高效、高产、环保的高炉—转炉炼钢技术

时间:2017-05-11 21:07 来源:未知 作者:admin 点击:次

高炉、转炉钢铁制造商正面临矿石/废钢价格大起大落,天然气价格创新低,设施老化以及越来越严格的环保规定等问题。因此,为应对此类问题,需要应用灵活的工艺技术以充分利用原材料和能源优势,同时避免潜在的技术缺陷。本文描述了Tenova公司不同原材料和能源结构下,具有高能源效率、生产力、产量和降低排放的高度灵活的高炉—转炉炼钢技术。
3.提高能源、生产能力和环保灵活性的技术
(1)设施和排放压力面临一体化改造:许多老钢铁厂目前受到焦炉和高炉制约—如最近在北美新建的“绿地”高炉于20世纪80年代委托给加拿大钢铁公司的LakeErie厂。如果不新增设备设施,现有焦炉和高炉设施则面临生产力低、运营成本高、保养和维修成本过高和减排控制等问题。面对大量的资本支出,许多钢厂已决定关闭高炉和焦炉,从而限制铁水的使用和工厂的生产能力。此外,这种一体化炼钢生产面临越来越大的减少温室气体排放的压力,这需要对传统的焦炭—铁矿石高炉工艺进行重新思考。
(2)低风险策略以解决一体化设施存在的问题:考虑到这些新突破的技术措施的不确定性和时间期限问题,这些一体化炼钢厂需要一种风险较低、能够解决焦炉/高炉设施老化、产能受限和排放等问题的技术措施。
造成一体化炼钢工艺温室气体排放量更高的主要因素是使用碳还原铁矿石。因此,提高一体化炼钢工艺下废钢和直接还原铁的使用比例,可以大大降低吨钢的特定温室气体的排放,钢铁企业面临的挑战是在一体化炼钢工艺下如何有效地提高金属化铁的使用。采用CONSTEEL®工艺还可以在废钢/铁水比50/50的条件下进行高效操作。
然而,考虑到超过70%的温室气体排放来自于高炉,对减少一体化炼钢工序中温室气体排放的切实可用的措施就是改变这种传统的用焦炭还原铁矿石的方法。1998年,奥斯丁等人对高炉装入碎废钢的过程动力学进行了研究。研究结果表明,以最佳模式装入废钢可以大大降低燃料比并提高生产力。而废钢加入到炉料中将大大提高高炉产量,并且降低焦比,但是有人担心大幅提高废钢使用量会导致金属残留,尤其是在高炉—转炉生产高质量品质钢中。由于担心金属残留,他们认为在炉料中可以使用直接还原铁或热压铁块来代替废钢。
通过金属化热压铁块和直接还原铁的高炉试验在生产力和焦比方面取得了收益。小规模、商业化高炉实验表明,以一吨铁水为基准,不管炉料中含的是废钢还是热压铁块/直接还原铁,一吨金属化铁添加到炉料中将节省310千克焦炭,同时铁水产量也会显著提高。例如,炉料中30%铁料是金属化铁的情况下HM生产已经被证明,产量平均提高25%左右。
因此,高炉炉料用热压铁块和直接还原铁代替铁矿石将大大提高铁水生产能力,并显著降低焦炭消耗。这种策略可以显著降低对焦炭的需求,从而缩减焦炉的运行。此外,更高的铁水产量一方面可以促进更高钢铁产量来满足市场需求,或是缩减规模较小的低产高炉运行,降低运行和维护成本。如下面所述的,高炉炉料使用热压铁块和直接还原铁也会显著降低一体化炼钢工序温室气体排放,从而使其符合未来的减排目标。
(3)TenovaHYLENERGIRON工艺技术:ENERGIRON工艺目前处在直接还原行业的最前沿,并在不断改进。ENERGIRON工艺技术目前可用于无外部气体转化设备的竖炉的铁矿石还原工艺,二氧化碳捕获率达90%。这种工艺能够生产非常稳定的高碳直接还原铁产品。
ENERGIRON技术的特点是其灵活的工艺配置,能够满足甚至超过目前全球严格的环保要求。其工艺废气和废水排放不仅少,而且容易控制。
传统上,生产直接还原铁使用天然气作为其燃料,而页岩气最近的快速发展及其价格和供应的优势使得直接还原铁日益成为具有竞争力的原材料。例如,纽柯公司改变了其原来的计划而在美国路易斯安那州新建了一个ENERGIRON直接还原铁生产厂,此厂高碳直接还原铁年产能是250万吨。与采用高炉生产相比,纽柯的直接还原铁生产厂将受益于炼铁、炼钢生产中可以使用低价、清洁的天然气,减少温室气体排放及能源消耗。
(4)高炉—直接还原铁生产策略风险较低:Knop等人阐明,TenovaHYLENERGIRON工艺可以改造成使用高炉煤气和焦炉煤气来代替天然气。如下所述,将HYL直接还原铁生产应用到传统的高炉生产会对铁水产量、焦炭消耗和温室气体排放产生极大的促进作用。
Knop提出了两种将HYL直接还原铁生产应用到传统的高炉—转炉生产的策略。在这两种情况下,利用TenovaHYL工艺,使用回收的高炉高炉煤气和焦炉煤气作为主要燃料,直接还原铁的产率约为0.35吨直接还原铁/吨铁水。
第一种情况—保持铁水产量不变;直接还原铁装入量在0.35吨/吨HM使高炉燃料比降低18.5%,无二氧化碳去除设备情况下温室气体排放减少20%(采用ENERGIRON技术,直接还原铁生产中去除二氧化碳的情况下,温室气体排放减少28%)。此策略非常适合那种焦炭短缺或者需要进行焦炉检修/更换但又不想改变铁水产量的钢铁厂。
第二种情况—最大化铁水产量;直接还原铁装入量在0.35吨/吨HM同样会使铁水产量提高24%,高炉燃料比降低19%,无二氧化碳去除设备情况下温室气体排放减少14%(直接还原铁生产中去除二氧化碳的情况下,温室气体排放减少23%)。此策略非常适合那种目前被高炉产能制约但又不想通过大量资金投入新建高炉或焦炉而提高铁水产量的钢铁厂。
(ⅴ)低风险计划实现未来的温室气体减排目标:如上所述,高炉炉料使用直接还原铁能够极大的解决焦炉和铁水产能受限问题,以及显著降低生产过程中温室气体排放问题。图11表明,当使用直接还原铁作为高炉炉料,并采用Tenova的iBOF®技术改善终点控制、优化转炉中的二次燃烧,一体化炼钢所产生的温室气体排放显著减少。无二氧化碳去除设备情况下,整个工序中的温室气体减排量可达到21%~27%(380~500kg二氧化碳/tls);采用TenovaHYLENERGIRON工艺,直接还原铁生产中去除二氧化碳的情况下,温室气体减排量可达到30%~35%。
4.结论
本文讲述了Tenova商业化的、高度灵活的新技术,为高炉—转炉钢铁生产商提供灵活的生产操作。
此外,在不改变焦炉和高炉设计产能的条件下,高炉炉料使用直接还原铁能够极大、迅速解决焦炉和铁水产能受限问题。同时,此方法风险较小,有利于实现未来温室气体排放目标。
(来源:炼钢)