工藝創(chuàng)新是鋼鐵產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)環(huán)保和節(jié)能的捷徑

文_高師敏 四川省達(dá)州市經(jīng)濟(jì)和信息化局

目前我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)存在的主要問(wèn)題是三廢污染和高能耗等問(wèn)題。針對(duì)如何減少三廢污染和降低能耗有兩種不同的解決方法：一是在現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)；二是創(chuàng)新新的工藝。本文將對(duì)兩種解決方法進(jìn)行比較。

1 三廢污染問(wèn)題

1.1 以煉鐵為例

現(xiàn)有的高爐煉鐵工藝需要焦碳、燒結(jié)礦或球團(tuán)礦，而煉焦、燒結(jié)或球團(tuán)都是高污染、高排放工序。一種解決方法是在煉焦、燒結(jié)、球團(tuán)等工序上進(jìn)行減排，其效果事倍功半。另一種解決方法是研發(fā)不需要焦碳、燒結(jié)礦和球團(tuán)礦，使用煤粉為燃料和還原劑的一種快速煉鐵工藝，可消除煉焦、燒結(jié)和球團(tuán)造成的污染，其效果事半功倍。

1.2 以煉鋼（含精煉）為例

現(xiàn)有的煉鋼工藝主要是轉(zhuǎn)爐煉鋼和電弧爐煉鋼，以及多種精煉工序。轉(zhuǎn)爐煉鋼是間歇性操作，敞開(kāi)式加料和出鋼水，爐氣回收率較低，只能回收80%左右，其余爐氣對(duì)環(huán)境造成污染。電弧爐煉鋼也是間歇性操作，敞開(kāi)式加料和出鋼水，在運(yùn)行中產(chǎn)生大量的廢氣、廢渣，還有噪音，且不易治理。精煉工序也是間歇性、分步式操作，敞開(kāi)式加料和出鋼水，在精煉過(guò)程中，產(chǎn)生的爐氣和爐渣不便于回收。第一種解決方法是：設(shè)備大型化；吹煉或熔煉時(shí)回收處理爐氣。但是，該解放辦法中煉鋼和精煉仍然是間歇性操作，加料和出鋼水仍然是敞開(kāi)式進(jìn)行，爐氣、粉塵、噪音污染依然存在。另一種解決方法是研發(fā)一種連續(xù)式煉鋼工藝。該工藝鐵水預(yù)處理、煉鋼和精煉均在一個(gè)密閉爐子內(nèi)進(jìn)行，噪音較小，產(chǎn)生的爐氣、爐渣、廢水等全部回收處理，因此可以大幅度消除煉鋼和精煉過(guò)程中的三廢污染。

1.3 以連鑄、連軋為例

現(xiàn)有的連鑄和連軋兩個(gè)工序都是間歇性、敞開(kāi)式、分段式運(yùn)行，工序多，流程長(zhǎng)，三廢產(chǎn)生點(diǎn)多，在連鑄和連軋過(guò)程中產(chǎn)生大量的爐氣、蒸汽、粉塵、水霧、氧化鐵皮、渣，噪音等，且不易治理，三廢污染較嚴(yán)重。第一種解決方法是將車間密封，與外界隔離，減少對(duì)外界的污染，增加車間內(nèi)的三廢處理能力。該方法耗能多，資金投入大，很難實(shí)現(xiàn)。另一種解決方法是研發(fā)一種連續(xù)式鋼材生產(chǎn)工藝。該工藝在惰性氣體環(huán)境里運(yùn)行，連鑄出的鑄坯就是產(chǎn)品或半成品，不需要軋制，工序少，流程短，三廢產(chǎn)生點(diǎn)少，產(chǎn)生的氧化鐵皮、渣極少，三廢全部處理回收。

2 高能耗問(wèn)題

2.1 以煉鐵為例

現(xiàn)有的高爐煉鐵工藝，礦粉燒結(jié)或球團(tuán)、煉焦和焦塊、燒結(jié)礦塊或球團(tuán)礦塊、石灰石塊的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、上料等過(guò)程都耗能。鐵礦石在高爐中要經(jīng)過(guò)約7h熔煉后，才變成鐵水，從爐缸排出，在這7h的熔煉過(guò)程中消耗大量能源。第一種解決方法是：使高爐大型化以降低能耗；使用高品位鐵礦石，減少熔劑消耗；噴吹煤粉，降低焦比等。但是，該解決方法中長(zhǎng)周期的熔煉時(shí)間和煉焦、燒結(jié)或球團(tuán)工序沒(méi)有變，因此，煉鐵的高能耗沒(méi)有得到改變。另一種解決方法是：研發(fā)一種快速煉鐵工藝。該工藝使用礦粉、煤粉和石灰石粉，以煤粉為燃料和還原劑，將這三種粉末混合成料粉，使用噴嘴將料粉從爐頂向下噴入，設(shè)置在爐身四周的噴煤燃燒器噴入高溫還原性煙氣，沖擊料粉，料粉在懸浮下落過(guò)程中，被還原、熔化成熔滴，落入爐缸內(nèi)分層為鐵水和渣層，從料粉入爐到鐵水排出的熔煉時(shí)間為1～5min，煉鐵的能耗將大幅度降低。

2.2 以煉鋼（含精煉）為例

現(xiàn)有煉鋼工藝中，鐵水從煉鐵廠運(yùn)輸?shù)綗掍搹S、鐵水預(yù)處理、鐵水罐用吊車將鐵水倒入轉(zhuǎn)爐等過(guò)程耗能，轉(zhuǎn)爐（含電爐）間歇式煉鋼、精煉及輔助工序也都耗能。第一種解決方法是：爐體大型化以期降耗。但是，該解放辦法中間歇式煉鋼的運(yùn)行方式和分步精煉的工序沒(méi)有變，輔助工序能耗依然存在。另一種解決方法是：研發(fā)一種連續(xù)式煉鋼工藝。使鐵水流入一個(gè)向右傾斜的長(zhǎng)型煉鋼爐內(nèi)，在重力作用下，鐵水在爐內(nèi)向右方流動(dòng)，從爐體的各段爐底噴入助劑或氣體，對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫、脫硅、脫磷、脫碳、精煉等處理，產(chǎn)生的爐氣分別抽出處理，產(chǎn)生的爐渣分別排出處理，從爐的右端連續(xù)排出的是潔凈鋼水，煉鋼的能耗將大幅度減少。

2.3 以連鑄和連軋為例

現(xiàn)有的連鑄和連軋工藝，板材、型材、管材等生產(chǎn)過(guò)程中主要是連鑄出初坯、下線堆碼、初坯進(jìn)入加熱爐升溫、開(kāi)坯、軋制等耗能。以生產(chǎn)薄鋼板為例，從連鑄坯到產(chǎn)品，需要經(jīng)過(guò)多次加熱和軋制過(guò)程，能量消耗很大。第一種解決方法是通過(guò)工藝創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了小直徑線材的高速生產(chǎn)線，但是其它品種鋼材的生產(chǎn)過(guò)程沒(méi)有變，能耗仍然很大。另一種解決方法是工藝創(chuàng)新。研發(fā)一種連續(xù)式鋼材生產(chǎn)工藝。該工藝連鑄出來(lái)的鑄坯（含板材、型材、管材等）就是產(chǎn)品，或半成品，不需要軋制，鋼材生產(chǎn)的能耗將大幅度降低。

3 現(xiàn)有工藝和新工藝簡(jiǎn)要對(duì)比

通過(guò)列表對(duì)比，能清楚地了解現(xiàn)有工藝和新工藝在環(huán)保和節(jié)能方面的差別，詳見(jiàn)表1。

從表1可以看出，新的工藝在環(huán)保和節(jié)能方面比現(xiàn)有工藝具有較大的優(yōu)勢(shì)。

表1 現(xiàn)有鋼鐵冶煉和成材工藝和新工藝在三廢產(chǎn)生和能耗方面主要工序?qū)Ρ缺?/p>

4 工藝創(chuàng)新的其它作用

從一系列的探討中可以看出，研發(fā)新的鋼鐵冶煉和成材工藝，不僅是大幅度提高我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)水平的捷徑，而且是迅速提高我國(guó)鋼材質(zhì)量和大幅度降低鋼材成本的捷徑。

5 結(jié)語(yǔ)

改變我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)高污染、高能耗等狀況，不能等待引進(jìn)國(guó)外同行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，要在現(xiàn)有工藝和設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)的同時(shí)，積極研發(fā)新的鋼鐵冶煉和成材工藝。本文提出的煉鐵、煉鋼和連鑄新工藝，作為一種思路，供專家、學(xué)者及鋼鐵行業(yè)中廣大工程技術(shù)人員進(jìn)行研討和參考。