低碳煉鐵技術
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低碳煉鐵技術范文第1篇
[關鍵詞]地鐵通信；互聯互通；應用
中圖分類號：TN92；U231 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）29-0355-01
前言
隨著地鐵換乘車站會越來越多，地鐵車輛在兩條線路上跨線混跑是必然的結果。解決好換乘車站的無線覆蓋、互聯互通及車載臺的跨線漫游問題，對整個無線通信系統的通信質量、調度安全有著非常重要的意義。互聯是指物理上的連接，互通是指功能的實現。互聯是基礎，互通是目的。互聯互通的含義：假設地鐵1號線、2號線和3號線所建立的TETRA網，分別叫A網、B網和C網，并在換乘站附近重疊。又設各網的移動用戶編號分別為100X、200X和300X，如圖1所示。為實現網絡化，要求A網用戶（例如1008）從A網進入B網后，可以成為B網用戶，具有B網用戶的功能，可以和A網、C網其他用戶（例如1001、3001）正常通信，功能不減，性能不降，無縫連接，平滑過渡，這就是真正意義上的互聯互通。
圖1 TETRA移佑沒Э繽漫游
一、互聯互通的重要性
民用通信網絡經過很長時間的發展，在技術、標準、接口協議等方面已經得到很好的改進和完善，無論網絡運營商是否相同、使用設備是否一致，同一個無線終端在不同的網絡之間都已經能夠平穩的過渡。而地鐵專用無線集群網絡，由于地鐵運營環境的影響，與民用無線網絡相比，專用無線網絡相對獨立。特別是在線網建設的初期，一般每條線路都會有自己的控制中心，同一條線路中的無線用戶基本上也只會在本線路范圍內活動，采用單線控制的運營機制基本上可以滿足運營需要。在這種情況下，線路與線路之間的跨線無線通信很少出現。隨著新線路的不斷建設開通，線網逐漸形成，在新的線網運營模式下，無線集群調度系統中傳統的單線運作機制逐漸顯露出其不足，具體表現為以下幾點：
（1）當列車資源使用緊張的情況下，可能出現列車跨線使用的情況，此時，車載無線電臺會由于不同線路之間的無線通信不能互通的原因，導致其不能正常進行通話。
（2）線路之間換乘站的增多，會導致車站工作人員在不同線路之間進行處理日常事務，此時，無線手持臺也會由于不同線路之間的無線通信不能互通的原因，導致其不能正常進行通話。
上述問題會隨著線網規模擴大而更加顯露出來，并且還有可能會帶來新的問題，對正常運營產生非常不好的影響。為此，加強集群無線調度系統的互聯互通功能，成為了地鐵通信建設的客觀要求，也是必然選擇。
二、跨線路互聯互通
（1）同類型設備
同類型設備指的是參與互聯互通的所有設備都由同一個廠家生產。這種模式的優點是兼容性好、互聯技術的成熟性好和穩定性好。
①單中心交換機
單中心交換機互聯互通是指不同線路的無線基站系統共用一套中心交換設備的互聯方式，原理見圖2。
單中心交換機互聯互通的優點是成本低、結構簡單。但這種方式也存在一定的不足：（1）對中心設備要求比較高，既要有足夠的容量，又要有很強的處理能力；（2）中心交換設備一旦發生故障，將影響所有線路的使用，影響了整個系統的安全性和可靠性。
②多中心交換機
多中心交換機互聯互通是指在單中心交換機互聯互通的基礎上增加控制中心和互聯互通設備，從而實現線路之間的互聯互通，原理見圖3。
圖3 多中心設備互聯互通
多中心交換機互聯互通具有以下優點：（1）互聯互通設備發生故障只會影響跨線路之間的通信，單條線路的通信可以正常運營；（2）可以對新入網線路進行獨立調試，在其滿足線路要求的情況下接入原網絡，減少了調試帶來的風險；（3）一個控制中心發生故障，不會影響其他控制中心控制的線路，大大的提高了系統的安全性和可靠性。但是，對于單中心交換機來說，多中心交換機也有其劣勢，例如，成本高、系統結構復雜等。
（2）不同類型設備
不同類型設備指的是參與互聯互通的設備是由不同廠家生產的。和同類型設備相比，不同類型設備的兼容性、穩定性和互聯技術成熟性都比較差。但是，不同類型設備對線網設備的多元化發展有極大的好處。
三、基礎數據的設置建議
在建立互聯互通之前，各個運營線路之間的無線通信系統是獨立的，但是在互聯互通之后，所有參與互聯的子線路融合成一個很大的線路網，這時，任意子線路中的一個參數進行更改，都有可能影響到其他線路的運用。因此，在互聯互通的數據配置上必須小心謹慎。
對于以下幾種關鍵參數的配置需要特別小心：網路及登記參數；最大通話時長參數；鑒權參數（鑒權是一種系統的功能，可以為合法的用戶提供服務，拒絕不合法的用戶的服務要求，進而以防非法用戶進入網絡）；有效站點參數（此參數設置了某個用戶或者通話組的有效使用范圍）；鄰區參數（無線用戶在通話中不斷的移動，經常發生用戶從一個小區走到另一個小區）。
四、結束語
隨著地鐵線網化進程的不斷發展，為了能更好的發揮無線集群調度系統的作用，必須將現有的零散網絡進行整合，進一步提高既有的網絡資源的利用率。互聯互通技術也將會被更廣泛的應用。
參考文獻
[1] 天津地鐵專用無線通信系統互聯互通方案趙彥芳鐵道通信信號，2016年.
低碳煉鐵技術范文第2篇
關鍵詞：變形縫;結構連接
太安站為深圳地鐵5號線站點之一，位于布心路、太白路之間。由于其為換乘站，建筑面積龐大，但地理環境狹窄，故本站采用了垂直換乘的模式。主體結構為地下三層結構，該站1號風亭為地下3層，地面1層結構，規模較一般風亭規模大。該風亭與車站地下1、2層連接，而如此較大跨度及縱深的結構連接，設置變形縫連接的利弊，便成為設計任務中一個值得探討的問題。
從變形縫的功能來看，變形縫主要是能夠使結構產生自由變形，以防止結構因變形差異較大產生局部應力集中而使結構破壞。根據《地鐵設計規范》第10.6.1條規定在車站結構與出入口通道等附屬建筑的結合部應設置變形縫。因此，對于出入口通道或者狹長風道這種結構，與車站連接應設置變形縫，故不屬于本文所討論的范圍。本文主要討論對于較大規模的風亭等附屬結構，在連接位置設或不設變形縫的區別。但從技術上而言，設或者不設置變形縫，都可以通過設計調整使結構滿足安全要求，本文即針對大規模風亭結構與主體結構連接時，設與不設變形縫的各種情況進行分析，嘗試說明連接形式的不同，對結構所產生的影響。
為了分析這個問題，我們采用2組模型，每組模型2個結構形式連接，運用Sap2000有限元分析軟件進行分析，然后比較兩者存在的差異，以說明相關問題。
模型組1：車站結構三層；風亭結構一層；結構1主體結構與風亭結構間設置變形縫；結構2不設變形縫。結構周邊與土體接觸，采用Sap2000的Gap單元模擬，該單元只承擔壓力。變形縫處采用一特殊彈簧，該彈簧只受壓。
模型組2：車站結構三層；風亭結構二層；其余條件均同模型組1。模型組2中采用的彈簧形式與模型組1相同。
為了保證模型在所有作用下不處于非靜定狀態，因此在主體結構及風亭結構下均設有約束，以模擬樁基礎效果。這里有一點需要說明，風亭底部采用一個固定鉸支座，主要考慮到，一方面不論風亭與主體是否設置變形縫，都應將風亭基礎持力層保持與主體結構相當，以控制相當的沉降量，另一方面，也要滿足風亭結構抗浮的需要。而相對主體結構及風亭結構箱體剛度而言，樁端相對剛度要小，因此采用鉸形式。
模型考慮了結構自重、水壓力、土壓力、溫度、人群、列車、設備等荷載作用，為簡潔起見，水土壓力采用取至地面的高水位工況。
通過Sap2000軟件進行結構分析，分析完成后，可以得到如下的變形圖示：
圖1 模型組1變形圖示
*注：圖中變形采用了一定的放大比例顯示，以清晰變形形式。
圖2 模型組2變形圖示
首先，由圖1、圖2所示的變形可以看出：水平變形量而言，設變形縫的兩層風亭結構比一層結構大，而設變形縫的結構，從整體變形上看要大于設不設變形縫的結構。由于風亭底部設樁，整個風亭的變形有轉動的趨勢。因此越靠近頂板，變形幅度越大。
經過對兩組模型的水平位移數值分析，我們暫能得出如下結論：附屬結構規模大到一定程度，變形縫將被壓縮，而不足以維持，兩側結構接觸，并傳遞力。反之，當附屬結構規模足夠小，變形縫才能維持，兩端均可視為自由端，不傳遞力，此時變形縫才能發揮應用作用。
其次，我們通過對結構內力數值進行分析可知，風亭的頂底板的跨中彎矩取消變形縫后大大減小，而靠近連接點位置的支座彎矩增大。風亭下方位置的主體側墻受影響較大，同樣跨中彎矩減小，而支座彎矩增大。而需要注意的是，主體結構遠端側墻根部的負彎矩，對于單層風亭結構而言，設與不設變形縫，彎矩相差不大，但是對于兩層風亭結構，取消變形縫后，墻腳處負彎矩明顯減小。
我們將模型計算的內力經過統計分析，可以看出，不設變形縫跨中彎矩大大減小，而左支座處彎矩大大增加。右支座彎矩有所減小。并且大彎矩值由右支座轉到左支座，即轉到連接部位處。風亭下部主體側墻彎矩能明顯看到不設變形縫跨中彎矩減小，但是隨著風亭規模增大，支座處負彎矩增大卻不再明顯。而風亭的頂底板也有這個特點，當最大支座彎矩由右支座轉移到左支座的時候，隨著風亭規模增大，其增量不再明顯。風亭對側主體側墻則與其余部位相反，支座彎矩有所減小，而跨中彎矩有所增大。就其設計角度來看，不設變形縫各部位的彎矩值卻隨著風亭規模增大更顯合理。
低碳煉鐵技術范文第3篇
浦項制鐵原是“國企”，韓國政府于2000年10月將浦項制鐵公司實行私營化，收回資金3兆8899億韓元，與其間的投資額2205億韓元相比，年均投資收益達16.7%，是韓國政府建立以來政府投資中收益率最高的。浦項制鐵公司于1994年在紐約證券交易所上市，接著又于次年在倫敦證券交易所上市，現在外資股東達60%以上，被認為是韓國具代表性的績優公司。
浦項制鐵是世界上最具競爭力的鋼鐵企業之一，其發展戰略是時時刻刻把創新思維融入企業的各項工作之中，不斷進行自主創新，以確保技術領先優勢和增強核心競爭力。為此，浦項制鐵大力研發新一代低碳鋼鐵生產突破性技術和環保型高端鋼材產品，同時還高度重視新能源技術開發，以尋找新的利潤增長點，創新引領國際鋼鐵業發展的浦項制鐵模式。
浦項制鐵擁有多項面向未來的先進技術，如低碳煉鐵FINEX技術，全氫高爐煉鐵技術，碳捕獲與分離技術，利用廢熱氣發電技術等。其中，浦項制鐵為最后一條技術路線設定的可行期限是2050年。
一直以來，浦項制鐵高度重視高附加值新產品的研發，已經形成了優質汽車用鋼、高級API鋼材、400系列不銹鋼、高級別電工鋼、熱成形鋼、TMCP（新一代控軋控冷）鋼、簾線鋼和無鉻熱鍍鋅鋼板等8大戰略性產品的研發體系，優先發展超輕型高強度汽車用鋼、高級別電工鋼等高附加值產品。如今，浦項制鐵高附加值產品比例高達60%以上、特別是世界頂級產品所占比例達到了17.8%。
低碳煉鐵技術范文第4篇
關鍵詞：高爐煉鐵、現狀、未來發展
中圖分類號： TF54 文獻標識碼： A
一、前言
二十一世紀也是高爐煉鐵“變革的世紀”，期望在新時期鋼鐵產業能夠進入資源、能源和環境的和諧，這是確立煉鐵業持續發展的重要關鍵。我國許多高爐已經感到當前形勢的變化，并采取了相應的措施。對高爐煉鐵技術發展的方向有了新的認識，為振興煉鐵工業打下了基礎。
二、我國高爐煉鐵技術現狀分析
由于鋼材的應用靈活廣泛、具有良好的成本效益和優異的可回收利用性，使得鋼鐵成為支撐現代工業化社會可持續發展的基礎材料。在國民經濟快速發展的拉動下,中國鋼鐵工業進入快速發展階段,這也帶動了高爐煉鐵的快速發展。伴隨著中國生鐵產量的高速增長,中國高爐煉鐵技術水平也取得了一定進展。由于生鐵產量的高速增長造成了全國鐵礦石,焦炭供應緊張,價位攀升,質量下降,成分不穩定,導致了部分高爐技術經濟指標下滑。表現在入爐品位雖提高,但入爐焦比升高,噴煤比下降等現象。
三、高爐煉鐵原理分析
煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態一一礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中(還原物質CO，H2，C；適宜溫度等)通過物化反應獲取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。
高爐煉鐵是現代煉鐵的主要方法，鋼鐵生產中的重要環節。這種方法是由古代豎爐煉鐵發展、改進而成的。盡管世界各國研究發展了很多新的煉鐵法，但由于高爐煉鐵技術經濟指標良好，工藝簡單，生產量大，勞動生產率高，能耗低，這種方法生產的鐵仍占世界鐵總產量的95%以上。
高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)，從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣。在高溫下焦炭(有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料)中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中不還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣，從渣口排出。產生的煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。
四、高爐煉鐵技術未來的發展
1. 充分利用煉鐵資源和能源
在鋼鐵企業煉鐵系統的資源消耗和能耗消耗約占70%，在煉鐵系統中削減CO2排放量是迫切的任務。理論上一噸鐵水最少需要414kg的碳，或者465kg的焦炭，其中333kg的碳或者80％的焦炭將用于化學反應。各廠高爐采取了降低燃料比、焦比，提高熱效率、還原效率，噴吹煤粉、噴吹塑料，回收一切可能回收的熱量等等降低 CO2排放的一系列措施。
（1）高效利用資源、能源
近年來，我國高爐生產理念已經發生了根本變化，過去單純強調高產，如今轉變為“高效”，亦即高效利用資源、高效利用能源、高效利用設備。
（ 2）噴煤技術
我國煤炭已由以往的原料出口國轉變為進口國，在此之前，我國焦煤早已成為進口國了。我國早在 1963年就開發了噴煤技術，是最早采用噴煤的國家之一。近年來，為了降低原燃料的成本，大力提倡噴吹煤粉，寶鋼等廠長期維持超過 200kg/t 大噴吹量。可是由于礦石和煤的品位降低，噴吹量僅維持在了120～200kg/t。為了提高噴煤量，除了改善原燃料條件以外，適當發展中心氣流、控制爐頂溫度和壓力降、避免軟熔帶透氣性惡化，降低未燃炭和入爐焦粉量，采取活躍爐缸中心和死料堆等措施，以及采取中心加焦控制氣流分布，采用混合配煤以提高煤粉燃燒率，改善礦石高溫還原性等措施，均可獲得滿意的效果。由于各高爐的生產條件不同，在高利用系數，低燃料比的條件下，提高煤比必須采用焦炭強度高，低SiO2、低 Al2O3和高溫還原性良好的燒結礦。
2. 高爐大型化
近年來，我國高爐的大型化有了很大進步。隨著高爐大型化，高爐裝備水平有了很大提高，裝備技術也有長足進步，裝備的本地化率不斷提高。
在世界上，我國新建大型高爐具有領先的裝備水平。在裝備技術方面采用了無料鐘爐頂、銅冷卻壁、高壓爐頂、噴煤裝置、水渣粒化裝置、爐前煙氣除塵裝置、高溫熱風爐、富氧鼓風、脫濕鼓風等等裝備。
高爐大型化除了對高爐爐內現象進行了更精細的研究外，還必須弄清各種爐內現象，合理控制循環區及死料堆的形成行為、焦炭粉化及產生堆積的行為，這些行為對爐料透氣性和下料有重大的影響。進一步有必要尋求重要操作因素以制定合適的送風制度和裝料制度。
3. 高爐長壽及快速大修
由于高爐大型化高爐大修對整個鋼鐵企業將產生影響巨大，由于設備更新資金的短缺、高爐穩定操作和爐體維修技術的發展，各國都在大力研究高爐的長壽技術。
世界各國都十分重視高爐的長壽技術。超過15 年的長壽高爐不斷增加，我國也出現了超過 15年的長壽高爐。在長壽技術中，有以下關鍵技術：
（1）合理的高爐爐體設計技術
采用合理內型；采用銅冷卻壁；例如日本的鑄銅冷卻壁技術，新日鐵為了提高銅冷卻壁的可靠性和降低銅冷卻壁的制造費用，開發的鑄入鋼管的銅冷卻壁，它具有成本低（只有軋制銅冷卻壁 60％的價格）、設備可靠性高（沒有鉆孔的塞焊縫、沒有水管與銅板的焊接接頭等潛在的漏水隱患），水管布置靈活，爐殼開孔少等優點。
特別是，為了克服爐缸環流加深死鐵層，同時提高爐缸爐墻耐材的抗鐵水侵蝕性，提高炭磚的導熱率，防止鐵水的滲透將氣孔微細化，以及爐缸側壁采用銅冷卻壁，以改進爐體冷卻。
（2）操作管理技術：
由高爐布料控制爐內氣流分布降低爐墻熱負荷；
保持高爐的穩定操作，降低爐體、爐缸熱負荷的波動；
控制爐缸、爐底冷卻，強化側壁溫度管理；
改善出鐵制度和布料技術，控制爐缸鐵水流動。
4. 減少 CO2排放的新工藝
高爐是直接排放CO2的工藝，所以主要目標是降低所以主要目標是減少投入高爐中的碳，尤其是焦炭。在歐洲ULCOS工程，為煉鋼評估單位容積內的物料、電、氫、天然氣的消耗，同時也對降低碳進行評估。國外正在研究多種全氧并利用爐頂煤氣循環的工藝，RFCS 正在研究一種全氧高爐。用冷的氧氣替代熱風從風口鼓入，將大部分爐頂煤氣經過一個CO2洗滌塔，一部分被處理過的富含CO的煤氣被循環使用到風口加熱到 1200℃，其余部分被加熱到 900℃，并鼓入位于爐身下部的第二排風口。模型計算約使用 175kg/t 煤、焦比降低到200kg/t，燃料比降低了 24％，并在 LKAB 實驗高爐上得到了驗證。計劃建設具有煤氣回收技術的50萬噸高爐。但要達到大高爐的規模大約還要15～20年。
5.高爐煉鐵自動化
（1）可視化高爐
采用新型高精度傳感器技術、智能化檢測技術、軟測量技術、數據處理技術、惡劣環境下的可靠性技術為手段對高爐工藝流程進行在線連續檢測，通過數字成像技術，使密閉的高爐成為基于爐內檢測，機理及經驗模型，數字成像技術的可視化高爐。針對高爐操作穩定，降低生產成本的高爐可視化應用，應首先考慮高爐長壽和原料適應性。
（2）生態高爐
是通過提高爐內反應強度，通過檢測及控制提供調整反應強度手段．持續提高噴煤比。通過設置相關檢測，調整操作，大力削減污染物排放。包括粉塵、CO、CO2、氮化物和硫化物。為實現生態高爐的目標，高爐自動化需隨著高爐煉鐵技術的發展，實現控制機能的實施及過程的優化。
（3）低成本高爐
通過合理的檢測及自動化設備配置，降低高爐建設成本。通過全集成的自動化控制系統，先進的管理和控制功能，提高勞動生產率，減少定員及維護費用。通過設置相關檢測設備及模型及專家系統，優化過程，提高原料適應性。
五、結語
綜上所述，隨著高爐煉鐵生產技術不斷進步, 未來高爐煉鐵工藝技術將會繼續占有主導地位。煉鐵系統應深入開展節能降耗、降成本工作, 進而提高鋼鐵工業的市場競爭力。
參考文獻：
儲滿生 郭憲臻 沈峰滿：《高爐煉鐵新技術的數學模擬研究》，《東北大學學報（自然科學版）》， 2007年06期
顧祥林 劉振均 吳淑華：《寶鋼1#高爐爐況操作功能綜合開發及應用》，《冶金自動化》， 2000年06期
低碳煉鐵技術范文第5篇
關鍵詞 生命周期評價;綜合利用;碳減排;鋼渣
中圖分類號 X757 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104(2010)10-0030-05 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.10.006
鋼鐵行業是重要的基礎工業部門之一,我國鋼鐵工業在世界鋼鐵工業中占據了重要地位,2009年,我國生產粗鋼5.68億t,占世界鋼鐵總產量的46.6%[1]。鋼鐵行業也是主要的溫室氣體排放行業之一,以二氧化碳排放量為例,當前我國鋼鐵行業年排放的二氧化碳量已經達到5億t以上[2]。
我國已明確了到2020年單位GDP的溫室氣體排放量在2005年排放量的基礎上減少40%的目標,這一背景下的鋼鐵行業因其溫室氣體排放大戶的地位而得到更多的關注。鋼鐵行業的溫室氣體減排,不僅需要關注生產工藝改進對減排的作用,也需要關注鋼鐵工業固廢綜合利用對鋼鐵行業減排的影響。
生命周期評價(Life Cycle Assessment,LCA)是評價產品或服務的潛在環境影響和資源負荷的有效方法,已成為重要的環境管理與分析工具[3-4]。LCA同時也是評價工業產品碳排放影響的重要工具,由于LCA關注研究對象生命周期內的碳排放,因而可以防止碳排放在不同工業部門間,以及產品的不同生命周期階段內(生產、使用、報廢回收等)轉移的問題。
以美國鋼鐵研究所(American Iron and Steel Institute, AISI)[5]和國際鋼鐵研究所(World Steel Association)[1]等機構牽頭開展的鋼鐵產品LCA研究,使得LCA在鋼鐵行業內得到了廣泛的應用,但目前鮮有利用LCA研究鋼鐵工業固廢綜合利用模式的相關文獻報道。而結合建設低碳社會背景,利用LCA研究鋼鐵工業固廢利用的碳減排效果的研究更是鮮見。
本文通過情景分析,利用LCA這一工具,研究我國鋼鐵工業產生的轉爐鋼渣在鋼鐵企業內的綜合利用模式,評價各種應用模式在消解鋼鐵產品生命周期碳排放上的效果,并探討LCA在工業固廢綜合利用中的應用方式和應用效果等問題。
1 鋼渣及其主要鋼企內部綜合利用方式
鋼渣是煉鋼過程產生的主要固體廢棄物,也是鋼鐵生產過程中排放的主要固廢之一,其產生量約為粗鋼產量的12%-15%[6]。資料顯示,我國目前鋼渣的堆存量已超過1億t,而綜合利用率只有約10%[7]。依據不同的煉鋼工藝,鋼渣可分為轉爐煉鋼過程產生的轉爐鋼渣和電爐煉鋼過程產生的電爐鋼渣。目前我國煉鋼工藝以轉爐冶煉方法為主(轉爐鋼約占鋼產量的88%[8]),轉爐鋼渣是我國鋼鐵行業排放的主要類型的鋼渣。
鋼渣中含有金屬鐵及CaO等成分,具備較高的回收價值,主要的鋼鐵企業內部綜合利用途徑包括:
(1)破碎磁選回收廢鋼鐵:鋼渣的廢鋼鐵含量在10%以上,鋼渣磁選工藝可得到含鐵量在55%以上的渣鋼。目前的鋼渣破碎磁選回收工藝的廢鋼回收率在90%以上[9]。
(2)作為燒結熔劑返回燒結工序:鋼渣含有大量的CaO、MnO、MgO等成分,可代替石灰石用作燒結配料。但鋼渣中的P會導致燒結礦中P含量升高,從而對后續的煉鐵及煉鋼環節產生不利影響,因此鋼渣回用做燒結熔劑必須注意對P含量的控制[10]。
(3)作為高爐配料返回煉鐵工序:鋼渣用作高爐配料,可減少高爐煉鐵工序的石灰石、白云石、螢石等的消耗,并降低高爐的能耗[7]。鋼渣用作高爐配料同樣存在P富集的問題。
(4)作為轉爐造渣料:轉爐鋼渣可直接返回轉爐煉鋼工序,代替部分石灰石等熔劑,并可降低耐火材料的消耗并減少污染排放。但為保證粗鋼質量,宜選用煉鋼終期渣作為返回 渣[9]。
2 LCA研究系統定義
LCA通過對產品或服務生命周期內的輸入、輸出進行核算,進而評價其潛在環境影響,已成為ISO14000環境質量管理體系的核心環節,是對產品或服務進行環境管理的重要支持工具。LCA旨在辨識影響產品或服務潛在環境影響的關鍵工序或過程,并識別改善環境績效、節約資源消耗的潛力及可能途徑。
LCA的研究過程包括確定研究的目的和范圍、清單分析、影響評價、生命周期解釋等4個階段[11]。確定研究的目的和范圍階段需要:①確定研究的對象和目的;②依據研究的對象和目的確定研究的功能單位和系統邊界。清單分析的目的是收集工藝單元的輸入輸出數據并建立清單。生命周期環境影響評價(Life Cycle Impact Assessment,LCIA)的目的在于更加清晰地表達清單分析的結果,并將研究聚焦到所關注的問題上,比如溫室氣體排放、酸化、資源耗竭等。生命周期解釋是依據研究目的和范圍,對清單分析及影響評價的結果進行討論[12]。
2.1 研究目的和范圍
本文的研究對象為轉爐鋼渣的鋼鐵企業內部綜合利用,但為使下文的4個方案的結果具有可比性,本文以
1 kg粗鋼為LCA研究的功能單位。
針對本文的研究對象,建立的系統邊界見圖1,主要的工藝流程包括:① 原材料采選(包括鐵礦石采選、煤炭開采、石灰石、白云石開采等);② 洗精煤生產; ③煉焦過程;④燒結;⑤生石灰生產;⑥高爐冶煉;⑦制氧;⑧轉爐冶煉;⑨轉爐鋼渣處理及內部綜合利用。其它的輔助過程,如輔料生產、原料、半成品運輸等過程沒有在圖1列明。由于鋼材品種多樣且使用廣泛,追蹤鋼材在社會系統內的使用、報廢、回收等過程存在較大的難度和不確定性,本文的系統邊界不包括鋼材、鋼制品的加工、使用、報廢回收等過程,此外社會廢鋼及工業廢鋼等的回收過程亦沒有包括在系統邊界內。
如前所訴,本文的研究對象為轉爐鋼渣的鋼鐵企業內部綜合利用,但轉爐鋼渣內部綜合利用過程與鋼鐵生產的主工藝流程間存在復雜的能流與物流聯系,單獨核算轉爐鋼渣鋼鐵企業內部綜合利用過程的能流物流是極為困難的。基于上述原因,本文的系統邊界不僅括了轉爐渣處理及內部綜合利用環節,也包括原料開采、選礦、煉焦、燒結、冶煉等工藝過程,從而將系統邊界擴展到了整個粗鋼生產過程,并以
1 kg粗鋼作為本文的功能單位。
2.2 方案設計
鋼渣回收前首先需進行降溫破碎處理,目前國內外鋼渣處理工藝較多,本文涉及的鋼渣處理工藝有:
(1)熱潑工藝:高溫紅熱液態鋼渣運至爐渣車間后,被均勻潑在渣廂中,經過集中連續噴水冷卻,并過濾多余水分后,鋼渣平均溫度降至75℃左右。經此處理后的鋼渣被運至渣場進行回收及處理處置。熱潑工藝較為簡單、處理能力大、運行安全可靠;但由于需消耗大量的噴淋水,造成循環水量大,初期的冷卻水大量外排,廢水量較大,且缺乏配套的廢熱回收工藝。
(2)水淬工藝:水淬工藝將高溫紅熱液態鋼渣置于水中急速冷卻,在限制其結晶的同時發生粒化。目前普遍采用的水淬方法有渣池水淬和爐前水淬兩種。渣池水淬即將熔渣緩慢倒入水池中,熔渣遇水急劇冷卻成粒狀水渣,水渣用吊車抓出放置在堆渣場,脫水后裝車外運;爐前水淬時,高溫紅熱液態鋼渣從渣罐底部的開口處自由落體下落,下降過程與高壓水柱相遇,熱熔鋼渣被壓力水分割、擊碎的同時急冷收縮而破裂,從而完成粒化過程,水淬渣輸送到沉渣池,經抓斗抓出,堆放脫水后外運。
(3)風淬工藝:高溫紅熱液態鋼渣由中間罐底部小孔流出后,與從特別設計的噴嘴噴出的空氣相遇,熔渣被破碎成球形微粒,其平均粒徑只有2 mm。沖渣后的高溫空氣和粒渣進入罩式鍋爐,回收熱量并收集渣粒。風淬法具有工藝簡單、安全可靠、投資成本及運行成本低、處理能力大、粒化徹底、無二次污染等優點,風淬法得到的渣粒無需再次破碎即可進入磁選工序;但風淬法對鋼渣的流動性要求較高,因此僅部分鋼渣可使用風淬法冷卻破碎。
通過對現有轉爐鋼渣內部綜合利用方式的調研(包括文獻調研和現場調研),本文設定了四種轉爐鋼渣鋼鐵企業內部綜合利用方案,即:
方案1:方案1使用熱潑工藝冷卻轉爐鋼渣,冷卻后轉爐鋼渣經破碎后進入磁選工 序,得到的廢鐵大部分返回燒結工序,部分返回高爐煉鐵工序和轉爐煉鋼工序,余渣則外售,在系統外得到綜合利用。方案1主要工序見圖2a。
方案2:方案2使用水淬工藝處理轉爐鋼渣,冷卻后的轉爐鋼渣進入破碎磁選工序,得到的廢鐵約有44%返回燒結工序,47%返回高爐煉鐵工序,大約7%返回轉爐煉鋼工序;部分余渣返回燒結工序用作燒結原料,剩余余渣則在系統外得到綜合利用。方案2的主要工序見圖2b。
方案3a和方案3b:方案3a和方案3b的工藝較為相近。兩者使用風淬或水淬工藝處理不同煉鋼環節產生的轉爐鋼渣。對使用水淬工藝處理的轉爐鋼渣,使用與方案2相同的破碎及磁選方式;而風淬后的轉爐鋼渣由于粒徑較小,因此無需破碎工序即可進入磁選工序,磁選的廢鋼大部分可作為高爐煉鐵的原料。轉爐鋼渣可細分為脫硅渣、脫磷渣、脫硫渣、轉爐渣、精煉渣等。脫硫渣及部分脫磷渣可返回燒結工序作為燒結配料,脫硅渣及剩余的脫磷渣則在系統外得到綜合利用。對轉爐渣和精煉渣而言,既可作為高爐煉鐵的原料,也可作為煉鋼的原料,在方案3a中,轉爐鋼渣和精煉渣作為煉鋼原料;而在方案3b中,轉爐渣和精煉渣則作為高爐煉鐵的原料。方案3a及3b的主要工序見圖2c。
3 清單分析
本文生命周期清單的數據包括多個數據來源:①通過與國內某特大型鋼鐵企業以及某大型鋼鐵企業進行現場訪談及調查問卷的方式,獲取了其工藝過程的主要物料數據;②上述企業的環境影響評價報告、循環經濟報告等內部報告也是本文重要的數據來源;③本文在研究過程還參閱了大量國內有關鋼渣處理及綜合利用的文獻[7,10,13-15];④各類工業產排污系數也是本文重要輔助數據來源。本文總體數據質量較高。通過對不同途徑數據來源一致性檢驗,顯示不同數據源間的數據具備較高的一致性,本文所得結果反映了我國鋼鐵行業整體的工藝水平。
本研究所涉及的部分生命周期清單數據來自中國科學院生態環境研究中心所完成的LCA數據庫,主要的清單包括:我國洗精煤生產過程的生命周期清單、國家電網電力的生命周期清單、石灰石、白云石生產的生命周期清單等。
4 基于LCIA的溫室氣體減排效果分析
LCIA由多個步驟組成,分為必備要素和可選要素,其中分類、特征化、以及影響類型、參數、評價模型等是LCIA的必備要素;評估階段(包括歸一化、分組、加權、數據質量評價等)是可選要素[11]。
本文采用IPCC 2007評價模型,對本文4個方案中功能單位的環境影響進行評價。IPCC 2007評價模型是政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)建立的一套綜合評價各類溫室氣體對全球變暖影響的方法,其評價結果表達為全球變暖潛值(Global Warming Potential,GWP)這一指標。IPCC 2007評價模型的結果包括GWP 20a、GWP 100a、GWP 500a三個評價指標,分別代表短期、中期、長期的溫室效應影響,其中GWP 100a是應用最為廣泛的評價指標。IPCC 2007評價模型已經被集成到Simapro這一LCA軟件內。不同于其它綜合性LCIA模型,基于IPCC 2007評價模型建立的LCIA模型僅包括單一的評價指標,因此無需歸一化、分組、加權等評估階段的工作。利用IPCC 2007 評價模型計算得到的針對本文4個方案的評價結果如表1所示。
如表1所示,方案1的GWP 100a結果最高,方案2次之,方案3a與方案3b的GWP 100a結果最小。相比方案1和方案2,方案3a與方案3b在碳減排上的貢獻相當明顯,這主要歸功于化石能源及生石灰消耗量的減少。通過對各個單元過程在碳排放上的貢獻的解析,得到了4個方案中轉爐鋼渣處理過程、渣鋼回收過程、剩余轉爐鋼渣內部綜合利用過程、以及其它過程(指除上述過程外的其它工藝過程,包括采礦、燒結、煉鐵、煉鋼等)對GWP 100a貢獻,結果如圖3所示。
如圖3所示,轉爐鋼渣內部綜合利用節省了煉鐵煉鋼工藝過程的能耗和物耗,是方案3a和方案3b碳減排的主要途徑;而回收廢鐵及轉爐鋼渣本身消解的碳排放則相對處于較為次要的地位。綜合表1和圖3,方案3a和方案3b的轉爐鋼渣內部綜合利用率并沒有區別,利用途徑也大同小異,但方案3b的GWP 100a影響明顯低于方案3a,可見將LCA引入到碳減排以及工業固廢綜合利用的研究中,可幫助決策者系統分析比較多種碳減排方案及工業固廢綜合利用方案的優劣,并尋找最為合理的方案。
5 結 論
轉爐鋼渣的內部綜合利用,既可以節約鋼鐵生產所需的資源和能源,也是鋼鐵行業消解碳排放,實現低碳經濟的有效途徑。合理規劃轉爐鋼渣的綜合利用方案,可有效地消解鋼鐵生產生命周期過程內的碳排放。如本文的方案3a和方案3b消解的GWP 100a影響分別為方案1的10.4%和14.2%。
LCA是研究工業產品碳排放,以及評價低碳方案碳減排效果的重要工具,可幫助決策者尋找最為合理的低碳方案。本文的方案3b在無法提高轉爐鋼渣內部綜合利用率的情況下,通過對轉爐鋼渣回收路線的優化,使得粗鋼產品的GWP 100a影響在方案3a的基礎上進一步降低了
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