活动报道

首页
>学术交流>活动报道

“绿色制造节能减排降碳系列讲座”第四讲转炉工序开播

发布时间:2022/06/08

访问量:

字体:[ ]
   
分享到:

由中国金属学会、冶金工业出版社、全联冶金商会、建龙集团共同组织的“绿色制造节能减排减碳系列讲座”第四讲“转炉工序”于2022年5月26日上午线上播出,中国工程院院士、中国金属学会理事长干勇和冶金工业出版社党委书记、社长苏长永分别致辞,充分肯定了系列讲座对行业绿色低碳发展的重要意义和推进作用,苏长永书记介绍了出版社服务行业发展及明年出版社成立70周年的出版计划。

北京科技大学教授朱荣做了《转炉炼钢节能减排先进技术综述》的报告,他介绍了转炉过程节能减排先进技术-转炉炼钢一书的编写背景、我国在转炉炼钢存在的问题,并提出钢铁工业碳中和的具体路径包括6个方面:1)全流程系统能效提升:通过节能技术改造与装备升级,力争做到全系统能效极致提升;2)流程优化创新:通过优化原料结构、工艺结构和用能结构,创新钢铁制造工艺流程,提升流程的效能,较大幅度的减少二氧化碳排放;3)资源循环利用:将钢铁生产流程产生的固废、废水、废气等资源,通过钢铁或相关产业循环高效再利用,实现资源价值最大化,推动钢铁行业及全社会的减污降碳;4)冶炼工艺突破:在关键技术寻求变革性创新,实现原有冶炼工艺向低碳、“零碳”冶炼的跨越性突破;5)基于钢铁产品全生命周期评价的钢铁产品性能升级:使钢铁材料具有更高效能、更高强度、更高寿命和全生命周期低碳;6)二氧化碳捕集封存利用技术:如冶金副产煤气和烟气CO2高效低成本富集提取技术、二氧化碳矿化固定技术、CO2在钢铁制造流程的资源化利用技术、二氧化碳催化合成制造化工产品技术、二氧化碳封存驱油技术等。

朱荣教授提出开发非碳炼钢技术的设想,利用绿氢、绿电和非碳原料的全废钢短流程炼钢,碳排放强度可以达到0.066吨,为目前的8%左右,着重介绍了二氧化碳在炼钢中的资源化利用技术及发展。通过多种气体(N2、Ar、CO2)和粉剂(CaO/CaCO3)喷入熔池火点区以及用同位素测量CO2的反应率等实验,发现了喷吹CO2具有减少烟尘排放、降低点火区温度、降低炉渣铁损和增加转炉煤气等多方面作用。朱教授研究团队开发了CO2-O2混合喷吹炼钢工艺技术,并在首钢京唐建设了世界首套“炼钢用石灰窑尾气回收CO2系统”,建成了“工业尾气→CO2回收→炼钢利用”的CO2规模化利用国家示范项目基地,实现了CO2大批量、高效、有价转化利用,开创了“以废治废”的新模式,是温室气体高效利用的成功创新。

钢铁研究总院原总工程师刘浏做了《高废钢比转炉冶炼与装备技术》的报告,认为过去30年中国钢铁迅速崛起的技术原因是正确选择了以矿石为基础的高炉-转炉高效生产流程,突破了钢铁发展的一系列约束瓶颈。但是国内钢铁工业的发展如今也面临诸如能耗高、CO2排放量高等突出的结构性问题。遵照国家提出的“控制产能,提高效益”的发展方针,如何实现钢铁工业“碳达峰碳中和”的发展目标,刘总认为2030年前应采用以下措施减少碳排放:1)深入节能减排技术的开发与应用,争取降低综合能耗10%,总能耗降低到5.13亿吨标准煤;2)加快调整原料结构,力争铁水消耗≤700kg/t,废钢比≥33%,可降低总能耗0.58亿吨标准煤;3)2030年“碳达峰”时钢铁总能耗降至4.55亿吨标准煤,当量计算CO2排放总量减少8.48亿吨,相当于2020年钢铁工业总能耗和当量CO2排放量的79.8%。钢铁工业在达到碳达峰后,进一步实现碳中和必须进行全行业的能源变革,主要途径有:1)在绿色能源和制氢技术发展的基础上,尽快研究应用氢冶金;2)采用CO2分离和改质技术,研究开发新一代无CO2排放的炼铁新工艺。同时认为,当前情况下,研发高废钢比转炉技术是适宜国情、满足“双碳”发展目标的最经济炼钢方法,预测高废钢比转炉将成为炼钢技术发展的主导方向,其根本原因有:1)我国90%以上的钢水由转炉生产;2)转炉利用富裕热量熔化废钢,能耗和生产成本最低;3)采用预热技术将废钢比可提高到35%,可满足转炉热平衡及二氧化碳减排的需要。刘总认为通过废钢离线预热、快速装料和高效冶炼技术,可将转炉废钢比提高到40%,降低炼钢能耗20.5%,降低全国钢铁总能耗0.85亿吨标准煤;他同时指出炼钢热补偿的最佳方法是废钢预热,对采用铁水冶炼的转炉和电炉,采用煤气回收与离线废钢预热的方法热效率最高,成本最低。此外,刘总重点介绍了转炉高废钢比高效冶炼的关键技术有善造渣工艺、提高转炉热效率与作业率和改善废钢的快速装入方法。

王新华教授做了题为《降低炉渣排放量的炼钢工艺技术进展》的报告,通过日本钢厂以及国内典型钢厂在转炉炼钢过程中的少渣炼钢、留渣双渣工艺分析,介绍了降低炉渣排放量的技术进展,转炉工序的钢渣包括铁水预处理及转炉炼钢产生的钢渣。KR铁水脱硫广泛应用于铁水预处理,具有脱硫效率高(~5ppm)、脱硫渣容易扒除(转炉增硫少)和生产成本低(脱硫剂便宜)等特点,但也存在使用后的脱硫渣内部未反应的CaO达50%,在冷却过程中易膨胀破碎等问题,将该渣以60%的比例配入脱硫剂中循环使用,可以获得良好的脱硫效果,使总渣量减少30%。在铁水脱磷预处理少渣炼钢实践中,利用低温有利于脱磷的原理,温度由1600℃度降低到1300℃,脱磷反应常数可提高26500倍。

铁水脱磷预处理可在铁水罐、鱼雷罐和转炉中进行。采用铁水罐、鱼雷罐进行铁水脱磷预处理具有不需要专用脱磷转炉、生产影响较小及能生产超低磷、极低磷钢的优点。如日本JFE将鱼雷罐铁水脱磷处理渣碱度由2.0降低至1.6,可以不使用萤石、Na2CO3而能够快速成渣。

采用转炉进行铁水脱磷预处理的优点是:1)反应空间大,脱磷效率高;2)不需要预先脱硅处理;3)炉渣碱度低(~2.2),稳定化处理较容易;4)废钢比高(~12%);5)能够生产超低磷、极低磷钢。转炉“留渣+双渣”炼钢工艺(MURC)工艺的优点有:1)废钢比与传统转炉工艺相当;2)石灰消耗降低40%左右;3)渣量减少30-35%。其存在的缺点是冶炼周期变长;不适用于生产超低磷、极低磷钢。

王新华教授最后呼吁要从钢材全生命周期评价的角度对钢铁产品从原材料的采集到生产、使用和最终处理的整个过程周期内的资源消耗和环境影响进行评价,讨论减少炼钢炉渣量的问题;钢铁企业不能局限于钢铁生产过程本身,必须结合原材料选用、下游用户加工制造、最终产品的使用和回收,从全生命周期的角度考虑产品的环境影响,并以超低碳汽车钢板[P]含量内控标准问题为例进行了分析说明,能够满足客户要求即可。

首钢一级科学家杨春政博士做了《转炉炼钢节能减碳的探索与实践》的报告,从高炉-转炉流程减碳目标与策略分析、高效快节奏是节能减碳的快赢机会、优化提升工序界面管控降低能量耗散、二氧化碳捕集与转炉炼钢过程应用以及转炉底喷粉高效冶炼技术等方面进行了阐述,认为转炉炼钢节能减碳的路径主要有:1)全流程高效化生产;2)界面技术优化;3)智慧炼钢;4)二次能源回收利用;5)固废资源化利用;6)低温低碳氧积冶炼;7)降低钢铁料消耗;8)降低辅原料消耗;9)降低能源介质消耗;10)产品高性能优化等10个方面,并对宝武集团和韩国浦项钢铁公司碳排放目标和路径进行了介绍,宝武集团计划在2035年将吨钢碳排放量降低至1.3吨,较2020年降低30%;韩国浦项钢铁公司制定了提高流程效率、更多利用废钢和绿氢绿电的三步走的碳中和转型路线图。杨春政博士指出冶金过程的能量耗散是温度和时间的正比例函数,物质流低温高效快节奏运行是实现节能减碳的最佳机会。着重介绍了首钢京唐的冶炼实践,通过提高供氧强度、缩短吹炼周期;扩大出钢口尺寸缩短出钢时间;优化护炉工艺缩短溅渣时间;实施专线化生产加速钢包周转和提高连铸拉速缩短浇钢周期等措施,首钢京唐2022年1~4月份转炉工序能耗降低至-27.3kgce /t 、炼钢工序能耗降低至-13.1kgce/t。杨春政博士还重点介绍了二氧化碳捕集及在炼钢中的应用技术和转炉底喷粉高效冶炼技术。炼钢工序二氧化碳资源化利用,是典型的碳减排技术,是对炼钢工艺的大胆创新。转炉底吹O2 -CO2-石灰粉炼钢新技术,该技术创新性地采用O2和 CO2混合载气将石灰粉从炉底喷入,开发了智能化喷粉控制系统,建立了转炉底吹氧气石灰粉工艺在线监测预测系统。并在首钢京唐300吨脱磷转炉开展应用,试验期间,单个底吹元件在线周期2个月,侵蚀速度≤0.3mm/炉,单支枪喷粉强度达到160kg/min,实现石灰完全底部吹入。

在“双碳”形势下如何加大钢铁工业余热余能的回收利用,提高余热利用效率,尤为重要。本次讲座就转炉余热回收技术安排了两个报告。来自中冶京诚的杨源满高级工程师做了《转炉烟气余热回收技术及研究的报告》,北京中冶设备研究设计总院有限公司的果乃涛做了《基于蓄热技术的转炉、电炉余热蒸汽过热提质利用技术》的报告。杨源满从转炉烟气成分、余热回收价值等方面进行了介绍,2000年以来,国内就余热利用开展了大量的研究,申请相关专利百余项,承钢、包钢率先试验,此后中冶南方、宝钢工程、中冶京诚和中冶赛迪等公司相继进行了研究应用,他指出转炉烟气余热回收的难点主要有燃爆、灰堵和磨损,为了阻止三因素的同时出现,应采取以下措施:1)采用除火种装置,转炉高温烟尘颗粒及喷溅的钢渣在进余热锅炉前就拦截下来,使带有足够能量的火种不会进入系统主要换热及净化系统;2)系统设计时烟气管道及余热锅炉均尽量保持管道断面均衡、避免管道断面突变以使其内部流体形成“柱塞流”;3)气密性设计、制造、安装、维护;4)余热锅炉的吹灰等作业在转炉出钢期、装料期安全进行。

近一年来,储热蓄能技术得到发展和重视,尤其是在光伏发电、化工行业熔盐储能技术发展迅速,改技术逐渐引用到钢铁领域。北京中冶设备设计研究总院果乃涛根据其多年来在能源高效利用领域技术研究和现场经验,介绍了转炉蒸汽回收利用熔盐储能自过热提质利用技术的情况,他指出回收的转炉低压饱和蒸汽在汽轮机进行余热发电前会有10%的疏水被汽水分离器分离掉,且低压饱和蒸汽发电汽耗率较低,这样既会降低整个机组的发电效率及发电量,同时低压饱和蒸汽湿度大,会造成机组汽蚀,减短机组的使用寿命。采用蓄热介质吸收存储炼钢过程的高温烟气热量再利用蓄热介质对低压饱和蒸汽进行过热,利用过热后的蒸汽进行发电可有效提高机组的发电量且降低了机组汽蚀,提高能源综合利用效率。通过对比分析导热油和熔盐蓄热式蒸汽提质技术,导热油蓄热式过热蒸汽技术可将低压饱和蒸汽温度提高10-20℃,余热蒸汽为微过热蒸汽,而熔盐蓄热式过热蒸汽技术可将低压饱和蒸汽温度提高到300℃,进而提高转炉蒸汽的品质,可将汽轮机组的发电量提高到30%以上,余热蒸汽加热成过热蒸汽。从投资运行角度,他分析指出采用炼钢蒸汽自过热发电技术投资与饱和蒸汽发电技术资金投入相差不大,但炼钢蒸汽自过热技术回收期快,约为2.3年,热能回收的经济效益非常显著。

“绿色制造节能减排减碳系列讲座”第五讲“电炉工序”将于2022年6月14日上午线上播出,是全国科技工作者日的活动之一,欢迎业界企业及科技人员收看。


Produced By 澶ф眽缃戠粶 澶ф眽鐗堥�氬彂甯冪郴缁�