高炉炼铁节能减排技术的改进研究

覃安栋

（湘潭钢铁集团有限公司 炼铁厂，湖南 湘潭 411100）

近年来，世界范围内的环境污染问题日益严重，其中二氧化碳减排问题最为突出。结合我国国情，提出了高炉炼铁节能减排技术的改进措施，并将节能减排新技术应用于高炉炼铁发展。简述和分析了高炉炼铁过程中的节能减排技术[1]。钢铁行业的节能减排主要集中在炼铁工序，鉴于高炉碳还原还原还原的基本特点，降低燃料比（碳消耗）是目前炼铁工人的主要目标。改善或解决炼铁高能耗、高排放的问题，可以从两个方面着手：一是在短期内提高高炉燃料利用率，特别是改善煤和焦炭资源短缺的状况。目前，国际上对炼铁的基本物理化学性质和炼铁反应行为已有深入研究，大力发展清洁能源，调整炼铁高炉能源结构，实现节能减排要求。

1 高炉炼铁技术应用现状

随着经济的发展，人类生存环境面临着温室效应、环境污染等日益严峻的挑战。我国目前迫切需要提高环境质量，减少环境污染。但随着经济的发展与进步，人们对钢铁、石油等产品的需求，导致大气中二氧化碳排放量的增加，甚至超过地球本身的循环水平，给人类的生存环境造成了极大的压力。随着人们环境保护意识的提高，绿色能源领域逐渐兴起。用环保材料代替污染材料，促进科技创新。钢铁工业要持续有效地发展和进步，就必须不断地更新技术，以实现高产低耗。高炉炼铁行业进行有效、合理的改革，不能实现可持续发展，损失巨大[2]。目前，我国有关部门正在采取相应的改进措施，争取更多合适的资源，积极寻找更适合国民经济发展和减少环境污染的产品，使其与国家政策协调一致，从而大幅降低二氧化碳排放量。

目前，我国钢铁工业生产过程排放的二氧化碳占全球总排放量的7%，占全球工业总排放量的15%。因此，目前钢铁业面临着巨大的减排压力。据调查，世界铁矿石产量的94%来源于高炉炼铁。目前高炉炼铁CO2排放和能耗占整个钢铁生产过程80%以上，与此同时，我国相关行业要积极创新，加快技术进步，尽快实现低污染、低消耗的目标，提高相应的钢铁工业在世界经济中的地位，保持钢铁工业持续快速发展，为国民经济提供持续有效的动力。冶炼强度不符合现行要求。长期以来，我国高炉只注重熔化强度而忽视燃料比。另外，高炉炼铁设备还存在着能源需求大、可持续利用率低和产生大量污染气体等问题[3]。金属熔炼装置大型化是设备和工艺发展的必然趋势，大型熔炼炉能实现高效操作，大大减少废气排放量，推动钢铁工业向前发展。从成本负担方面来说，尽管大型化炉型会在短期内加重公司的成本负担，但从污染气体排放成本的角度来考虑，将从长期来看是有益的，因此在金属熔炼炉型上实施改进，必将对公司的发展进步起到关键的推动作用。在高炉强化过程中，影响强化效果的主要因素是上升气流和下降炉料之间的矛盾，“中”或“适当”熔炼强度是指控制炉气流动速度，这一点，一般的气体力学知识都能理解，上升气流速度越大，炉料下降阻力越大。尽管“中度”或“适当”熔炼强度这个概念是正确的，但它最大的缺点是不能定量地确定其合适值。为适应政策要求的变化，必须及时对设备进行更新，这有利于企业的发展和改革，更好的认识高炉炼铁的概念，才能有效推进节能减排。

2 高炉炼铁节能减排技术改进

针对高炉内部反应是一个复杂的过程，其能耗、成本、CO2排放等指标仅与高炉炼铁过程中的物质和能量的输入、输出有关，把高炉看作黑箱模型，只考虑物质和能量的输入、输出变化对上述三个指标的影响，当只考虑其中一个指标时，如能耗或成本变化，对炉炼铁节能减排单目标和多目标综合优化进行了分析，并提出了究高炉强化指标，并对已提出的解决办法和指标进行评估。从基本理论上说明高炉强化限度问题，从实际出发，解决合理取值问题[4]。在进行高炉炼铁节能减排技术改进的过程中，需要研究调整规范中最大炉腹煤气量、面积利用系数等内容，并进一步研究各级高炉最大炉腹煤气量指数的合理取值。

通过对高炉鼓风机、热风炉等送风系统以及煤气净化和TRT系统的使用，避免设备产能过剩，造成了设备产能过剩积压和浪费的现象，通过对钢铁生产过程中碳素流动的运行规律进行分析，钢铁生产过程中碳素流动的主要来源是燃料、熔剂和含铁原料，其中碳素的输出包括含碳产品和含碳副产品，在未进行处理的情况下，原料与空气中的氧接触，会发生氧化反应，增加材料中的夹杂和宏观夹杂，容易产生脆性断裂，降低钢材质量。当前高炉炼铁技术最基本的脱氧方法有两种：沉淀法和扩散法。采用沉淀法对其进行脱氧处理，实现快速，便宜的处理目标，并进一步将与氧亲和力较强的元素直接倒入原料中，用其将氧原子带出铁水形成上浮，然后排除，基于此对高炉炼铁节能减排技术流程如下。

图1 高炉炼铁节能减排工艺流程

基于上述高炉炼铁节能减排工艺流程，进行优化，需要考虑到高炉炼铁燃烧烟气温度低，排放量大，污染物种类多，组成复杂等问题，也是钢铁行业烟气治理的难点和重点。因此乤对烧结厂严格控制污染物的排放，如粉尘、氯、氟、氮氧化物、SO3、CO2等进行有效控制。结合移动电极电除尘和干式除尘技术对烧结烟气进行净化，保证烟气中的二恶英含量将会从原来的1.9ng/m3降低到0.4ng/m3。烧结厂采用烟气循环烧结技术，有效降低污染物排放[5]。排烟循环技术主要可以降低油耗和烟耗。通过部分烟气循环，料层上、下温差减小，有利于改善烧结厂的烧结矿质量，降低能耗。采用EPOSINT技术，可以将烧结厂的废物排放量减少45%，同时还可以将燃料消耗降低5kg/t。

在铁液出水前进行预脱氧处理时，需要减少后续脱氧的难度，根据洁净钢品种、洁净度等调整加碱浓度；加热过程采用强电磁搅拌，除气过程搅拌，提高除气效果。为确保金属冶炼过程中节能环保，需对一些比较落后的设备进行更新改造，使之符合环保要求，改造后的设备具有新型，规模大，可持续发展，从而达到减少污染和排放的目的。从现有数据来看，大型金属熔炼设备的效率比传统的小熔炉高得多，而且可以大幅度降低二氧化碳排放。

3 高炉炼铁节能减排技术的改进效果检验

为验证本文所研究的测试方法的可靠性，将传统的测试方法与数据分析技术相结合，进行了一系列精度对比试验。先选100g熔炼金属后的半成品，每件10g，平均分成10份。本文提出了两种试验方法，在保证试验环境不变的情况下，对10个半成品进行试验。通过对试验结果的分析，计算出各半成品熔融后污染物的含量，完成污染物的准确检测。在图中可以看到实验结果。

图2 实验检测结果

不同检验方法对气体污染物含量的检验结果表明，本文提出的高炉炼铁节能减排技术的改进效果污染物含量想对于传统方法而言明显更低，由此证实，本文方法指导下，高炉炼铁节能舰炮效果相对更佳。研究证实，本文提出的高炉炼铁节能减排技术的改进方法方法具有可行性。

4 结语

当前，我国钢铁行业的应用和钢铁产量都在逐步增加，并在世界上处于领先地位，但我国钢铁行业的发展和进步也给环境造成了很大的污染问题。在钢铁生产过程中，也会产生大量工业废气、废渣和废水，这些是中国主要的污染源。从根本上说，中国对降低能源消费、控制污染、控制能源消费总量有着明确的要求，把减少环境污染作为国家发展战略的根本。但形势并不乐观，目前中国在钢铁生产上的消耗远远超过了预期的环境污染目标，因此，如何有效降低能耗，使其对环境污染程度的减弱是当前首先要考虑的问题。在当前产能过剩的环境背景下，节能减排成为主旋律，不再需要单纯的增产，因此必须改变生产方式和生产模式。因此高炉炼铁生产应从追求高产到节能减排，从粗放生产到精制、精制生产，必须切实地解决钢铁生产、能耗、污染等方面的问题，使钢铁工业能够在更大程度上促进中国经济的发展。