工艺创新是钢铁产业实现环保和节能的捷径

2022-02-28高师敏四川省达州市经济和信息化局

节能与环保 2022年1期

文_高师敏四川省达州市经济和信息化局

目前我国钢铁产业存在的主要问题是三废污染和高能耗等问题。针对如何减少三废污染和降低能耗有两种不同的解决方法：一是在现有工艺基础上进行改进；二是创新新的工艺。本文将对两种解决方法进行比较。

1 三废污染问题

1.1 以炼铁为例

现有的高炉炼铁工艺需要焦碳、烧结矿或球团矿，而炼焦、烧结或球团都是高污染、高排放工序。一种解决方法是在炼焦、烧结、球团等工序上进行减排，其效果事倍功半。另一种解决方法是研发不需要焦碳、烧结矿和球团矿，使用煤粉为燃料和还原剂的一种快速炼铁工艺，可消除炼焦、烧结和球团造成的污染，其效果事半功倍。

1.2 以炼钢（含精炼）为例

现有的炼钢工艺主要是转炉炼钢和电弧炉炼钢，以及多种精炼工序。转炉炼钢是间歇性操作，敞开式加料和出钢水，炉气回收率较低，只能回收80%左右，其余炉气对环境造成污染。电弧炉炼钢也是间歇性操作，敞开式加料和出钢水，在运行中产生大量的废气、废渣，还有噪音，且不易治理。精炼工序也是间歇性、分步式操作，敞开式加料和出钢水，在精炼过程中，产生的炉气和炉渣不便于回收。第一种解决方法是：设备大型化；吹炼或熔炼时回收处理炉气。但是，该解放办法中炼钢和精炼仍然是间歇性操作，加料和出钢水仍然是敞开式进行，炉气、粉尘、噪音污染依然存在。另一种解决方法是研发一种连续式炼钢工艺。该工艺铁水预处理、炼钢和精炼均在一个密闭炉子内进行，噪音较小，产生的炉气、炉渣、废水等全部回收处理，因此可以大幅度消除炼钢和精炼过程中的三废污染。

1.3 以连铸、连轧为例

现有的连铸和连轧两个工序都是间歇性、敞开式、分段式运行，工序多，流程长，三废产生点多，在连铸和连轧过程中产生大量的炉气、蒸汽、粉尘、水雾、氧化铁皮、渣，噪音等，且不易治理，三废污染较严重。第一种解决方法是将车间密封，与外界隔离，减少对外界的污染，增加车间内的三废处理能力。该方法耗能多，资金投入大，很难实现。另一种解决方法是研发一种连续式钢材生产工艺。该工艺在惰性气体环境里运行，连铸出的铸坯就是产品或半成品，不需要轧制，工序少，流程短，三废产生点少，产生的氧化铁皮、渣极少，三废全部处理回收。

2 高能耗问题

2.1 以炼铁为例

现有的高炉炼铁工艺，矿粉烧结或球团、炼焦和焦块、烧结矿块或球团矿块、石灰石块的运输、储存、上料等过程都耗能。铁矿石在高炉中要经过约7h熔炼后，才变成铁水，从炉缸排出，在这7h的熔炼过程中消耗大量能源。第一种解决方法是：使高炉大型化以降低能耗；使用高品位铁矿石，减少熔剂消耗；喷吹煤粉，降低焦比等。但是，该解决方法中长周期的熔炼时间和炼焦、烧结或球团工序没有变，因此，炼铁的高能耗没有得到改变。另一种解决方法是：研发一种快速炼铁工艺。该工艺使用矿粉、煤粉和石灰石粉，以煤粉为燃料和还原剂，将这三种粉末混合成料粉，使用喷嘴将料粉从炉顶向下喷入，设置在炉身四周的喷煤燃烧器喷入高温还原性烟气，冲击料粉，料粉在悬浮下落过程中，被还原、熔化成熔滴，落入炉缸内分层为铁水和渣层，从料粉入炉到铁水排出的熔炼时间为1～5min，炼铁的能耗将大幅度降低。

2.2 以炼钢（含精炼）为例

现有炼钢工艺中，铁水从炼铁厂运输到炼钢厂、铁水预处理、铁水罐用吊车将铁水倒入转炉等过程耗能，转炉（含电炉）间歇式炼钢、精炼及辅助工序也都耗能。第一种解决方法是：炉体大型化以期降耗。但是，该解放办法中间歇式炼钢的运行方式和分步精炼的工序没有变，辅助工序能耗依然存在。另一种解决方法是：研发一种连续式炼钢工艺。使铁水流入一个向右倾斜的长型炼钢炉内，在重力作用下，铁水在炉内向右方流动，从炉体的各段炉底喷入助剂或气体，对铁水进行脱硫、脱硅、脱磷、脱碳、精炼等处理，产生的炉气分别抽出处理，产生的炉渣分别排出处理，从炉的右端连续排出的是洁净钢水，炼钢的能耗将大幅度减少。

2.3 以连铸和连轧为例

现有的连铸和连轧工艺，板材、型材、管材等生产过程中主要是连铸出初坯、下线堆码、初坯进入加热炉升温、开坯、轧制等耗能。以生产薄钢板为例，从连铸坯到产品，需要经过多次加热和轧制过程，能量消耗很大。第一种解决方法是通过工艺创新，实现了小直径线材的高速生产线，但是其它品种钢材的生产过程没有变，能耗仍然很大。另一种解决方法是工艺创新。研发一种连续式钢材生产工艺。该工艺连铸出来的铸坯（含板材、型材、管材等）就是产品，或半成品，不需要轧制，钢材生产的能耗将大幅度降低。