目前,我国钢产量已达到5.6亿吨;钢铁产业耗能为全国总能耗的15%以上、钢铁行业CO2排放量近10亿吨。降低钢铁产业的资源和能源消耗,减少CO2排放已成为我国钢铁产业可持续发展面临的一个重要课题。钢铁产业能源的消耗和CO2的排放量不仅在钢铁本身的生产过程中产生,其生产所需的合金、辅料等过程也要消耗大量的资源、能源和排放大量的二氧化碳。因此,减少这些合金、辅料的消耗量也是这个课题中一个重要组成部分。
但是,我国目前的炼钢生产中普遍存在着合金、辅料利用率低下的题目。比如,金属钙利用率为10-20%,金属镁利用率25-55%,铝利用率30-80%,造渣材料石灰利用率不到60%,作为国家战略物质的稀土利用率也很低。这就带来以下几个方面的题目,一是大大增加了合金、冶金辅料的消耗量,增加了炼钢本钱,同时增加了全流程的能源消耗和二氧化碳排放;二是达不到稳定良好的冶金效果;三是若操纵不当,加进的合金不能以合金元素的形式进进钢液,往往被氧化形成氧化物夹杂危害钢液质量,这种“过剩”的辅料,又会成为钢的新的污染源。
因此,如何在现有钢铁生产流程上开发低耗环保炼钢新工艺,以保证获得较高的合金和辅料收得率,降低消耗及温室气体排放,显然具有重要意义。
最近,以沈阳东北大学冶金技术研究所为代表的我国冶金专家提出了一种“低耗环保型底喷炼钢新工艺”,通过冶金反应器底部或侧部喷进脱氧、脱硫、脱磷的粉剂及特殊气体等,可以在较短冶炼时间内,使各冶金反应迅速进行,接近反应平衡,明显进步冶金辅料及合金利用率,降低有害元素含量,从而实现脱氧、脱硫、脱磷、夹杂物变性和微合金化等过程的高效低耗环保化。
这种新工艺的最大特点是改传统的“顶喷”为“底喷”,其核心发明技术是“狭缝型喷粉元件。”初步工作表明:用这种狭缝型喷粉元件进行底喷粉铁液脱硫预处理,均匀脱硫率达72%,较之常规顶喷粉47%的均匀脱硫率,脱硫效果明显进步;而且,底喷粉喷吹粉剂时,液面波动较小,不出现喷溅现象,而通常顶喷粉喷吹粉剂时,液面波动较大,轻易出现喷溅现象。底喷粉渣量很少,由此裹带的金属珠也很少,脱硫剂利用率高,脱硫粉剂消耗量小。相比之下,顶喷粉渣量较多,由此裹带的金属珠也很多,脱硫剂利用率较低。底喷电石粉引起铁液温降为22℃,而顶喷粉造成铁液温降为30℃。底喷粉由于免往了顶喷枪运行及预备时间等,处理周期大大缩短。用狭缝型喷粉元件进行钢包底喷粉脱氧精炼处理的实验结果表明:铝的收得率达到90%,而且反应较充分,成分较均匀。而在传统工艺中,铝进进钢液渣面,与渣中以及空气中的氧化合成Al2O3而严重影响铝的收得率。
初步工作结果表明,上述“低耗环保型底喷炼钢新工艺”具有物料利用率高、冶金效果好、节能环保等优点且投资省、操纵简单、安全可靠。因此该工艺很有希看成为一种具有重大经济效益和社会效益的新型炼钢工艺。