冶金技术在钢铁工业低碳发展中的应用研究

冶金技术在钢铁工业低碳发展中的应用研究

周志宾,徐文渊

日照钢铁控股集团有限公司  山东日照  276806

摘要：现阶段，在我国工业化建设的高速发展趋势下，促进了社会经济建设的迅猛发展，尤其是伴随着我国改革开放的步伐逐步加快，社会整体对钢铁的需求不断增多，既为钢铁行业创新提供了良好机遇，也为钢铁行业发展带来了严峻挑战。为了保证钢铁生产工作高效开展，就要倡导标准化新思路的构建，在注重提高经济效益同时，更应着重开展钢铁冶金技术低碳发展工作，在保证产品质量的基础上，提高生产效率。文章对冶金技术在钢铁工业低碳发展中的应用展开深入的研究，帮助提升企业管理水平。

关键词：冶金技术；钢铁工业低碳发展；应用研究

引言

制造业通常是一个国家能源消费量及二氧化碳排放量最大的行业，尤其是在发展中国家。而作为制造业支柱的钢铁业，在节能减排的方面具有巨大潜力。中国的钢铁工业在过去几十年中蓬勃发展，在过去8年中一直引领世界市场。中国粗钢产量已从2000年的9536万t/年增长到2013年的7.82亿t/年，年增长17%~57%。然而，随着钢铁产量的不断增长，与能源消耗和二氧化碳排放相关的问题也相继涌现。

1钢铁冶金工作概述

（1）钢铁冶金工作内容。在我国科学技术发展水平不断提高的背景下，钢铁冶金行业发生了较大变化。在现代化发展趋势下，钢铁行业使用的冶炼转炉工艺，具体分为三种类型，第一种是钢铁转炉之后形成的大型高炉；第二种是在过氧还原冶炼炉中进行锻炼燃烧，之后在电炉中煅烧；第三种是合炉，主要是指使用熔融炉在还原之后，在回转炉进行锻炼燃烧。考虑到目前社会整体对钢铁高炉改造技术提出了严格要求，在保证钢铁高炉产量的基础上，在钢铁高炉大型化规模生产改造方面，需要投入更多的时间和精力。现阶段有多种新型的钢铁冶金方法被广泛应用，不仅能够提高我国钢铁冶金生产效率，也能达到降低能耗和环保减排的目的，在新型先进技术的辅助下，有助于实现绿色经济发展目标。（2）遵循国家标准和行业标准制定标准。随着我国钢铁企业向着国际化的方向前进，致力于成为国际一流的企业，标准化工作制定成为了行业的先进管理理念，对于钢铁冶金设备管理与维护标准化工作，受到了国家和社会的重点关注，制定行业的行为准则，让钢铁企业能够顺应时代的发展，抓住新时期带来的机遇与挑战，成为了提升企业整体管理水平和综合实力的有效途径。如何标准化的进行作业，要通过建立健全的管理体系来约束日常工作，创新钢铁冶金设备的管理模式，为标准化工作打好基础。

2低碳减排的理论综述

低碳减排的理论内容可以分为两个组成部分，对应为低碳经济、节能减排，这两项内容之间具有相对严格的顺序，首先是推动低碳经济，在经济发展实现低碳后方可推动节能减排，进一步减少能源的消耗以及各类对环境有污染的废弃物的排放。所谓低碳经济就是通过对钢铁工业等进行创新，或者在政策措施的支持下，实现现有经济发展状况上的突破，创设出一种全新的、温室气体排放较少的经济发展模式。基于此，低碳经济的核心内容是清洁能源的开发以及使用，钢铁工业的创新与改善，低碳经济的目标则是减轻气候变化，促进人与自然的和谐发展。节能减排的概念最早出现在《国民经济和社会发展十一个五年规划纲要》中，认为节能就是对能源使用的管理，通过技术上的创新，在确保经济合理、环境与社会可以承受的情况下，最大程度减少能源和材料的使用，以及能源、材料使用过程中可能发生的损失。减排则是减少各类污染物、温室气体、重金属物质与放射性物质的排放，避免钢铁工业产生并排放污染环境的物质。

3冶金技术在钢铁工业低碳发展中的应用

3.1碳捕集和存储技术

碳捕集和存储技术（CCS）就是将钢铁冶炼过程中产生的CO2通过特殊的方式收集起来，通过已经建设好的输送管道收集将二氧化碳封存在地底或者海底，国外的COURSE50与UL‐COS项目均在CCS方面展开研究，而且CCS已经成为该项目的重要支柱技术。日本的COURSE50项目对CCS技术加以运用，预期目标是收集和封存钢铁冶炼过程中产生的二氧化碳量达到二氧化碳总量的20%，为达成这一目标，日本的JFE公司投入研究开发了处理能力为3tCO2/d的装置，使用到PSA物理吸附技术，此外，还有使用化学吸附剂的二氧化碳捕集装置，其二氧化碳捕集能力相对较低，仅为1tCO2/d，但这种技术的成本相对较低，预计每吨二氧化碳捕集成本为2000日元，具有推广应用的可行性，目前，关于碳捕集和存储技术的研究仍在不断深入，未来该项技术仍存在更新空间。CCS技术被人们看作减少温室气体排放的重要技术，而且该项技术在现阶段已经取得不错的应用效果，但如何对捕集到的二氧化碳进行安全有效处理也是值得深入研究的课题，如果没能做到CO2的开发利用，也会造成资源的浪费。

3.2低碳高炉炼铁技术

（1）以氢代焦。氢气作为一种绿色无污染的清洁能源，在新能源开发中占据重要的地位。长期以来，世界各国都在研究氢气替代其他能源的方法，其中也包括炼铁行业。在2018年，德国蒂森克虏伯集团就开始尝试以氢代焦的炼铁方式，并通过与液化空气公司的合作，来保证氢气炼铁过程中的氢气供应。（2）竖炉铁焦。除了通过氢气替代焦炭进行钢铁冶炼之外，使用竖炉铁焦法也能够减少钢铁冶炼过程中的二氧化碳排放量。日本钢铁公司在21世纪初期年开启竖炉法铁焦项目，将黏结性煤与铁矿石进行粉碎处理后，使用黏结剂将其按照一定比例，通过竖炉的炭化形成的铁焦作为新型炉料投入钢铁冶炼，在降低了焦炭使用量的同时，保持了钢铁冶炼的正常进行，从另一个侧面减少了二氧化碳的排放。（3）煤气循环。除了以上的方法外，还有一种方法可以通过提升能源利用率来达到二氧化碳排放减少的效果。21世纪初欧盟钢铁技术平台正式开启了超低二氧化碳排放炼钢工艺研究项目（简称ULCOS），通过顶炉煤气循环技术将炼铁过程产生的气体进行收集，分离其中的二氧化碳与一氧化碳，并将分离出的一氧化碳重新吹入炉内，从而减少焦炭的用量，减少二氧化碳的排放。经过实际操作证明，通过这种方式可以相较以往减少26%的二氧化碳排放，而顶炉煤气循环工艺也已经成为工业规模高炉实验的首选方案。

3.3核能制氢炼钢技术

核能制氢炼钢技术是基于以氢代焦的低碳高炉技术与氢气竖炉还原炼钢技术而出现的，由于核反应堆在运转过程中产生的氢气与电能可以直接用于钢铁冶炼，因此核能制氢炼钢也有着相当的发展前景。韩国原子能研究院与浦项制铁公司（POSCO）早在2009年就开始牵头研发原子能制氢的技术，并于2010年5月成功开发超高温反应堆。通过核反应产生的电能与氢气进行钢铁冶炼，不仅可以实现二氧化碳减排，还能够有效控制钢铁冶炼成本。

结语

综上，冶炼技术不断发展的新时期钢铁制造业发展得到巨大的发展进步，当前钢铁冶金企业受到技术力量、场地等的制约，新时期的节能降耗任重道远，钢铁工业低碳发展在新时期面临严重挑战，行业的竞争越发激烈。基于此需要在管理流程中增加管理，最大可能实现行业的健康发展。

参考文献

[1]徐树彪，周大伟.服务有色冶金助力低碳发展[N].中国有色金属报，2021-04-08（3）.

[2]潘晓娟.推动绿色布局，中国钢铁让世界更美好[N].中国经济导报，2021-03-31（6）.