與廢鋼電爐短流程相比，高爐加廢鋼是否更節能、環保、經濟？
2018-08-13 13:18 中國鋼鐵新聞網 系統管理員
與使用鐵礦石的高爐—轉爐長流程相比，廢鋼電爐短流程具有節能和環保的絕對優勢。多用廢鋼煉鋼是鋼鐵工業發展的必然趨勢。隨著我國廢鋼積蓄量和產生量的快速增加，發展廢鋼電爐煉鋼已成為降低我國鋼鐵生產巨大能量消耗和解決環保問題的有效手段，成為新的發展熱潮。
然而，當考慮高爐也能夠使用部分廢鋼替代鐵礦石煉鐵時，廢鋼電爐流程能否依然保持在節能和環保方面的優勢？換言之，高爐加廢鋼比電爐用廢鋼能否更節能和更環保？此外，在目前廢鋼電爐短流程的噸鋼成本并沒有優勢的情況下，將廢鋼加到高爐里，是否能更好地體現廢鋼的經濟價值？明確這些問題，無疑對我國未來廢鋼的合理使用以及鋼鐵工業的健康發展有重要意義。
首先，廢鋼作為一種金屬鐵料，是完全可以部分替代其他含鐵爐料在高爐中使用的。這一點在理論上和國內外實踐上，均得到充分證明。歐洲和北美的許多高爐爐料中，都有數量不等的廢鋼等金屬料，高超過200kg/t。
廢鋼替代鐵礦石的節能效果，體現在有效地降低高爐燃料比和提高高爐產量上。國外的某經驗數據是，噸鐵加100kg廢鋼，降低焦比30kg/t，提高產量4%~6%。這是因為，廢鋼在高爐內只是一個加熱熔化過程，無需巨大的還原耗熱和較長的冶煉時間。
每噸廢鋼在高爐內的熔化熱量折算標煤約為34kg。高爐的能量利用率按85%計算，則高爐增加能耗40kgce/t廢鋼。此外，廢鋼加入高爐熔化后，會發生滲碳反應和還原硅的融入，生成含碳4.5%和含硅0.4%的鐵水，由此多消耗一些焦炭。估算使用廢鋼的高爐工序能耗約為104kgce/t鐵水。此鐵水在轉爐煉鋼過程中，因含碳含硅，提供了冶煉過程所需的部分能量，總的能耗基本沒有增加，甚至會是“負能”煉鋼。終在高爐—轉爐流程中使用廢鋼的工序能耗估算為115kgce/t鋼。
對于全廢鋼電爐，其主要用電能來加熱熔化廢鋼和進行后續的冶煉，其中加熱熔化耗電約380kWh/t鋼，總的工序能耗約為186kgce/t鋼。由此可見，廢鋼用于電爐的工序能耗大大高于用于高爐—轉爐流程。高爐加廢鋼具有突出的節能效果。
廢鋼用于高爐—轉爐流程的CO2排放來自高爐消耗的焦炭，以及含碳鐵水在轉爐煉鋼的脫碳反應。將以煤氣方式帶走的碳考慮在內，全部的CO2排放量估算約為380kg/t鋼。這僅為使用鐵礦石的高爐—轉爐流程CO2排放總量的1/5。
當不考慮電的間接CO2排放時，廢鋼電爐流程的直接CO2排放量是非常低的，僅約150kg/t鋼，不僅大大低于傳統的鐵礦石高爐—轉爐流程，也比廢鋼用于高爐—轉爐流程減少一半以上，環保優勢十分突出。
然而，如果電爐使用的電能是來自煤炭火力發電時，將火電的CO2排放量計算在內，則廢鋼電爐流程的CO2排放總量要達到630kg/t鋼左右，比廢鋼用于高爐—轉爐流程多250kg/t鋼。
我國是以煤炭火力發電為主的國家，火電比例占70%以上。因此，在大多數情況下，廢鋼用于電爐的終CO2總排放量，將高于用于高爐—轉爐流程。簡言之，將廢鋼用于高爐會更環保。
在當前的鋼鐵原燃料價格體系背景下，高爐加廢鋼替代鐵礦石會使鐵水成本上升，進而帶來終鋼水成本的增加。但與全廢鋼電爐流程相比，高爐加廢鋼會表現出更好的經濟性。
二者比較的區別首先在于，在相同的廢鋼價格下，高爐加廢鋼的成本增加主要是消耗的高爐固體燃料（焦炭﹢煤粉）費用。估算噸鋼消耗為80kg焦炭﹢40kg煤粉，成本約200元/噸。而全廢鋼電爐的電耗費用將達350元/噸左右，二者相差明顯。即使同時考慮高爐—轉爐流程和電爐流程的其他費用差距，一般也難以彌補上述差距，甚至可能會擴大。
高爐加廢鋼的另一個經濟優勢是，可以有效使用低級或劣質廢鋼。由于高爐有強大的還原能力和熔煉能力，以及非常高的能量利用率，可以用小的能耗代價和成本代價，來消納氧化鐵和非金屬雜質含量高的多種低級或劣質社會廢鋼。
在應用廢鋼的便利程度方面，高爐也體現出其優勢。廢鋼只須要被加工成滿足高爐需要的一定粒度，即可利用高爐現有的料倉及上料和布料系統，裝入高爐使用，實現節能減排和降低成本的生產效果。而且由于高爐產能巨大，爐料中僅配少量的比例，就能消耗總量巨大的廢鋼。如爐料中配加5%，一座2000m3高爐每天可消耗370t廢鋼，推算到全國高爐生產，則每年可消耗5400萬噸廢鋼。
對于廢鋼電爐工藝而言，要提高其經濟性，就必須大幅度降低電耗。通過廢鋼的預熱和熔煉工藝的技術改進，能使電爐的電耗大幅降低，從而縮小了廢鋼電爐流程與高爐—轉爐流程的產品成本差距。如某先進電爐工藝，據稱全廢鋼電耗可低至250kWh/t。這些須要對現有裝置進行較大的設備改造，甚至是建設全新的電爐生產系統，都要付出巨大的投資代價。
至于當前普遍采用的電爐“吃”鐵水來降低電耗和生產成本的方法，則恰恰為高爐—轉爐流程的經濟性，以及廢鋼加入高爐的經濟價值提供了佐證。
綜合評價，以煤炭火力發電為基礎，在當前條件下，高爐加廢鋼會比電爐使用廢鋼更節能、環保和經濟。
上述觀點是筆者依據對高爐煉鐵工藝的粗淺理解和對電爐煉鋼的淺薄認識得出的。因考慮不全面，研究不深入，其分析結果很可能與事實相悖。鑒于廢鋼如何利用對我國鋼鐵工業結構調整關系重大，筆者斗膽提出拙見，以期獲得拋磚引玉的效果。
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