鋼鐵冶金清潔生產(chǎn)新工藝

楊 勇

（山東濟(jì)鋼環(huán)保新材料有限公司，山東 濟(jì)南 250207）

近年來，資源緊缺、環(huán)境污染是世界性的危機(jī)，在這種情況下，各行各業(yè)都需要改變傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)模式，積極探索新型生產(chǎn)工藝與技術(shù)，尤其是對鋼鐵冶金這類企業(yè)而言，必須要從技術(shù)創(chuàng)新的角度，來改變傳統(tǒng)工藝下的資源與能源浪費(fèi)、廢棄物排放現(xiàn)象。各個(gè)鋼鐵冶金企業(yè)都需要從自身的實(shí)際情況出發(fā)，積極探索新的工藝路線，加快清潔生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，達(dá)到低消耗、低排放的生產(chǎn)目的，使得鋼鐵冶金企業(yè)能夠積極走可持續(xù)發(fā)展的道路，提升其發(fā)展水平與競爭力。

1 鋼鐵冶金工程設(shè)計(jì)方法發(fā)展歷程與變革

1.1 傳統(tǒng)鋼鐵冶金工程設(shè)計(jì)方法

在鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)過程中，工程設(shè)計(jì)將會對整個(gè)的生產(chǎn)效益有著直接的影響。在傳統(tǒng)的鋼鐵冶金企業(yè)工程設(shè)計(jì)中，多以“靜態(tài)-分割”設(shè)計(jì)方法為主，這種設(shè)計(jì)方法下，工程理念與思維、分析等都具有一定的局限性，如果在當(dāng)下的條件下依舊采用的是這種的工程設(shè)計(jì)方法，鋼鐵冶金企業(yè)將會逐步喪失競爭力?？傮w上來看，鋼鐵冶金工程設(shè)計(jì)中“靜態(tài)-分割”設(shè)計(jì)方法的缺陷主要體現(xiàn)在：①工程理念方面，在這種理念下，并未實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧相處，反而關(guān)注的是人類對自然的征服；②工程思維方面，在這種設(shè)計(jì)方法下，設(shè)計(jì)思維以還原理論為基礎(chǔ)，缺乏思維的靈活性與創(chuàng)新性；③工程設(shè)計(jì)觀與系統(tǒng)分析方法方面，設(shè)計(jì)過程中，這種設(shè)計(jì)方法主要以零散的工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念為主，并未形成完整的系統(tǒng)觀念與現(xiàn)代分析理論，設(shè)計(jì)體系匱乏。此外，鋼鐵冶金工程設(shè)計(jì)中，同樣還存在著一定的缺陷，更注重鋼鐵冶金制造流程，過于關(guān)注對整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性不足。在當(dāng)前的鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)過程中，必須要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，改變工程設(shè)計(jì)方法。

1.2 現(xiàn)代鋼鐵冶金工程設(shè)計(jì)方法的形成

近年來，鋼鐵冶金行業(yè)需積極探索現(xiàn)代化的發(fā)展道路，只有保障了鋼鐵冶金企業(yè)工程設(shè)計(jì)方法的科學(xué)性，才能夠帶動(dòng)鋼鐵冶金企業(yè)的生產(chǎn)變革。在企業(yè)內(nèi)的相關(guān)人員需結(jié)合實(shí)際的鋼鐵冶金流程，應(yīng)用先進(jìn)的工程理論來指導(dǎo)整個(gè)的工程設(shè)計(jì)，保障工程設(shè)計(jì)方法符合鋼鐵冶金企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)。在先進(jìn)的工程理念下，有關(guān)人員能夠從總體上把握整個(gè)的設(shè)計(jì)意圖與規(guī)模，利用現(xiàn)代化工程設(shè)計(jì)方法，來進(jìn)行鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)流程的優(yōu)化與調(diào)整，使得鋼鐵冶金企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，能夠充分結(jié)合資源、資金情況，以質(zhì)量與進(jìn)度目標(biāo)為基礎(chǔ)，保障整個(gè)生產(chǎn)工序的穩(wěn)步進(jìn)行，為鋼鐵冶金企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

2 鋼鐵冶金清潔生產(chǎn)新工藝

2.1 能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整

2.1.1 資源和能源比例結(jié)構(gòu)調(diào)整

鋼鐵冶金企業(yè)的整個(gè)生產(chǎn)過程中，對于能源與資源的需求量非常大，如果要實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目的，在正式的生產(chǎn)工作進(jìn)行之前，相關(guān)人員需結(jié)合相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，進(jìn)行爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與調(diào)整，尤其是要盡量提升高爐熟料比，使得入爐的材料都為高精料，進(jìn)而通過此方式來改善高爐爐料的整體結(jié)構(gòu)，用爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化來保障生產(chǎn)的穩(wěn)步進(jìn)行。鋼鐵冶金企業(yè)在整個(gè)的生產(chǎn)過程中，利用穩(wěn)定尺寸、降低灰分的方式，能夠大大提升入爐礦品位，在條件允許的情況下，要保障爐料配比的科學(xué)性，加大脫硫、脫磷與脫硅技術(shù)的應(yīng)用，使得鐵水質(zhì)量有所提升。煉鐵爐料的結(jié)構(gòu)調(diào)整可以通過對生產(chǎn)品質(zhì)的提升來實(shí)現(xiàn)各種資源的合理應(yīng)用，避免鋼鐵冶金企業(yè)生產(chǎn)過程中不合理的廢料排放，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)與社會效益?，F(xiàn)階段，一些鋼鐵冶金企業(yè)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中已經(jīng)開始推廣富氧高煤量噴吹技術(shù)，這一技術(shù)屬于鋼鐵冶金行業(yè)的前沿技術(shù)，此技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中，有效實(shí)現(xiàn)了鋼鐵冶金企業(yè)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，減少了鋼鐵冶煉過程中的能源與資源消耗，要發(fā)揮此技術(shù)最為理想的效果，需結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際需求，將能源與資源的比例調(diào)整至最佳的狀態(tài)，比如，我國寶鋼企業(yè)就應(yīng)用的是富氧高煤量噴吹技術(shù)，技術(shù)發(fā)展較為先進(jìn)，噴吹煤量甚至高達(dá)200kg/t。

2.1.2 能源替代

在工業(yè)化快速發(fā)展的過程中，資源與環(huán)境成為了各個(gè)工業(yè)企業(yè)必須要關(guān)注的問題，尤其是對鋼鐵企業(yè)這類能源與資源消耗較大的企業(yè)而言，要實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展，更是要在整個(gè)的生產(chǎn)過程中加強(qiáng)新能源的應(yīng)用，用新能源來替代舊能源，不僅要滿足基本的生產(chǎn)需求，還需要降低生產(chǎn)過程中的能源消耗與環(huán)境污染，使得整個(gè)的生產(chǎn)能夠兼顧經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)保效益，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。近年來，各種新能源開發(fā)項(xiàng)目逐步開始實(shí)施，一些新能源的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了廢棄物排放量的有效控制，有助于實(shí)現(xiàn)生態(tài)、環(huán)保的目標(biāo)。在鋼鐵冶金生產(chǎn)的過程中，由于生產(chǎn)原料、流程的特殊性，使得在生產(chǎn)的過程中存在較大的二氧化碳等污染物排放，溫室效應(yīng)嚴(yán)重，氫還原鐵礦石是鋼鐵企業(yè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，力求通過技術(shù)創(chuàng)新來改變鋼鐵冶金過程中對鐵礦石的過度依賴性。

近年來，我國乃至世界的塑料工藝日益進(jìn)步，塑料被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)生活領(lǐng)域，而這些廢塑料同樣造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。廢塑料的處理過程中，高爐吹掃塑料是一種有效的處理方式，這種處理技術(shù)下，不僅能夠節(jié)約能源，降低消耗，還能夠創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)與社會效益。從廢塑料的構(gòu)成來看，高分子碳?xì)浠衔锸瞧渲械闹匾獦?gòu)成，由于其性質(zhì)相對特殊，在鋼鐵冶金生產(chǎn)過程中，可以將高分子碳?xì)浠衔镒鳛橹饕倪€原劑。廢塑料與重油的成分非常相似，煤中的碳?xì)浜康?、發(fā)熱量也低，利用分選處理的方式可以將不含氯的廢塑料加以粉碎，并將這些廢塑料輸送到貯倉中完成噴吹處理；對于一部分薄膜廢塑料而言，能夠保持粉碎與熔融的同步性，經(jīng)急冷處理以后，可以產(chǎn)生2mm～4mm的小球，送入貯倉內(nèi)等待噴吹處理；如果是高氯廢塑料，回轉(zhuǎn)窯加熱可以實(shí)現(xiàn)脫氯處理。當(dāng)經(jīng)由處理后的廢塑料形成小顆粒以后，會伴隨著鋼鐵冶金生產(chǎn)系統(tǒng)中的熱風(fēng)進(jìn)入高爐內(nèi)，而在高爐內(nèi)會進(jìn)行碳?xì)浞磻?yīng)，生產(chǎn)二氧化碳與水，這一反應(yīng)過程為生產(chǎn)系統(tǒng)提供了部分的熱量，進(jìn)入到風(fēng)口前端與焦炭的反應(yīng)會形成水和一氧化碳，在上升的過程中也實(shí)現(xiàn)了對鐵礦石的還原，有效實(shí)現(xiàn)了廢塑料的回收與利用，提升了廢塑料的應(yīng)用價(jià)值。高爐噴吹廢塑料的方式具有更好的節(jié)能效益，且成本相對較低，在鋼鐵冶金生產(chǎn)中如果應(yīng)用這一技術(shù)，不會出現(xiàn)二次污染的現(xiàn)象，有推廣應(yīng)用的必要性。

2.2 鋼鐵冶金工藝的優(yōu)化

2.2.1 SC-EAF-CC-CR

近年來，隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大、產(chǎn)量的逐年提升，廢鋼量也在逐年增加，由于鋼材料的特殊性，在一些時(shí)候可以應(yīng)用相應(yīng)的工藝來實(shí)現(xiàn)廢鋼的回收利用，提升資源的重復(fù)利用率?，F(xiàn)階段，在各行各業(yè)可持續(xù)發(fā)展的背景下，鋼鐵冶金行業(yè)要保持長遠(yuǎn)穩(wěn)定的發(fā)展，就必須在生產(chǎn)的過程中對廢鋼加以有效利用，用廢鋼來替代原有的鐵礦石原料，達(dá)到電爐煉鋼的生產(chǎn)目的。在我國的一些鋼鐵企業(yè)，電爐煉鋼已經(jīng)取得了一定的發(fā)展成效，其中，最具代表性的就是廢鋼-電弧爐-連鑄-連軋工藝流程，在具體的應(yīng)用過程中，主要包含了電爐焊煉鋼、精煉、軋制。與傳統(tǒng)工藝相比，該工藝與傳統(tǒng)的高爐冶煉工藝相比，經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益更為突出，但是，同樣也存在著一定的工藝缺陷，主要是廢鋼存在種類差異，不同的廢鋼材料下，其內(nèi)部的成分也有著很大的不同，與冶煉高純凈的優(yōu)質(zhì)鋼水常常會出現(xiàn)脫節(jié)的情況，為解決這一問題，在生產(chǎn)的過程中需添加一定量的直接還原品等稀釋劑，在這種情況下，熔爐還原-超高功率電爐-薄板連鑄連軋流程更為有效。

2.2.2 SR（DR）-UHP-CC-CR

這一工藝最早出現(xiàn)于上世紀(jì)九十年代，在鋼鐵冶煉生產(chǎn)中，具有經(jīng)濟(jì)性、靈活性與環(huán)保性，充分實(shí)現(xiàn)了熔煉還原、直接還原與連鑄連軋技術(shù)的融合。技術(shù)應(yīng)用的過程中，熔煉還原與直接還原屬于非高爐煉鐵的工藝范疇，技術(shù)實(shí)用性非常強(qiáng)，整個(gè)生產(chǎn)過程中的流程相對較少，這種情況下，鋼鐵冶煉企業(yè)的生產(chǎn)成本有所降低，有效克服了傳統(tǒng)技術(shù)的局限性。連鑄連軋工藝應(yīng)用過程中，需將精煉爐精煉以后所產(chǎn)生的鋼水鑄造為鋼坯，在此過程中省去了冷卻的環(huán)節(jié)，在均熱爐內(nèi)可以直接進(jìn)行保溫處理，在保溫處理結(jié)束以后，可以將其運(yùn)送至熱軋機(jī)上完成軋制工作，其具體流程如圖1所示。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝下，往往是先進(jìn)行鋼坯的制作，再進(jìn)行精集熱爐加熱，而在這種工藝下，工藝流程有所減少，金屬回收率、生產(chǎn)效率等都有所提升，符合節(jié)能減排的發(fā)展要求。

圖1 連鑄連軋工藝流程

2.3 二次利用生產(chǎn)廢物

2.3.1 高爐煤氣余壓透平發(fā)電技術(shù)

鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)廢物的利用極為關(guān)鍵，通過新型回收技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效降低生產(chǎn)中的廢物排放。一些規(guī)模較大的鋼鐵冶金企業(yè)已經(jīng)逐步開始應(yīng)用高爐煤氣透平發(fā)電技術(shù)來解決生產(chǎn)中的廢物問題，在具體的技術(shù)應(yīng)用過程中，高壓爐頂是操作的基礎(chǔ)，通過相應(yīng)的技術(shù)與設(shè)備，可以對高爐煤氣進(jìn)行相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化，將壓力能與熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。在具體的技術(shù)應(yīng)用過程中，高爐中產(chǎn)生的煤氣能夠經(jīng)由重力除塵器與兩級文氏管來進(jìn)行相應(yīng)的處理，在處理結(jié)束以后將其運(yùn)送到TRT裝置中，經(jīng)由電動(dòng)蝶閥、調(diào)速閥等，隨著透平機(jī)作業(yè)的進(jìn)行，電動(dòng)機(jī)會完成發(fā)電工序。在此技術(shù)的應(yīng)用過程中，不需要燃料、能源的供給就可以完成相應(yīng)的工序，能源回收率非常高，也就可以為鋼鐵冶金企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)利益。

2.3.2 干熄焦技術(shù)

干熄焦技術(shù)在鋼鐵冶金企業(yè)中的應(yīng)用同樣也可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)廢物的應(yīng)用，此技術(shù)與濕熄焦技術(shù)是對應(yīng)的，在具體的應(yīng)用過程中，需在干熄爐頂?shù)捻敳课恢醚b入1000℃的紅焦，隨后利用循環(huán)風(fēng)機(jī)來將130℃的低溫惰性循環(huán)氣體向紅焦層內(nèi)鼓入，當(dāng)在這種處理方式下達(dá)到干熄爐的狀態(tài)時(shí)，就會有少量的焦炭排出來，在整個(gè)的作業(yè)環(huán)節(jié)，干熄焦?fàn)t中的高溫惰性氣體進(jìn)行了相應(yīng)的熱交換，與此同時(shí)，鍋爐內(nèi)會有部分水蒸氣，當(dāng)惰性氣體冷卻以后，循環(huán)風(fēng)機(jī)的存在會使得這些冷卻后的惰性氣體在此鼓入干熄爐，不斷循環(huán)來完成廢物的處理。

3 結(jié)語

近年來，鋼鐵冶金行業(yè)迎來了新的發(fā)展，在此發(fā)展趨勢下，各個(gè)鋼鐵冶金行業(yè)都必須要在傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新與改進(jìn)，以提高生產(chǎn)水平，改變傳統(tǒng)工藝下存在的能源消耗、環(huán)境污染問題，為鋼鐵冶金企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)保效益，促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。