淺談實(shí)現(xiàn)鋼鐵冶金流程節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)

杜皎

萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東 萊蕪 271100

引言

在當(dāng)前我國嚴(yán)峻的環(huán)境以及資源形勢下，黨中央提出可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要求各行業(yè)在追求經(jīng)濟(jì)效益的同時，兼顧社會以及生態(tài)效益。鋼鐵行業(yè)作為污染密集型產(chǎn)業(yè)的典型之一，為落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，要求其積極學(xué)習(xí)、引進(jìn)、創(chuàng)新先進(jìn)技術(shù)以及機(jī)械設(shè)備。從實(shí)際發(fā)展情況分析，雖然當(dāng)前鋼鐵行業(yè)冶金生產(chǎn)流程技能技術(shù)發(fā)展較為迅速，但是企業(yè)在實(shí)際引進(jìn)相關(guān)技術(shù)時未能根據(jù)自身實(shí)際情況對其進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化與調(diào)整，這就使得節(jié)能技術(shù)與行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)之間的適配性不足，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用價值未能得到有效發(fā)揮。因此加強(qiáng)對鋼鐵冶金流程中關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的研究具有重要顯示意義。

1 鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)應(yīng)用情況

1.1 鋼鐵行業(yè)節(jié)能技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況

當(dāng)前階段我國鋼鐵行業(yè)也為落實(shí)國家資源環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略，推動行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，積極推廣應(yīng)用干熄焦技術(shù)、高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電技術(shù)以及煤氣回收技術(shù)等。相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中可以有效提升生產(chǎn)過程中的環(huán)保效果，同時也可以實(shí)現(xiàn)大幅提升資源利用效率的目的。此外，行業(yè)內(nèi)還積極推動資源管理方式創(chuàng)新，合同資源管理模式等得到各種規(guī)模企業(yè)的高度認(rèn)可[1]。

節(jié)能技術(shù)的高速發(fā)展給整個行業(yè)帶來巨大改變。傳統(tǒng)的低、中、高壓低頻技術(shù)逐漸豐富發(fā)展出涵蓋煤氣發(fā)電、蒸汽發(fā)電等完善地環(huán)保技術(shù)體系。相關(guān)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中不斷發(fā)展成熟，尤其是生產(chǎn)余熱與余壓發(fā)電技術(shù)，不僅可以有效降低企業(yè)電力資源購買量，同時也可以降低電力資源生產(chǎn)過程中的資源消耗。根據(jù)實(shí)際研究結(jié)果分析，當(dāng)前鋼鐵行業(yè)二次能源自發(fā)電機(jī)組能力得到大幅提升，進(jìn)一步提升生產(chǎn)過程中的資源利用效率，同時也可以有效實(shí)現(xiàn)控制成本的目的[2]。

1.2 鋼鐵行業(yè)環(huán)境治理技術(shù)發(fā)展應(yīng)用情況

傳統(tǒng)鋼鐵行業(yè)生成過程中會排放大量含硫氣體，對自然生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，因此，近年來行業(yè)內(nèi)積極將干法熄焦技術(shù)及高爐煤氣干式除塵技術(shù)等于燒結(jié)脫硫技術(shù)相結(jié)合，大幅提升鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)水平，為落實(shí)環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略做出積極貢獻(xiàn)。相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用力度不斷提升，使得鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水以及粉塵等污染物的排放量大幅下降，有效提升環(huán)境治理技術(shù)的應(yīng)用效果與價值[3]。

1.3 鋼鐵行業(yè)資源綜合利用發(fā)展應(yīng)用情況

傳統(tǒng)鋼鐵行業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中需要消耗大量礦石資源以及化石燃料資源，同時會產(chǎn)生大量廢棄物。此類廢棄物具備一定二次利用價值，但是未能得到有效開發(fā)。近年來，我國鋼鐵企業(yè)推動節(jié)能環(huán)保工作開展過程中加強(qiáng)對冶金渣資源的開發(fā)利用技術(shù)研究力度并構(gòu)建出一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈。該產(chǎn)業(yè)鏈的應(yīng)用不僅有效提升冶金渣資源的利用效率，同時增加了廢棄物的附加值，為鋼鐵企業(yè)帶來更多收益[4]?，F(xiàn)階段，鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的冶金渣二次利用主要分為兩種方式，其一是將其銷售給路橋或建筑工程，作為骨料或建材使用；其二是通過對其進(jìn)行深加工形成磁性材料以及粉末冶金產(chǎn)品，提升產(chǎn)品附加值，實(shí)現(xiàn)兼顧推動磁性材料行業(yè)發(fā)展以及擴(kuò)寬企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈的雙重目的，有效提升資源綜合利用效率以及有效性，推動鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2 鋼鐵冶金流程關(guān)鍵技術(shù)

2.1 精細(xì)原料煅燒技術(shù)

該技術(shù)是新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)的關(guān)鍵組成部分之一，通過利用該技術(shù)可以有效提升鋼鐵冶金過程中能源的利用率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。精細(xì)原料煅燒技術(shù)的應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 精細(xì)原料煅燒技術(shù)流程示意圖

由圖中數(shù)據(jù)可知，該技術(shù)的應(yīng)用流程的要點(diǎn)主要包括以下幾方面：第一，利用生鐵熱工參數(shù)作為依據(jù)，利用信息化設(shè)備對冶金原材料進(jìn)行檢測；第二，對冶金原材料內(nèi)物項平衡以及熱平衡情況進(jìn)行精準(zhǔn)計算，為頂風(fēng)機(jī)最佳鼓風(fēng)量設(shè)定提供參數(shù)；第三，利用現(xiàn)代信息設(shè)備的數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢對冶金爐內(nèi)不同物料的溫度場進(jìn)行計算，進(jìn)而明確爐內(nèi)熱帶并對進(jìn)行精細(xì)化調(diào)控，同時計算冷卻帶高度數(shù)值；第四，對顱內(nèi)熱平衡以及結(jié)合物情況進(jìn)行計算，該環(huán)節(jié)應(yīng)充分利用專家知識庫以及專業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢，對爐況進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升綜合性診斷分析工作有效性[5]；第五，充分利用智能技術(shù)優(yōu)勢，通過自動化系統(tǒng)對石灰煅燒工序進(jìn)行精細(xì)化調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升資源利用率的目的。

2.2 熟料煅燒區(qū)域改良技術(shù)

該技術(shù)為精細(xì)化原料煅燒流程的后續(xù)操作流程，通過兩種技術(shù)相配合可以有效提升新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)的實(shí)效性[6]。該技術(shù)的主要應(yīng)用流程如下：第一，首先利用應(yīng)用物理學(xué)領(lǐng)域中動量守恒方程以及數(shù)學(xué)領(lǐng)域中的連續(xù)性方程知識，對熟料調(diào)節(jié)區(qū)邊界進(jìn)行計算；第二，對方程進(jìn)行求解處理：首先對連續(xù)性方程進(jìn)行離散化計算，并計算所得變量代入至動量守恒公式中進(jìn)行求解；第三，根據(jù)離散化數(shù)學(xué)模型以及已制定求解方法對計算程序進(jìn)行編寫并調(diào)試，進(jìn)而使得滿足科學(xué)性的模型數(shù)據(jù)；第四，對數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證與評價，具體方法為將計算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，確保數(shù)值模擬結(jié)構(gòu)滿足有效性以及科學(xué)性要求；第五，依托于計算所得模型數(shù)據(jù)，在綜合應(yīng)用目的基礎(chǔ)上繪制節(jié)能效果最佳的熟料煅燒區(qū)域結(jié)構(gòu)簡圖，并依照簡圖對熟料加工區(qū)域布局進(jìn)行調(diào)整。

本流程中設(shè)計的數(shù)學(xué)以及物理方程如公式（1）、公式（2）所示，圖2為計算所得熟料煅燒區(qū)域模型簡圖。

圖2 熟料煅燒區(qū)域優(yōu)化模型簡圖

公式中，i與j分別表示水平以及垂直方向； 表示在i方向上的及時速度， 表示數(shù)量體積力在i方向上的分立；以及 分別表示應(yīng)力張量以及熟料密度。

3 鋼鐵冶金流程節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用意義

表1為近年來我國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)能源消耗分布情況，通過分析表中數(shù)據(jù)可知，煉鐵與焦化環(huán)節(jié)是能源消耗的主要環(huán)節(jié)。新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)中通過利用精細(xì)原料煅燒技術(shù)可有效將生產(chǎn)過程中30%左右的燃煤熱量轉(zhuǎn)換為副產(chǎn)煤氣能源，而利用該能源可以額外生產(chǎn)1100t左右的鋼鐵，有效提升資源利用率，大幅降低生產(chǎn)能耗。同時利用副產(chǎn)煤氣進(jìn)行生產(chǎn)可以有效降低15%左右的污染物產(chǎn)生量。因此，新型節(jié)能技術(shù)的利用可以有效提升資源回收以及二次利用效率，切實(shí)降低能源消耗量以及污染物產(chǎn)生量，為落實(shí)鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。新階段，隨著鋼鐵冶金流程新型節(jié)能技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)高耗能、污染大的落后生產(chǎn)方式已經(jīng)被取代，在推動行業(yè)清潔生產(chǎn)的同時，也為提升生產(chǎn)效率提供有利環(huán)境支持。

表1 2015-2016年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)耗能情況

4 結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)境以及資源形勢下，推動鋼鐵行業(yè)節(jié)能技術(shù)快速發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)轉(zhuǎn)型重點(diǎn)方向。本文所研究的綜合精細(xì)原料煅燒技術(shù)以及熟料煅燒區(qū)域改良技術(shù)的新型鋼鐵冶金流程節(jié)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中可以有效降低能耗，同時可以大幅提升鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)效率，具有推廣應(yīng)用意義。