炼钢工序节能减排技术研究与应用

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摘要：主要介绍了转炉炼钢的优势，转炉负能炼钢技术和转炉煤气干法净化回收技术的原理、工艺、节能效果、应用情况及发展前景，并提出钢铁行业节能减排的发展方向。

关键词：转炉冶炼；负能炼钢；节能减排；干法净化；湿法净化

0引言

目前，中国钢铁行业各个工序的能耗与发达国家相比差距很大，特别是在转炉冶炼环节，发达国家为负能耗，而国内转炉环节产生的煤气和蒸汽利用率非常低，能耗较高，且部分转炉没有回收装置，转炉煤气热值非常高，是高炉煤气热值的1倍多，不仅造成了能源严重浪费，且污染环境。由于转炉生产方式为间断式，其煤气回收也为间断式，因此，在生产过程中需建设转炉煤气回收装置，加大转炉煤气的利用；同时，加大转炉煤气除尘效率，也有利于煤气回收利用。

1转炉冶炼的优势

炼钢工序分为转炉和电炉两种生产工艺。一般情况下，电炉用热铁水比例30%以下比较合理，在实际生产中，不仅能替代一些废钢，且有害杂质低，还可节省电耗，相对比较环保。若热铁水比例过高，电炉炼钢能耗会提高，与转炉炼钢相比有很大劣势。由于转炉炼钢不仅时间短还能实现负能耗，增加精炼设备后，能冶炼不同种类的钢材。因此，无论是成本控制、生产效率还是冶炼质量方面转炉更有优势，在实际中应用也更为广泛。

2转炉负能炼钢工艺技术

2.1原理介绍

现代化炼钢厂的一个重要标志就是转炉能否实现负能炼钢，也就是转炉炼钢过程中能量回收量大于能量消耗量。转炉炼钢过程中消耗的能量主要有：焦炉煤气、N2、O2、电及蒸汽；可回收能量主要有：转炉煤气和蒸汽。负能炼钢技术实质上是一个系统工程概念，主要体现在生产过程中转炉烟气的回收与利用，及环保技术的集成。

2.2工艺流程简析

随着科技进步和国家节能减排要求提高，转炉负能炼钢工艺技术也有不同的定义。该技术在转炉生产过程中，根据能量消耗与支出折算而定。最早转炉负能炼钢技术是指从铁水进厂至钢水上连铸平台的转炉生产过程工艺。随着炼钢技术完善与不断发展，炼钢工艺发生了质的变化，整个炼钢环节增加了铁水脱硫预处理、炉外精炼等工艺与技术，工艺流程加长导致能耗上升，特别是炉外精炼技术能耗非常高，因此，实现负能炼钢的要求和难度也越来越高。但对整个行业发展来说，负能炼钢有利于促进和提升转炉炼钢技术的不断进步。

2.3节能效果

炼钢工序采用转炉负能炼钢技术后，煤气及蒸汽回收及烟气排放均能达到较好的效果，转炉负能炼钢技术主要生产指标如表1所示。由表1可知，转炉负能炼钢技术的推广与使用，不仅能减少烟气排放，回收余热余能，有利于环境治理，且能促进节能减排，降低能源和用水消耗。

2.4应用情况

近年来，国内钢厂转炉负能炼钢技术已成熟，许多钢厂已能较稳定地实现“负能炼钢”。特别是100t以上的大中型转炉，配备了煤气、蒸汽回收与余热发电等设施，使“负能炼钢”工艺不断完善。武钢、太钢和宝钢等企业在这方面已达到国际领先水平。一些小型转炉通过加强煤气回收，初步具备了负能炼钢条件。大部分企业提高了转炉作业率，缩短冶炼周期，降低了冶炼能耗；通过优化二次除尘风机，除尘效果有了很大提高；自动化控制技术的应用降低了O2的消耗量；设备更新与维护水平的提高，减少了转炉煤气放散率；通过发展蓄热燃烧技术和发电设施，提高了转炉煤气利用率[1]。转炉负能炼钢技术的推广与应用，对钢铁行业实现清洁生产有着重要意义。

2.5发展方向及对策

在转炉生产过程中，如何降低转炉煤气放散、提高煤气回收质量及增加余热蒸汽回收率，是实现负能炼钢的关键因素之一。目前，各钢铁企业虽在转炉煤气、蒸汽回收与余热发电设施上均加大了投入，但回收效果及利用水平尚有较大差距，部分企业存在回收效果差、利用率低等问题。因此，转炉负能炼钢技术需进一步加大投入与研究：a)在转炉工艺方上，发展高效供氧技术，加快钢包周转，不断缩短冶炼时间；降低铁钢比例，加大废钢回收利用；提高铁水预处理技术水平，减少转炉渣；不断优化复合吹炼工艺，降低O2消耗量；不断提高自动化水平，提高生产控制与管理水平，增加煤气回收量；b)不断优化转炉汽化冷却系统设计水平，提高蒸汽压力及品质；发展真空精炼技术，提升转炉蒸汽工艺水平；同时，加大低压蒸汽发电技术的研究。

3转炉煤气干法净化回收技术

3.1原理

在转炉吹炼过程中，会产生大量转炉煤气，其主要含量为CO和烟尘，因此，需通过净化来提高转炉煤气利用率。产生的转炉煤气经废气冷却系统后再进入蒸发冷却器，喷水蒸发过程中，能使烟气得到冷却和减速，促使粉尘沉降。再将冷却后的烟气导入四电场静电除尘器，粉尘和颗粒物在电场作用下被吸附在收尘板上，从而使得转炉煤气得到净化。当煤气符合回收条件时，会自动开启阀门，进入煤气冷却器喷淋降温至约73℃，然后进入煤气储柜，经加压后最终将洁净的转炉煤气提供给用户。

3.2发展趋势

目前，转炉煤气除尘技术主要有2种方法：湿法（OG法）净化回收系统和干法（LT法）净化回收系统。湿法转炉煤气净化回收技术相对比较落后，存在较多缺点：a)经处理后的转炉煤气含尘量高，在100mg/m3以上，不能直接使用，需采用湿法电除尘器做进一步处理，使含尘量降低到10mg/m3以下；b)OG法会产生污水，从而造成二次污染，需要对污水进行处理；c)系统阻损大，占地广，耗能严重，后期环境治理难度更大。正是由于湿法转炉煤气净化回收技术存在以上缺点，近年来干法净化回收技术得到了较快发展。相比湿法除尘技术，LT法优势较为明显：a)除尘净化率高，能使粉尘浓度降低到10mg/m3以下；b)采用干法处理，不会产生污水，更加环保；c)系统阻损比较小，煤气热值高，除尘后可直接利用，能耗低；d)与湿法相比系统更加简化，占地小，且设备更加便于维护。目前，LT法在宝钢、莱芜钢铁、包钢和太钢等企业中得到了较好应用，除尘效果好，节能环保较好，经济效益和环境效益明显，获得了业界普遍认可与重视。在国内淘汰落后产能的政策指导下，LT法将逐渐取代落后的OG法。

3.3节能效果及经济效益

转炉煤气干法电除尘技术在宝钢得到了很好的验证，使用该技术每吨钢可节约电1.1kW•h，节水3t，同时可回收10.5kg含铁75%以上的烟尘和相当于20L左右燃料油的优质煤气。节省了转炉除尘的污水处理和污泥综合利用环节，节约了工业用水，降低了前期投资，节约了生产成本。此外，含铁粉尘压球后代替转炉废钢和矿石也将是一笔可观的附加收入[2]。

3.4发展前景

如果普遍推行转炉煤气干法（LT法）净化回收技术，每年除尘环节可节约大量电能；同时，煤气与蒸汽回收利用，可减少煤炭使用量，从而实现低能耗甚至是无能耗炼钢。特别是干法回收的粉尘，热压块成形后可直接返回转炉代替废钢或矿石作冷却剂，直接回收其金属铁。因此，转炉上积极推广转炉煤气干法（LT法）净化回收技术具有很宽广的应用前景。

4结语

不断推进转炉负能炼钢技术和转炉煤气干法净化回收技术的研究与应用，淘汰落后产能，促进产业升级，既符合国家产业政策，又有利于炼钢工序环节的节能减排。此外，钢铁行业属于能源密集型产业，耗能和排放大。国内除了一些大型钢铁企业外，大部分中小企业工艺落后、设备老化、耗能指标高。因此，近年来国家加大力度淘汰落后产能，调整产业结构，积极发展循环经济，钢铁行业节能减排取得了很大成就。同时，除了炼钢环节外，钢铁行业的节能减排，也需促进各个工序（如焦化工序、烧结工序、球团工序、炼铁工序和轧钢工序等）的升级改造，实现钢铁生产全流程的技术升级。

作者:韩汉平 单位:武汉都市环保工程技术股份有限公司

参考文献：

［1］刘浏.中国转炉“负能炼钢”技术的发展与展望［J］.中国冶金，2009(11)：15-16.

［2］崔明元，翟玉杰.转炉煤气净化回收技术发展现状［J］.工业安全与环保，2006(5)：10-11.