安钢高炉加废钢项目的实施及效果分析

冯兆晖

[摘    要 ]随着国家对节能环保的要求越加严格，钢铁企业作为能源消耗巨大、环境污染风险大的企业，面临巨大的节能减排压力。为此，国内外各钢企针对生产效率、节能减排等方面大力研究，推陈出新。2014年以来，安钢的绿色化改造一直走在各钢企前列，高炉加废钢项目通过其实施效果分析，可以发现其具有降低成本、提高产量、节能环保的巨大优势，对众多钢企具有一定的借鉴意义。

[关键词]高炉;废钢;实施及效果分析

[中图分类号]X757;TF54;X82 [文献标志码]A [文章编号]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

目前世界每年产生的社会回收废钢总量为3亿～4亿t，约占钢总产量的45%～50%。由此可见，回收废钢量巨大，如不加以利用，将产生极大的浪费。对废钢的再利用方式，随着中频炉的退出历史舞台，废钢资源快速增长。同时，钢企准入门槛提高，节能环保要求逐年提高，钢企对提高生产率，降低能耗和减排不遗余力，因此，对废钢利用成为重要手段之一。传统的废钢添加是转炉和电炉添加，虽然对废钢的转化利用有明显的高产出率，但受限于资源，能耗及污染排放问题，因此，并不适用于大面積建设。为此，研究高炉加废钢则较好地解决了这一问题，减少了焦炭等燃料，具有环保、节能、经济的特点，需要大力研究并加以推行。

1 现状分析

1.1 我国废钢资源状况

废钢主要指钢铁厂家生产过程中不成为产品的钢铁废料，如切边、切头等以及使用后报废的设备、构件中的钢铁材料，主要分为社会回收废钢、钢厂自产废钢。社会回收废钢主要是陈旧的、无法直接用作产品的废金属制品。根据统计，2019年我国社会回收废钢达到了1.8亿t。废钢要重新进行熔炼，而我国2019年的熔炼废钢能力是2.4亿t。显然，废钢供给不足，熔炼速度较快。但从实际调查发现，很多较小的钢企对废钢的熔炼和再用环节把控不好，造成资源浪费。为此，工信部自2016年发布了第74号关于“废钢铁加工行业准入条件”及“废钢铁加工行业准入管理办法”公告，对钢企回收利用废钢做出了较多的门槛限制，主要是产能方面、环保方面的要求。

1.2 目前采用的废钢冶炼方式

目前采用的废钢冶炼方法，有电炉熔炼废钢、转炉熔炼废钢以及高炉加废钢的方式。前两种是较为传统的炼钢方法，后一种则是较为先进，也是各钢企大力推行的一种方式。

转炉熔炼废钢，是依靠铁水本身产生的热量在转炉中对废钢完成炼钢的过程，消耗的仅仅是空气和铁水。这种方式极大地利用了废钢熔炼特性好的特点，减少能源消耗。而电炉熔炼废钢，则采用电能加热的方式，对废钢进行融化，并进行后续的冶炼环节，特别是全废钢电炉，废钢熔炼容量大，速度快等特点，但消耗电能本身就意味着能耗大，且中国以火电为主，大量的火力电厂就要产生环节污染问题，加之废钢冶炼过程中产生的废气，尽管经过了过滤环节，仍旧有大量CO2排出。

高炉添加废钢，相比较转炉和电炉而言，优势明显，在同等废钢回收价格的情况下，高炉加废钢成本主要是高炉内的燃料费用，而上面已对电炉炼钢进行了分析，其成本远大于高炉加废钢的方式。另外，高炉有较高的熔炼能力，对钢铁含量丰富的废钢而言，其熔炼过程仅仅是溶解，杂志中的碳、硅等融入钢铁产生钢水，进而可以融化铁矿石，节省了焦炭的消耗量，起到了节能减排的作用。

2 安钢高炉加废钢项目的实施

安阳钢铁集团有限责任公司是集炼焦、烧结、冶炼、轧材及科研开发为一体的特大型钢铁联合企业，年产钢能力1000万t。现有3座大型高炉，分别为1#高炉（2200 m3）、2#高炉（2800 m3）、3#高炉（4700 m3）。此项目主要是针对1#高炉和2#高炉加废钢的改造。

2.1 高炉加废钢的具体实施步骤

将加工过的废钢通过汽车直接倒运至废钢受料斗中，使用智能雷达物位计监测料位情况，称重式料位计检测需要加废钢的重量，放入给料机，通过皮带运输至高炉顶端，经布料器均匀布入高炉进行熔炼。安钢1#高炉和2#高炉自动化系统均使用施耐德昆腾系列PLC，以1#高炉为例建立了独立的PLC系统，通过PLC程序实现废钢称重计算及料仓闸门、上料皮带的自动联锁控制，并与槽下系统通讯建立联合上料机制。

2.2 对高炉加入废钢的主要要求

（1）废钢必须经过加工，以废钢筋为宜，加工至5～10 cm，避免造成倒料环节的堵塞事故。

（2）对废钢的加入量要进行控制，必须按照计算的废钢对比重、皮重严格进行计算，避免燃烧不充分或熔炼物不足的问题发生。

（3）废钢加入高炉要讲求加入步骤和时机，避免废料积堆，熔炼不充分的问题发生。

（4）要经常性对废钢运输倒料环节的设备进行维护清理，废钢相对来说不够规则，如不经常检查和维护，可能会产生运输带划伤撕裂，称料斗网格堵塞等问题的发生。

2.3 研究过程及分析

废钢和铁矿石在高炉内的反应主要区分在燃烧过程。废钢中的钢其实是一种成熟钢，报废回收的原因一般都是形状的变化和表面污浊造成报废，因此，废钢中的钢是以合金钢或碳钢的形式存在，认识到这一点，对废钢在高炉内的反应过程就比较好分析，显而易见，废钢在高炉内仅仅是一种物理反应，是高温融化、析出的过程。相对而言，铁矿石熔炼为铁合金或碳钢的过程就比较复杂，因为铁矿石中的铁元素是以碳、硫、硅等各种非金属元素化合在一起，要炼钢，必然要先进行融化，然后再进行还原反应，因此，铁矿石的熔炼将消耗大量的燃料。将废钢和铁矿石放在一起，因形成材料的速度不同，废钢融化后形成的铁元素，吸收焦炭中的碳元素后，逐渐转化为铁水，成为炼钢的重要燃料，因此，能够大大节省焦炭等燃烧的消耗量。据统计，在高炉中，废钢被炼化后，估算使用高炉的总体消耗能量约为104 kgce/t铁水;铁水在转炉中进行炼钢，因含碳含硅，提供了冶炼部分能量，总体能耗基本没有增加。估算采用高炉加废钢的方式，全部加工过程约需115 kgce/t铁水，而未采用高炉加废钢的方式，其平均能耗为113 kgce/t铁水，显然，其能耗基本上没有增加，甚至会实现“负能”炼钢。

3 实施效果分析

3.1 高炉加废钢的节能效果

高炉中投入废钢，能耗基本不会增加，通过对安钢高炉加废钢项目的定量测算可以证明这一点。具体可以定量进行分析。

安钢高炉冶炼铁矿石时对铁矿石、焦炭、溶剂按比例添加，按每吨生铁产量计算，需要添加铁矿石1.5 t、焦炭0.4 t、溶剂0.2 t。当加入0.1 t废钢后，焦炭减少0.1 t，最终生铁产量增加至1.03 t，即产量增长3%。粗略计算可知，1 t铁矿石中加入0.1 t废钢，焦炭减少25%，生铁产量增加3%。而对于传统的采用电能加热的全废钢冶炼方式，因主要采用电能加热融化废钢以及后续的操作，根据测算，加热融化需要消耗电能比约为380 kWh/t钢，全过程消耗能源大约为186 kgce/t钢。显而易见，采用高炉加废钢的方式，相比全废钢电炉冶炼方式更加节能。

3.2 高炉加废钢的减排效果

近年来，国家对环境保护要求越来越严，特别是对电厂、钢铁厂等用煤大户，进入门槛也来越高。尽管这些企业减少了有害气体的排放，但CO2的排放是无法避免的。因此，此处的减排效果仅是研究CO2排放量。另外，大量的废钢如不能及时处理，对钢企来说，将占据较大的用地成本浪费材料。

（1）减少CO2的排放量。一般而言，使用铁矿石的高炉、转炉的排放量，主要是在高炉内焦炭的消耗以及在转炉内铁水的脱碳过程。前文对安钢冶炼过程进行的实际测算可知，产量1 t的生铁，如果在高炉冶炼过程中，添加了0.1 t的废钢，则可以减少焦炭0.1 t。显然，焦炭的减少自然减少了CO2的排放。通过测算可知，高炉加废钢的冶炼方式，将全部冶炼过程包含在内，CO2排放量大约为380 kg/t钢。远小于铁矿石的高炉冶炼排放量480 kg/t钢。对于电炉冶炼全废钢时，如果只考虑炼钢过程中的CO2排放，显然，因不适用焦炭，CO2仅来自废钢本身及其他添加物，因此，排放量远小于高炉加废钢的方式。但电炉加热是采用的电能，我国是以火电为主的国家，按照采用火电厂用电计算，全部CO2排放总量要达到大约630 kg/t钢，比高炉加废钢的方式多250 kg/t钢。因此，在多数情况下，高炉加废钢的方式，其排放低于电炉的最终CO2总体排放量。简单说，高炉加废钢更加环保。

（2）减少废钢的堆积污染和浪费。废钢堆积一般也会占据大量的土地，并造成大量扬尘，这是钢企污染较大的因素之一。另外，社会上的废钢堆积，如不加以回收，将会造成金属污染和较大的浪费。因此，应大力推行废钢的回收处理，以减少环境污染和浪费。同时，采用高炉加废钢的冶炼方式，变废为宝。

3.3 高炉加废钢的经济性

高炉加废钢的冶炼方式，相较于其他方式，具有良好的经济性，主要原因有2个方面。

（1）采用高炉加废钢的冶炼方式，废钢的利用率高，不挑“食”。由于使用铁矿石的高炉，具有温度持续能力强，容量大的特点，因此，其表现出的还原能力和熔炼能力巨大。针对废钢中钢含量变化幅度大，氧化铁及非金属杂志含量高的低劣废铁较多的问题，高炉具有能量利用率高、降低成本的优点。

（2）采用高炉加废钢的冶炼方式，废钢应用便利性极佳。通过安钢的高炉加废料操作方式可知，废钢的初步处理，仅需要将废钢加工成5～10 cm的部件，就可以满足利用现有高炉的料仓、传送带以及称料斗等设备，不需要对高炉额外改造。

（3）采用高炉加废钢的冶炼方式，燃料成本降低。采用高炉加废钢时，虽然铁水的消耗量有所增加，但前文中针对安钢的高炉加废钢的方式，焦炭量减少，产能提高。总体而言，其原材料（焦炭、助燃剂）大幅度减少，成本消耗大约为200元/t。相比较电炉冶炼废钢的方式也同样有着经济节省的作用。采用电炉冶炼废钢的方式，电能的消耗极其惊人，根据测算，可以达到350元/ t，这远高于高炉加废钢的方式。即使考虑高炉加废钢之后，再进入转炉等长流程的钢铁铸造过程，其成本依然比电炉冶炼全废料的方式成本降低。

4 结束语

综合评价，高炉加废钢具有诸多优势。一是节能效果较好，不仅针对既有的使用铁矿石的高炉冶炼而言，减少了煤炭使用，而且相对于采用火力发电为基础的电炉冶炼全废钢而言，节约了焦炭等燃料的用量。二是环保效益高，减少了煤炭使用则减少了CO2的排量，同时，减少了大量的废钢堆积造成的土地污染和浪费。三是经济效益好，高炉具备强大的还原能力和冶炼能力，可以很好地提高废钢的利用率，对各种含量的废钢均可利用。并且高炉加废钢操作简便，仅需对废钢仅需一次加工，而不需要改变既有的高炉。因此，高炉加废钢更加节能、经济、环保，也适合于各大钢企努力研究的方向。

参考文献

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