世界钢铁冶炼技术发展方向

进入21世纪，世界钢铁工业的发展环境发生了深刻变化。炼铁原料质量下降，资源、能源价格高涨，二氧化碳减排问题，都对钢铁制造的各个工序提出更为苛刻的要求。展望新世纪的钢铁技术，就是能够适应这样的环境变化，能综合应对资源、能源乃至环境问题的技术。其核心的课题是“促进环境保护和物质循环”，具体的方针是追求二氧化碳的减排及资源的再利用。在新时期对钢铁业的期待是以资源、能源和环境良好协调的物质循环型社会为核心，实现可持续发展。
　　本文即从这一视点出发，对未来的新钢铁冶炼技术的可能性进行概要论述。原料干熄焦（CDQ）技术随着世界性能源短缺的不断加剧，以及各国环保法律法规的进一步完善，对钢铁企业发展提出了更高的要求，具有节能、环保突出功效的干熄焦技术，成为钢铁企业焦化生产环节中一项重要技术。干熄焦技术是使用惰性气体循环来回收热焦炭显热，回收显热后的循环气体，通过余热锅炉产生高温、高压（或中温、中压）蒸汽。在钢铁企业焦化生产环节中，这种蒸汽可以作为钢铁厂的热源，用来发电。且可避免粉尘和含有有毒、有害物质的雾气对大气环境造成污染。除此之外，它还可提高焦炭的内在质量，使高炉入炉焦比降低2%～2.5%，生铁产量提高1%。因此，已成为国家鼓励推广的项目。当前世界各国已投产、正在施工和设计的干熄焦装置300多套。国际上以日本新日铁、JFE、德国蒂森·斯梯尔·奥托公司干熄焦为代表的技术较为先进。这些公司在扩大干熄焦装置能力、改善冷却室特性、热平衡、物料平衡、自动化、环保等方面采用了最佳化设计。
　　随着干熄焦技术的推广应用，干熄焦设备的高效化、大型化成为20世纪80年代中期以来的发展趋势。建设大型干熄焦装置，具有占地面积小；投资和运行费用低；生产操作、自动控制、维修与管理简便；同时劳动生产率高等优点。20世纪80年代中期以来，日本相继开发设计并建成了单槽处理能力分别为110t/h、150t/h、180t/h、200t/h以上的大型干熄焦炉。最近，我国首钢京唐公司在建的260t/h干熄焦工程建成后，每年可生产蒸汽约110万t。如果这些蒸汽全部用于发电，每年可发电约3亿kWh，减少CO2排放量约24万t（按CDM方法计算）。从国外干熄焦技术发展进程来看，只有干熄焦装置大型化、高效化，才能降低投资成本，提高投资效益，我国干熄焦水平才能上一个新台阶。煤调湿技术煤调湿炼焦工艺（CoalMoistureControl，简称CMC）是“装炉煤水分控制工艺”的简称，是在干燥煤炼焦工艺（将湿煤在炉外预先脱水干燥至水分含量6%以下，再装炉炼焦的工艺）的基础上发展起来的一种通过加热来降低并稳定、控制装炉煤水分的一种炼焦用煤的预处理技术。其核心是不管原料的水分是多少，装炉煤的水分要控制在5%～6%的范围内。此工艺是节能效果显著、提高焦炉生产能力、提高焦炭质量、稳定焦炉生产的新技术。该项技术优点：煤调湿技术可降低入炉煤水分，将其水分控制在一个适宜的目标值，降低炼焦耗热量，增加入炉煤堆密度，提高焦炭质量等。
　　目前，美、德、法、日、英等国家都进行了不同形式的煤调湿实验和生产。尤以日本最为积极主动，先后开发出了三代煤调湿技术。目前，日本85%的焦化厂采用煤调湿炼焦工艺。日本各厂采用煤调湿技术后，提高了焦炉生产能力和焦炭机械强度，减少了炼焦耗热量，焦炭粒度均匀，可多配弱黏结性煤，生产稳定，便于自动化管理。
　　我国近几年煤调湿技术得到快速发展，自2005年起，宝钢、太钢和攀钢都在自主研发建设多管回转式干燥煤调湿装置；济钢自主开发的气流床煤调湿装置也已投产；中冶焦耐也在开发振动式气流床煤调湿装置。2009年，宝钢自主研发的煤调湿设备也成功上线，该项目在工艺上进行了大胆的改进和创新。例如，在国际上首次引入焦炉烟道废气作为载气，此举不但降低了干燥机低压蒸汽的使用量，也有利于控制干燥机系统的氧含量；干燥机主体除尘器入口温度使用循环风机控制，攻克了除尘中结露、积灰的难题。该设备的成功自主集成为宝钢节省投资约5000万元，同时，有效提高了焦炉的作业效率，增加了焦炉煤气发生量，进一步降低了生产成本。
　　“SCOPE21”炼焦技术“SCOPE21”炼焦技术是日本煤炭利用综合中心与日本铁钢联盟从1994年到2008年，历时14年共同开发的，即21世纪高产无污染大型焦炉。该技术是以有效利用煤炭资源、提高生产率以及实现环境/节能技术革新的新型工艺。2008年5月30日，新日铁公司大分厂5号焦炉作为世界最新炼焦技术“SCOPE21”的首台设备正式投产。“SCOPE21”生产工艺，是在焦炉装料前对炼焦原料煤进行快速加热预处理来提高焦炭质量，同时可大幅度缩短炼焦时间（干馏时间）。其结果可望扩大低品位煤炭的应用范围，实现节能。这种新型焦炉与传统焦炉相比有如下四个方面的改进：
　　第一是煤炭资源的有效利用。目前焦炉的原料煤需要大量的强粘结性煤，该技术可将低品位原料煤的配比由目前的20%增加至50%。
　　第二是提高生产率。由于预处理工序的存在可大幅度缩短炼焦时间，且由于干馏炉炉数的减小，可大幅度削减设备（包括预处理设备在内）投资费用。
　　第三是干馏炉产生的NOx锐减30%。防止了粉尘、烟尘等排放，改善了环境。
　　第四是取得显著节能效果。一座年产量百万吨规模的焦炉采用“SCOPE21”炼焦技术，每年CO2排放与传统焦炉相比削减量达到约40万t。中国目前绝大多数炼焦企业仍然采用传统的炼焦工艺，煤调湿技术和干法熄焦尚未大规模推广，和发达国家相比差距甚大。作为世界上最大的焦炭生产和消费国，我国比其他国家更加迫切需要新炼焦技术的开发。SCOPE21技术给出了一个很好的方向，具有一定的借鉴意义。由于各国各地区的煤种不同，在结焦性上的表现也不尽相同。以SCOPE21技术现有的成果和数据，难以涵盖所有煤种和炼焦工艺。