新技术和新工艺在钢铁冶金清洁生产中的应用
2022-06-09
引言
经济的高速发展和人类社会的不断进步，使人们的生活水平不断提高，各种基础设施不断完善，但面对日趋恶化的环境、日趋短缺的资源，我们不得不对过去的经济发展过程进行反思，彻底改变长期沿用的大量消耗资源和能源的粗放式发展模式，推行行业的清洁生产，才能实现可持续发展.钢铁冶金企业是高能耗、高污染的企业，推行清洁生产是实现环境保护和可持续发展的必由之路。在众多清洁生产的措施中，新技术和新工艺的开发应用是实现这种目的关键因素和有效途径.近年来，许多国家围绕着清洁生产不断地开发出了许多新技术和新工艺，带来的结果是能源结构的调整、工艺的优化革新和废弃物的综合利用，收到了可观的经济效益、社会效益和环境效益。
1. 能源结构调整
能源密集、能源消耗大是钢铁冶金生产的主要特点之一.推行清洁生产需要调整能源结构：一方面采用新技术工艺改革原有资源和能源的比例结构；另一方面开发应用替代能源。
1.1 能源和资源比例结构调整
在钢铁联合企业中，在铁前系统的成本和能耗占企业成本和能耗的70%左右，作好这一环节的资源和能源比例结构调整有重要意义.对于这一环节，一切围绕高炉生产展开。
首先，铁前认真贯彻精料方针，不断优化炉料结构，实现人炉料“高、净、匀、稳”.提高高炉熟料比，保证高炉全精料人炉，改善高炉炉料结构，为高炉增产、节焦提供了物质基础.相应地，焦化厂提高焦碳质量、稳定尺寸、降低灰分，烧结厂降低烧结矿的含粉率，稳定碱度、提高人炉矿品位；炼铁厂不断优选矿种、开发合理经济的炉料配比，取消熔剂人炉，铁水炉前就地实施脱硅、脱硫、脱磷的“三脱”技术，提高铁水质量保证炼钢工序实现精料.如安阳钢厂炉料结构凋整取得良好效果，300m？高炉渣铁比348.31kg/t，同比降低75.41 kg/t；380m？高炉为380.5 kg/t，同比降低25.28 kg/t，减少了渣铁的排放和综台利用，取得了很好的经济效益环境效益。
1.2 能源替代
面对世界资源日趋枯竭，污染日趋严重，我们不得不为钢铁生产寻求其它形式的能源.用其它形式的能源或废弃物替代或部分替代当今钢铁生产过程中使用的石油、天然气和煤等不可群生的能源，对企业、对社会、对环境，都有不可替代的促进作用.目前，已有一些研究人员着手氢还原铁矿石的研究，改变当今铁矿石的还原主要依赖于焦碳造成大量温室效应的状况，而技术上更为成熟的是高炉喷吹废塑料技术.塑料的用途遍及生产、生活领域，每年产生数量极大的废塑料.经多年的研究和实践，证明高炉喷吹翅料是处理废塑料的有效手段，而且对高炉炼铁有良好的经济效益，可以节能降耗.可以说，高炉喷吹塑料是一项兼顾社会效益、环境效益和生产效益的新技术。
2. 工艺优化与革新
钢铁工业高能耗、重污染的一个重要原因就是生产过程冗长、工序多、频繁往复地加热和冷却物料，引起能量的损失和废弃物的产生.据统计，损耗的能量约占总能耗的38.5%[1]，而经技术经济分析确定可以回收利用的大约只占总能耗的10%.由此，各国纷纷投入科研力量，努力优化革新钢铁生产工艺流程，由传统松散型转向现代紧凑型.从源头上节能降耗、控制减少污染.实现钢铁工业的清洁生产.20世纪90年代以来，世界钢铁工业出现许多经济、灵活和更具环境保护意义的全新的工艺流程和工艺革新技术。
2.1 废钢一电弧炉一连铸一连轧流程（SC—EAF—CC—CR流程）
世界废钢量逐年增加，并且钢具有良好可再生性.环境、资源和能源等方面日益苛刻的要求，使得尽可能多的利用废钢成为国际趋势。在这种情况下，出现了许多以废钢为主要原料韵电炉炼钢流程，并且其比例逐年增加，部分取代了以铁矿石为原料的高炉一转炉流程（BF-BOF流程）[2]。其中，SC—EAF—CGCR流程是由电弧炉炼钢、精炼、连铸机相应的轧制设备等工序组成，称之为“四个一”，较传统的BF—BOF流程有更好的经济效益和环境优势。
2.2 熔融还原/直接还原一超高功率电炉一薄板连铸连轧流程（SR/DR-UHP-CC—CR流程）
熔融还原/直接还原一超高功率电炉—薄板连铸连轧流程是上世纪90年代发展起来的全新工艺流程，具有经济、灵活、紧凑和更具环境友好的特点.该工艺流程聚合了直接还原、熔融还原技术、连铸连轧技术和近终形技术等多项先进的钢铁生产技术，使得整个生产流程更加合理化，避免常规流程中碳势和氧势的反复大幅度波动，改变了传统BF—BOF流程流程长、工序多、高能耗、重污染的特点.熔融还原和直接还原工艺是非高炉法炼铁工艺方法，有缩短工艺流程、降低基建投资、生产成本及良好的环境效益等优点，与先进的电炉炼钢和连铸连轧技术相匹配形成的短流程日趋成为钢铁生产工艺的发展方向。
3. 二次能源（废弃物）的综合利用
钢铁工业能耗高、工序多、流程长的特点，使得生产过程中产生大量的废弃物和污染物，如各种煤气、炉渣和粉尘等，而且大部分产物具有大量的显热，约占总能耗的29～39%，其中炼焦废气摄热、焦碳显热、烧结矿显热、烧结烟气显热、高炉煤气显热等占有很大比例，有的环节含有大量的余压能源，如高炉顶压操作.总之，综合利用各环节的二次能源及废气物是节能降耗、减少污染、实施清洁生产的必要措施.由此，出现了高炉TRT技术、干熄焦技术及炉渣处理等先进技术。
3.1 高炉余压利用一高炉煤气余压透平发电技术（TRT技术）
现代钢铁厂炼铁高炉大都采用高压炉顶操作来提高冶金强度和产量，从炉顶排放出的高炉煤气具有较高的压力和温度，为促进这些可燃废气的综合利用，通常采用目前国内外公认的先进的高炉煤气余压透平发电冶金节能装置.TRT技术是利用一台透平膨胀机在减压阀前作功，将煤气的压力能和热能转化为机械能并驱动发电机发电的一种能量回收装置。TRT在运行中不需要燃烧，不改变原高炉煤气的品质和正常使用，却回收了相当可观的能量（约占高炉煤气鼓风机所需能量的30%）[3]，同时又具有净化煤气，减少噪音，改善煤气炉顶压力控制品质的作用。
3.2 焦碳余热利用一干熄焦技术
钢铁生产中余热利用主要放在余热资源率较高、余热回收技术成熟的干熄焦余热、烧结矿显热、热风炉烟气余热回收等几方面，在这里介绍一下成熟而先进的干熄焦技术。
3.3 炉渣的处理
钢铁冶金生产离不开炉渣，包括高炉渣、转炉渣、电炉渣和铁合金渣等。传统思想认为，冶金渣是废弃物，但随着钢铁技术的发展和环境保护意识的提高，人们转变了对渣的认识，渣实质上是冶金生产过程中的一个中问产品。因此，人们不断地研究开发出各种新技术工艺综合利用备种冶金渣。
下面着重介绍一种处理高炉渣的新技术——干式成粒法[5]。干式成粒法是建立在熔渣经变速旋转杯或盘雾化成粒的基础上，熔渣从流渣道送至旋转杯的中心，借助离心力将其抛至边缘，同时被冷却.为防止颗粒与室壁粘连，渣颗粒在飞向水冷墙壁之前必须完全固化，水玲炉壁的作用是增强冷却和固化效果，提高成粒质量和数量。
4. 结束语
调整能源结构、开发利用清洁能源和替代能源是实现钢铁冶金清洁生产的有效途径}薄板坯连铸连轧与超高功率电炉配套的短流程工艺，无论是从环境保护，还是从节能降耗来说都是一种非常理想可行的方案；综合利用钢铁工业生产过程中的二次能源是实现清洁生产的必要措施；新技术新工艺是推行清洁生产的根本动力。
参考文献
[1] 高昆.钢铁工业的清洁生产[J].山西冶金.2007（03）.
经济的高速发展和人类社会的不断进步，使人们的生活水平不断提高，各种基础设施不断完善，但面对日趋恶化的环境、日趋短缺的资源，我们不得不对过去的经济发展过程进行反思，彻底改变长期沿用的大量消耗资源和能源的粗放式发展模式，推行行业的清洁生产，才能实现可持续发展.钢铁冶金企业是高能耗、高污染的企业，推行清洁生产是实现环境保护和可持续发展的必由之路。在众多清洁生产的措施中，新技术和新工艺的开发应用是实现这种目的关键因素和有效途径.近年来，许多国家围绕着清洁生产不断地开发出了许多新技术和新工艺，带来的结果是能源结构的调整、工艺的优化革新和废弃物的综合利用，收到了可观的经济效益、社会效益和环境效益。
1. 能源结构调整
能源密集、能源消耗大是钢铁冶金生产的主要特点之一.推行清洁生产需要调整能源结构：一方面采用新技术工艺改革原有资源和能源的比例结构；另一方面开发应用替代能源。
1.1 能源和资源比例结构调整
在钢铁联合企业中，在铁前系统的成本和能耗占企业成本和能耗的70%左右，作好这一环节的资源和能源比例结构调整有重要意义.对于这一环节，一切围绕高炉生产展开。
首先，铁前认真贯彻精料方针，不断优化炉料结构，实现人炉料“高、净、匀、稳”.提高高炉熟料比，保证高炉全精料人炉，改善高炉炉料结构，为高炉增产、节焦提供了物质基础.相应地，焦化厂提高焦碳质量、稳定尺寸、降低灰分，烧结厂降低烧结矿的含粉率，稳定碱度、提高人炉矿品位；炼铁厂不断优选矿种、开发合理经济的炉料配比，取消熔剂人炉，铁水炉前就地实施脱硅、脱硫、脱磷的“三脱”技术，提高铁水质量保证炼钢工序实现精料.如安阳钢厂炉料结构凋整取得良好效果，300m？高炉渣铁比348.31kg/t，同比降低75.41 kg/t；380m？高炉为380.5 kg/t，同比降低25.28 kg/t，减少了渣铁的排放和综台利用，取得了很好的经济效益环境效益。
1.2 能源替代
面对世界资源日趋枯竭，污染日趋严重，我们不得不为钢铁生产寻求其它形式的能源.用其它形式的能源或废弃物替代或部分替代当今钢铁生产过程中使用的石油、天然气和煤等不可群生的能源，对企业、对社会、对环境，都有不可替代的促进作用.目前，已有一些研究人员着手氢还原铁矿石的研究，改变当今铁矿石的还原主要依赖于焦碳造成大量温室效应的状况，而技术上更为成熟的是高炉喷吹废塑料技术.塑料的用途遍及生产、生活领域，每年产生数量极大的废塑料.经多年的研究和实践，证明高炉喷吹翅料是处理废塑料的有效手段，而且对高炉炼铁有良好的经济效益，可以节能降耗.可以说，高炉喷吹塑料是一项兼顾社会效益、环境效益和生产效益的新技术。
2. 工艺优化与革新
钢铁工业高能耗、重污染的一个重要原因就是生产过程冗长、工序多、频繁往复地加热和冷却物料，引起能量的损失和废弃物的产生.据统计，损耗的能量约占总能耗的38.5%[1]，而经技术经济分析确定可以回收利用的大约只占总能耗的10%.由此，各国纷纷投入科研力量，努力优化革新钢铁生产工艺流程，由传统松散型转向现代紧凑型.从源头上节能降耗、控制减少污染.实现钢铁工业的清洁生产.20世纪90年代以来，世界钢铁工业出现许多经济、灵活和更具环境保护意义的全新的工艺流程和工艺革新技术。
2.1 废钢一电弧炉一连铸一连轧流程（SC—EAF—CC—CR流程）
世界废钢量逐年增加，并且钢具有良好可再生性.环境、资源和能源等方面日益苛刻的要求，使得尽可能多的利用废钢成为国际趋势。在这种情况下，出现了许多以废钢为主要原料韵电炉炼钢流程，并且其比例逐年增加，部分取代了以铁矿石为原料的高炉一转炉流程（BF-BOF流程）[2]。其中，SC—EAF—CGCR流程是由电弧炉炼钢、精炼、连铸机相应的轧制设备等工序组成，称之为“四个一”，较传统的BF—BOF流程有更好的经济效益和环境优势。
2.2 熔融还原/直接还原一超高功率电炉一薄板连铸连轧流程（SR/DR-UHP-CC—CR流程）
熔融还原/直接还原一超高功率电炉—薄板连铸连轧流程是上世纪90年代发展起来的全新工艺流程，具有经济、灵活、紧凑和更具环境友好的特点.该工艺流程聚合了直接还原、熔融还原技术、连铸连轧技术和近终形技术等多项先进的钢铁生产技术，使得整个生产流程更加合理化，避免常规流程中碳势和氧势的反复大幅度波动，改变了传统BF—BOF流程流程长、工序多、高能耗、重污染的特点.熔融还原和直接还原工艺是非高炉法炼铁工艺方法，有缩短工艺流程、降低基建投资、生产成本及良好的环境效益等优点，与先进的电炉炼钢和连铸连轧技术相匹配形成的短流程日趋成为钢铁生产工艺的发展方向。
3. 二次能源（废弃物）的综合利用
钢铁工业能耗高、工序多、流程长的特点，使得生产过程中产生大量的废弃物和污染物，如各种煤气、炉渣和粉尘等，而且大部分产物具有大量的显热，约占总能耗的29～39%，其中炼焦废气摄热、焦碳显热、烧结矿显热、烧结烟气显热、高炉煤气显热等占有很大比例，有的环节含有大量的余压能源，如高炉顶压操作.总之，综合利用各环节的二次能源及废气物是节能降耗、减少污染、实施清洁生产的必要措施.由此，出现了高炉TRT技术、干熄焦技术及炉渣处理等先进技术。
3.1 高炉余压利用一高炉煤气余压透平发电技术（TRT技术）
现代钢铁厂炼铁高炉大都采用高压炉顶操作来提高冶金强度和产量，从炉顶排放出的高炉煤气具有较高的压力和温度，为促进这些可燃废气的综合利用，通常采用目前国内外公认的先进的高炉煤气余压透平发电冶金节能装置.TRT技术是利用一台透平膨胀机在减压阀前作功，将煤气的压力能和热能转化为机械能并驱动发电机发电的一种能量回收装置。TRT在运行中不需要燃烧，不改变原高炉煤气的品质和正常使用，却回收了相当可观的能量（约占高炉煤气鼓风机所需能量的30%）[3]，同时又具有净化煤气，减少噪音，改善煤气炉顶压力控制品质的作用。
3.2 焦碳余热利用一干熄焦技术
钢铁生产中余热利用主要放在余热资源率较高、余热回收技术成熟的干熄焦余热、烧结矿显热、热风炉烟气余热回收等几方面，在这里介绍一下成熟而先进的干熄焦技术。
3.3 炉渣的处理
钢铁冶金生产离不开炉渣，包括高炉渣、转炉渣、电炉渣和铁合金渣等。传统思想认为，冶金渣是废弃物，但随着钢铁技术的发展和环境保护意识的提高，人们转变了对渣的认识，渣实质上是冶金生产过程中的一个中问产品。因此，人们不断地研究开发出各种新技术工艺综合利用备种冶金渣。
下面着重介绍一种处理高炉渣的新技术——干式成粒法[5]。干式成粒法是建立在熔渣经变速旋转杯或盘雾化成粒的基础上，熔渣从流渣道送至旋转杯的中心，借助离心力将其抛至边缘，同时被冷却.为防止颗粒与室壁粘连，渣颗粒在飞向水冷墙壁之前必须完全固化，水玲炉壁的作用是增强冷却和固化效果，提高成粒质量和数量。
4. 结束语
调整能源结构、开发利用清洁能源和替代能源是实现钢铁冶金清洁生产的有效途径}薄板坯连铸连轧与超高功率电炉配套的短流程工艺，无论是从环境保护，还是从节能降耗来说都是一种非常理想可行的方案；综合利用钢铁工业生产过程中的二次能源是实现清洁生产的必要措施；新技术新工艺是推行清洁生产的根本动力。
参考文献
[1] 高昆.钢铁工业的清洁生产[J].山西冶金.2007（03）.