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與廢鋼電爐短流程相比，高爐加廢鋼是否更節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)？
2018-08-13 13:18 中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng) 系統(tǒng)管理員
與使用鐵礦石的高爐—轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程相比，廢鋼電爐短流程具有節(jié)能和環(huán)保的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。多用廢鋼煉鋼是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著我國(guó)廢鋼積蓄量和產(chǎn)生量的快速增加，發(fā)展廢鋼電爐煉鋼已成為降低我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)巨大能量消耗和解決環(huán)保問(wèn)題的有效手段，成為新的發(fā)展熱潮。
然而，當(dāng)考慮高爐也能夠使用部分廢鋼替代鐵礦石煉鐵時(shí)，廢鋼電爐流程能否依然保持在節(jié)能和環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)？換言之，高爐加廢鋼比電爐用廢鋼能否更節(jié)能和更環(huán)保？此外，在目前廢鋼電爐短流程的噸鋼成本并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的情況下，將廢鋼加到高爐里，是否能更好地體現(xiàn)廢鋼的經(jīng)濟(jì)價(jià)值？明確這些問(wèn)題，無(wú)疑對(duì)我國(guó)未來(lái)廢鋼的合理使用以及鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展有重要意義。
首先，廢鋼作為一種金屬鐵料，是完全可以部分替代其他含鐵爐料在高爐中使用的。這一點(diǎn)在理論上和國(guó)內(nèi)外實(shí)踐上，均得到充分證明。歐洲和北美的許多高爐爐料中，都有數(shù)量不等的廢鋼等金屬料，最高超過(guò)200kg/t。
廢鋼替代鐵礦石的節(jié)能效果，體現(xiàn)在有效地降低高爐燃料比和提高高爐產(chǎn)量上。國(guó)外的某經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是，噸鐵加100kg廢鋼，降低焦比30kg/t，提高產(chǎn)量4%~6%。這是因?yàn)椋瑥U鋼在高爐內(nèi)只是一個(gè)加熱熔化過(guò)程，無(wú)需巨大的還原耗熱和較長(zhǎng)的冶煉時(shí)間。
每噸廢鋼在高爐內(nèi)的熔化熱量折算標(biāo)煤約為34kg。高爐的能量利用率按85%計(jì)算，則高爐增加能耗40kgce/t廢鋼。此外，廢鋼加入高爐熔化后，會(huì)發(fā)生滲碳反應(yīng)和還原硅的融入，生成含碳4.5%和含硅0.4%的鐵水，由此多消耗一些焦炭。估算使用廢鋼的高爐工序能耗約為104kgce/t鐵水。此鐵水在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，因含碳含硅，提供了冶煉過(guò)程所需的部分能量，總的能耗基本沒(méi)有增加，甚至?xí)?ldquo;負(fù)能”煉鋼。最終在高爐—轉(zhuǎn)爐流程中使用廢鋼的工序能耗估算為115kgce/t鋼。
對(duì)于全廢鋼電爐，其主要用電能來(lái)加熱熔化廢鋼和進(jìn)行后續(xù)的冶煉，其中加熱熔化耗電約380kWh/t鋼，總的工序能耗約為186kgce/t鋼。由此可見(jiàn)，廢鋼用于電爐的工序能耗大大高于用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程。高爐加廢鋼具有突出的節(jié)能效果。
廢鋼用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程的CO2排放來(lái)自高爐消耗的焦炭，以及含碳鐵水在轉(zhuǎn)爐煉鋼的脫碳反應(yīng)。將以煤氣方式帶走的碳考慮在內(nèi)，全部的CO2排放量估算約為380kg/t鋼。這僅為使用鐵礦石的高爐—轉(zhuǎn)爐流程CO2排放總量的1/5。
當(dāng)不考慮電的間接CO2排放時(shí)，廢鋼電爐流程的直接CO2排放量是非常低的，僅約150kg/t鋼，不僅大大低于傳統(tǒng)的鐵礦石高爐—轉(zhuǎn)爐流程，也比廢鋼用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程減少一半以上，環(huán)保優(yōu)勢(shì)十分突出。
然而，如果電爐使用的電能是來(lái)自煤炭火力發(fā)電時(shí)，將火電的CO2排放量計(jì)算在內(nèi)，則廢鋼電爐流程的CO2排放總量要達(dá)到630kg/t鋼左右，比廢鋼用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程多250kg/t鋼。
我國(guó)是以煤炭火力發(fā)電為主的國(guó)家，火電比例占70%以上。因此，在大多數(shù)情況下，廢鋼用于電爐的最終CO2總排放量，將高于用于高爐—轉(zhuǎn)爐流程。簡(jiǎn)言之，將廢鋼用于高爐會(huì)更環(huán)保。
在當(dāng)前的鋼鐵原燃料價(jià)格體系背景下，高爐加廢鋼替代鐵礦石會(huì)使鐵水成本上升，進(jìn)而帶來(lái)最終鋼水成本的增加。但與全廢鋼電爐流程相比，高爐加廢鋼會(huì)表現(xiàn)出更好的經(jīng)濟(jì)性。
二者比較的區(qū)別首先在于，在相同的廢鋼價(jià)格下，高爐加廢鋼的成本增加主要是消耗的高爐固體燃料（焦炭﹢煤粉）費(fèi)用。估算噸鋼消耗為80kg焦炭﹢40kg煤粉，成本約200元/噸。而全廢鋼電爐的電耗費(fèi)用將達(dá)350元/噸左右，二者相差明顯。即使同時(shí)考慮高爐—轉(zhuǎn)爐流程和電爐流程的其他費(fèi)用差距，一般也難以彌補(bǔ)上述差距，甚至可能會(huì)擴(kuò)大。
高爐加廢鋼的另一個(gè)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)是，可以有效使用低級(jí)或劣質(zhì)廢鋼。由于高爐有強(qiáng)大的還原能力和熔煉能力，以及非常高的能量利用率，可以用最小的能耗代價(jià)和成本代價(jià)，來(lái)消納氧化鐵和非金屬雜質(zhì)含量高的多種低級(jí)或劣質(zhì)社會(huì)廢鋼。
在應(yīng)用廢鋼的便利程度方面，高爐也體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。廢鋼只須要被加工成滿足高爐需要的一定粒度，即可利用高爐現(xiàn)有的料倉(cāng)及上料和布料系統(tǒng)，裝入高爐使用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和降低成本的生產(chǎn)效果。而且由于高爐產(chǎn)能巨大，爐料中僅配少量的比例，就能消耗總量巨大的廢鋼。如爐料中配加5%，一座2000m3高爐每天可消耗370t廢鋼，推算到全國(guó)高爐生產(chǎn)，則每年可消耗5400萬(wàn)噸廢鋼。
對(duì)于廢鋼電爐工藝而言，要提高其經(jīng)濟(jì)性，就必須大幅度降低電耗。通過(guò)廢鋼的預(yù)熱和熔煉工藝的技術(shù)改進(jìn)，能使電爐的電耗大幅降低，從而縮小了廢鋼電爐流程與高爐—轉(zhuǎn)爐流程的產(chǎn)品成本差距。如某先進(jìn)電爐工藝，據(jù)稱(chēng)全廢鋼電耗可低至250kWh/t。這些須要對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行較大的設(shè)備改造，甚至是建設(shè)全新的電爐生產(chǎn)系統(tǒng)，都要付出巨大的投資代價(jià)。
至于當(dāng)前普遍采用的電爐“吃”鐵水來(lái)降低電耗和生產(chǎn)成本的方法，則恰恰為高爐—轉(zhuǎn)爐流程的經(jīng)濟(jì)性，以及廢鋼加入高爐的經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供了佐證。
綜合評(píng)價(jià)，以煤炭火力發(fā)電為基礎(chǔ)，在當(dāng)前條件下，高爐加廢鋼會(huì)比電爐使用廢鋼更節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)。
上述觀點(diǎn)是筆者依據(jù)對(duì)高爐煉鐵工藝的粗淺理解和對(duì)電爐煉鋼的淺薄認(rèn)識(shí)得出的。因考慮不全面，研究不深入，其分析結(jié)果很可能與事實(shí)相悖。鑒于廢鋼如何利用對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整關(guān)系重大，筆者斗膽提出拙見(jiàn)，以期獲得拋磚引玉的效果。
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