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与电炉相比 高炉加废钢是否更节能、环保、经济?

北极星环保网  来源:中国冶金报社    2021/9/14 13:48:24  我要投稿  
所属频道: 节能  关键词:节能环保 废钢电炉 钢铁工业

北极星环保网讯:与使用铁矿石的高炉—转炉长流程相比,废钢电炉短流程具有节能和环保的绝对优势。多用废钢炼钢是钢铁工业发展的必然趋势。随着我国废钢积蓄量和产生量的快速增加,发展废钢电炉炼钢已成为降低我国钢铁生产巨大能量消耗和解决环保问题的有效手段,成为新的发展热潮。

然而,当考虑高炉也能够使用部分废钢替代铁矿石炼铁时,废钢电炉流程能否依然保持在节能和环保方面的优势?换言之,高炉加废钢比电炉用废钢能否更节能和更环保?此外,在目前废钢电炉短流程的吨钢成本并没有优势的情况下,将废钢加到高炉里,是否能更好地体现废钢的经济价值?明确这些问题,无疑对我国未来废钢的合理使用以及钢铁工业的健康发展有重要意义。

高炉加废钢的节能效果

首先,废钢作为一种金属铁料,是完全可以部分替代其他含铁炉料在高炉中使用的。这一点在理论上和国内外实践上,均得到充分证明。欧洲和北美的许多高炉炉料中,都有数量不等的废钢等金属料,最高超过200kg/t。

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废钢替代铁矿石的节能效果,体现在有效地降低高炉燃料比和提高高炉产量上。国外的某经验数据是,吨铁加100kg废钢,降低焦比30kg/t,提高产量4%~6%。这是因为,废钢在高炉内只是一个加热熔化过程,无需巨大的还原耗热和较长的冶炼时间。

每吨废钢在高炉内的熔化热量折算标煤约为34kg。高炉的能量利用率按85%计算,则高炉增加能耗40kgce/t废钢。此外,废钢加入高炉熔化后,会发生渗碳反应和还原硅的融入,生成含碳4.5%和含硅0.4%的铁水,由此多消耗一些焦炭。估算使用废钢的高炉工序能耗约为104kgce/t铁水。此铁水在转炉炼钢过程中,因含碳含硅,提供了冶炼过程所需的部分能量,总的能耗基本没有增加,甚至会是“负能”炼钢。最终在高炉—转炉流程中使用废钢的工序能耗估算为115kgce/t钢。

对于全废钢电炉,其主要用电能来加热熔化废钢和进行后续的冶炼,其中加热熔化耗电约380kWh/t钢,总的工序能耗约为186kgce/t钢。由此可见,废钢用于电炉的工序能耗大大高于用于高炉—转炉流程。高炉加废钢具有突出的节能效果。

高炉加废钢的CO2减排效果

废钢用于高炉—转炉流程的CO2排放来自高炉消耗的焦炭,以及含碳铁水在转炉炼钢的脱碳反应。将以煤气方式带走的碳考虑在内,全部的CO2排放量估算约为380kg/t钢。这仅为使用铁矿石的高炉—转炉流程CO2排放总量的1/5。

当不考虑电的间接CO2排放时,废钢电炉流程的直接CO2排放量是非常低的,仅约150kg/t钢,不仅大大低于传统的铁矿石高炉—转炉流程,也比废钢用于高炉—转炉流程减少一半以上,环保优势十分突出。

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然而,如果电炉使用的电能是来自煤炭火力发电时,将火电的CO2排放量计算在内,则废钢电炉流程的CO2排放总量要达到630kg/t钢左右,比废钢用于高炉—转炉流程多250kg/t钢。

我国是以煤炭火力发电为主的国家,火电比例占70%以上。因此,在大多数情况下,废钢用于电炉的最终CO2总排放量,将高于用于高炉—转炉流程。简言之,将废钢用于高炉会更环保。

高炉加废钢的经济性

在当前的钢铁原燃料价格体系背景下,高炉加废钢替代铁矿石会使铁水成本上升,进而带来最终钢水成本的增加。但与全废钢电炉流程相比,高炉加废钢会表现出更好的经济性。

二者比较的区别首先在于,在相同的废钢价格下,高炉加废钢的成本增加主要是消耗的高炉固体燃料(焦炭﹢煤粉)费用。估算吨钢消耗为80kg焦炭﹢40kg煤粉,成本约200元/吨。而全废钢电炉的电耗费用将达350元/吨左右,二者相差明显。即使同时考虑高炉—转炉流程和电炉流程的其他费用差距,一般也难以弥补上述差距,甚至可能会扩大。

高炉加废钢的另一个经济优势是,可以有效使用低级或劣质废钢。由于高炉有强大的还原能力和熔炼能力,以及非常高的能量利用率,可以用最小的能耗代价和成本代价,来消纳氧化铁和非金属杂质含量高的多种低级或劣质社会废钢。

在应用废钢的便利程度方面,高炉也体现出其优势。废钢只须要被加工成满足高炉需要的一定粒度,即可利用高炉现有的料仓及上料和布料系统,装入高炉使用,实现节能减排和降低成本的生产效果。而且由于高炉产能巨大,炉料中仅配少量的比例,就能消耗总量巨大的废钢。如炉料中配加5%,一座2000m3高炉每天可消耗370t废钢,推算到全国高炉生产,则每年可消耗5400万吨废钢。

对于废钢电炉工艺而言,要提高其经济性,就必须大幅度降低电耗。通过废钢的预热和熔炼工艺的技术改进,能使电炉的电耗大幅降低,从而缩小了废钢电炉流程与高炉—转炉流程的产品成本差距。如某先进电炉工艺,据称全废钢电耗可低至250kWh/t。这些须要对现有装置进行较大的设备改造,甚至是建设全新的电炉生产系统,都要付出巨大的投资代价。

至于当前普遍采用的电炉“吃”铁水来降低电耗和生产成本的方法,则恰恰为高炉—转炉流程的经济性,以及废钢加入高炉的经济价值提供了佐证。

综合评价,以煤炭火力发电为基础,在当前条件下,高炉加废钢会比电炉使用废钢更节能环保和经济。

上述观点是笔者依据对高炉炼铁工艺的粗浅理解和对电炉炼钢的浅薄认识得出的。因考虑不全面,研究不深入,其分析结果很可能与事实相悖。鉴于废钢如何利用对我国钢铁工业结构调整关系重大,笔者斗胆提出拙见,以期获得抛砖引玉的效果。


原标题:与电炉相比,高炉加废钢是否更节能、环保、经济?这下说清楚了

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