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與廢鋼電爐短流程相比,高爐加廢鋼是否更節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟?

作者:24發(fā)布時間:2019-01-18
 

  與使用鐵礦石的高爐—轉(zhuǎn)爐長流程相比,廢鋼電爐短流程具有節(jié)能和環(huán)保的絕對優(yōu)勢。多用廢鋼煉鋼是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。隨著我國廢鋼積蓄量和產(chǎn)生量的快速增加,發(fā)展廢鋼電爐煉鋼已成為降低我國鋼鐵生產(chǎn)巨大能量消耗和解決環(huán)保問題的有效手段,成為新的發(fā)展熱潮。

  然而,當(dāng)考慮高爐也能夠使用部分廢鋼替代鐵礦石煉鐵時,廢鋼電爐流程能否依然保持在節(jié)能和環(huán)保方面的優(yōu)勢?換言之,高爐加廢鋼比電爐用廢鋼能否更節(jié)能和更環(huán)保?此外,在目前廢鋼電爐短流程的噸鋼成本并沒有優(yōu)勢的情況下,將廢鋼加到高爐里,是否能更好地體現(xiàn)廢鋼的經(jīng)濟價值?明確這些問題,無疑對我國未來廢鋼的合理使用以及鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展有重要意義。

  高爐加廢鋼的節(jié)能效果

  首先,廢鋼作為一種金屬鐵料,是完全可以部分替代其他含鐵爐料在高爐中使用的。這一點在理論上和國內(nèi)外實踐上,均得到充分證明。歐洲和北美的許多高爐爐料中,都有數(shù)量不等的廢鋼等金屬料,最高超過200kg/t。

  廢鋼替代鐵礦石的節(jié)能效果,體現(xiàn)在有效地降低高爐燃料比和提高高爐產(chǎn)量上。國外的某經(jīng)驗數(shù)據(jù)是,噸鐵加100kg廢鋼,降低焦比30kg/t,提高產(chǎn)量4%~6%。這是因為,廢鋼在高爐內(nèi)只是一個加熱熔化過程,無需巨大的還原耗熱和較長的冶煉時間。

  每噸廢鋼在高爐內(nèi)的熔化熱量折算標煤約為34kg。高爐的能量利用率按85%計算,則高爐增加能耗40kgce/t廢鋼。此外,廢鋼加入高爐熔化后,會發(fā)生滲碳反應(yīng)和還原硅的融入,生成含碳4.5%和含硅0.4%的鐵水,由此多消耗一些焦炭。估算使用廢鋼的高爐工序能耗約為104kgce/t鐵水。此鐵水在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中,因含碳含硅,提供了冶煉過程所需的部分能量,總的能耗基本沒有增加,甚至?xí)?ldquo;負能”煉鋼。最終在高爐—轉(zhuǎn)爐流程中使用廢鋼的工序能耗估算為115kgce/t鋼。

  對于全廢鋼電爐,其主要用電能來加熱熔化廢鋼和進行后續(xù)的冶煉,其中加熱熔化耗電約380kWh/t鋼,總的工序能耗約為186kgce/t鋼。由此可見,廢鋼用于電爐的工序能耗大大高于用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程。高爐加廢鋼具有突出的節(jié)能效果。

  高爐加廢鋼的CO2減排效果

  廢鋼用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程的CO2排放來自高爐消耗的焦炭,以及含碳鐵水在轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫碳反應(yīng)。將以煤氣方式帶走的碳考慮在內(nèi),全部的CO2排放量估算約為380kg/t鋼。這僅為使用鐵礦石的高爐—轉(zhuǎn)爐流程CO2排放總量的1/5。

  當(dāng)不考慮電的間接CO2排放時,廢鋼電爐流程的直接CO2排放量是非常低的,僅約150kg/t鋼,不僅大大低于傳統(tǒng)的鐵礦石高爐—轉(zhuǎn)爐流程,也比廢鋼用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程減少一半以上,環(huán)保優(yōu)勢十分突出。

  然而,如果電爐使用的電能是來自煤炭火力發(fā)電時,將火電的CO2排放量計算在內(nèi),則廢鋼電爐流程的CO2排放總量要達到630kg/t鋼左右,比廢鋼用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程多250kg/t鋼。

  我國是以煤炭火力發(fā)電為主的國家,火電比例占70%以上。因此,在大多數(shù)情況下,廢鋼用于電爐的最終CO2總排放量,將高于用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程。簡言之,將廢鋼用于高爐會更環(huán)保。

  高爐加廢鋼的經(jīng)濟性

  在當(dāng)前的鋼鐵原燃料價格體系背景下,高爐加廢鋼替代鐵礦石會使鐵水成本上升,進而帶來最終鋼水成本的增加。但與全廢鋼電爐流程相比,高爐加廢鋼會表現(xiàn)出更好的經(jīng)濟性。

  二者比較的區(qū)別首先在于,在相同的廢鋼價格下,高爐加廢鋼的成本增加主要是消耗的高爐固體燃料(焦炭﹢煤粉)費用。估算噸鋼消耗為80kg焦炭﹢40kg煤粉,成本約200元/噸。而全廢鋼電爐的電耗費用將達350元/噸左右,二者相差明顯。即使同時考慮高爐—轉(zhuǎn)爐流程和電爐流程的其他費用差距,一般也難以彌補上述差距,甚至可能會擴大。

  高爐加廢鋼的另一個經(jīng)濟優(yōu)勢是,可以有效使用低級或劣質(zhì)廢鋼。由于高爐有強大的還原能力和熔煉能力,以及非常高的能量利用率,可以用最小的能耗代價和成本代價,來消納氧化鐵和非金屬雜質(zhì)含量高的多種低級或劣質(zhì)社會廢鋼。

  在應(yīng)用廢鋼的便利程度方面,高爐也體現(xiàn)出其優(yōu)勢。廢鋼只須要被加工成滿足高爐需要的一定粒度,即可利用高爐現(xiàn)有的料倉及上料和布料系統(tǒng),裝入高爐使用,實現(xiàn)節(jié)能減排和降低成本的生產(chǎn)效果。而且由于高爐產(chǎn)能巨大,爐料中僅配少量的比例,就能消耗總量巨大的廢鋼。如爐料中配加5%,一座2000m3高爐每天可消耗370t廢鋼,推算到全國高爐生產(chǎn),則每年可消耗5400萬噸廢鋼。

  對于廢鋼電爐工藝而言,要提高其經(jīng)濟性,就必須大幅度降低電耗。通過廢鋼的預(yù)熱和熔煉工藝的技術(shù)改進,能使電爐的電耗大幅降低,從而縮小了廢鋼電爐流程與高爐—轉(zhuǎn)爐流程的產(chǎn)品成本差距。如某先進電爐工藝,據(jù)稱全廢鋼電耗可低至250kWh/t。這些須要對現(xiàn)有裝置進行較大的設(shè)備改造,甚至是建設(shè)全新的電爐生產(chǎn)系統(tǒng),都要付出巨大的投資代價。

  至于當(dāng)前普遍采用的電爐“吃”鐵水來降低電耗和生產(chǎn)成本的方法,則恰恰為高爐—轉(zhuǎn)爐流程的經(jīng)濟性,以及廢鋼加入高爐的經(jīng)濟價值提供了佐證。

  綜合評價,以煤炭火力發(fā)電為基礎(chǔ),在當(dāng)前條件下,高爐加廢鋼會比電爐使用廢鋼更節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟。

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