建议推广氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排 本文关键词：转炉，石灰石，炼钢，石灰，氧气
建议推广氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排 本文简介：建议推广氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排北京科技大学冶金与生态工程学院李宏Tel：010-62334059,13331098178，E-mail：[email protected]1、意义节能减排是我国工业生产部门当前的最重要工作之一，钢铁生产过程的节能减排，因其工业规模巨大、污染严重和耗能
建议推广氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排 本文内容：
建议推广氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排
北京科技大学冶金与生态工程学院
李宏
Tel：010-62334059,13331098178，E-mail：[email protected]
1、
意义
节能减排是我国工业生产部门当前的最重要工作之一，钢铁生产过程的节能减排，因其工业规模巨大、污染严重和耗能多而具有更重要的意义。本人从建立生态化工业的角度，经过多年的研究，发现在“煅烧石灰—氧气转炉炼钢”这条工业链上，存在着大量的资源能源浪费，为解决这一问题，提出了“一种在氧气转炉中用石灰石代替石灰造渣炼钢”的新方法，一改几十年来在石灰窑中煅烧石灰，然后把石灰送往炼钢转炉作造渣剂的生产模式，而把石灰石直接加入炼钢转炉，在炉内烧成石灰做造渣剂，把复杂的生产过程简单化，消除了“煅烧石灰—氧气转炉炼钢”过程间的资源能源浪费，并可以减排大量的粉尘和CO?,获得燃料CO。这一方法于2009年4月申请了中国发明专利，2010年4月、5月分别在河北省的石家庄钢铁有限责任公司、武安鑫山钢铁公司成功地进行了工业试验，证明了这一炼钢方法安全有效可行。
2、
现行转炉炼钢生产模式和新方法的比较
图1中粗线所框是钢铁生产过程中的炼钢工序的位置，现行的转炉炼钢生产模式在加入铁水的同时，要加入石灰等造渣，加入冷铁料以降低炉温。
铁矿粉
炼焦煤
烧结
炼焦
烧结矿
焦炭
炼铁
石灰石
铁水
石灰等
炼钢
冷铁料
钢坯
轧钢
钢材
图1
钢铁生产过程及其中炼钢工序的位置
石灰是造渣原料，由石灰石煅烧而成，在现行生产模式下从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程如图2所示。
石灰石
煅烧炉
CO?
大部分
排放
加热
石灰
降温
吸潮
炼钢转炉
铁水+冷铁料
H?O
石灰粉尘
排放
炉渣
粉尘
图2
现行生产模式下从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程
由图2可见，从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程中有大量的能量浪费和CO?排放，一百多年来这种情况一直没有改变。本人提出的新方法，着眼于消除图2过程中的能量浪费和CO?排放，生产过程如图3所示。可见不仅消除了上述的问题，还能够从CaCO?分解的CO?与铁水反应中得到CO，作为能源和化工原料。由比较可知，这是一种清洁、优越的生产方法，对于中国来讲，因钢铁产业规模巨大而更显其意义重大。
CO
石灰石
炼钢转炉
回收
铁水+少量冷铁料
炉渣
图3
新方法模式下从石灰石到在转炉中转变为炉渣的过程
3、
预期的经济和环境效益
按照新方法用石灰石代替全部石灰，因此可以减少使用高价的冷铁料，用铁水来代替，这样可以使原料成本降低，回收煤气的炼钢厂还将大幅度增加煤气回收量，即使非常保守地计算，也可使吨钢成本节约20元以上。
如果全国都采用这种模式生产且回收煤气，按转炉钢产量为5亿吨/年计算，将减少冶金石灰生产约2500万吨/年，石灰生产过程带来的大量污染可以消除，而无须安装环保装置；转炉炼钢成本将节约100亿元以上/年，钢铁企业可显著增加收益；增加回收的煤气按CO计算可达1200万吨以上/年，作为燃料和化工原料，相当于几个天然气田的年产量；减少CO?排放2000万吨以上/年，相当于从炼铁到炼钢过程排放CO?的2%左右。
由于许多钢铁公司的设计就是考虑使用一部分冷铁原料，因而如果采用新方法，则铁水量不足，那么可以用石灰石代替一部分石灰，也可以收到可观的经济效益和环境减排效果。
4、
现在本研究的进展和前景
在工业规模的试验之前，笔者在实验室里已经进行了多年研究，成果如表1所示。
表1
迄今为止实验室研究取得的成果
专利
申请
发明人：李宏、
曲英
名称：一种在氧气顶吹转炉中用石灰石代替石灰造渣炼钢的方法
中国专利申请号：
200910082071.X
申请日期：
2009年4月22日
论文
投稿
作者：李宏、
曲英
论文名：氧气转炉用石灰石代替石灰造渣炼钢节能减排初探
中国金属学会会刊《中国冶金》杂志约稿
拟发表日期：
2010年8月
迄今为止进行了两次工业试验，武安鑫山钢铁公司铁水量充足，炼钢转炉容量为35吨，试验进行了3炉，把所需石灰全部换成石灰石后热量过剩，因此又加入了5%的冷铁料才达到热平衡，第二阶段优化试验方案近期将进行；石家庄钢铁公司铁水量不足，需要加入冷铁料，炼钢转炉容量为60吨，试验进行了4炉，冷铁料加入比为10%~14%，石灰石加入比为40%~80%，现在该公司高炉正在大修，铁水量不够而采用原方法操作，约定完成大修后继续优化试验。两家公司的试验结果表明，冶炼过程转炉状况与完全使用石灰时基本相同，终点钢水成分合格，操作如过去一样简单，因此可以按照新方法投入正常生产。试验结果汇总如表2所示。
表2
已进行的工业试验的基本情况
参与试验公司
试验日期
转炉吨位
石灰石加入比
冷铁料加入比
试验炉数
评价
石家庄钢铁公司
10.04.07
60吨
40%~80%
10%~14%
4
操作正常
钢水合格
武安鑫山钢铁公司
10.05.25
35吨
100%
0~5%
3
石家庄钢铁公司的试验中，还对转炉排气中的CO浓度的变化进行了测试。结果如图4所示。图4表明，当采用石灰石代替石灰时，吹炼初期转炉排气中的CO达到可以回收浓度（33%）的时间提前，因此可以增加转炉煤气的回收量。如果按照冶金石灰中CaO的含量为90%，正常冶炼消耗50㎏石灰/吨钢计算，则把石灰全部换成石灰石后，其中的CaCO?分解，在转炉内要排出35㎏CO?/吨钢，这些CO?与铁水中元素反应将排出22㎏CO/吨钢，相当于现在转炉内能够产生CO量的20%以上。这多出来的CO也可以回收作为能源和化工原料。
图4
炉气中CO浓度随冶炼时间的变化
根据迄今为止的实验室研究和工业试验的结果，可以说这种方法已经成熟。由于具有一系列的优越之处，全世界的炼钢工业都将会采用这一新的生产方法。为加速我国节能减排CO?工作的进行，应该在全国钢铁业界大力推广，赶在全世界普及之前采用这一方法。
5、
本方法的特色和创新突破点
特色：用工业生态的观点研究早已成熟的、有链接关系的两个生产过程，发现了在“煅烧石灰—氧气转炉炼钢”这条工业链上，存在着过程复杂化和大量的资源能源浪费、环境污染现象，然后根据冶金学的基本理论，在炼钢方法上进行改革，提出了一种将原来两个生产过程合二为一的方法，从而有效地消除了上述的浪费和污染。这一方法可有效地减少CO?的排放，并且在生产过程中把石灰石中分解出来的CO?自然地加以利用，理顺了原来生产过程间被扭曲的关系，科学、低碳，将给中国乃至世界带来巨大的经济、环境效益，是中国科技界给人类文明发展的一个贡献。
创新突破点如下：
（1）
对托马斯碱性转炉炼钢法发明130多年来实行的添加石灰造渣方法进行了变革；
（2）
对氧气转炉炼钢法发明50多年以来的操作方法进行了变革；
（3）
在炼钢前和炼钢过程中能够有效地利用资源能源、减排粉尘和CO?；
（4）
对炼钢学理论进行了补充和延伸；
（5）
提出了钢铁企业改革现行生产工艺、保护生态环境的新路；
（6）
发现石灰石中的碳酸钙能够全量应用，氧化钙用于造渣，CO?用于铁水反应，生成的CO可以回收作为燃料和化工原料。
这一方法还影响到关于钢铁厂设计观念的更新，过去认为氧气转炉一定要加入冷铁料作为冷却剂，所以在生产能力设计方面都是炼钢要比炼铁能力大20%左右。而采用本方法将改变这种设计理念，炼钢除采用一部分自产废钢外基本上可不用其他废钢，所以在设计上，炼铁能力略低于炼钢能力即可。