鋼鐵冶金清潔生產(chǎn)新工藝探索

段海洋，王 毅

（方大特鋼科技股份有限公司，江西 南昌 330012）

人類社會(huì)對(duì)鋼鐵冶金行業(yè)有著剛性需求，所以不能簡(jiǎn)單從降低產(chǎn)量提升鋼鐵冶金的清潔性，而是需要利用全新的生產(chǎn)技術(shù)，提升鋼鐵冶金的生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)能耗。針對(duì)現(xiàn)代鋼鐵冶金發(fā)展理念，目前產(chǎn)生了很多全新的工藝和技術(shù)，對(duì)解決鋼鐵冶金的能耗問題，有著巨大的幫助。

1 鋼鐵冶金方法的變革過程

1.1 傳統(tǒng)鋼鐵冶金工程設(shè)計(jì)思路

在傳統(tǒng)的冶金工程生產(chǎn)環(huán)節(jié)，對(duì)冶金工程的設(shè)計(jì)會(huì)采用靜態(tài)分割的思路，導(dǎo)致很難有效應(yīng)對(duì)冶金過程中存在的動(dòng)態(tài)變化，所以實(shí)際工作中無論是工程理念、思維都存在局限性[1]。例如傳統(tǒng)思路的工程理念并未從生命周期的角度考慮與自然的和諧發(fā)展，僅從對(duì)資源、能源控制角度考慮優(yōu)化冶金工程工作，影響了人與自然之間的和諧相處，所以冶金工作缺少對(duì)環(huán)保工作的統(tǒng)籌，并未對(duì)污染進(jìn)行精細(xì)化管控。工程師的工程思路大多停留在還原理論中，限制了工程師對(duì)冶金工作方法的創(chuàng)新，也缺少對(duì)相關(guān)技術(shù)、工藝的靈活應(yīng)用。

由于傳統(tǒng)方式存在的種種不足，所以在節(jié)能、能量控制上也容易出現(xiàn)問題，比如由于設(shè)計(jì)觀念過于零散，不會(huì)考慮整體上的節(jié)能控制，對(duì)技術(shù)流程的設(shè)計(jì)工作中，對(duì)節(jié)約能耗也沒有系統(tǒng)的觀念，會(huì)僅從割裂的環(huán)節(jié)入手降低能耗，解決不了整體體系匱乏的問題。尤其是過于關(guān)注生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不同子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性不足，所以可能會(huì)由于子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)性不足導(dǎo)致冶金生產(chǎn)的能耗增加。由于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路的種種不足，技術(shù)人員必須做出改變，采用更為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，降低能耗并提升生產(chǎn)效率。

1.2 現(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì)形成過程

由于傳統(tǒng)冶金工程設(shè)計(jì)思路存在明顯的局限性，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代低能耗、高效率的工業(yè)生產(chǎn)理念，因此需要研究全新的思路，解決之前的問題，促進(jìn)鋼鐵冶金生產(chǎn)工作的變革。企業(yè)的技術(shù)人員、一線煉鋼工人在總結(jié)傳統(tǒng)煉鋼經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化煉鋼流程的過程中，逐漸形成了全新的工程理論，改變了過去的工程設(shè)計(jì)方式，更符合實(shí)際生產(chǎn)的需要，也能滿足高效節(jié)能的工業(yè)發(fā)展理念[2]。

現(xiàn)代冶金工程設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員會(huì)更看重把握整體設(shè)計(jì)意圖和目標(biāo)，在充分利用現(xiàn)代化工程設(shè)計(jì)方法的前提下，給冶金工程科學(xué)制定規(guī)模，并優(yōu)化企業(yè)的生產(chǎn)流程，利用現(xiàn)代技術(shù)調(diào)整生產(chǎn)工藝。因此在冶金企業(yè)的生產(chǎn)過程中，不僅看重對(duì)質(zhì)量和效率的控制，更通過降低能源消耗達(dá)到了節(jié)約資金和保護(hù)環(huán)境目的，讓企業(yè)的冶金生產(chǎn)工作獲得了更高的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

2 鋼鐵冶金清潔生產(chǎn)工藝能源結(jié)構(gòu)調(diào)整

鋼鐵冶金工作必然需要消耗大量的能源，而且冶金過程中可能會(huì)產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，容易導(dǎo)致環(huán)境污染問題。繼續(xù)采取傳統(tǒng)的冶金生產(chǎn)方式顯然已經(jīng)不能滿足低碳環(huán)保的要求，通過對(duì)生產(chǎn)中的能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，增加對(duì)清潔能源的使用，可以降低生產(chǎn)中的污染消耗，滿足綠色環(huán)保要求[3]。所以，在開發(fā)鋼鐵冶金的新工藝時(shí)，首先就要做好對(duì)生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，通過調(diào)整能源供應(yīng)，達(dá)到清潔生產(chǎn)的要求。

2.1 調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和比例

鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中，有60%的成本都被用于能源消耗，所以科學(xué)控制能耗，調(diào)整能源的結(jié)構(gòu)和比例，不僅可以降低能源損耗，提升企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境效益，也能讓企業(yè)獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。企業(yè)通過實(shí)際情況對(duì)生產(chǎn)比例進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益的整體性提升。

調(diào)整能源結(jié)構(gòu)工作中，工作人員可以根據(jù)冶金工作過程中的實(shí)際情況，對(duì)現(xiàn)階段的爐料進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到完善能源結(jié)構(gòu)的目的。比如利用精細(xì)化生產(chǎn)等全新的生產(chǎn)理念，整體上完善生產(chǎn)工作，確保爐料的均勻性和穩(wěn)定性，提升生產(chǎn)過程中的孰料比，在降低能耗的同時(shí)，更能同實(shí)現(xiàn)高爐的節(jié)焦和增產(chǎn)目的[4]。企業(yè)在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)和比例的過程中，應(yīng)該做好整體優(yōu)化工作，配合全新的能源結(jié)構(gòu)繼續(xù)使用清潔生產(chǎn)技術(shù)，比如可以使用富氧高煤量噴技術(shù)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)之間的配合，整體上降低能源消耗，提升不同能耗的比例合理性，保證節(jié)能效果。

2.2 使用新能源進(jìn)行替換

由于化石能源的大量消耗，導(dǎo)致世界范圍內(nèi)都出現(xiàn)了能源緊張的問題，而且化石能源在燃燒的過程中將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞和污染，將嚴(yán)重影響人類的發(fā)展。為了避免能量消耗，解決資源緊張等問題，在改變能量源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該探索跟多可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源的新能源，尤其利用可再生能源，滿足當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)等環(huán)保理念的要求。比如大量利用風(fēng)能、太陽能、潮汐能、核能余熱、余壓清潔能源，可以避免生產(chǎn)能源的過程中產(chǎn)生溫室氣體，也能降低有害氣體有害物質(zhì)的排放，滿足可持續(xù)發(fā)展要求。

3 鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝優(yōu)化

鋼鐵冶金工作有著復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，是一項(xiàng)會(huì)經(jīng)過大量不同工序和生產(chǎn)流程才能完成生產(chǎn)的活動(dòng)。生產(chǎn)工藝的優(yōu)化主要思路在于提升生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過程更加連貫，從而達(dá)到降低能源消耗，以及減少廢物的目的，滿足節(jié)能環(huán)保的最終目標(biāo)。在一些生產(chǎn)工藝的優(yōu)化工作中，也開始減少不必要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了鋼鐵冶金生產(chǎn)的方法，同樣能滿足提升冶金生產(chǎn)效率的要求，并且避免了一些不必要環(huán)節(jié)所導(dǎo)致的能耗，改變了冶金的生產(chǎn)模式。

3.1 廢鋼－電弧爐－連鑄－連軋

傳統(tǒng)的冶金生產(chǎn)模式下會(huì)有廢鋼出現(xiàn)，雖然會(huì)將一部分生產(chǎn)原料重新投入到冶金流程中開展生產(chǎn)工作，但是絕大多數(shù)廢鋼都在生產(chǎn)中被浪費(fèi)掉，并沒有得到充分的應(yīng)用。被遺棄掉的廢鋼不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的原料浪費(fèi)，也會(huì)造成鋼鐵冶金工業(yè)的損失，而且廢鋼在生產(chǎn)過程中同樣消耗能源，因此廢鋼被遺棄同樣是對(duì)能源的浪費(fèi)[5]。隨著鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷增大，廢鋼的產(chǎn)量也在不斷上升。為了解決廢鋼浪費(fèi)問題，目前開發(fā)了廢鋼－電弧爐－連鑄－連軋的加工工藝，生產(chǎn)過程中廢鋼會(huì)被引進(jìn)電弧爐回收，通過電弧爐煉鋼、精煉和軋制等流程，使廢鋼得到重新利用。該方法先對(duì)傳統(tǒng)工藝實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重提升，因此目前得到了一定的推廣。但是目前仍需解決一定的工藝缺陷，因?yàn)閺U鋼和普通鋼材在結(jié)構(gòu)和種類上存在差異，內(nèi)部組成成分存在明顯不同，為此必然會(huì)調(diào)整生產(chǎn)工藝，容易造成高純度鋼水生產(chǎn)脫節(jié)的問題。目前一般會(huì)在生產(chǎn)過程中向廢鋼中加入一定量的還原劑，保證精煉工作的效果。

3.2 熔融還原－超高功率電路－薄板連鑄連軋

該工藝是一項(xiàng)全新的生產(chǎn)方式，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的鋼鐵生產(chǎn)工藝，不僅做到大幅度提升鋼鐵冶煉工作的效率，也降低了生產(chǎn)過程中的能耗，能在短時(shí)間完成對(duì)鋼鐵的冶煉工作，是一種能充分控制能耗而且具有較高效益的技術(shù)手段。同時(shí)，使用該技術(shù)也具有較高的靈活性和安全性，對(duì)降低煉鋼廠的管理壓力也有很大幫助[6]。煉鋼過程中，會(huì)先進(jìn)行熔融和直接還原，以便降低生產(chǎn)過程中的工序，有效控制鋼鐵企業(yè)的基建成本，利用連鑄連軋技術(shù)，能獲得比較高的金屬生產(chǎn)效率，控制生產(chǎn)工作中的能源損耗。而且熔融還原屬于一種非高爐法冶煉工藝，在簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程的同時(shí)，也降低了能源的損耗，和目前的電爐煉鋼工藝也十分契合，提升了總體技術(shù)水平。

4 鋼鐵冶金清潔生產(chǎn)新技術(shù)

4.1 高爐煤氣余壓透平發(fā)電技術(shù)

該技術(shù)被簡(jiǎn)稱為TRT技術(shù)，是一種目前比較領(lǐng)先的煉鐵技術(shù)，在高爐煉鐵過程中，會(huì)將高爐爐頂煤氣壓力作為基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)化高爐煤氣的能量，從整體上控制高爐的能量消耗。從原理上分析，該技術(shù)主要提高熱能像機(jī)械能的轉(zhuǎn)化效率，利用技術(shù)有時(shí)滿足生產(chǎn)工作的需求[7]。使用該方法的過程中，必須先對(duì)煤氣進(jìn)行一定的處理，包括袋式除塵器或兩級(jí)文氏管和重力除塵器對(duì)煤氣進(jìn)行凈化，然后煤氣會(huì)通過TRT裝置進(jìn)入電動(dòng)蝶閥，在經(jīng)過調(diào)速閥最后進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足生產(chǎn)工作要求。使用該技術(shù)時(shí)，能極大程度滿足經(jīng)濟(jì)效益的要求，而且在工作過程中不需要繼續(xù)提供其他燃料和能源，因此對(duì)能源消耗進(jìn)行了有效控制，并且能降低在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生噪聲，避免噪聲防治過程中產(chǎn)生的能源消耗，提升了能源的生產(chǎn)效率。

4.2 干熄焦技術(shù)

干熄焦技術(shù)在現(xiàn)階段也有比較廣泛的應(yīng)用，使用該方法可以在鋼鐵冶煉過程中有效完成熄焦工作，減少能源浪費(fèi)。正常生產(chǎn)時(shí)，會(huì)在干熄爐的頂部裝入1000℃的紅焦，然后利用風(fēng)機(jī)在控制，在爐內(nèi)不斷向紅焦鼓入130℃的惰性氣體。由于惰性氣體具有穩(wěn)定的性質(zhì)，不會(huì)和爐內(nèi)其他生產(chǎn)原料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，所以可以促使其生產(chǎn)焦炭，惰性氣體的溫度將會(huì)在爐內(nèi)提升，并且會(huì)促使火爐中有水蒸氣產(chǎn)生，之后使用冷卻循環(huán)系統(tǒng)對(duì)惰性氣體進(jìn)行降溫，可以循環(huán)利用惰性氣體，繼續(xù)循環(huán)在鍋爐內(nèi)的干熄過程[8]。使用該方法可以使能耗得到整體性降低，同時(shí)提升焦炭的質(zhì)量，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)的目標(biāo)，也能保證冶金技術(shù)，滿足各行各業(yè)對(duì)鋼鐵性能和質(zhì)量的要求。

4.3 爐渣處理技術(shù)

在鋼鐵冶金工作的過程中，會(huì)有大量爐渣產(chǎn)生，而且爐渣的生成過程極為復(fù)雜，包括轉(zhuǎn)爐渣、高爐渣、鐵合金爐渣等不同種類。傳統(tǒng)的鋼鐵冶金生產(chǎn)工作中，并沒有認(rèn)識(shí)到爐渣所具有的價(jià)值，因此會(huì)直接將爐渣作為廢物丟棄。在技術(shù)和理念不斷創(chuàng)新的背景下，鋼鐵行業(yè)已經(jīng)發(fā)展出了高效應(yīng)用爐渣的技術(shù)，極大程度上提升了對(duì)資源的綜合利用，使鋼鐵冶金工作能滿足資源利用效率的要求。

對(duì)爐渣的回收利用工作中，會(huì)從分離和應(yīng)用兩個(gè)方面研究?jī)?yōu)化爐渣應(yīng)用的方法，充分發(fā)揮爐渣的價(jià)值，減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的浪費(fèi)。比如可以將爐渣應(yīng)用到路基建設(shè)、農(nóng)業(yè)肥料、玻璃原料制造等工作中，有著豐富的應(yīng)用價(jià)值。目前，最為常用的爐渣處理技術(shù)是干式成粒法，利用干式處理的思路處理爐渣，能充分利用爐渣內(nèi)部所具有內(nèi)能，可以控制能源損耗，提升爐渣的生產(chǎn)質(zhì)量[9]。在回收利用的過程中，會(huì)專門建立熔渣變速旋轉(zhuǎn)杯，并將爐渣從渣道輸送到旋轉(zhuǎn)中心，經(jīng)過離心后會(huì)形成固化體，能有效保證處理的整體質(zhì)量和性能。在生產(chǎn)過程中，必須控制好周圍條件，避免爐渣出現(xiàn)結(jié)塊等問題，比如需要進(jìn)行空氣冷卻，避免渣粒出現(xiàn)粘結(jié)，最終可以獲得高質(zhì)量的爐渣，經(jīng)過分類之后可以應(yīng)用到水泥生產(chǎn)、玻璃制造等行業(yè)中。

5 結(jié)語

鋼鐵冶金的過程中，應(yīng)該不斷加強(qiáng)技術(shù)和方法的總結(jié)，分析目前在工作中的不足，通過使用新能源、充分利用廢物改善能耗和降低排放，推動(dòng)鋼鐵冶金行業(yè)朝著環(huán)境友好型行業(yè)發(fā)展，滿足時(shí)代發(fā)展要求。