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未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展思考

所属栏目:冶金论文 发布日期:2021-11-26 10:33 热度:

   新时期的高炉炼铁具有集约化、大型化的特征,而且冶铁过程长寿化、高效化的优势较为明显。但不可否认的是,即便计算机技术推动了炼铁工艺的智能化发展,但现阶段的炼铁生产依然存在能源消耗大、环境污染严重的问题,这不符合我国绿色、可持续发展战略,基于此,在新时期的高炉炼铁技术发展中,应注重炼铁生产技术朝着低碳绿色化方向的转变。

未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展思考

  1 高炉炼铁技术的基本功能

  对照其他炼铁技术可知,高炉炼铁技术本身具有结构简单的特点,除还原器和渗碳器、熔炼器外,能源转换器、废弃物消纳出纳处理器等都是其重要的组成部分[1](见图1)。这四个部分在具体功能上具有一定的差异性。

  (1)还原器和渗碳器。

  高炉炼铁技术框架下,焦炭是重要的燃料、还原剂。在整个冶铁过程中,还原器和渗碳器在液态生铁的获取中发挥着重要作用。在上升煤气流、下降炉料相向运动中,经过还原器和渗碳器的作用,高炉冶金"三传一反"的控制目标得以有效实现。值得注意的是,"三传一反"目标的是实现受高炉高温还原工作的引向,基于此,应充分考虑高炉高温还原工作的实现效果,并在确保骨架稳定的情况下,正确处理生铁渗碳问题。

  (2)熔化器与质量调控器。

  高炉还具有为转炉作业提供原料的作用,经高炉处理后,优质的液态生铁会被转送至转炉;从这一层面来看,高炉起到熔化器的作用。在固态铁氧化物矿物熔化中,整个高炉的生产过程和还原方式还具有连续性、不间断性特点。值得注意的是,在炼铁过程中,通过高炉可实现铁水质量、成分的控制,这样不仅实现了铁水成分的有效控制,而且高精度地把控了铁水的偏差、温度,在该环节中,高炉充当质量调控器的职能。

  (3)能源转化器。

  高炉炼铁过程涉及较多的能源转换,就煤粉、焦炭以及高温热风而言,其在炉内的高温下最终会被转化为熔渣和高炉煤气等;而固态铁氧化物矿物最终被转化成了液态的铁水。在现代生产模式下,除余能显热回收技术外,TRT技术在高炉炼铁中也得到了广泛应用,其使得高炉能源转化器的职能得到了充分发挥,有效地保证了能源转化的效率和质量,TRT技术能源转换率超过90%,这也为高炉拥有生命力奠定了基础。

  (4)废弃物消纳出纳处理器。

  除铁水等主要产物外,高炉也会产生一定的固体废弃物,此时基于高炉炼铁良好的废弃物消纳出纳处理功能,可实现这些废弃物的有效利用,这对于环境保护也有突出作用。从废弃物消纳出纳过程来看,除焦化、烧结工序外,球团工序等也是废弃物消纳出纳的重要环节,其能有效促进钢铁厂循环经济目标的实现。

  2 低碳绿色理念下高炉炼铁技术的应用要求

  (1)高炉炼铁技术低碳绿色发展的时代环境。

  第七十五届联合国大会上,习近平总书记承诺我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,并且到2060年前,我国将实现碳中和[3].基于这一目标,在工业产业发展中,必须坚持走碳中和之路,实现工业生产技术的低碳化绿色化转变。就钢铁行业而言,其在生产中碳排放量较多,基于碳排放峰值的硬约束,应注重钢铁生产减碳管理,高炉环节首当其冲。

  (2)高炉炼铁技术低碳绿色发展的新要求。

  基于"十四五"发展目标,在钢铁产业高质量发展中,必须实现钢铁智能制造与低碳绿色发展的有机结合,继而促进我国向钢铁强国的迈进。在"钢铁智能制造+低碳绿色发展"总目标下,新时期的高炉炼铁技术应用还需满足以下要求:其一,在高炉炼铁技术应用中,应开发"专业化+一体化"的分布式能源利用方案,并在"1+7"系统下,为高效能、低成本的智慧绿色钢铁产业生产提供技术支撑。其二,基于高炉炼铁技术创新需要,在实际生产中应打造"绿色制造"的环保硬科技,深化TRT、BPRT、SHRT等技术的应用,通过高炉炼铁流程、系统、关联等技术的衔接,满足高炉炼铁技术应用的功能需要。其三,针对"制造绿色"的发展要求,应在整个行业内设计并使用绿色生产的"绿方案",通过智慧绿色系统充当高炉炼铁的"新引擎",进而解决发展难题,实现能源互联、高效先进和生态环保的有机统一。

  3 基于低碳绿色理念的高炉炼铁技术发展设计

  (1)技术发展理念设计。

  双循环格局下,要实现高炉炼铁技术的低碳、绿色化发展,就必须以提升生产技术运行效率为基础,以降低生产运行成本为目标,以减少运行排放为保证,促进高炉炼铁质量效益、经济效益生态协调效益目标的实现,达到促进循环经济发展的目的。值得注意的是,在技术发展理念设计中,还应对高炉运行的过程予以科学控制,继而为合理生产指标的设置与评价创造良好条件。另外,在高炉先进炼铁技术应用中,应协调其与绿色生产技术之间的关系,通过全新的管理体系,实现高炉炼铁的低碳绿色化发展。

  (2)生产流程创新设计。

  基于低碳绿色理念指导,在高炉炼铁技术流程创新中,还应注重以下要点:其一,出于高炉生产动态协同运行目标考虑,在技术流程设计中,应将协同运行目标作为出发点,通过综合研判、合理取舍等方法的应用,对既有的运行流程进行优化和调整,以此来达到生产结构优化、生产流程集约的目的,确保高炉生产网络化整合效果的实现。其二,在全新的高炉炼铁技术流程网络建设中,应系统分析既有流程运行特征,逐渐摒弃既有技术流程中不合理的成分,继而使得高炉炼铁技术结构、功能和生产效率得到全面优化。值得注意的是,在新时期的生产流程优化中,应从物质流、能量流、信息流三个层面入手,进行生产网络系统的全面优化。其三,现代生产模式下,自动化技术、智能技术在高炉炼铁中的应用不断深入,基于现代信息技术的融合应用,还应以"以互联网+"为支撑对高炉炼铁的操作及界面进行持续优化,实现行业大系统资源共享提高智能化自控水平,及厂生产调度的信息化管理(见图2)。

  (3)低碳绿色融合后的技术创新设计。

  将低碳绿色理念融入高炉炼铁技术后,其设计理念、设计方法也得到了进一步的发展。基于此,在新时期低碳绿色高炉炼铁技术应用中,应从流程工程学角度出发,对高炉炼铁的工艺布置、时间关系、空间关系进行优化设计,同时在生产中,应考虑技术体系下几何空间内的能量、物质运行效率,此外新时期的高炉炼铁技术应用设计还需考虑能源少量、产出增量、污染减量要求,以此来实现高效生产与节能减排的有机统一。

  4 基于低碳绿色理念的高炉炼铁技术创新应用

  (1)高炉精料技术。

  作为高炉炼铁生产能耗控制的有效手段,高炉精料技术的应用应注重以下要点:其一,在具体炉料使用中,应确保炉料结构的合理性;即为了减少炉料使用,降低生产成本,在炉料使用控制阶段,应注重运筹学理论、数学模型的系统使用,同时应对炉料资源特点和我国生态环境特点进行系统分析,实现炉料使用与企业生产实际情况的有机统一。基于低碳绿色理念控制需要,在我国现阶段的高炉生产中,在重点分析炉料使用情况前提下,充分考虑国际政治因素,无法获取大量高品位铁矿石的应对方案要早做考虑,获取技术的途径。其二,在高炉精料技术应用中应进一步改善炉料冶金性能,在保证炉料经济性、合理性的同时,提升炉料理化性能的稳定性。其三,应进一步优化炉料分布及控制技术,通过高精度的炉料分布,提升炉料的利用效率,降低高炉炼铁能源消耗。

  (2)高炉长寿技术。

  基于高炉长寿技术利用,可有效延长高炉的使用寿命,这对于降低炼铁经济成本具有深刻影响。一方面,针对当前使用的高炉,应通过内型优化技术进行炉体的内型优化,如通过增加死铁层深度的方式,预防炉缸铁水环流、破坏问题,而出于富氧喷煤冶炼考虑,则应该适当增加炉缸的直径和炉缸高度。另一方面,在长寿炉体结构应用中,除使用科学冷却技术,还应注重高效铜冷却壁等单元的应用,进一步延长高炉的使用寿命。此外,在高炉使用中,应对炉体耐火材料技术参数的技术参数进行控制,确保炉体施工满足炼铁需要。

  (3)富氧喷煤技术。

  富氧喷煤技术不仅能实现炉缸风口回旋区工作状态的有效改善,而且能提升煤粉燃烧率,保证喷煤总量;这样炼铁生产中的炉腹煤气量会大大减少,其在保证高炉透气性的基础上,实现了燃料能耗的有效控制。新时期,为及进一步提升富氧喷煤技术应用水平,除考虑精料指数、长寿性能外,还需要对富氧喷煤技术的操作过程进行系统分析,以此来保证技术控制的优良性,以此为特征实现煤比达到200kg/t以上,燃料比达到485kg/t,这将是现代高炉炼铁竞争力的希望所在。

  5 结语

  高炉炼铁本身是现代钢铁加产业中的关键技术,是钢铁联合企业的黑匣子,在信息技术支撑下,高炉炼铁的技术优势特征进一步明显。针对高炉炼铁技术应用中的能耗与污染问题,炼铁企业只有充分认识到高炉炼铁技术下各结构单元的作用,然后基于新时期低碳绿色理念的发展要求,进行高炉炼铁技术的全面创新,这样才能降低炼铁过程的能源消耗和污染物排放,提升高炉炼铁产业综合效益,促进现代工业产业的绿色、可持续发展。

  参考文献

  [1]韩国新高炉炼铁低碳化和智能化技术发展现状[J].电子技术与软件工程, 2019,(5):119.

  《未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展思考》来源:《中国金属通报》,作者:马印亭

文章标题:未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展思考

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