程悅

（上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，上海 201900）

鋼鐵冶煉作為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，一直是能源消耗和環(huán)境污染的主要源頭。隨著全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的日益關(guān)注，鋼鐵冶煉行業(yè)也面臨著節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的重要任務(wù)。為此，鋼鐵冶煉節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展成為迫切的需求。

1 鋼鐵冶煉技術(shù)現(xiàn)狀

自20 世紀(jì)50 年代開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始著手建設(shè)自己的鋼鐵工業(yè)，并在過(guò)去幾十年里取得了令人矚目的成就。以往中國(guó)主要依靠引進(jìn)外國(guó)技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行冶煉，但隨著時(shí)間的推移，我國(guó)已經(jīng)逐漸積累了自己的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，開(kāi)始獨(dú)立開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新。當(dāng)前，中國(guó)的鋼鐵工業(yè)已進(jìn)入了一個(gè)高度現(xiàn)代化和自動(dòng)化的階段，采用了先進(jìn)的設(shè)備和工藝，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的高效率和高質(zhì)量。現(xiàn)代化的鋼鐵冶煉工廠普遍采用了先進(jìn)的煉鋼爐、連鑄機(jī)、軋機(jī)等設(shè)備，使得鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程更加精細(xì)化和自動(dòng)化。在技術(shù)方面，中國(guó)的鋼鐵冶煉技術(shù)不斷創(chuàng)新和改進(jìn)。一方面，中國(guó)在高爐冶煉技術(shù)方面取得了顯著進(jìn)展。引進(jìn)和自主研發(fā)的先進(jìn)高爐技術(shù)，如濕法脫硫、爐渣處理等，大大提高了冶煉效率和鋼鐵質(zhì)量。另一方面，中國(guó)還致力于發(fā)展綠色和環(huán)保的冶煉技術(shù)。雖然在技術(shù)創(chuàng)新方面取得了一定進(jìn)展，但一些鋼鐵企業(yè)仍然存在高能耗、高排放的問(wèn)題，需要進(jìn)一步加強(qiáng)環(huán)保設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)清潔生產(chǎn)，減少污染物排放，提高資源利用率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

2 鋼鐵冶煉行業(yè)節(jié)能環(huán)保技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 鋼鐵冶煉節(jié)能環(huán)保技術(shù)在摸索中前進(jìn)

我國(guó)鋼鐵冶煉行業(yè)一直在致力于節(jié)能環(huán)保技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，以減少能源消耗和環(huán)境污染。在能源利用方面，冶煉企業(yè)引入高效的燃燒技術(shù)和余熱回收利用系統(tǒng)，以達(dá)到最大限度地提高能源利用效率的目的，某些企業(yè)還在探索利用廢棄物和生物質(zhì)能源作為替代能源的可行性。對(duì)于原料利用率的提高，鋼鐵冶煉企業(yè)也在不斷改進(jìn)工藝和技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化礦石熔煉過(guò)程，減少原料損失，并采取廢棄物回收利用措施，降低對(duì)自然資源的需求。并大力研究新型原料的應(yīng)用，如廢鋼的高含量利用和替代原料的使用。在環(huán)境污染減少方面，冶煉企業(yè)通過(guò)安裝和更新高效的氣體凈化設(shè)備、建設(shè)廢水處理系統(tǒng)，并對(duì)固體廢棄物進(jìn)行分類和處理，以降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。此外，一些企業(yè)還積極推行清潔生產(chǎn)，減少生產(chǎn)過(guò)程中的污染物產(chǎn)生，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)降低環(huán)境影響。同時(shí)，冶煉企業(yè)也加強(qiáng)了環(huán)境監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)報(bào)告的力度，確保排放符合國(guó)家和地方的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 節(jié)能環(huán)保技術(shù)較發(fā)達(dá)國(guó)家較為落后

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的鋼鐵冶煉行業(yè)在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面可能相對(duì)落后。雖然中國(guó)政府在近年來(lái)加大了對(duì)環(huán)保領(lǐng)域的支持和監(jiān)管力度，推動(dòng)了一系列環(huán)保政策和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，但一些企業(yè)仍未能全面采納和應(yīng)用先進(jìn)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)。一個(gè)主要原因是企業(yè)面臨的經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致它們更加關(guān)注生產(chǎn)效益，而忽視了環(huán)境問(wèn)題的重要性。發(fā)達(dá)國(guó)家在節(jié)能環(huán)保技術(shù)方面取得的顯著成果也與其注重科技創(chuàng)新和研發(fā)密不可分。他們投入大量資源用于研發(fā)高效冶煉爐型，這些爐型能夠最大程度地利用燃料和能源，減少能源的浪費(fèi)和排放。此外，先進(jìn)的廢氣凈化技術(shù)使得鋼鐵冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體得以有效去除，減少對(duì)大氣環(huán)境的污染。還有循環(huán)利用廢水和廢渣的技術(shù)，能夠最大限度地減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生和對(duì)水資源的消耗，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。相對(duì)而言，中國(guó)的鋼鐵冶煉企業(yè)在這些方面相對(duì)滯后。雖然國(guó)內(nèi)也有一些企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和環(huán)境保護(hù)方面的探索，但整體上仍需要加大力度。政府和企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)合作，鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新和綠色發(fā)展，提高企業(yè)的環(huán)境意識(shí)和責(zé)任感。

3 鋼鐵冶煉中主要的節(jié)能技術(shù)

3.1 轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼

轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼技術(shù)是采用廢鋼作為負(fù)能源來(lái)替代傳統(tǒng)的生鐵冶煉過(guò)程，以降低能源消耗和減少CO2排放。在負(fù)能煉鋼過(guò)程中，廢鋼經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入轉(zhuǎn)爐，與氧氣進(jìn)行氧化反應(yīng)。通過(guò)控制氧氣供應(yīng)和廢鋼的投入比例，可以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度的控制和金屬元素的還原。負(fù)能煉鋼過(guò)程中，氧氣燃燒產(chǎn)生的高溫燃燒氣體能夠提供轉(zhuǎn)爐所需的熱量，減少了對(duì)傳統(tǒng)高能耗的生鐵冶煉過(guò)程的依賴。此外，負(fù)能煉鋼技術(shù)還能有效地回收和利用廢鋼中所含的金屬元素，減少資源消耗。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐的氧氣噴吹速度、廢鋼投入速度和反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)合理的冶煉過(guò)程控制，提高爐溫和爐內(nèi)金屬元素的還原效率。同時(shí)，還可以通過(guò)廢氣處理設(shè)備，對(duì)產(chǎn)生的爐渣和燃燒氣體進(jìn)行凈化處理，降低對(duì)環(huán)境的污染。

3.2 蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù)

傳統(tǒng)的軋鋼加熱爐通常使用燃煤或燃?xì)膺M(jìn)行鋼坯的加熱，但這種方式存在能量浪費(fèi)的問(wèn)題。在蓄熱式軋鋼加熱爐中，加熱爐內(nèi)設(shè)置了高溫蓄熱室，內(nèi)部填充有蓄熱材料，如高溫陶瓷球。在加熱過(guò)程中，爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)熱交換器與蓄熱材料進(jìn)行熱交換，將煙氣中的熱能轉(zhuǎn)移到蓄熱材料中，使其升溫。隨后，當(dāng)需要加熱鋼坯時(shí)，將鋼坯送入蓄熱室，蓄熱材料釋放出之前吸收的熱能，將其傳遞給鋼坯，以達(dá)到所需的加熱溫度。蓄熱式軋鋼加熱爐技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崿F(xiàn)熱能的回收和利用，減少能源的浪費(fèi)。通過(guò)蓄熱材料的吸熱和釋熱過(guò)程，有效地提高了能源利用效率，該技術(shù)還能降低鋼坯加熱過(guò)程中的CO2排放量，對(duì)我國(guó)的環(huán)境保護(hù)工作具有積極的意義。

3.3 煤調(diào)濕技術(shù)

在高爐冶煉過(guò)程中，煤粉作為常用燃料之一，傳統(tǒng)煤粉燃燒存在飛散損失的問(wèn)題，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。煤調(diào)濕技術(shù)通過(guò)煤粉與水混合，并控制煤粉濕度，以實(shí)現(xiàn)煤粉的穩(wěn)定供給。在煤粉與水混合的過(guò)程中，水的存在能有效降低煤粉的粉塵飛散，從而減少燃燒過(guò)程中的能量損失。通過(guò)濕度調(diào)控，煤調(diào)濕技術(shù)能夠提高燃燒效率，減少燃料消耗，從而達(dá)到鋼鐵冶煉過(guò)程中的節(jié)能目標(biāo)。該技術(shù)可通過(guò)調(diào)整混合比例、濕度控制參數(shù)等實(shí)現(xiàn)，確保煤粉的穩(wěn)定供應(yīng)，進(jìn)一步提升冶煉過(guò)程的穩(wěn)定性和可控性。同時(shí)，煤調(diào)濕技術(shù)還能降低煤粉的爆燃風(fēng)險(xiǎn)，改善冶煉的安全性。

3.4 余熱技術(shù)

鋼鐵冶煉過(guò)程中，廢氣和廢渣的大量熱能散失。余熱技術(shù)利用熱交換和蒸汽發(fā)生裝置，將這些廢熱轉(zhuǎn)化為可利用的能源。通過(guò)熱交換器，將爐頂廢氣中的熱能傳遞給冷卻的煤氣或水蒸汽，實(shí)現(xiàn)能量的回收和利用。該技術(shù)不僅能降低鋼鐵冶煉過(guò)程的能源消耗，還能減少對(duì)外部能源的依賴。這種高效能源回收的方法對(duì)于提高冶煉過(guò)程的能源利用效率至關(guān)重要，同時(shí)也有助于減少環(huán)境污染和碳排放。

3.5 干熄焦技術(shù)

傳統(tǒng)的煉焦過(guò)程中，焦?fàn)t煤經(jīng)過(guò)濕熄焦處理，導(dǎo)致大量水蒸氣和熱量的消耗。干熄焦技術(shù)通過(guò)改進(jìn)煉焦?fàn)t的煤氣發(fā)生裝置和爐內(nèi)熱回收裝置，實(shí)現(xiàn)煉焦煤用量和能耗的減少。在干熄焦過(guò)程中，焦?fàn)t煤在高溫下直接進(jìn)行燃燒和熱解，避免了與水接觸。這種方式能夠降低煤氣和爐內(nèi)熱量的損失，從而提高煉焦過(guò)程的能源利用效率。干熄焦技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠節(jié)約能源，還減少了對(duì)水資源的需求，為煉焦行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支持。通過(guò)采用干熄焦技術(shù)，鋼鐵行業(yè)能夠在減少能源消耗的同時(shí)，降低對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)更加清潔和高效的生產(chǎn)過(guò)程。

3.6 新焦制造技術(shù)

新焦制造技術(shù)主要包括高爐煤氣焦化、煉焦?fàn)t廢氣焦化和熱解爐焦化等。這些技術(shù)通過(guò)優(yōu)化煤氣和廢氣的回收利用，減少焦?fàn)t煤氣和煉焦?fàn)t廢氣中的有害物質(zhì)排放，并提高焦炭產(chǎn)量和能源利用效率。高爐煤氣焦化技術(shù)將高爐煤氣經(jīng)過(guò)凈化和脫硫處理后，通入焦化爐進(jìn)行焦炭的制造。煉焦?fàn)t廢氣焦化技術(shù)則利用煉焦?fàn)t廢氣中的熱量和有機(jī)物質(zhì)，通過(guò)高溫裂解和氣化過(guò)程制造焦炭。熱解爐焦化技術(shù)則利用熱解爐中產(chǎn)生的煤氣進(jìn)行焦炭的制造。這些新焦制造技術(shù)不僅提高了焦炭的產(chǎn)量和質(zhì)量，還減少了對(duì)傳統(tǒng)煉焦煤的依賴，實(shí)現(xiàn)了鋼鐵冶煉過(guò)程的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。

4 鋼鐵冶煉節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展方向

4.1 發(fā)展低碳高爐煉鋼技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，鋼鐵行業(yè)在低碳高爐煉鋼技術(shù)方面需要加大研發(fā)和應(yīng)用的力度。主要包括優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)、提高高爐煤氣利用效率、推廣廢渣資源化利用以及增強(qiáng)高爐脫硫除塵技術(shù)。通過(guò)減少高爐爐料中的焦炭含量，采用高品質(zhì)生鐵和粉煤熱解氣等新型爐料，可以降低爐內(nèi)碳含量，減少二氧化碳排放。此外，引入精細(xì)分類配料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)爐料的精準(zhǔn)配比，提高爐內(nèi)冶煉效率，減少能源消耗。傳統(tǒng)高爐煉鋼過(guò)程中，大量的煤氣未能得到充分利用，直接排放造成能源浪費(fèi)。因此，發(fā)展高爐煤氣的綜合利用技術(shù)尤為重要。通過(guò)煤氣凈化、脫硫脫氮等技術(shù)手段，將煤氣中的有價(jià)值組分分離出來(lái)，用于發(fā)電、制熱或化工等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)能源的多元利用。在高爐冶煉過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣，如高爐爐渣和煉鋼渣等。這些廢渣中含有豐富的鐵、鋼和其他有價(jià)值的元素，可以通過(guò)磁選、浮選等技術(shù)進(jìn)行回收和利用。同時(shí)，廢渣還可以作為建材原料或道路基礎(chǔ)材料，降低對(duì)自然資源的依賴，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

4.2 利用冶金廢氣制造化工產(chǎn)品

冶金廢氣中含有豐富的有機(jī)化合物和金屬元素，開(kāi)發(fā)利用冶金廢氣制造化工產(chǎn)品是鋼鐵冶煉節(jié)能環(huán)保的重要方向之一。通過(guò)采用適當(dāng)?shù)膹U氣凈化和轉(zhuǎn)化技術(shù)，可以將廢氣中的有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楦吒郊又档幕ぎa(chǎn)品，如潤(rùn)滑油和有機(jī)溶劑等。與此同時(shí)，廢氣中的金屬元素也可以進(jìn)行回收利用，從而減少對(duì)原始礦石的需求。在廢氣凈化方面，常見(jiàn)的技術(shù)包括吸附、吸收和催化氧化等。通過(guò)利用吸附劑，如活性炭或分子篩，可以有效地去除廢氣中的有機(jī)化合物。而吸收技術(shù)則采用溶劑來(lái)吸收廢氣中的有機(jī)物，常見(jiàn)的溶劑包括水和有機(jī)溶劑。此外，催化氧化技術(shù)利用催化劑將有機(jī)化合物氧化為無(wú)害的產(chǎn)物。這些廢氣凈化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低有機(jī)化合物的排放濃度，減少對(duì)環(huán)境的污染。對(duì)于金屬元素的回收利用，常見(jiàn)的方法包括焙燒、氣相萃取和溶浸等。通過(guò)對(duì)廢氣進(jìn)行焙燒處理，金屬元素可以被固定在焙燒殘?jiān)?，隨后進(jìn)行資源化利用。氣相萃取技術(shù)則利用吸附劑或溶劑將金屬元素從廢氣中分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)回收。溶浸方法通過(guò)將廢氣經(jīng)過(guò)酸洗或浸泡，使金屬元素與溶液反應(yīng)形成金屬鹽，然后通過(guò)后續(xù)工藝進(jìn)行提取和利用。

4.3 非焦煤制氣+氣基豎爐直接還原

非焦煤制氣+氣基豎爐直接還原是一種結(jié)合了兩種技術(shù)的鋼鐵冶煉方法，它使用非焦煤進(jìn)行制氣，并將產(chǎn)生的合成氣用作還原劑，在氣基豎爐中直接還原鐵礦石。其中，非焦煤制氣是一種將非焦煤轉(zhuǎn)化為合成氣的冶煉過(guò)程，非焦煤首先經(jīng)過(guò)氣化反應(yīng)，通過(guò)控制溫度和氣氛，將非焦煤轉(zhuǎn)化為一氧化碳（CO）和氫氣（H2）等合成氣，作為替代高爐煤氣的燃料，供給煉鐵過(guò)程中的熱能需求。而氣基豎爐直接還原是一種冶煉爐型，它通過(guò)在爐內(nèi)將鐵礦石與還原劑接觸，直接將鐵礦石還原成金屬鐵。在這個(gè)過(guò)程中，合成氣被引入氣基豎爐底部，與鐵礦石反應(yīng)生成金屬鐵。相比傳統(tǒng)的高爐煉鐵方法，氣基豎爐直接還原可以利用合成氣進(jìn)行還原，無(wú)須焦炭作為還原劑。這項(xiàng)技術(shù)能夠利用非焦煤等廉價(jià)資源進(jìn)行鋼鐵生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，由于使用合成氣進(jìn)行還原，減少了對(duì)焦炭等傳統(tǒng)原料的需求，有助于減少環(huán)境污染和溫室氣體排放。此外，氣基豎爐直接還原還可以適應(yīng)不同類型的鐵礦石，提高了原料的適應(yīng)性和靈活性。

4.4 核能制氫技術(shù)

核能制氫技術(shù)是一種具有前景廣闊的鋼鐵冶煉節(jié)能環(huán)保技術(shù)。它利用核能提供的高溫高能量條件，通過(guò)核能反應(yīng)將水分解成氫氣和氧氣。這種技術(shù)的關(guān)鍵是利用核能反應(yīng)產(chǎn)生的熱能以及適當(dāng)?shù)拇呋瘎龠M(jìn)水的分解反應(yīng)。核能制氫技術(shù)產(chǎn)生的氫氣可以作為還原劑，取代傳統(tǒng)的焦?fàn)t煤氣或天然氣，用于礦石還原過(guò)程。與傳統(tǒng)的還原方法相比，核能制氫技術(shù)具有更高的效率和更低的碳排放。此外，該技術(shù)還可以解決傳統(tǒng)鋼鐵冶煉過(guò)程中的環(huán)境污染問(wèn)題，減少大氣中的溫室氣體排放，為實(shí)現(xiàn)清潔、高效的鋼鐵生產(chǎn)貢獻(xiàn)力量。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼鐵冶煉節(jié)能環(huán)保技術(shù)的發(fā)展是一項(xiàng)長(zhǎng)期而持續(xù)的任務(wù)，需要全社會(huì)的共同努力。唯有積極推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、加強(qiáng)政策支持、倡導(dǎo)綠色發(fā)展理念，才能實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，為構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)做出積極貢獻(xiàn)，創(chuàng)造更加美好的明天。