传统钢铁冶金工艺分析及发展思考_王学萍.pdf

26Metallurgical smelting冶金冶炼传统钢铁冶金工艺分析及发展思考王学萍摘要：冶金工业是中国工业的主要部分，在社会国民经济发展中起着非常关键的作用，它贯穿了经济社会发展的所有阶段。因此，本文将在全面介绍中国钢铁冶金工艺发展状况与发展所面临问题的基础上，就怎样站在环境保护视角上进行调整优化当前中国钢铁冶金的发展状况加以探讨，并力求有助于实现中国钢铁冶金产业发展与环保工作的统筹发展。关键词：冶金工业；钢铁；工艺；发展；环保近年来冶金行业快速发展的过程中，传统钢铁冶金工艺技术已经无法满足当前生产高质量产品的需求，同时传统技术的应用还存在环境污染的风险隐患，对生态环境会造成非常不利的影响。因此在钢铁冶金生产的过程中，应重点进行各类工艺和技术的创新优化，强化工艺改革的力度和创新的力度，确保能够增强工艺应用的质量和水平，预防环境污染的问题，进一步提升生产效果、质量和节能效果。1 钢铁冶金工艺1.1焦化工艺分析炼焦工艺技术，属于传统冶金工艺中的重要部分，主要是通过高温焦炼的技术措施、进行矿产资源的加工处理。炼焦油属于一种非常重要的能源，可进行铸造、由金属股份有限公司熔炼，能够进行发生炉燃气材料的制备处理，同时也能够应用在电石产品的生产领域，可以用来进行机械材料或者是工业材料的获取。在炼焦过程中所形成的化工产物，通过处理、加热可取得氨水等各种类型的工业元素，最终获得的焦炉燃气的纯净度很高，净焦炉燃气也可供民用工程能源和工业生产能源使用。行业的总体发展围绕“节能减排、转型升级、提质增效”，要加快环保提标改造，加大节能投入，提升行业低碳绿色发展水平；稳步推进现代化大型焦化项目建设，不断提高焦炉技术装备水平；着力延伸焦化化产品深加工产业链，培育壮大化产品深加工产业；严格控制焦炭总产能，优化调整产品结构，引导企业向化工焦和洁净焦转型，积极探索化解产能过剩新途径。促进焦化废水深度处理，独立焦化企业干熄焦项目要严格按照环保要求配套建设废水深度处理系统，实现达标排放。推进大机焦项目建设，从本质上提升焦化产业节能环保水平。全面提升化产品精深加工水平，是焦化企业实现转型升级、迈向中高端的根本途径。当前，大部分地区焦化化产品初加工规模已经饱和，但精深加工仍有巨大潜力。一方面是提升焦炉燃气综合利用水平，另一方面是促进产品加工向精细化发展，还要推动粗苯精制向新材料方向延伸。1.2烧结工艺概述此类工艺在应用的过程中，通常情况下会将含有铁元素的粉状材料作为基础部分，适当添加一定数量的燃烧材料与溶剂材料，按照比例要求加水，利用设备进行混合处理，制造成为球状之后，将其设置在烧结设备上面，形成物理反应和化学反应，使得粉状的物质能够转变成为块状结构。2 传统“铁-烧-焦”炼铁工艺分析钢铁企业传统的“铁-烧-焦”式炼铁施工，可划分为:煤气的干馏，铁矿粉造块、铁矿间接地还原处理、铁矿石的直接还原、渣铁熔分等五大重要冶金流程，这五大流程均以高炉炼铁为核心内容，经过以焦炉为主体设备的结焦施工为高温供应冶金工程焦炭，经过以烧结机为主体设备的烧结过程，主要是能够为高炉供应高碱度烧结熟料，以球团竖炉或链篦机-旋转窑为主体设备的球团施工为高温供应氧化球团矿石，最后经过高温制造出的铁水。2.1煤的干馏过程对于大部分应用高炉煤气作焦炉供热能源的钢材生产公司而言，除烧结机点火器高炉铁沟烘烤等处采用较少的焦炉煤气外，大部分的焦炉煤气须供给到“铁-烧-焦”体系以外的用户。而干馏后产生的焦油甲苯萘等大分子碳氢化合物，其在收集与处理的相关流程必须是处于被动设置在一个复杂的化工体系，从而产生了一系列的环保问题。2.2铁矿粉造块过程在中国传统的铁-烧-焦式炼铁工序中，铁矿粉的造块加工流程主要在烧结工艺、球团工序中完成。由于烧结性能工序中需要焦粉或无烟煤作为能源，我国铁矿石中主要是酸性脉石，因此需要配加石灰石粉末或生石灰调整碱度，当烧结工艺矿、球团矿完成热加工之后，产生炽热的烧结工艺矿石，球团矿石就必须冷却到常温下再供高炉用。当上述的冷态烧结工艺矿石和球团矿供应到了高炉，则烧结工序、球团工序就需要焦炉的煤气点火和升温，而烧结性能工序则需要以冷态焦粉或无烟煤粉作为能源。2.3铁矿石间接还原过程传统“铁-烧-焦”炼钢过程中，通过对于鼓风炉的铁矿石间接还原铁矿石、直接还原和渣铁熔分等三种过程实现了合理的27Metallurgical smelting冶金冶炼热融合，这三种过程中所需要的全部热能，除了由鼓风带入的一些物理过程显热外，大部分由在高温风口部位的碳点燃化学反应阶段和喷煤点燃化学反应放热阶段所带来。在高温所形成的热能中，部分进行了铁矿直接还原和渣铁熔分的程序，主要以风口燃烧产物和由热风中的N2作为热传播介质，通过辐射以及对流的各种方法来传热给铁矿间接的还原程序。针对铁矿石间接还原的过程之中，主要是在高炉的上半个阶段进行的，而还原剂主要是以CO为首，H2为辅。由于原料层气相中CO和H2的分压比较低、N2的分压最高，因此要求0.2MPa 0.3MPa的较高气相压，来改善铁矿石还原的动力学条件。同时在铁矿的间接还原中，每个铁矿不论粒径为多少，其被还原的温度、气相压强、还原剂等与外界条件都可看作是一致的，铁矿石在高温上半部分经过最终还原之后，将金属化比为百分之七十以下的高热，固态金属化炉料和进行气化过程后剩下的热态煤焦油供应到了高温下半部分，从而完成了铁矿的直接还原流程和渣铁熔分。高温产生的200左右烟气排放高炉体外。经净化后的高热烟气，一部分用作铁矿粉造块的烧结工艺球团循环的燃烧室使用；另外一些利用煤气的干馏过程或成为能源使用，还有一些利用高温热风炉燃烧室的燃烧而产生高温气体，高温空气再由风口部提供到高炉下半部，而其余部门的高热煤气则需直接供给到“铁-烧-焦”体系之外的体系。我们可以发现，这些流程与煤炭的直接干馏和铁矿粉造块等过程一样，并不具有以高热冶金空气或固态为纽带的关联性，而铁矿直接还原过程和渣铁熔分流程却具有以高热冶金空气和高热固态为组带的关联性。2.4钢铁制造流程的动态运行与界面技术（1）钢铁生产过程动态与有序运行过程中的动态耦合研究，钢铁生产过程段有序运行，实现非线性相互作用与动态耦合是现代钢铁冶金工程设计方法的主要内容，重点体现在钢铁生产过程中区段运行的有序化、界面技术协调化与生产过程网络合理化。各种工艺/设备在其动态有序工作流程中的动态耦合是流程形成动态结构的主要标志。（2）钢材生产过程中工艺技术的协同化，称为“界面工艺技术”，其主要是指相比于在钢材生产过程中铸铁、炼钢、铸锭、初轧（开坯）、热轧等其他主体施工相互之间配合、协同，通过应用工艺技术及相关的装置（装备）。“界面工艺技术”不仅仅包含相关的工艺技术、装备，还包含空合理搭配、设备数量（容积）相匹配等一整套的工艺技术。“界面工艺技术”重点反映完成生产物料流（应包含流速、成份、组织、形态等）、生产电能流（包含一次性电能、两次电力及其用能终端等）、生产温度控制、生产工作过程时间和空间定位等基础技术参数的连接、配合、协同、稳定性等技术方面。“界面工艺技术”是在生产单元的工序功能优化、作业程序优化和生产网络优化等过程设计创新技术的基石上，而发展起来的关于工序内部关系的协调优化技术手段，涵盖了同一操作工序内部的相关协作优化或多操作工序内部相关的协作与优化。3 传统钢铁冶金工艺发展现状3.1生产规模扩大随着社会的进步发展以及钢铁冶金工程产业竞争越来越激烈，企业的规模扩大，钢铁冶金行业发展也得到了发展。尽管中国钢铁冶金公司数量的日益增多，生产的规模开始快速提升。但是从整体层面而言，相关产业的发展水平没有非常明显的提高，甚至我国社会领域中所应用的资源，需要进行产品的进口。3.2工艺技术水平高但是产品存在问题近年来，我国在钢铁冶金生产的过程中，已经开始重点进行国外现代化设备和技术的引用，传统类型和落后类型的技术开始被现代化技术所替代，能够提升工艺技术的应用水平。但是，从相关产业的产品情况来讲，存在结构不合理的问题，主要原因就是缺少技术含量很高、附加值很高产品的开发实力。3.3余热利用方面的现状产业生产和发展期间目前虽然已经开始重视余热方面的利用，但是缺乏较为完善的利用方式和利用机制，只重视400以上余热的应用，缺乏对300左右余热的应用，很容易出现热量损耗的现象。4 钢铁冶金等产业发展问题4.1资源应用效率问题近年来一些不法人员为了能够获取到更多利益，出现金属矿藏随意性开发和开采的现象，这样不仅会导致原本较为良好的生态系统受到严重的危害，还会使得资源的利用效率降低。4.2经济发展的问题部分企业中的技术非常落后，不能积极引进现代化的技术和非常先进的设备，无法通过较为先进的科学技术和设备等提升生产效率和水平，所生产的产品也存在问题，缺少一定的附加值，对效益的发展造成制约。4.3产业结构问题由于我国很多冶金企业都是将工程项目建设到资源储备池较为接近的地区，而多数工程建设位置都是大型或是重型的县城，在生产过程中不仅很容易对周围区域的居民身体健康造成危害，还会出现整体产业不合理情况。5 钢铁冶金行业的未来发展优化5.1持续性的引进先进的科学技术为了可以更好的实现钢铁冶金产业的可持续发展，就必须把现代化技术、工艺、设备等，投入到产业生产层面，例如：采用先进的智能化、大数据等技术措施，将其和生产技术有机整合，增强生产工作的数字化水平、智能化程度，使得企业能够向着良好的方向进步。首先，在使用现代化技术的过程中，应重点注重产业的转型升级，利用现代化技术研究开发更多具备一定28Metallurgical smelting冶金冶炼附加值的产品，同时还需详细研究和分析目前国内外的生产技术创新改革经验，按照本企业的实际情况和生产特点，借助现代科学技术进行产品的创新。其次，企业在使用先进技术的过程中还需重点进行运营管理模式的改革和优化，构建和产业链上游企业、下游企业之间相互沟通交流的信息共享平台系统，强化企业和其他企业之间的沟通协作，在相互合作的过程中共同努力研究技术创新和产品创新的方法。最后，应充分认识到科技又可以给人类社会在认识自然界中带来的重要“武器”，但是也可能会导致产业的发展受到不利影响，因此企业在工作中应重点关注先进科学技术应用的研究，在引进现代化技术之前开展实验分析活动，模拟生产工作的情景，对比分析不同技术的应用效果和水平，从而选择最佳的技术措施，在确保产业良好生产的同时，减少能源消耗、资源的损耗，满足低碳环保发展的需求。5.2把环境保护理念落实在冶金工业生产的全过程中近年来社会经济快速进步的同时，也出现了资源浪费问题和环境污染问题，人们开始积极倡导绿色环保的理念。而钢铁冶金生产期间，所排放出来的废水和废弃物，都可能会对环境造成污染，甚至还会由于重金属元素排放量过高，而使得水体污染、土壤污染等，不仅对生态环境的可持续发展造成制约，还会影响企业的社会形象，甚至还会导致企业由于违反国家的低碳环保节能政策，缴纳很多的罚款。因此在企业生产过程中应切实意识到环境污染问题的严重性，形成正确的观念意识，在日常生产期间要注意利用最领先的科学技术手段来提高能量效率，从而降低冶金产品加工对其能量的耗费。另外还需注意，企业应积极引进污水和重金属污染物处理技术的引进，采用先进的污水处理设施、重金属污染物处理设施等，预防所排放的废弃物对环境造成污染，遵循节能环保的原则，促使产业的可持续发展。5.3实现钢铁冶金的自动化发展当前我国钢铁冶金企业在发展期间，除了要引进现代化工艺之外，还需重点关注信息技术和智能化技术的运用，例如：采用人工智能技术进行各个生产环节的管控，自动化监测每个生产工作、每道工序的情况，通过设置监测阈值，一旦发现生产环境温度数值、湿度数值或是质量检验数值等达到或是接近阈值的指标，就要及时进行生产环境的管理，严格分析质量问题的发生原因和情况，针对性进行解决和应对，确保所生产产品的质量能够与相关标准要求相符，使得企业能够在现代化技术水平的支撑下提高中国冶金工业的整体发展能力。5.4强化政府部门的监督管理企业在实际生产期间，政府部门应该将自身监督管理的职能作用充