安鋼高爐加廢鋼項目的實施及效果分析

馮兆暉

[摘? ? 要 ]隨著國家對節能環保的要求越加嚴格，鋼鐵企業作為能源消耗巨大、環境污染風險大的企業，面臨巨大的節能減排壓力。為此，國內外各鋼企針對生產效率、節能減排等方面大力研究，推陳出新。2014年以來，安鋼的綠色化改造一直走在各鋼企前列，高爐加廢鋼項目通過其實施效果分析，可以發現其具有降低成本、提高產量、節能環保的巨大優勢，對眾多鋼企具有一定的借鑒意義。

[關鍵詞]高爐;廢鋼;實施及效果分析

[中圖分類號]X757;TF54;X82 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）08–0–03

Implementation and Effect Analysis of Scrap Steel Project in Anyang Iron and Steel Co

Feng Zhao-hui

[Abstract]With the increasingly strict requirements of energy conservation and environmental protection， iron and steel enterprises， as enterprises with huge energy consumption and high risk of environmental pollution， are facing huge pressure of energy conservation and emission reduction. To this end， domestic and foreign steel enterprises for production efficiency， energy conservation and emission reduction and other aspects of vigorous research， innovation. Since 2014， the green transformation of Anyang steel has been in the forefront of all steel enterprises. Through the analysis of the implementation effect of blast furnace scrap steel project， we can find that it has the huge advantages of reducing cost， increasing production， energy saving and environmental protection， which has certain reference significance for many steel enterprises.

[Keywords]blast furnace; scrap; implementation and effect analysis

目前世界每年產生的社會回收廢鋼總量為3億～4億t，約占鋼總產量的45%～50%。由此可見，回收廢鋼量巨大，如不加以利用，將產生極大的浪費。對廢鋼的再利用方式，隨著中頻爐的退出歷史舞臺，廢鋼資源快速增長。同時，鋼企準入門檻提高，節能環保要求逐年提高，鋼企對提高生產率，降低能耗和減排不遺余力，因此，對廢鋼利用成為重要手段之一。傳統的廢鋼添加是轉爐和電爐添加，雖然對廢鋼的轉化利用有明顯的高產出率，但受限于資源，能耗及污染排放問題，因此，并不適用于大面積建設。為此，研究高爐加廢鋼則較好地解決了這一問題，減少了焦炭等燃料，具有環保、節能、經濟的特點，需要大力研究并加以推行。

1 現狀分析

1.1 我國廢鋼資源狀況

廢鋼主要指鋼鐵廠家生產過程中不成為產品的鋼鐵廢料，如切邊、切頭等以及使用后報廢的設備、構件中的鋼鐵材料，主要分為社會回收廢鋼、鋼廠自產廢鋼。社會回收廢鋼主要是陳舊的、無法直接用作產品的廢金屬制品。根據統計，2019年我國社會回收廢鋼達到了1.8億t。廢鋼要重新進行熔煉，而我國2019年的熔煉廢鋼能力是2.4億t。顯然，廢鋼供給不足，熔煉速度較快。但從實際調查發現，很多較小的鋼企對廢鋼的熔煉和再用環節把控不好，造成資源浪費。為此，工信部自2016年發布了第74號關于“廢鋼鐵加工行業準入條件”及“廢鋼鐵加工行業準入管理辦法”公告，對鋼企回收利用廢鋼做出了較多的門檻限制，主要是產能方面、環保方面的要求。

1.2 目前采用的廢鋼冶煉方式

目前采用的廢鋼冶煉方法，有電爐熔煉廢鋼、轉爐熔煉廢鋼以及高爐加廢鋼的方式。前兩種是較為傳統的煉鋼方法，后一種則是較為先進，也是各鋼企大力推行的一種方式。

轉爐熔煉廢鋼，是依靠鐵水本身產生的熱量在轉爐中對廢鋼完成煉鋼的過程，消耗的僅僅是空氣和鐵水。這種方式極大地利用了廢鋼熔煉特性好的特點，減少能源消耗。而電爐熔煉廢鋼，則采用電能加熱的方式，對廢鋼進行融化，并進行后續的冶煉環節，特別是全廢鋼電爐，廢鋼熔煉容量大，速度快等特點，但消耗電能本身就意味著能耗大，且中國以火電為主，大量的火力電廠就要產生環節污染問題，加之廢鋼冶煉過程中產生的廢氣，盡管經過了過濾環節，仍舊有大量CO2排出。

高爐添加廢鋼，相比較轉爐和電爐而言，優勢明顯，在同等廢鋼回收價格的情況下，高爐加廢鋼成本主要是高爐內的燃料費用，而上面已對電爐煉鋼進行了分析，其成本遠大于高爐加廢鋼的方式。另外，高爐有較高的熔煉能力，對鋼鐵含量豐富的廢鋼而言，其熔煉過程僅僅是溶解，雜志中的碳、硅等融入鋼鐵產生鋼水，進而可以融化鐵礦石，節省了焦炭的消耗量，起到了節能減排的作用。

2 安鋼高爐加廢鋼項目的實施

安陽鋼鐵集團有限責任公司是集煉焦、燒結、冶煉、軋材及科研開發為一體的特大型鋼鐵聯合企業，年產鋼能力1000萬t。現有3座大型高爐，分別為1#高爐（2200 m3）、2#高爐（2800 m3）、3#高爐（4700 m3）。此項目主要是針對1#高爐和2#高爐加廢鋼的改造。

2.1 高爐加廢鋼的具體實施步驟

將加工過的廢鋼通過汽車直接倒運至廢鋼受料斗中，使用智能雷達物位計監測料位情況，稱重式料位計檢測需要加廢鋼的重量，放入給料機，通過皮帶運輸至高爐頂端，經布料器均勻布入高爐進行熔煉。安鋼1#高爐和2#高爐自動化系統均使用施耐德昆騰系列PLC，以1#高爐為例建立了獨立的PLC系統，通過PLC程序實現廢鋼稱重計算及料倉閘門、上料皮帶的自動聯鎖控制，并與槽下系統通訊建立聯合上料機制。

2.2 對高爐加入廢鋼的主要要求

（1）廢鋼必須經過加工，以廢鋼筋為宜，加工至5～10 cm，避免造成倒料環節的堵塞事故。

（2）對廢鋼的加入量要進行控制，必須按照計算的廢鋼對比重、皮重嚴格進行計算，避免燃燒不充分或熔煉物不足的問題發生。

（3）廢鋼加入高爐要講求加入步驟和時機，避免廢料積堆，熔煉不充分的問題發生。

（4）要經常性對廢鋼運輸倒料環節的設備進行維護清理，廢鋼相對來說不夠規則，如不經常檢查和維護，可能會產生運輸帶劃傷撕裂，稱料斗網格堵塞等問題的發生。

2.3 研究過程及分析

廢鋼和鐵礦石在高爐內的反應主要區分在燃燒過程。廢鋼中的鋼其實是一種成熟鋼，報廢回收的原因一般都是形狀的變化和表面污濁造成報廢，因此，廢鋼中的鋼是以合金鋼或碳鋼的形式存在，認識到這一點，對廢鋼在高爐內的反應過程就比較好分析，顯而易見，廢鋼在高爐內僅僅是一種物理反應，是高溫融化、析出的過程。相對而言，鐵礦石熔煉為鐵合金或碳鋼的過程就比較復雜，因為鐵礦石中的鐵元素是以碳、硫、硅等各種非金屬元素化合在一起，要煉鋼，必然要先進行融化，然后再進行還原反應，因此，鐵礦石的熔煉將消耗大量的燃料。將廢鋼和鐵礦石放在一起，因形成材料的速度不同，廢鋼融化后形成的鐵元素，吸收焦炭中的碳元素后，逐漸轉化為鐵水，成為煉鋼的重要燃料，因此，能夠大大節省焦炭等燃燒的消耗量。據統計，在高爐中，廢鋼被煉化后，估算使用高爐的總體消耗能量約為104 kgce/t鐵水;鐵水在轉爐中進行煉鋼，因含碳含硅，提供了冶煉部分能量，總體能耗基本沒有增加。估算采用高爐加廢鋼的方式，全部加工過程約需115 kgce/t鐵水，而未采用高爐加廢鋼的方式，其平均能耗為113 kgce/t鐵水，顯然，其能耗基本上沒有增加，甚至會實現“負能”煉鋼。

3 實施效果分析

3.1 高爐加廢鋼的節能效果

高爐中投入廢鋼，能耗基本不會增加，通過對安鋼高爐加廢鋼項目的定量測算可以證明這一點。具體可以定量進行分析。

安鋼高爐冶煉鐵礦石時對鐵礦石、焦炭、溶劑按比例添加，按每噸生鐵產量計算，需要添加鐵礦石1.5 t、焦炭0.4 t、溶劑0.2 t。當加入0.1 t廢鋼后，焦炭減少0.1 t，最終生鐵產量增加至1.03 t，即產量增長3%。粗略計算可知，1 t鐵礦石中加入0.1 t廢鋼，焦炭減少25%，生鐵產量增加3%。而對于傳統的采用電能加熱的全廢鋼冶煉方式，因主要采用電能加熱融化廢鋼以及后續的操作，根據測算，加熱融化需要消耗電能比約為380 kWh/t鋼，全過程消耗能源大約為186 kgce/t鋼。顯而易見，采用高爐加廢鋼的方式，相比全廢鋼電爐冶煉方式更加節能。

3.2 高爐加廢鋼的減排效果

近年來，國家對環境保護要求越來越嚴，特別是對電廠、鋼鐵廠等用煤大戶，進入門檻也來越高。盡管這些企業減少了有害氣體的排放，但CO2的排放是無法避免的。因此，此處的減排效果僅是研究CO2排放量。另外，大量的廢鋼如不能及時處理，對鋼企來說，將占據較大的用地成本浪費材料。

（1）減少CO2的排放量。一般而言，使用鐵礦石的高爐、轉爐的排放量，主要是在高爐內焦炭的消耗以及在轉爐內鐵水的脫碳過程。前文對安鋼冶煉過程進行的實際測算可知，產量1 t的生鐵，如果在高爐冶煉過程中，添加了0.1 t的廢鋼，則可以減少焦炭0.1 t。顯然，焦炭的減少自然減少了CO2的排放。通過測算可知，高爐加廢鋼的冶煉方式，將全部冶煉過程包含在內，CO2排放量大約為380 kg/t鋼。遠小于鐵礦石的高爐冶煉排放量480 kg/t鋼。對于電爐冶煉全廢鋼時，如果只考慮煉鋼過程中的CO2排放，顯然，因不適用焦炭，CO2僅來自廢鋼本身及其他添加物，因此，排放量遠小于高爐加廢鋼的方式。但電爐加熱是采用的電能，我國是以火電為主的國家，按照采用火電廠用電計算，全部CO2排放總量要達到大約630 kg/t鋼，比高爐加廢鋼的方式多250 kg/t鋼。因此，在多數情況下，高爐加廢鋼的方式，其排放低于電爐的最終CO2總體排放量。簡單說，高爐加廢鋼更加環保。

（2）減少廢鋼的堆積污染和浪費。廢鋼堆積一般也會占據大量的土地，并造成大量揚塵，這是鋼企污染較大的因素之一。另外，社會上的廢鋼堆積，如不加以回收，將會造成金屬污染和較大的浪費。因此，應大力推行廢鋼的回收處理，以減少環境污染和浪費。同時，采用高爐加廢鋼的冶煉方式，變廢為寶。

3.3 高爐加廢鋼的經濟性

高爐加廢鋼的冶煉方式，相較于其他方式，具有良好的經濟性，主要原因有2個方面。

（1）采用高爐加廢鋼的冶煉方式，廢鋼的利用率高，不挑“食”。由于使用鐵礦石的高爐，具有溫度持續能力強，容量大的特點，因此，其表現出的還原能力和熔煉能力巨大。針對廢鋼中鋼含量變化幅度大，氧化鐵及非金屬雜志含量高的低劣廢鐵較多的問題，高爐具有能量利用率高、降低成本的優點。

（2）采用高爐加廢鋼的冶煉方式，廢鋼應用便利性極佳。通過安鋼的高爐加廢料操作方式可知，廢鋼的初步處理，僅需要將廢鋼加工成5～10 cm的部件，就可以滿足利用現有高爐的料倉、傳送帶以及稱料斗等設備，不需要對高爐額外改造。

（3）采用高爐加廢鋼的冶煉方式，燃料成本降低。采用高爐加廢鋼時，雖然鐵水的消耗量有所增加，但前文中針對安鋼的高爐加廢鋼的方式，焦炭量減少，產能提高。總體而言，其原材料（焦炭、助燃劑）大幅度減少，成本消耗大約為200元/t。相比較電爐冶煉廢鋼的方式也同樣有著經濟節省的作用。采用電爐冶煉廢鋼的方式，電能的消耗極其驚人，根據測算，可以達到350元/ t，這遠高于高爐加廢鋼的方式。即使考慮高爐加廢鋼之后，再進入轉爐等長流程的鋼鐵鑄造過程，其成本依然比電爐冶煉全廢料的方式成本降低。

4 結束語

綜合評價，高爐加廢鋼具有諸多優勢。一是節能效果較好，不僅針對既有的使用鐵礦石的高爐冶煉而言，減少了煤炭使用，而且相對于采用火力發電為基礎的電爐冶煉全廢鋼而言，節約了焦炭等燃料的用量。二是環保效益高，減少了煤炭使用則減少了CO2的排量，同時，減少了大量的廢鋼堆積造成的土地污染和浪費。三是經濟效益好，高爐具備強大的還原能力和冶煉能力，可以很好地提高廢鋼的利用率，對各種含量的廢鋼均可利用。并且高爐加廢鋼操作簡便，僅需對廢鋼僅需一次加工，而不需要改變既有的高爐。因此，高爐加廢鋼更加節能、經濟、環保，也適合于各大鋼企努力研究的方向。

參考文獻

[1] 熊瑋，胡憶，袁琛，等.高爐使用廢鋼的環境影響分析[J].武漢科技大學學報，2020，43（6）：401-405.

[2] 李宏玉，莫朝興，唐志宏，等.柳鋼5#高爐加廢鋼降成本分析與實踐[J].工業爐，2018，196（2）：43-46.

[3] 劉穎超，王京彬，劉燕軍，等.高爐添加廢鋼的能耗和經濟性分析[C].2019年全國高爐煉鐵學術年會摘要集，2019.

[4] 王振，張濤穎，曹旭.韶鋼六高爐加廢鋼生產實踐[J].甘肅冶金，2019（3）：26.

[5] 沙永志.與廢鋼電爐短流程相比，高爐加廢鋼是否更節能？環保經濟[J].資源再生，2018（8）：25-26.