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低碳炼铁 节能减排 实现清洁生产

     防止地球变暖,减少温室气体排放是当今全球热议的话题。据估算,全球工业温室气体排放量占全球总排放量的21%左右,其中钢铁工业又占其中的15%,也就是钢铁工业温室气体排放量约占全球排放量的3%~5%。所以说钢铁工业减少温室气体排放的行动备受各方关注。2009年,我国生铁产量达5.4亿t,占世界生铁产量的60%以上,而且我国生铁生产主要以高炉流程为主,这表明,我国钢铁工业CO2排放量占世界钢铁工业CO2排放总量的一半以上。就国内而言,钢铁工业CO2排放量占全国CO2排放量的11%左右。高炉炼铁工序是钢铁生产中CO2的主要排放工序,因此降低炼铁工序CO2排放量,即低碳炼铁是钢铁工业减少CO2排放量的重中之重。
      5月26日~28日,在以“低碳炼铁、节能减排、实现清洁生产”为主题的2010年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会上,来自各钢铁企业、研究院所的炼铁工作者紧紧围绕这一主题,为如何实现炼铁系统的低碳生产、节能减排建言献策。
精料技术
      精料是高炉实现高产、低耗、优质的重要物质基础。有研究表明,精料技术水平对高炉炼铁技术经济指标的影响率为70%,因此高炉炼铁炉料一定要做好“高、熟、稳、均、小、净、少、好”这八字方针,即:入炉矿含铁品位要高,烧结、球团、焦炭的转鼓指数要高,烧结矿的碱度要高;使用熟料,把铁精粉加工成烧结矿或球团矿;入炉原燃料的化学成分和物理性能要稳定,波动范围尽量小;入炉料粒度要均匀;高炉使用的炉料粒度要偏小;炼铁加入炉料的小于5mm粒度的粉末要筛除;入炉料中有害杂质含量要少;铁矿石的冶金性能要好。可以说精料技术是炼铁节能减排的基础性措施,能使炼铁生产稳定,利用系数提高,燃料消耗降低。此外,通过优化炉料结构也能够实现节能减排的目的,如提高高品位球团矿的配比。因为球团矿生产的能耗比烧结矿要低得多,多使用球团可实现炼铁系统结构节能,而且对环境污染少。
合理喷煤
      高炉喷吹煤粉是改善炼铁用能结构,优化高炉生产,推进炼铁工序节能减排的重要手段之一。焦化的工序能耗为122kgce/t,而喷吹煤粉的工序能耗约为27kgce/t。按喷吹1t 煤粉置换0.85t焦炭计算,喷吹煤粉200kg/t,可降低炼铁系统工序能耗23.75kgce/t。因此以价格较低的煤粉部分替代价格昂贵且日益缺乏的冶金焦炭,可以使高炉焦比降低,生铁成本下降,而且焦炭用量的减少,还能降低炼焦生产过程对环境的污染。此外,多喷煤还有利于高炉低硅冶炼,而高炉低硅冶炼可进一步降低能耗,促进高炉节能减排。研究与统计表明,高炉高焦比冶炼时,高的理论燃烧温度和高焦比促进了SiO2的生成,最终导致高炉铁水中[Si]含量偏高。铁水中[Si]含量每降低0.1%,吨铁将节能20.9MJ,相当于降低焦比4kg~6kg。高炉实施风口喷煤后,降低了理论燃烧温度,相应降低了铁水中[Si]含量,从而降低了吨铁能耗,有利于低硅冶炼。再有,通过优化煤种匹配,喷吹挥发分较低的煤种,调节入炉煤的总挥发分含量,减少炉腹煤气量,也有利于提高喷煤率,从而可进一步降低能耗,促进高炉节能减排。
高炉大型化
      在《钢铁产业发展政策》颁布后,我国高炉大型化的进程明显加快。大型化高炉具有单位投资省、效能高和成本低等特点,而且便于生产组织和管理、减少污染点、污染易于集中治理,有利于环保等优势。高炉大型化是炼铁技术发展的必然趋势,但是大型高炉对原燃料条件提出了更高的要求,而且大高炉一定要长寿,这样才能实现高效低成本。况且,高炉大型化作为一项系统工程,仍需匹配合理的炼钢、烧结和炼焦等工序。因此有专家指出,我国钢铁企业在走高炉大型化发展的道路上,要依据自身具备的技术、设备、资源条件和钢铁流程的综合平衡状况进行选择性定位。只有建成符合企业自身条件的大型化高炉,才能真正实现“优质、高效、稳定和长寿”的目标。
创新性技术
      在本次炼铁大会上,国内外正在研发之中的创新性炼铁技术也非常引人关注。
高炉炉顶煤气循环利用技术就被认为非常有发展前途。欧盟的超低二氧化碳炼钢技术(ULCOS)项目中的TGRBF炉顶煤气循环技术,将高炉煤气中的CO2和CO分离,富含CO部分煤气返回高炉重新用作还原剂,以降低焦耗;富含CO2部分的煤气在清洁和加压之后,将CO2存储起来。这既解决了高炉煤气的高效利用问题,又实现了CO2的减排。如果加上捕集与封存的CO2,该技术可减少50%以上的CO2排放量。
再有,日本正在研究高炉使用预还原烧结矿技术,即铁矿在烧结机上就发生部分预还原的技术。由于烧结矿在烧结机上进行的预还原属于还原剂对铁矿粉的直接还原,从而减少了高炉中发生的间接还原,所以可降低铁矿还原所用的燃料。
      此外,高炉喷吹含氢物质,强化氢还原也是当今研究的热点。高炉喷吹含氢物质主要基于以下考虑:首先,无论从热力学还是从动力学条件上,高温下H2作为铁氧化物的还原剂比CO更具优势;其次,氢还原的气态产物是水蒸汽而不是CO2,故喷吹含氢物质可减少高炉CO2的产生量,有效解决温室气体CO2的排放问题。有专家认为,考虑到经济成本和安全性等方面,高炉不宜直接喷吹氢气,而是富氢介质,包括天然气、焦炉煤气、废弃塑料等。
高炉长寿、高效的运行离不开耐火材料。在本次大会上,联合荣大集团介绍了其高炉用耐火材料的最新进展,包括快烘防爆铁沟浇注料与单铁口高炉铁沟储铁式改造情况;高炉内衬湿法喷涂造衬技术和预挂渣皮的高炉冷却壁等。
另外,为摆脱钢铁生产对焦煤的依赖,非高炉炼铁即非焦炼铁也是炼铁工作者间讨论的热门话题。在本次炼铁大会上,有专家学者对Corex、Finex、ITmk3、Hismelt、煤制气-竖炉等非高炉炼铁工艺进行了比较分析。考虑到国外技术在我国的适应性,技术引进中受到的制约,有专家呼吁,我国应该开发适应我国资源、装备、技术条件,有自主产权的非高炉炼铁技术。