摘要：我国经济发展与社会发展的过程中，而钢铁行业在推动国民经济发展方面具有不可替代的作用。与此同时，钢铁行业对环境污染的问题也日益严重。有调查资料显示，我国能量消耗方面，其中钢铁消耗占六分之一。为了推动我国进入可持续发展阶段，改善高炉炼铁工艺，促进节能减排是非常有必要的。本文提出几类与高炉炼铁的节能减排方面相关的工艺，希望可以使得高炉炼铁污染问题降低。
关键词：高炉炼铁；节能减排；可持续发展
1引言
当前,我国非常重视节能减排，有关节能减排的要求会越来越严格。钢铁业要保持可持续发展，必须重视节能减排。炼铁和烧结等工序占钢铁生产能耗的比重非常大，约分别占50%和10%。因此，关注炼铁领域节能减排技术的发展非常重要。在中国进步发展过程当中，钢铁领域发挥着极为关键的影响，在极大程度上对国民经济进步发展起到促进作用。在钢铁企业满足各方面需求的同时，其环境污染问题也越来越严重。而钢铁工业在制造生产过程中，所排放的二氧化碳在全球占总排放量的7％，在全球工业中二氧化碳的总排放量占15％。因此，现今钢铁工业面临着巨大的减排压力。有研究显示，高炉炼铁产量在全球产量中占 94％[1]。而高炉炼铁过程中的二氧化碳排放与能耗占整个钢铁生产制造流程中的 80％及以上。基于此，有必要通过高炉炼铁节能减排技术，从而有效缓解减排压力[2]。
2优化炉顶装料
在整个高炉炼铁过程中，为了确保炼铁质量，则需要将铁矿石以及焦炭固体炉料持续装进炉顶；高炉内部是高温高压冶炼的主要容器，在常温状态下经过料车或者是胶带机的提升将焦炭以及矿石运输到炉顶之后，然后再投入到高炉之内。装料罐这个装料的过程中发挥着极为重要的作用，同时有一个泄压放散后受料以及充压均压之后再进入到高炉之内实现布料的一个过程。高炉煤气的一部分经过泄压放散到空中，且会持续进入到炉顶的消音器之中，依托消音除尘的作用再将其持续排入到大气之中。虽然经历了消音除尘，但是依然含有 3000kJ·m-1热值的二次能源，有毒性也有含尘，意味着未能达到无害标准，既会对人类身体健康造成损害，还会污染环境[3]。因此，必须想法办法进行回收。基于高炉炼铁装料工艺特点、顶部压力、冶炼强度以及装料罐大小等等因素，在装料过程中经过均压放散所排入大气的煤气量为10m3·t-1.Fe~20m3·t-1.Fe，仅占吨铁煤气量的 1%，因为基数比较大，所以产量大那么排放量就很大。从相关统计来看，我国高炉炼铁的年产量大约为7亿吨左右，那么其排放量将为100亿m3，其中还含有CO（16%~23%）[4]。CO被排入到大气之后，一定程度上会被稀释，但是依然会对人体健康造成伤害，而且比从CO2温室气体的情况更加严重。从能源消耗方面来看也非常巨大，基于相关统计与计算之后，得知高炉煤气（1000m3）≈标准煤（100kg）。随着社会各个领域对钢铁需求量的逐步增大，随着炼铁量的提升已经对环境造成了极大的破坏。现阶段，高炉炼铁必须要高度重视如何减排，基于此，可以通过优化炉顶装料的方式来做到对煤气的回收（如图 1 所示）：
高炉炼铁过程中，炉顶压力通常为200kPa~300kPa而存在于煤气管网之中的煤气大约为12kPa的压力。那么这里就会存在着巨大的压力差，正因为有压力差所以能够为回收料罐的煤气提供了持续的动力，从而实现了回收的目标，且煤气回收率能够达到90%，该工艺值得全面推广以及应用[5]。
3烧结环保技术
3.1 烧结烟气
烧结烟气温度比较低、排气量大、污染物多且成分较为复杂，也是钢铁工业烟气治理的重点与难点。近年来，我国不断加大环保压力，不断升级环保要求。在这个背景下，钢铁工业的烟气治理问题面临非常大的压力。欧洲各大国家对于本国所有的烧结厂都做出了相关要求，要求烧结厂能够严格控制粉尘、氯化物、氟化物、NOx、SO3、CO 等排放。相关先进技术分别有：
（1）MEEP（移动电极电除尘技术）与干法除尘技术：这两种技术都能够净化烧结烟气，在进行净化处理之后，烟气中的二噁英含量会从原本的1.9ng·m-3下降到0.4ng·m-3。
（2）烟气循环烧结技术（如 EPOSINT 技术），在烧结厂应用后，能有效减少污染物产生。烟气循环技术主要能够减少燃料的消耗量与烟气生成量。部分烟气在进行循环后，料层的上下部温差会减小，有助于烧结厂改善烧结矿的质量，并且能够减少能耗。有试验显示，在应用 EPOSINT 技术后，烧结厂的废弃排放量能够减少45％，而燃料的消耗量也能够减少5kg/t[6]。
3.2 超级烧结技术
超级烧结技术是日本JFE钢铁公司所开发出来的新型技术，主要是从烧结机的上方部位向烧结材料的表面喷吹天然气，然后达到减少燃料消耗，提升烧结矿质量的效果。在烧结点火之后，向烧结材料表面喷吹天然气可以将烧结的温度提高到1200 ~1400℃。再者，天然气与焦粉的燃点是不同的，使用天然气喷吹，烧结的最高温度不会太高，但是石灰与矿石的液相比、同化反应却能够增大，能够加速气孔融合，从而提高烧结矿的强度。应用天然气喷吹后，孔径在5 mm以上的气孔数量会在短时间内迅速增多，从而改善烧结材料层的透气性。而未熔料中会残留很多孔径在1μm以下的微孔，从而改善烧结矿的还原性。有统计资料显示，日本JFE钢铁公司在应用超级烧结技术之后，每年能够减少CO2排放6万t 以上。近年来，在各大烧结厂应用的超级烧结技术有：混合喷吹，氧气、天然气同时喷吹技术，在烧结厂应用后，氧气的浓度能够从21％提升到27％，而天然气的浓度则能够达到0.4％。而且在进行相关试验后显示，混合喷吹能够提高烧结矿的转鼓强度，减少氧化钙的添加剂量，能够减少还原剂的使用量[8]。
在烧结料表面喷吹焦炉煤气，能够提升烧结矿的质量，能够减少固体燃料的消耗。在进行相关试验后，结果表明，烧结矿转鼓强度与粒度有所增加，烧结矿的还原性有所改善，CO2排放明显减少，固体燃料的消耗明显降低。液密封环冷机技术，应用该技术，能够将烧结厂的漏风率从35％降到5％以下，基本上能够消除粉尘外溢的现象，能够从根本上改善烧结厂的现场环境。
4 炼铁时环保措施
4.1 运用改进装置
想要确保金属冶炼的时候节能以及环保，就需要把一些较为落后与传统的装置更换掉，来重新建设出环保、新型、大型且可以可持续发展装置，进而来达成污染与排放降低的目标。由当前数据信息来说，大型金属冶炼装置效率比传统小炉子效率要大很多，并且使得二氧化碳排放极大的降低。除此之外，之前落后装置还存有能量需要较高、可持续运用率较低以及产生大量污染气体等多种状况。伴随装置以及工艺的发展进步，金属冶炼装置大型化为必然的趋向，大型冶炼炉可以进行高效作业，使得污染气体排放获得极大降低，这会促使钢铁领域前进以及发展。炉型大型化于短期内虽然会使得公司费用负担方面加重，不过于污染气体排放费用这个角度进行考虑，将会于长期内得到收益，因此对金属冶炼炉型实施改进一定会对于公司发展进步产生极为关键的推动影响。公司为更好地与持续变动的政策需要相适应，就一定得及时将装置更新，这对于公司发展与改革是有利的。
4.2 循环运用热量
想要进一步对金属冶炼流程进行改进，需要把冶炼进程当中热量循环应用起来，而这个工艺为公司研究重点的方面，并且已在大量公司当中获得有效运用，还积累到大量实践经验。分析冶炼进程能够得到，金属的冶炼进程当中余热包含了两方面。其一为燃烧之后烟气热量方面的回收，他的气温于350℃附近；其二为金属块余热回收，其温度是比较高的，大致是800℃，为能耗关键的组成成分，因此实施余热回收的时候这个部分的余热为关键回收的部分[9]。该部分的热量能够在冶炼之前把铁矿石实施预先加热处理，这样做可以使得能源合理的运用得到实现，使能量浪费减小，与可持续发展观念是相符合的。
4.3 循环运用起废弃固体
金属冶炼进程当中会有大量固体残渣产生，就像是矿渣等多种，其可以被重复运用。工艺持续创新以及提升使这种固体废物能够得到二次运用，废弃固体的循环应用已形成了一条成熟工艺。大家都了解，冶炼进程当中尘泥为用于将磷元素除掉的添加物，其能够被重复用于一些流程。对矿渣而言也有着循环应用必要，就像是能够用在制造水泥。金属冶炼循环应用进程当中所产出废弃固体可以使得资源的运用率得到极大上升，使垃圾的排放减少，这对可持续发展是有利的。
4.4 燃料替换
金属冶炼进程当中，通常运用碳当做关键燃料，不过燃烧碳产生大量环境污染状况，因此，为使得环境污染减少需开发出其他新型的能源。一些发达国家已运用塑料与天然气等燃料进行钢铁冶炼。这些能源在中国还没有得到推广，关键是这种资源回收率较低，这对这个工艺的运用有着极大制约。除此之外还能够运用着氢气来当做替代型能源，但是氢气开发的程度较低，没有使金属冶炼需要得到满足。
5高炉炼铁的智能化与可视化工艺
5.1 高炉模拟与可视化的控制工艺
现在，高炉模拟关键是以计算流体力学（CFD）还有离散元措施（DEM）当做基础。前者关键用在对连续相的行为进行描述，后者关键是对非连续相的行为进行评价。参考离散元措施更加合理地对非连续相的行为进行描述，还有近几年来的计算能力提高以及建模措施进步，该高炉模型最新的研究成果都是趋向两类建模措施有机融合所构成 CFD-DEM 模型。于CFD-DEM 措施方面，采取CFD措施对于流体部分实施预估，采取DEM措施对于颗粒部分实施求解，把两者耦合就能够使流-固两相流动数值仿真得到解决。对高炉的内部现象进行了解对于高炉的稳定顺行实现有着关键影响。三维VENUS体系可以对于高炉炉身的压力波动与料层构造变动给出时间与空间方面明确且清晰显示，对指导进行高炉工作是有利的，使得稳定运行以及燃料比下降得到实现[10]。
5.2 中国的高炉智能化与自动化工艺开始运用
高炉为逆流密闭的反应装置，下降炉料与上升煤气间实施繁杂的传质、传热、动量的传输还有碳素溶损与还原反应等方面，这将决定了高炉生产以及顺行。高炉的操作人员经过炉内压力、温度、煤气组成以及流量等波动状况来对炉况进行判断。为精准地把握与剖析炉内的数据，高炉的可视化控制工艺被看做为对炉内现象进行检测最为有效的方式。这个工艺涵盖了激光在线料面形状的探测工艺、炉顶摄像工艺、热流强度的监测工艺以及高炉风口的红外摄像与图像处理工艺。
参考文献
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