现代炼铁厂主要使用的燃料和冶铁方式
主要使用的燃料
焦炭
焦炭是现代钢铁厂中最常用的燃料之一,燃烧时,不仅可以产生热量,还能产生还原剂 , 焦炭在高温条件下和鼓入空气中的 燃烧生成 和 ,在炉内还原铁 [1]
反应的化学方程式为
焦炭可以同时产出热量以及提供一氧化碳,也可以提高气体的流动效率,且含碳量较高,可以提高铁水的质量。并且有着配套的完整工艺
但是焦炭生产过程能耗需求高,会对环境产生较大危害,且目前面临着短缺的问题,而且身为不可再生资源,缺乏可持续性。再者,它也会产生大量的,不利于实现低碳炼铁的目标
煤粉
煤粉也是一种重要原料,通过喷吹技术,可以代替部分焦炭。 [1:1]
煤粉能取代焦炭,在煤炭资源丰富的地方能降低炼铁成本。并且更充分也可以提高炉内温度,增强还原的效果。
不过它的燃烧效率、还原性均不如焦炭,且需要较高的技术。国外有着多年应用历史,但是中国尚未广泛应用。
一般来说,煤粉用于焦炭资源紧张、成本较高的区域,比如华南(广东一带)、江浙地区
天然气和重油
属于喷吹燃料,通过转化制造煤气,作为还原剂和热载体。使用天然气的直接还原法在20世纪60年代得到发展,当时多数高炉都喷重油和天然气 [2]
80年代后,油价高涨,世界高炉迅速转向喷煤。
天然气和重油的使用可以减少对焦炭的依赖,降低环境污染。 [1:2]
但是其价格波动较大,且可能受到地缘政治的影响。一般来说适用于天然气资源丰富的地区
生物质、废塑料
随着对环境保护要求的提高以及技术的发展,这些燃料也走入了人们的视野。
生物质等燃料可再生,可以减少对化学燃料的依赖,并且可以显著降低碳排放。
但是在炼钢领域,这些替代燃料的技术尚不成熟,需要时间进一步发展。且生产和使用成本相对较高,可能影响炼铁的效率
总结
每一种燃料都有着独特的优势,以及对应的缺点。在选择燃料时,需要综合考虑成本、效率、环境影响以及资源的可持续性。随着技术的进步和环保法规的加强,未来炼铁燃料的选择将更加多元化,趋向于更加清洁和可持续的能源。
冶铁方式
高炉炼铁
高炉炼铁是现代炼铁的主要方式,由古代竖炉炼铁发展、改进而成 。目前,各国已研究出很多新式炼铁法,但是由于高炉炼铁的长期发展,经济指标良好、工艺简单、生产量大、劳动生产率高、能耗低等有点,目前仍占世界铁总产量的 95% 以上[3]
但是高炉炼铁焦炭的用量较大,环境污染严重,且有着传统炼铁流程长,投资大等缺点
电弧炉炼铁
电弧炉炼铁是通过电弧炉中的点击,用电弧的高温将原材料融化,并加入还原剂和助溶剂促使铁矿石还原成铁水的方式
我国目前电弧炉的产能逐年稳定上升,2021年达到1.86亿吨,占比也在总体提高,但是相对于全球来说仍偏低 [4]
电弧炉开工率长期偏低,且原材料、用电的成本居高不下,我国能耗双控政策也使企业停产限产再次升级,但也有国家政策的支持
工信部、发改委、生态环境部联合发布的《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见》提出“有序引导短流程炼钢(电炉)”,谈及十四五“电炉钢产量占粗钢总产量比例提升至15%以上,力争达到20%”的目标。
相信不断会有政策出台,利好和支持电弧炉炼钢的发展,不论是雪中送炭抑或锦上添花,智慧化地管控、节省工业用电,一定是电弧炉炼钢企业应选之路。