工藝創新是鋼鐵產業實現環保和節能的捷徑

文_高師敏 四川省達州市經濟和信息化局

目前我國鋼鐵產業存在的主要問題是三廢污染和高能耗等問題。針對如何減少三廢污染和降低能耗有兩種不同的解決方法：一是在現有工藝基礎上進行改進；二是創新新的工藝。本文將對兩種解決方法進行比較。

1 三廢污染問題

1.1 以煉鐵為例

現有的高爐煉鐵工藝需要焦碳、燒結礦或球團礦，而煉焦、燒結或球團都是高污染、高排放工序。一種解決方法是在煉焦、燒結、球團等工序上進行減排，其效果事倍功半。另一種解決方法是研發不需要焦碳、燒結礦和球團礦，使用煤粉為燃料和還原劑的一種快速煉鐵工藝，可消除煉焦、燒結和球團造成的污染，其效果事半功倍。

1.2 以煉鋼（含精煉）為例

現有的煉鋼工藝主要是轉爐煉鋼和電弧爐煉鋼，以及多種精煉工序。轉爐煉鋼是間歇性操作，敞開式加料和出鋼水，爐氣回收率較低，只能回收80%左右，其余爐氣對環境造成污染。電弧爐煉鋼也是間歇性操作，敞開式加料和出鋼水，在運行中產生大量的廢氣、廢渣，還有噪音，且不易治理。精煉工序也是間歇性、分步式操作，敞開式加料和出鋼水，在精煉過程中，產生的爐氣和爐渣不便于回收。第一種解決方法是：設備大型化；吹煉或熔煉時回收處理爐氣。但是，該解放辦法中煉鋼和精煉仍然是間歇性操作，加料和出鋼水仍然是敞開式進行，爐氣、粉塵、噪音污染依然存在。另一種解決方法是研發一種連續式煉鋼工藝。該工藝鐵水預處理、煉鋼和精煉均在一個密閉爐子內進行，噪音較小，產生的爐氣、爐渣、廢水等全部回收處理，因此可以大幅度消除煉鋼和精煉過程中的三廢污染。

1.3 以連鑄、連軋為例

現有的連鑄和連軋兩個工序都是間歇性、敞開式、分段式運行，工序多，流程長，三廢產生點多，在連鑄和連軋過程中產生大量的爐氣、蒸汽、粉塵、水霧、氧化鐵皮、渣，噪音等，且不易治理，三廢污染較嚴重。第一種解決方法是將車間密封，與外界隔離，減少對外界的污染，增加車間內的三廢處理能力。該方法耗能多，資金投入大，很難實現。另一種解決方法是研發一種連續式鋼材生產工藝。該工藝在惰性氣體環境里運行，連鑄出的鑄坯就是產品或半成品，不需要軋制，工序少，流程短，三廢產生點少，產生的氧化鐵皮、渣極少，三廢全部處理回收。

2 高能耗問題

2.1 以煉鐵為例

現有的高爐煉鐵工藝，礦粉燒結或球團、煉焦和焦塊、燒結礦塊或球團礦塊、石灰石塊的運輸、儲存、上料等過程都耗能。鐵礦石在高爐中要經過約7h熔煉后，才變成鐵水，從爐缸排出，在這7h的熔煉過程中消耗大量能源。第一種解決方法是：使高爐大型化以降低能耗；使用高品位鐵礦石，減少熔劑消耗；噴吹煤粉，降低焦比等。但是，該解決方法中長周期的熔煉時間和煉焦、燒結或球團工序沒有變，因此，煉鐵的高能耗沒有得到改變。另一種解決方法是：研發一種快速煉鐵工藝。該工藝使用礦粉、煤粉和石灰石粉，以煤粉為燃料和還原劑，將這三種粉末混合成料粉，使用噴嘴將料粉從爐頂向下噴入，設置在爐身四周的噴煤燃燒器噴入高溫還原性煙氣，沖擊料粉，料粉在懸浮下落過程中，被還原、熔化成熔滴，落入爐缸內分層為鐵水和渣層，從料粉入爐到鐵水排出的熔煉時間為1～5min，煉鐵的能耗將大幅度降低。

2.2 以煉鋼（含精煉）為例

現有煉鋼工藝中，鐵水從煉鐵廠運輸到煉鋼廠、鐵水預處理、鐵水罐用吊車將鐵水倒入轉爐等過程耗能，轉爐（含電爐）間歇式煉鋼、精煉及輔助工序也都耗能。第一種解決方法是：爐體大型化以期降耗。但是，該解放辦法中間歇式煉鋼的運行方式和分步精煉的工序沒有變，輔助工序能耗依然存在。另一種解決方法是：研發一種連續式煉鋼工藝。使鐵水流入一個向右傾斜的長型煉鋼爐內，在重力作用下，鐵水在爐內向右方流動，從爐體的各段爐底噴入助劑或氣體，對鐵水進行脫硫、脫硅、脫磷、脫碳、精煉等處理，產生的爐氣分別抽出處理，產生的爐渣分別排出處理，從爐的右端連續排出的是潔凈鋼水，煉鋼的能耗將大幅度減少。

2.3 以連鑄和連軋為例

現有的連鑄和連軋工藝，板材、型材、管材等生產過程中主要是連鑄出初坯、下線堆碼、初坯進入加熱爐升溫、開坯、軋制等耗能。以生產薄鋼板為例，從連鑄坯到產品，需要經過多次加熱和軋制過程，能量消耗很大。第一種解決方法是通過工藝創新，實現了小直徑線材的高速生產線，但是其它品種鋼材的生產過程沒有變，能耗仍然很大。另一種解決方法是工藝創新。研發一種連續式鋼材生產工藝。該工藝連鑄出來的鑄坯（含板材、型材、管材等）就是產品，或半成品，不需要軋制，鋼材生產的能耗將大幅度降低。

3 現有工藝和新工藝簡要對比

通過列表對比，能清楚地了解現有工藝和新工藝在環保和節能方面的差別，詳見表1。

從表1可以看出，新的工藝在環保和節能方面比現有工藝具有較大的優勢。

表1 現有鋼鐵冶煉和成材工藝和新工藝在三廢產生和能耗方面主要工序對比表

4 工藝創新的其它作用

從一系列的探討中可以看出，研發新的鋼鐵冶煉和成材工藝，不僅是大幅度提高我國鋼鐵產業節能和環境保護水平的捷徑，而且是迅速提高我國鋼材質量和大幅度降低鋼材成本的捷徑。

5 結語

改變我國鋼鐵產業高污染、高能耗等狀況，不能等待引進國外同行業的先進技術，要在現有工藝和設備上進行改進的同時，積極研發新的鋼鐵冶煉和成材工藝。本文提出的煉鐵、煉鋼和連鑄新工藝，作為一種思路，供專家、學者及鋼鐵行業中廣大工程技術人員進行研討和參考。