新技术和新工艺在钢铁冶金清洁生产中的应用如今

2019-03-11 19:03:00
新技术和新工艺在钢铁冶金清洁生产中的应用如今,能源问题日益严峻,钢铁冶炼耗 能逐渐加大,面对钢铁企业的可持续发展,国内外 钢铁企业不断开发应用新技术新工 艺,推行钢铁冶金行业的清洁生产,在能源结构调整、冶金 工艺优化以及废弃物综合 利用方面收到了良好的效果, 实现了经济效益、 社会效益和环境效益 协调统一.本文 重点介绍了高炉废塑料喷吹、干熄焦、高炉煤气余压透平发电等一系列新技术 新工艺 的应用. 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.废塑料的成分是高分子碳氢化合物,是炼铁 生产的良好还原剂和发热剂,与重油、 煤获的成分对照见表 1.表 1 废塑料和煤、重油的成分对照(%) 项目 煤炭 重油 废 塑料 C 79.60 85.00 83.74 H 4.32 10.5 12.32 S 0.97 2.32 0.05 灰分 7.03 0.05 3.08 Ci 0.20 0.04 0.75 Pb 0.0050 0.0001 0.0002 K 0.2656 0.0010 0.0170 Na 0.0816 0.0010 0.0200 且废塑料有较好的反应率,见表 2.其高炉喷吹废塑料的价格相对煤、油等燃 料便宜得多,还具有明显的节焦降耗效果.表 2 各种喷入物在风口前端区的反应率 (%) 项目 煤粉 膜状造粒废塑料 固体粉碎废塑料 不同粒径下的反应率 <0.1mm 4060 — — <1mm — 50 80 <2mm — 50 95 <4mm — 80 100 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. 但是,废钢种类繁多、成分复杂,与冶炼纯净优质钢水不相适应, 需要加入 稀释剂(如直接还原铁)或使用废钢替代品等,使出现下面更为先进的钢铁生 产工 艺流程. 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. 连铸连轧技术能够大大提高了金 属收得率和生产率,减少能耗.它一面世就 得到突飞猛进的发展,近终形的连铸连轧 技术是它的发展趋势. 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. 更 为可贵的是它 本身不产生新的污染,发电成本极低.因此,TRT 是典型的高效:谛 能环保装置.目 前,随着高炉向大型化和高压炉顶方向发展以及干式除尘装置的 应用,TRT 也正朝着 干式和干湿两用型轴流反动式的方向发展.在国内,宝钢应用 TRT 技术较为成熟,平 均吨铁回收电力 34kw?h,处于世界先进水平. 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. 干 熄焦(CDQ)是通过循环风机将冷的惰性气体(通常为氮气)鼓人干熄炉内与 炽热红焦换 热后将焦碳冷却,而吸收了红焦热量的惰性气体将热量传给锅炉产生 蒸汽,最终冷却 后的惰性气体经风机鼓人干熄炉循环使用.其主要流程包括焦碳 流程、惰性气体流程、 锅炉汽水流程、除尘流程等.与水熄焦相比,干熄焦具有 明显的节能、环保和改善焦 碳质量的作用.干熄每吨红焦所回收的显热可产生 0.4~0.5 t 中压蒸汽[4],且减少 了湿熄焦所需的熄焦水量,又可以改善周围环 境,清除水汽及有害气体对设备和建筑 物的腐蚀,清除和控制有毒、有害物的排 放,提高焦碳质量.使其机械强度提高、真 密度增大、耐磨性改善,反应性降低. 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. 固化颗粒落入渣粒运动床并确保不结块.空气冷却分配器可使床层保持运动 并使 渣粒作圆周运动.然后一部分已冷却渣粒落入料槽,一部分渣粒等待飞落的 新渣粒以 助其冷却.在出料口渣料进一步被空气冷却,减少固化渣粒在旋转杯飞 出过程中粘附 墙壁的可能性.最后冷却空气被加热,并经烟道排出,这些携带着 余热的热空气再经 热风炉加热后送入高炉,充分利用其显热;出的高炉渣可以用 于生产水泥和耐火材料. 这种思路也值得推广到其他冶金渣的处理上. 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. 21 世纪的钢铁冶金必将推行清洁生产,新 技术、新工艺、新流程的开发利用 使冶金生产过程更合理、资源环境更优化、产品质 量更完美.除此外,提高生产 管理及员工的思想意识也是实施清洁生产的必要措 施.总之,未来的钢铁冶金生 产必将向低能源消耗、低资源消耗和对环境更加友好的 方向发展. 参考文献: [1] [2] [3] [4] [5] 殷瑞钰 .关于钢铁工业的节能问题[J].冶金 能源.1997.16(3):3-7,12 阎立懿 .电炉炼钢学,[M].沈阳:东北大学出版社,2000 叶长 青. 高炉煤气余压透平发电装置(TRT)的发展与创新[J].节能.2000,8:13-15 赵沛,蒋汶 华.钢铁节能技术分析[J].北京:冶金出版社,1997,71-76 谢锴.处理高炉渣
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