工艺创新是钢铁产业实现环保和节能的捷径

文_高师敏 四川省达州市经济和信息化局

目前我国钢铁产业存在的主要问题是三废污染和高能耗等问题。针对如何减少三废污染和降低能耗有两种不同的解决方法：一是在现有工艺基础上进行改进；二是创新新的工艺。本文将对两种解决方法进行比较。

1 三废污染问题

1.1 以炼铁为例

现有的高炉炼铁工艺需要焦碳、烧结矿或球团矿，而炼焦、烧结或球团都是高污染、高排放工序。一种解决方法是在炼焦、烧结、球团等工序上进行减排，其效果事倍功半。另一种解决方法是研发不需要焦碳、烧结矿和球团矿，使用煤粉为燃料和还原剂的一种快速炼铁工艺，可消除炼焦、烧结和球团造成的污染，其效果事半功倍。

1.2 以炼钢（含精炼）为例

现有的炼钢工艺主要是转炉炼钢和电弧炉炼钢，以及多种精炼工序。转炉炼钢是间歇性操作，敞开式加料和出钢水，炉气回收率较低，只能回收80%左右，其余炉气对环境造成污染。电弧炉炼钢也是间歇性操作，敞开式加料和出钢水，在运行中产生大量的废气、废渣，还有噪音，且不易治理。精炼工序也是间歇性、分步式操作，敞开式加料和出钢水，在精炼过程中，产生的炉气和炉渣不便于回收。第一种解决方法是：设备大型化；吹炼或熔炼时回收处理炉气。但是，该解放办法中炼钢和精炼仍然是间歇性操作，加料和出钢水仍然是敞开式进行，炉气、粉尘、噪音污染依然存在。另一种解决方法是研发一种连续式炼钢工艺。该工艺铁水预处理、炼钢和精炼均在一个密闭炉子内进行，噪音较小，产生的炉气、炉渣、废水等全部回收处理，因此可以大幅度消除炼钢和精炼过程中的三废污染。

1.3 以连铸、连轧为例

现有的连铸和连轧两个工序都是间歇性、敞开式、分段式运行，工序多，流程长，三废产生点多，在连铸和连轧过程中产生大量的炉气、蒸汽、粉尘、水雾、氧化铁皮、渣，噪音等，且不易治理，三废污染较严重。第一种解决方法是将车间密封，与外界隔离，减少对外界的污染，增加车间内的三废处理能力。该方法耗能多，资金投入大，很难实现。另一种解决方法是研发一种连续式钢材生产工艺。该工艺在惰性气体环境里运行，连铸出的铸坯就是产品或半成品，不需要轧制，工序少，流程短，三废产生点少，产生的氧化铁皮、渣极少，三废全部处理回收。

2 高能耗问题

2.1 以炼铁为例

现有的高炉炼铁工艺，矿粉烧结或球团、炼焦和焦块、烧结矿块或球团矿块、石灰石块的运输、储存、上料等过程都耗能。铁矿石在高炉中要经过约7h熔炼后，才变成铁水，从炉缸排出，在这7h的熔炼过程中消耗大量能源。第一种解决方法是：使高炉大型化以降低能耗；使用高品位铁矿石，减少熔剂消耗；喷吹煤粉，降低焦比等。但是，该解决方法中长周期的熔炼时间和炼焦、烧结或球团工序没有变，因此，炼铁的高能耗没有得到改变。另一种解决方法是：研发一种快速炼铁工艺。该工艺使用矿粉、煤粉和石灰石粉，以煤粉为燃料和还原剂，将这三种粉末混合成料粉，使用喷嘴将料粉从炉顶向下喷入，设置在炉身四周的喷煤燃烧器喷入高温还原性烟气，冲击料粉，料粉在悬浮下落过程中，被还原、熔化成熔滴，落入炉缸内分层为铁水和渣层，从料粉入炉到铁水排出的熔炼时间为1～5min，炼铁的能耗将大幅度降低。

2.2 以炼钢（含精炼）为例

现有炼钢工艺中，铁水从炼铁厂运输到炼钢厂、铁水预处理、铁水罐用吊车将铁水倒入转炉等过程耗能，转炉（含电炉）间歇式炼钢、精炼及辅助工序也都耗能。第一种解决方法是：炉体大型化以期降耗。但是，该解放办法中间歇式炼钢的运行方式和分步精炼的工序没有变，辅助工序能耗依然存在。另一种解决方法是：研发一种连续式炼钢工艺。使铁水流入一个向右倾斜的长型炼钢炉内，在重力作用下，铁水在炉内向右方流动，从炉体的各段炉底喷入助剂或气体，对铁水进行脱硫、脱硅、脱磷、脱碳、精炼等处理，产生的炉气分别抽出处理，产生的炉渣分别排出处理，从炉的右端连续排出的是洁净钢水，炼钢的能耗将大幅度减少。

2.3 以连铸和连轧为例

现有的连铸和连轧工艺，板材、型材、管材等生产过程中主要是连铸出初坯、下线堆码、初坯进入加热炉升温、开坯、轧制等耗能。以生产薄钢板为例，从连铸坯到产品，需要经过多次加热和轧制过程，能量消耗很大。第一种解决方法是通过工艺创新，实现了小直径线材的高速生产线，但是其它品种钢材的生产过程没有变，能耗仍然很大。另一种解决方法是工艺创新。研发一种连续式钢材生产工艺。该工艺连铸出来的铸坯（含板材、型材、管材等）就是产品，或半成品，不需要轧制，钢材生产的能耗将大幅度降低。

3 现有工艺和新工艺简要对比

通过列表对比，能清楚地了解现有工艺和新工艺在环保和节能方面的差别，详见表1。

从表1可以看出，新的工艺在环保和节能方面比现有工艺具有较大的优势。

表1 现有钢铁冶炼和成材工艺和新工艺在三废产生和能耗方面主要工序对比表

4 工艺创新的其它作用

从一系列的探讨中可以看出，研发新的钢铁冶炼和成材工艺，不仅是大幅度提高我国钢铁产业节能和环境保护水平的捷径，而且是迅速提高我国钢材质量和大幅度降低钢材成本的捷径。

5 结语

改变我国钢铁产业高污染、高能耗等状况，不能等待引进国外同行业的先进技术，要在现有工艺和设备上进行改进的同时，积极研发新的钢铁冶炼和成材工艺。本文提出的炼铁、炼钢和连铸新工艺，作为一种思路，供专家、学者及钢铁行业中广大工程技术人员进行研讨和参考。