芻議鋼鐵冶煉節能環保技術發展方向

程悅

（上海寶鋼節能環保技術有限公司，上海 201900）

鋼鐵冶煉作為重要的基礎產業，一直是能源消耗和環境污染的主要源頭。隨著全球對可持續發展的日益關注，鋼鐵冶煉行業也面臨著節能減排和環境保護的重要任務。為此，鋼鐵冶煉節能環保技術的發展成為迫切的需求。

1 鋼鐵冶煉技術現狀

自20 世紀50 年代開始，我國開始著手建設自己的鋼鐵工業，并在過去幾十年里取得了令人矚目的成就。以往中國主要依靠引進外國技術和設備進行冶煉，但隨著時間的推移，我國已經逐漸積累了自己的經驗和知識，開始獨立開發和創新。當前，中國的鋼鐵工業已進入了一個高度現代化和自動化的階段，采用了先進的設備和工藝，從而實現了生產過程的高效率和高質量。現代化的鋼鐵冶煉工廠普遍采用了先進的煉鋼爐、連鑄機、軋機等設備，使得鋼鐵生產過程更加精細化和自動化。在技術方面，中國的鋼鐵冶煉技術不斷創新和改進。一方面，中國在高爐冶煉技術方面取得了顯著進展。引進和自主研發的先進高爐技術，如濕法脫硫、爐渣處理等，大大提高了冶煉效率和鋼鐵質量。另一方面，中國還致力于發展綠色和環保的冶煉技術。雖然在技術創新方面取得了一定進展，但一些鋼鐵企業仍然存在高能耗、高排放的問題，需要進一步加強環保設施建設，推動清潔生產，減少污染物排放，提高資源利用率，保護生態環境。

2 鋼鐵冶煉行業節能環保技術現狀

2.1 鋼鐵冶煉節能環保技術在摸索中前進

我國鋼鐵冶煉行業一直在致力于節能環保技術的研發和應用，以減少能源消耗和環境污染。在能源利用方面，冶煉企業引入高效的燃燒技術和余熱回收利用系統，以達到最大限度地提高能源利用效率的目的，某些企業還在探索利用廢棄物和生物質能源作為替代能源的可行性。對于原料利用率的提高，鋼鐵冶煉企業也在不斷改進工藝和技術，通過優化礦石熔煉過程，減少原料損失，并采取廢棄物回收利用措施，降低對自然資源的需求。并大力研究新型原料的應用，如廢鋼的高含量利用和替代原料的使用。在環境污染減少方面，冶煉企業通過安裝和更新高效的氣體凈化設備、建設廢水處理系統，并對固體廢棄物進行分類和處理，以降低對環境的負面影響。此外，一些企業還積極推行清潔生產，減少生產過程中的污染物產生，提高生產效率的同時降低環境影響。同時，冶煉企業也加強了環境監測和數據報告的力度，確保排放符合國家和地方的環保標準。

2.2 節能環保技術較發達國家較為落后

與發達國家相比，我國的鋼鐵冶煉行業在節能環保技術方面可能相對落后。雖然中國政府在近年來加大了對環保領域的支持和監管力度，推動了一系列環保政策和標準的實施，但一些企業仍未能全面采納和應用先進的節能環保技術。一個主要原因是企業面臨的經濟發展壓力和市場競爭導致它們更加關注生產效益，而忽視了環境問題的重要性。發達國家在節能環保技術方面取得的顯著成果也與其注重科技創新和研發密不可分。他們投入大量資源用于研發高效冶煉爐型，這些爐型能夠最大程度地利用燃料和能源，減少能源的浪費和排放。此外，先進的廢氣凈化技術使得鋼鐵冶煉過程中產生的有害氣體得以有效去除，減少對大氣環境的污染。還有循環利用廢水和廢渣的技術，能夠最大限度地減少廢棄物的產生和對水資源的消耗，實現資源的可持續利用。相對而言，中國的鋼鐵冶煉企業在這些方面相對滯后。雖然國內也有一些企業在進行技術創新和環境保護方面的探索，但整體上仍需要加大力度。政府和企業應該加強合作，鼓勵技術創新和綠色發展，提高企業的環境意識和責任感。

3 鋼鐵冶煉中主要的節能技術

3.1 轉爐負能煉鋼

轉爐負能煉鋼技術是采用廢鋼作為負能源來替代傳統的生鐵冶煉過程，以降低能源消耗和減少CO2排放。在負能煉鋼過程中，廢鋼經過預處理后進入轉爐，與氧氣進行氧化反應。通過控制氧氣供應和廢鋼的投入比例，可以實現爐內溫度的控制和金屬元素的還原。負能煉鋼過程中，氧氣燃燒產生的高溫燃燒氣體能夠提供轉爐所需的熱量，減少了對傳統高能耗的生鐵冶煉過程的依賴。此外，負能煉鋼技術還能有效地回收和利用廢鋼中所含的金屬元素，減少資源消耗。通過調節轉爐的氧氣噴吹速度、廢鋼投入速度和反應時間等參數，可以實現合理的冶煉過程控制，提高爐溫和爐內金屬元素的還原效率。同時，還可以通過廢氣處理設備，對產生的爐渣和燃燒氣體進行凈化處理，降低對環境的污染。

3.2 蓄熱式軋鋼加熱爐技術

傳統的軋鋼加熱爐通常使用燃煤或燃氣進行鋼坯的加熱，但這種方式存在能量浪費的問題。在蓄熱式軋鋼加熱爐中，加熱爐內設置了高溫蓄熱室，內部填充有蓄熱材料，如高溫陶瓷球。在加熱過程中，爐內燃燒產生的高溫煙氣經過熱交換器與蓄熱材料進行熱交換，將煙氣中的熱能轉移到蓄熱材料中，使其升溫。隨后，當需要加熱鋼坯時，將鋼坯送入蓄熱室，蓄熱材料釋放出之前吸收的熱能，將其傳遞給鋼坯，以達到所需的加熱溫度。蓄熱式軋鋼加熱爐技術的優勢在于能夠實現熱能的回收和利用，減少能源的浪費。通過蓄熱材料的吸熱和釋熱過程，有效地提高了能源利用效率，該技術還能降低鋼坯加熱過程中的CO2排放量，對我國的環境保護工作具有積極的意義。

3.3 煤調濕技術

在高爐冶煉過程中，煤粉作為常用燃料之一，傳統煤粉燃燒存在飛散損失的問題，導致能源浪費。煤調濕技術通過煤粉與水混合，并控制煤粉濕度，以實現煤粉的穩定供給。在煤粉與水混合的過程中，水的存在能有效降低煤粉的粉塵飛散，從而減少燃燒過程中的能量損失。通過濕度調控，煤調濕技術能夠提高燃燒效率，減少燃料消耗，從而達到鋼鐵冶煉過程中的節能目標。該技術可通過調整混合比例、濕度控制參數等實現，確保煤粉的穩定供應，進一步提升冶煉過程的穩定性和可控性。同時，煤調濕技術還能降低煤粉的爆燃風險，改善冶煉的安全性。

3.4 余熱技術

鋼鐵冶煉過程中，廢氣和廢渣的大量熱能散失。余熱技術利用熱交換和蒸汽發生裝置，將這些廢熱轉化為可利用的能源。通過熱交換器，將爐頂廢氣中的熱能傳遞給冷卻的煤氣或水蒸汽，實現能量的回收和利用。該技術不僅能降低鋼鐵冶煉過程的能源消耗，還能減少對外部能源的依賴。這種高效能源回收的方法對于提高冶煉過程的能源利用效率至關重要，同時也有助于減少環境污染和碳排放。

3.5 干熄焦技術

傳統的煉焦過程中，焦爐煤經過濕熄焦處理，導致大量水蒸氣和熱量的消耗。干熄焦技術通過改進煉焦爐的煤氣發生裝置和爐內熱回收裝置，實現煉焦煤用量和能耗的減少。在干熄焦過程中，焦爐煤在高溫下直接進行燃燒和熱解，避免了與水接觸。這種方式能夠降低煤氣和爐內熱量的損失，從而提高煉焦過程的能源利用效率。干熄焦技術的應用不僅能夠節約能源，還減少了對水資源的需求，為煉焦行業實現可持續發展提供了技術支持。通過采用干熄焦技術，鋼鐵行業能夠在減少能源消耗的同時，降低對環境的影響，實現更加清潔和高效的生產過程。

3.6 新焦制造技術

新焦制造技術主要包括高爐煤氣焦化、煉焦爐廢氣焦化和熱解爐焦化等。這些技術通過優化煤氣和廢氣的回收利用，減少焦爐煤氣和煉焦爐廢氣中的有害物質排放，并提高焦炭產量和能源利用效率。高爐煤氣焦化技術將高爐煤氣經過凈化和脫硫處理后，通入焦化爐進行焦炭的制造。煉焦爐廢氣焦化技術則利用煉焦爐廢氣中的熱量和有機物質，通過高溫裂解和氣化過程制造焦炭。熱解爐焦化技術則利用熱解爐中產生的煤氣進行焦炭的制造。這些新焦制造技術不僅提高了焦炭的產量和質量，還減少了對傳統煉焦煤的依賴，實現了鋼鐵冶煉過程的節能環保目標。

4 鋼鐵冶煉節能環保技術發展方向

4.1 發展低碳高爐煉鋼技術

為了實現可持續發展，鋼鐵行業在低碳高爐煉鋼技術方面需要加大研發和應用的力度。主要包括優化爐料結構、提高高爐煤氣利用效率、推廣廢渣資源化利用以及增強高爐脫硫除塵技術。通過減少高爐爐料中的焦炭含量，采用高品質生鐵和粉煤熱解氣等新型爐料，可以降低爐內碳含量，減少二氧化碳排放。此外，引入精細分類配料系統，實現爐料的精準配比，提高爐內冶煉效率，減少能源消耗。傳統高爐煉鋼過程中，大量的煤氣未能得到充分利用，直接排放造成能源浪費。因此，發展高爐煤氣的綜合利用技術尤為重要。通過煤氣凈化、脫硫脫氮等技術手段，將煤氣中的有價值組分分離出來，用于發電、制熱或化工等領域，實現能源的多元利用。在高爐冶煉過程中，會產生大量的廢渣，如高爐爐渣和煉鋼渣等。這些廢渣中含有豐富的鐵、鋼和其他有價值的元素，可以通過磁選、浮選等技術進行回收和利用。同時，廢渣還可以作為建材原料或道路基礎材料，降低對自然資源的依賴，實現資源的循環利用。

4.2 利用冶金廢氣制造化工產品

冶金廢氣中含有豐富的有機化合物和金屬元素，開發利用冶金廢氣制造化工產品是鋼鐵冶煉節能環保的重要方向之一。通過采用適當的廢氣凈化和轉化技術，可以將廢氣中的有機化合物轉變為高附加值的化工產品，如潤滑油和有機溶劑等。與此同時，廢氣中的金屬元素也可以進行回收利用，從而減少對原始礦石的需求。在廢氣凈化方面，常見的技術包括吸附、吸收和催化氧化等。通過利用吸附劑，如活性炭或分子篩，可以有效地去除廢氣中的有機化合物。而吸收技術則采用溶劑來吸收廢氣中的有機物，常見的溶劑包括水和有機溶劑。此外，催化氧化技術利用催化劑將有機化合物氧化為無害的產物。這些廢氣凈化技術的應用能夠有效降低有機化合物的排放濃度，減少對環境的污染。對于金屬元素的回收利用，常見的方法包括焙燒、氣相萃取和溶浸等。通過對廢氣進行焙燒處理，金屬元素可以被固定在焙燒殘渣中，隨后進行資源化利用。氣相萃取技術則利用吸附劑或溶劑將金屬元素從廢氣中分離出來，實現回收。溶浸方法通過將廢氣經過酸洗或浸泡，使金屬元素與溶液反應形成金屬鹽，然后通過后續工藝進行提取和利用。

4.3 非焦煤制氣+氣基豎爐直接還原

非焦煤制氣+氣基豎爐直接還原是一種結合了兩種技術的鋼鐵冶煉方法，它使用非焦煤進行制氣，并將產生的合成氣用作還原劑，在氣基豎爐中直接還原鐵礦石。其中，非焦煤制氣是一種將非焦煤轉化為合成氣的冶煉過程，非焦煤首先經過氣化反應，通過控制溫度和氣氛，將非焦煤轉化為一氧化碳（CO）和氫氣（H2）等合成氣，作為替代高爐煤氣的燃料，供給煉鐵過程中的熱能需求。而氣基豎爐直接還原是一種冶煉爐型，它通過在爐內將鐵礦石與還原劑接觸，直接將鐵礦石還原成金屬鐵。在這個過程中，合成氣被引入氣基豎爐底部，與鐵礦石反應生成金屬鐵。相比傳統的高爐煉鐵方法，氣基豎爐直接還原可以利用合成氣進行還原，無須焦炭作為還原劑。這項技術能夠利用非焦煤等廉價資源進行鋼鐵生產，降低了生產成本，由于使用合成氣進行還原，減少了對焦炭等傳統原料的需求，有助于減少環境污染和溫室氣體排放。此外，氣基豎爐直接還原還可以適應不同類型的鐵礦石，提高了原料的適應性和靈活性。

4.4 核能制氫技術

核能制氫技術是一種具有前景廣闊的鋼鐵冶煉節能環保技術。它利用核能提供的高溫高能量條件，通過核能反應將水分解成氫氣和氧氣。這種技術的關鍵是利用核能反應產生的熱能以及適當的催化劑，促進水的分解反應。核能制氫技術產生的氫氣可以作為還原劑，取代傳統的焦爐煤氣或天然氣，用于礦石還原過程。與傳統的還原方法相比，核能制氫技術具有更高的效率和更低的碳排放。此外，該技術還可以解決傳統鋼鐵冶煉過程中的環境污染問題，減少大氣中的溫室氣體排放，為實現清潔、高效的鋼鐵生產貢獻力量。

5 結語

鋼鐵冶煉節能環保技術的發展是一項長期而持續的任務，需要全社會的共同努力。唯有積極推動技術創新、加強政策支持、倡導綠色發展理念，才能實現鋼鐵行業的可持續發展，為構建資源節約型、環境友好型社會做出積極貢獻，創造更加美好的明天。