鋼鐵冶金清潔生產新工藝探索

段海洋，王 毅

（方大特鋼科技股份有限公司，江西 南昌 330012）

人類社會對鋼鐵冶金行業有著剛性需求，所以不能簡單從降低產量提升鋼鐵冶金的清潔性，而是需要利用全新的生產技術，提升鋼鐵冶金的生產效率和降低生產能耗。針對現代鋼鐵冶金發展理念，目前產生了很多全新的工藝和技術，對解決鋼鐵冶金的能耗問題，有著巨大的幫助。

1 鋼鐵冶金方法的變革過程

1.1 傳統鋼鐵冶金工程設計思路

在傳統的冶金工程生產環節，對冶金工程的設計會采用靜態分割的思路，導致很難有效應對冶金過程中存在的動態變化，所以實際工作中無論是工程理念、思維都存在局限性[1]。例如傳統思路的工程理念并未從生命周期的角度考慮與自然的和諧發展，僅從對資源、能源控制角度考慮優化冶金工程工作，影響了人與自然之間的和諧相處，所以冶金工作缺少對環保工作的統籌，并未對污染進行精細化管控。工程師的工程思路大多停留在還原理論中，限制了工程師對冶金工作方法的創新，也缺少對相關技術、工藝的靈活應用。

由于傳統方式存在的種種不足，所以在節能、能量控制上也容易出現問題，比如由于設計觀念過于零散，不會考慮整體上的節能控制，對技術流程的設計工作中，對節約能耗也沒有系統的觀念，會僅從割裂的環節入手降低能耗，解決不了整體體系匱乏的問題。尤其是過于關注生產環節中不同子系統的設計，導致系統的協調性不足，所以可能會由于子系統之間協調性不足導致冶金生產的能耗增加。由于傳統設計思路的種種不足，技術人員必須做出改變，采用更為系統的設計思路，降低能耗并提升生產效率。

1.2 現代冶金工程設計形成過程

由于傳統冶金工程設計思路存在明顯的局限性，已經不能適應現代低能耗、高效率的工業生產理念，因此需要研究全新的思路，解決之前的問題，促進鋼鐵冶金生產工作的變革。企業的技術人員、一線煉鋼工人在總結傳統煉鋼經驗，優化煉鋼流程的過程中，逐漸形成了全新的工程理論，改變了過去的工程設計方式，更符合實際生產的需要，也能滿足高效節能的工業發展理念[2]。

現代冶金工程設計工作中，設計人員會更看重把握整體設計意圖和目標，在充分利用現代化工程設計方法的前提下，給冶金工程科學制定規模，并優化企業的生產流程，利用現代技術調整生產工藝。因此在冶金企業的生產過程中，不僅看重對質量和效率的控制，更通過降低能源消耗達到了節約資金和保護環境目的，讓企業的冶金生產工作獲得了更高的經濟效益、社會效益和環境效益。

2 鋼鐵冶金清潔生產工藝能源結構調整

鋼鐵冶金工作必然需要消耗大量的能源，而且冶金過程中可能會產生大量有害物質，容易導致環境污染問題。繼續采取傳統的冶金生產方式顯然已經不能滿足低碳環保的要求，通過對生產中的能源結構進行調整，增加對清潔能源的使用，可以降低生產中的污染消耗，滿足綠色環保要求[3]。所以，在開發鋼鐵冶金的新工藝時，首先就要做好對生產能源結構的調整，通過調整能源供應，達到清潔生產的要求。

2.1 調整能源結構和比例

鋼鐵冶金生產過程中，有60%的成本都被用于能源消耗，所以科學控制能耗，調整能源的結構和比例，不僅可以降低能源損耗，提升企業生產的環境效益，也能讓企業獲得更高的經濟效益。企業通過實際情況對生產比例進行調整，在實現清潔生產的同時，可以實現企業效益的整體性提升。

調整能源結構工作中，工作人員可以根據冶金工作過程中的實際情況，對現階段的爐料進行優化，達到完善能源結構的目的。比如利用精細化生產等全新的生產理念，整體上完善生產工作，確保爐料的均勻性和穩定性，提升生產過程中的孰料比，在降低能耗的同時，更能同實現高爐的節焦和增產目的[4]。企業在調整能源結構和比例的過程中，應該做好整體優化工作，配合全新的能源結構繼續使用清潔生產技術，比如可以使用富氧高煤量噴技術，實現技術之間的配合，整體上降低能源消耗，提升不同能耗的比例合理性，保證節能效果。

2.2 使用新能源進行替換

由于化石能源的大量消耗，導致世界范圍內都出現了能源緊張的問題，而且化石能源在燃燒的過程中將會對環境產生破壞和污染，將嚴重影響人類的發展。為了避免能量消耗，解決資源緊張等問題，在改變能量源結構的基礎上，還應該探索跟多可以代替傳統化石能源的新能源，尤其利用可再生能源，滿足當前低碳經濟等環保理念的要求。比如大量利用風能、太陽能、潮汐能、核能余熱、余壓清潔能源，可以避免生產能源的過程中產生溫室氣體，也能降低有害氣體有害物質的排放，滿足可持續發展要求。

3 鋼鐵冶金生產工藝優化

鋼鐵冶金工作有著復雜的生產工藝，是一項會經過大量不同工序和生產流程才能完成生產的活動。生產工藝的優化主要思路在于提升生產環節之間的聯系，使系統轉換過程更加連貫，從而達到降低能源消耗，以及減少廢物的目的，滿足節能環保的最終目標。在一些生產工藝的優化工作中，也開始減少不必要的生產環節，簡化了鋼鐵冶金生產的方法，同樣能滿足提升冶金生產效率的要求，并且避免了一些不必要環節所導致的能耗，改變了冶金的生產模式。

3.1 廢鋼－電弧爐－連鑄－連軋

傳統的冶金生產模式下會有廢鋼出現，雖然會將一部分生產原料重新投入到冶金流程中開展生產工作，但是絕大多數廢鋼都在生產中被浪費掉，并沒有得到充分的應用。被遺棄掉的廢鋼不僅會導致嚴重的原料浪費，也會造成鋼鐵冶金工業的損失，而且廢鋼在生產過程中同樣消耗能源，因此廢鋼被遺棄同樣是對能源的浪費[5]。隨著鋼鐵行業生產規模的不斷增大，廢鋼的產量也在不斷上升。為了解決廢鋼浪費問題，目前開發了廢鋼－電弧爐－連鑄－連軋的加工工藝，生產過程中廢鋼會被引進電弧爐回收，通過電弧爐煉鋼、精煉和軋制等流程，使廢鋼得到重新利用。該方法先對傳統工藝實現了生態效益和經濟效益的雙重提升，因此目前得到了一定的推廣。但是目前仍需解決一定的工藝缺陷，因為廢鋼和普通鋼材在結構和種類上存在差異，內部組成成分存在明顯不同，為此必然會調整生產工藝，容易造成高純度鋼水生產脫節的問題。目前一般會在生產過程中向廢鋼中加入一定量的還原劑，保證精煉工作的效果。

3.2 熔融還原－超高功率電路－薄板連鑄連軋

該工藝是一項全新的生產方式，簡化了傳統的鋼鐵生產工藝，不僅做到大幅度提升鋼鐵冶煉工作的效率，也降低了生產過程中的能耗，能在短時間完成對鋼鐵的冶煉工作，是一種能充分控制能耗而且具有較高效益的技術手段。同時，使用該技術也具有較高的靈活性和安全性，對降低煉鋼廠的管理壓力也有很大幫助[6]。煉鋼過程中，會先進行熔融和直接還原，以便降低生產過程中的工序，有效控制鋼鐵企業的基建成本，利用連鑄連軋技術，能獲得比較高的金屬生產效率，控制生產工作中的能源損耗。而且熔融還原屬于一種非高爐法冶煉工藝，在簡化生產流程的同時，也降低了能源的損耗，和目前的電爐煉鋼工藝也十分契合，提升了總體技術水平。

4 鋼鐵冶金清潔生產新技術

4.1 高爐煤氣余壓透平發電技術

該技術被簡稱為TRT技術，是一種目前比較領先的煉鐵技術，在高爐煉鐵過程中，會將高爐爐頂煤氣壓力作為基礎，轉化高爐煤氣的能量，從整體上控制高爐的能量消耗。從原理上分析，該技術主要提高熱能像機械能的轉化效率，利用技術有時滿足生產工作的需求[7]。使用該方法的過程中，必須先對煤氣進行一定的處理，包括袋式除塵器或兩級文氏管和重力除塵器對煤氣進行凈化，然后煤氣會通過TRT裝置進入電動蝶閥，在經過調速閥最后進入發電機運轉，滿足生產工作要求。使用該技術時，能極大程度滿足經濟效益的要求，而且在工作過程中不需要繼續提供其他燃料和能源，因此對能源消耗進行了有效控制，并且能降低在生產過程中產生噪聲，避免噪聲防治過程中產生的能源消耗，提升了能源的生產效率。

4.2 干熄焦技術

干熄焦技術在現階段也有比較廣泛的應用，使用該方法可以在鋼鐵冶煉過程中有效完成熄焦工作，減少能源浪費。正常生產時，會在干熄爐的頂部裝入1000℃的紅焦，然后利用風機在控制，在爐內不斷向紅焦鼓入130℃的惰性氣體。由于惰性氣體具有穩定的性質，不會和爐內其他生產原料產生化學反應，所以可以促使其生產焦炭，惰性氣體的溫度將會在爐內提升，并且會促使火爐中有水蒸氣產生，之后使用冷卻循環系統對惰性氣體進行降溫，可以循環利用惰性氣體，繼續循環在鍋爐內的干熄過程[8]。使用該方法可以使能耗得到整體性降低，同時提升焦炭的質量，達到優化生產的目標，也能保證冶金技術，滿足各行各業對鋼鐵性能和質量的要求。

4.3 爐渣處理技術

在鋼鐵冶金工作的過程中，會有大量爐渣產生，而且爐渣的生成過程極為復雜，包括轉爐渣、高爐渣、鐵合金爐渣等不同種類。傳統的鋼鐵冶金生產工作中，并沒有認識到爐渣所具有的價值，因此會直接將爐渣作為廢物丟棄。在技術和理念不斷創新的背景下，鋼鐵行業已經發展出了高效應用爐渣的技術，極大程度上提升了對資源的綜合利用，使鋼鐵冶金工作能滿足資源利用效率的要求。

對爐渣的回收利用工作中，會從分離和應用兩個方面研究優化爐渣應用的方法，充分發揮爐渣的價值，減少生產環節中產生的浪費。比如可以將爐渣應用到路基建設、農業肥料、玻璃原料制造等工作中，有著豐富的應用價值。目前，最為常用的爐渣處理技術是干式成粒法，利用干式處理的思路處理爐渣，能充分利用爐渣內部所具有內能，可以控制能源損耗，提升爐渣的生產質量[9]。在回收利用的過程中，會專門建立熔渣變速旋轉杯，并將爐渣從渣道輸送到旋轉中心，經過離心后會形成固化體，能有效保證處理的整體質量和性能。在生產過程中，必須控制好周圍條件，避免爐渣出現結塊等問題，比如需要進行空氣冷卻，避免渣粒出現粘結，最終可以獲得高質量的爐渣，經過分類之后可以應用到水泥生產、玻璃制造等行業中。

5 結語

鋼鐵冶金的過程中，應該不斷加強技術和方法的總結，分析目前在工作中的不足，通過使用新能源、充分利用廢物改善能耗和降低排放，推動鋼鐵冶金行業朝著環境友好型行業發展，滿足時代發展要求。