新技術和新工藝在鋼鐵冶金清潔生產中的應用

宋彥良

[摘 要]如今，能源問題日益嚴峻，鋼鐵冶煉耗能逐漸加大，面對鋼鐵企業的可持續發展，國內外鋼鐵企業不斷開發應用新技術新工藝，推行鋼鐵冶金行業的清潔生產，在能源結構調整、冶金工藝優化以及廢棄物綜合利用方面收到了良好的效果，實現了經濟效益、社會效益和環境效益協調統一.本文重點介紹了高爐廢塑料噴吹、干熄焦、高爐煤氣余壓透平發電等一系列新技術新工藝的應用。

[關鍵詞]清潔生產 鋼鐵冶金 能源結構 工藝優化 綜合利用

中圖分類號：P618 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）07-0231-01

引言

經濟的高速發展和人類社會的不斷進步，使人們的生活水平不斷提高，各種基礎設施不斷完善，但面對日趨惡化的環境、日趨短缺的資源，我們不得不對過去的經濟發展過程進行反思，徹底改變長期沿用的大量消耗資源和能源的粗放式發展模式，推行行業的清潔生產，才能實現可持續發展.鋼鐵冶金企業是高能耗、高污染的企業，推行清潔生產是實現環境保護和可持續發展的必由之路。在眾多清潔生產的措施中，新技術和新工藝的開發應用是實現這種目的關鍵因素和有效途徑.近年來，許多國家圍繞著清潔生產不斷地開發出了許多新技術和新工藝，帶來的結果是能源結構的調整、工藝的優化革新和廢棄物的綜合利用，收到了可觀的經濟效益、社會效益和環境效益。

1. 能源結構調整

能源密集、能源消耗大是鋼鐵冶金生產的主要特點之一.推行清潔生產需要調整能源結構：一方面采用新技術工藝改革原有資源和能源的比例結構；另一方面開發應用替代能源。

1.1 能源和資源比例結構調整

在鋼鐵聯合企業中，在鐵前系統的成本和能耗占企業成本和能耗的70%左右，作好這一環節的資源和能源比例結構調整有重要意義.對于這一環節，一切圍繞高爐生產展開。

首先，鐵前認真貫徹精料方針，不斷優化爐料結構，實現人爐料“高、凈、勻、穩”.提高高爐熟料比，保證高爐全精料人爐，改善高爐爐料結構，為高爐增產、節焦提供了物質基礎.相應地，焦化廠提高焦碳質量、穩定尺寸、降低灰分，燒結廠降低燒結礦的含粉率，穩定堿度、提高人爐礦品位；煉鐵廠不斷優選礦種、開發合理經濟的爐料配比，取消熔劑人爐，鐵水爐前就地實施脫硅、脫硫、脫磷的“三脫”技術，提高鐵水質量保證煉鋼工序實現精料.如安陽鋼廠爐料結構凋整取得良好效果，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利用，取得了很好的經濟效益環境效益。

1.2 能源替代

面對世界資源日趨枯竭，污染日趨嚴重，我們不得不為鋼鐵生產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今鋼鐵生產過程中使用的石油、天然氣和煤等不可群生的能源，對企業、對社會、對環境，都有不可替代的促進作用.目前，已有一些研究人員著手氫還原鐵礦石的研究，改變當今鐵礦石的還原主要依賴于焦碳造成大量溫室效應的狀況，而技術上更為成熟的是高爐噴吹廢塑料技術.塑料的用途遍及生產、生活領域，每年產生數量極大的廢塑料.經多年的研究和實踐，證明高爐噴吹翅料是處理廢塑料的有效手段，而且對高爐煉鐵有良好的經濟效益，可以節能降耗.可以說，高爐噴吹塑料是一項兼顧社會效益、環境效益和生產效益的新技術。

2. 工藝優化與革新

鋼鐵工業高能耗、重污染的一個重要原因就是生產過程冗長、工序多、頻繁往復地加熱和冷卻物料，引起能量的損失和廢棄物的產生.據統計，損耗的能量約占總能耗的38.5%[1]，而經技術經濟分析確定可以回收利用的大約只占總能耗的10%.由此，各國紛紛投入科研力量，努力優化革新鋼鐵生產工藝流程，由傳統松散型轉向現代緊湊型.從源頭上節能降耗、控制減少污染.實現鋼鐵工業的清潔生產.20世紀90年代以來，世界鋼鐵工業出現許多經濟、靈活和更具環境保護意義的全新的工藝流程和工藝革新技術。

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際趨勢。在這種情況下，出現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、連鑄機相應的軋制設備等工序組成，稱之為“四個一”，較傳統的BF—BOF流程有更好的經濟效益和環境優勢。

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90年代發展起來的全新工藝流程，具有經濟、靈活、緊湊和更具環境友好的特點.該工藝流程聚合了直接還原、熔融還原技術、連鑄連軋技術和近終形技術等多項先進的鋼鐵生產技術，使得整個生產流程更加合理化，避免常規流程中碳勢和氧勢的反復大幅度波動，改變了傳統BF—BOF流程流程長、工序多、高能耗、重污染的特點.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、生產成本及良好的環境效益等優點，與先進的電爐煉鋼和連鑄連軋技術相匹配形成的短流程日趨成為鋼鐵生產工藝的發展方向。

3. 二次能源（廢棄物）的綜合利用

鋼鐵工業能耗高、工序多、流程長的特點，使得生產過程中產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、燒結礦顯熱、燒結煙氣顯熱、高爐煤氣顯熱等占有很大比例，有的環節含有大量的余壓能源，如高爐頂壓操作.總之，綜合利用各環節的二次能源及廢氣物是節能降耗、減少污染、實施清潔生產的必要措施.由此，出現了高爐TRT技術、干熄焦技術及爐渣處理等先進技術。

3.1 高爐余壓利用一高爐煤氣余壓透平發電技術（TRT技術）

現代鋼鐵廠煉鐵高爐大都采用高壓爐頂操作來提高冶金強度和產量，從爐頂排放出的高爐煤氣具有較高的壓力和溫度，為促進這些可燃廢氣的綜合利用，通常采用目前國內外公認的先進的高爐煤氣余壓透平發電冶金節能裝置.TRT技術是利用一臺透平膨脹機在減壓閥前作功，將煤氣的壓力能和熱能轉化為機械能并驅動發電機發電的一種能量回收裝置。TRT在運行中不需要燃燒，不改變原高爐煤氣的品質和正常使用，卻回收了相當可觀的能量（約占高爐煤氣鼓風機所需能量的30%）[3]，同時又具有凈化煤氣，減少噪音，改善煤氣爐頂壓力控制品質的作用。

3.2 焦碳余熱利用一干熄焦技術

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

3.3 爐渣的處理

鋼鐵冶金生產離不開爐渣，包括高爐渣、轉爐渣、電爐渣和鐵合金渣等。傳統思想認為，冶金渣是廢棄物，但隨著鋼鐵技術的發展和環境保護意識的提高，人們轉變了對渣的認識，渣實質上是冶金生產過程中的一個中問產品。因此，人們不斷地研究開發出各種新技術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——干式成粒法[5]。干式成粒法是建立在熔渣經變速旋轉杯或盤霧化成粒的基礎上，熔渣從流渣道送至旋轉杯的中心，借助離心力將其拋至邊緣，同時被冷卻.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冷卻和固化效果，提高成粒質量和數量。

4. 結束語

調整能源結構、開發利用清潔能源和替代能源是實現鋼鐵冶金清潔生產的有效途徑}薄板坯連鑄連軋與超高功率電爐配套的短流程工藝，無論是從環境保護，還是從節能降耗來說都是一種非常理想可行的方案；綜合利用鋼鐵工業生產過程中的二次能源是實現清潔生產的必要措施；新技術新工藝是推行清潔生產的根本動力。

參考文獻

[1] 高昆.鋼鐵工業的清潔生產[J].山西冶金.2007（03）.

[2] 林滌凡.鋼鐵企業發展循環經濟與實施清潔生產的探討[J].天津冶金.2006（02）.