shù)針對原料煅燒的處理環(huán)節(jié)為：首先，應(yīng)用已生鐵的熱工參數(shù)為參考依據(jù)，對冶金原料進行在線檢測；其次，要對原材料內(nèi)的物相平衡及熱平衡進行計算，確定出頂風(fēng)機的最佳古風(fēng)量狀態(tài)；然后，對冶金爐內(nèi)的不同物料的溫度場，進行在線計算，去定出于熱帶及精細(xì)調(diào)控反應(yīng)，得到冷卻帶高度對；之后，要對熱平衡、結(jié)合物進行計算分析，進行進行在線檢測，得到精確數(shù)值，該過程中應(yīng)用到專家知識庫以及運用技術(shù)人員的操作經(jīng)驗，力爭找到最優(yōu)爐況，從而進行綜合診斷分析；最終實現(xiàn)石灰鍛燒工序的智能控制，進而使原料鍛燒過程得到精細(xì)的控制，從而節(jié)約能源物質(zhì)。

2.2 改良熟料煅燒區(qū)域

完成了原料煅燒的精細(xì)環(huán)節(jié)，就到了調(diào)控孰料燒成的環(huán)節(jié)中，進而實現(xiàn)新型節(jié)能技術(shù)的實效性。新型技術(shù)中改良熟料煅燒區(qū)域環(huán)節(jié)，應(yīng)用到了構(gòu)建物理模型的方法，通過將實際問題簡單化的方式，從而得到合理的孰料煅燒區(qū)域，其主要工作流程為：第一步應(yīng)用物理學(xué)中動量守恒方程以及數(shù)學(xué)中連續(xù)性方程，確定熟料調(diào)節(jié)區(qū)域的邊界條件；第二步為針對方程的求解：首先將連續(xù)性數(shù)學(xué)方程進行離散化處理，將所得的變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系代入動量守恒方程中求解；第三步為根據(jù)離散化的數(shù)學(xué)模型和已制定的求解方法編寫計算程序，從而完成工作的調(diào)試，得到科學(xué)合理的模型數(shù)據(jù)；第四步為數(shù)值模擬結(jié)果的驗證與評價：將得到的計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進行比較，所評價后的數(shù)值模擬結(jié)果具有有效性；第五步為根據(jù)所得的有效性模型數(shù)據(jù)，結(jié)合研究目標(biāo)，繪制出最佳節(jié)能型熟料煅燒區(qū)域的結(jié)構(gòu)簡圖，作為模型應(yīng)用到熟料加工中。該工程中應(yīng)用的數(shù)學(xué)及物理學(xué)方程，以及繪制出的模型簡圖，如下所示：

式中：i為水平方向；j為垂直方向；ui為i方向上的即時速度；uj為j方向上的即時速度；Bi為體積力在i方向上的分力；θ為應(yīng)力張量；ρ為孰料密度。

2.3 其他節(jié)能的技術(shù)要點

在其他技術(shù)節(jié)能方面，首先，要考慮長期的發(fā)展角度，要對環(huán)保型鋼鐵冶金設(shè)備進行引入應(yīng)用，降低鋼鐵冶金能耗的問題，從而提升冶金工藝的整體質(zhì)量，拖動發(fā)展效率。要大力推廣干熄焦冶金技術(shù)，干熄焦冶金的工藝原理，是借助干熄焦中的惰性氣體。在焦?fàn)t內(nèi)取出的紅焦，將其送至干熄設(shè)備當(dāng)中，這樣就會產(chǎn)生大量的惰性氣體，并且在除塵加工過程中，將惰性氣體導(dǎo)入冶金鍋爐內(nèi)，所產(chǎn)生的氣體可以在發(fā)電等資源的開發(fā)中進行二次利用，從而實現(xiàn)節(jié)能目的。

其次，在冶金工藝過程中，可以在爐內(nèi)添加催化劑，促進冶金熱爐過程可以充分燃燒。例如，在金屬材料冶煉過程中，由于燃燒對冶金后金屬的質(zhì)量及其重要，因此，可以添加一定量的助燃，使整個過程保持充分燃燒，從而提高冶金效率。

最后，在冶金鍋爐的工藝當(dāng)中，要對節(jié)能因素加以重視；在冶金鍋爐運行時，必須要對氧氣槍的壓力進行調(diào)整，確保在冶金爐正常工序下，盡可能降低氧氣的消耗。

3 新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)要點分析

新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)的工作要點為實現(xiàn)冶金流程中由高投入向資源節(jié)約型轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，我國已登記冶金企業(yè)有3500家以上，其中鋼鐵行業(yè)就有900余家，大約占比26%[3]。通過進一步的調(diào)查，我國的鋼鐵企業(yè)部內(nèi)擁有了450多臺燒結(jié)機、800多座高爐、630多座轉(zhuǎn)爐以及上千套各種類型的軋機。根據(jù)這些復(fù)雜多樣的工程設(shè)備，可以斷定我國的鋼鐵企業(yè)是處于多層次、產(chǎn)品質(zhì)量各異、技術(shù)裝備結(jié)構(gòu)大不相同、先進與落后技術(shù)共同發(fā)展階段的發(fā)展情況。最近10年中，我國重點鋼鐵企業(yè)中高爐、球團、焦化、燒結(jié)構(gòu)成的煉鐵系統(tǒng)的能耗占企業(yè)總能耗的84.23%，成本保持在69%～75%區(qū)間內(nèi)，污染物排放占71%以上，其詳細(xì)情況如表1所示。

表1 為2010年～2019年重點鋼鐵企業(yè)耗能統(tǒng)計

由表中數(shù)據(jù)可以清晰的看出，鋼鐵冶金的重要工序正在逐年下降，其中，冶金轉(zhuǎn)爐的能耗下降幅度，使平均每噸鋼節(jié)約了0.15kg煤炭，這可以表明，我國鋼鐵企業(yè)在轉(zhuǎn)爐工序當(dāng)中，鋼冶煉的拓展得到提高；球團、焦化、電爐工序能耗下降年均超過5%，燒結(jié)、軋鋼工序能耗下降年均也超過4%；高爐工序能耗下降較小，年均只有2.2%。這些工序能耗的下降支撐了噸鋼綜合能耗和噸鋼可比能耗的大幅下降。

根據(jù)數(shù)據(jù)資料可以看出，鋼鐵企業(yè)要想實現(xiàn)高投入向節(jié)能轉(zhuǎn)化的節(jié)能目標(biāo)，就必須煉鐵和焦化兩個環(huán)節(jié)作為工作的側(cè)重點。新型方法通過精細(xì)原料煅燒環(huán)節(jié)，可以讓鋼鐵生產(chǎn)中34%的燃煤能量轉(zhuǎn)換為副產(chǎn)煤氣能源，并且應(yīng)用這些能源可再產(chǎn)生1100t～1250t左右的鋼鐵。由副產(chǎn)煤氣產(chǎn)生噸鋼過程中所生成的大氣污染物為每噸煤350m3～390m3的有害氣體物質(zhì)、對比原產(chǎn)煤氣能源物質(zhì)，降低了15%的污染物生成量。因此，新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)針對副產(chǎn)煤氣的有效回收與利用措施，具有減少對外排放造成的污染，同時提高企業(yè)能源利用效率，降低資源及能源的消耗的雙重作用。當(dāng)前隨著我國的新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)不斷的發(fā)展，許多耗能大且污染嚴(yán)重的落實生產(chǎn)裝備已被及時替換，從而在根本上提高了冶金的效率，降低了能源消耗。與此同時，鋼鐵行業(yè)正在嘗試采取更多的方式回收并利用大量的可燃?xì)怏w、余熱余壓等二次能源，參加到冶金的工作流程中，從而節(jié)約更多的能源物質(zhì)。

4 結(jié)語

本文介紹了我國鋼鐵冶金業(yè)流程中的新型節(jié)能技術(shù)，以及應(yīng)用該技術(shù)的工作要點，為我國的鋼鐵行業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)支持。鋼鐵行業(yè)一直以來都是決定我國經(jīng)濟發(fā)展速度的主要元素之一，它的發(fā)展速度與我國人民的日常生活息息相關(guān)。從目前的經(jīng)濟形式來看，鋼鐵企業(yè)的相關(guān)技術(shù)必須要符合全球節(jié)能減排的發(fā)展要求，才能保持平穩(wěn)的向前發(fā)展。我們針對鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，必須要具有全球化的視野、才能充分發(fā)揮市場機制和必要的宏觀調(diào)控，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展性發(fā)展的理念，讓我國鋼鐵冶金工業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。