鋼鐵工業(yè)的節(jié)能與環(huán)保

1、鋼鐵工業(yè)的節(jié)能與環(huán)保摘要：本文介紹了鋼鐵工業(yè)中鋼鐵材料典型工件制造過(guò)程中的能源消耗、CO2的排放，通過(guò)軋輻的制造過(guò)程，分析、計(jì)算其制造全過(guò)程中涉及到的能源消耗，并闡釋了減少能源消耗的措施，并指出了未來(lái)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：軋板，熱處理，能源，節(jié)能減排，環(huán)保。鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是近十年來(lái)發(fā)展迅猛，鋼鐵年產(chǎn)量自1996年起連續(xù)蟬聯(lián)世界第一，消費(fèi)量也名列世界之首。但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，資源能源消費(fèi)約束明顯顯現(xiàn)，能源供求矛盾日益突出，高污染、高能耗的特點(diǎn)也使鋼鐵工業(yè)在防污減排、節(jié)能降耗等方面承受著一定的

2、壓力。因此鋼鐵工業(yè)發(fā)展必然面臨資源不足、環(huán)境污染的嚴(yán)重制約。發(fā)展資源節(jié)約型環(huán)境友好型鋼鐵工業(yè)已迫在眉睫。其中軋輻是使軋材金屬產(chǎn)生塑性變形的工具，是決定軋機(jī)效率和軋材質(zhì)量的重要消耗部件。軋輻是軋鋼廠軋鋼機(jī)上的重要零件，利用一對(duì)或一組軋輻滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力來(lái)軋碾鋼材。它主要承受軋制時(shí)的動(dòng)靜載荷，磨損和溫度變化的影響。2.軋輻選取，確定制造流程1板坯厚度大，軋輻必須具有較好的咬入性。2板坯溫度高，軋制速度較慢，軋件和軋輻接觸時(shí)間較長(zhǎng)。軋輻必須具有較好的抗熱裂性、抗熱疲勞性。3工作輻直徑大1210/1110mm、輻身長(zhǎng)度大5050mm，承受的軋制力高，主電機(jī)帶開(kāi)工作輻傳動(dòng)。要求軋輻有較高的抗斷裂性，軋輻

3、輻身和輻頸必須有較高的強(qiáng)度。4高的軋制溫度也要求軋輻具有高溫耐磨性。5由于粗軋和精軋?jiān)谕粰C(jī)架完成，所以既要考慮到粗軋時(shí)軋件厚度大，寬度小，軋輻所受沖擊大，軋輻使用面積少，軋件與軋輻間易出現(xiàn)打滑等。也要考慮精軋時(shí)，軋件寬而長(zhǎng)，軋輻使用面積大。同時(shí)，單機(jī)架四輻軋機(jī)，在軋制低合金專用鋼和高強(qiáng)度品種鋼時(shí)，要采用控制軋制和控制冷卻技術(shù)，通常進(jìn)行交叉軋制，軋制溫度低，軋制力大。要求軋輻具有耐磨性好、抗熱裂性好、耐外表粗糙能力好、強(qiáng)度高、對(duì)熱的敏感低等性能。本文以大型支承輻為分析對(duì)象。圖2是支承輻簡(jiǎn)圖，各部尺寸如下圖。支承輻所用材料為70Cr3Mo鋼。表1和表2為其常用參數(shù)。假設(shè)其制造全流程從冶煉開(kāi)始?，F(xiàn)

4、場(chǎng)所采用的鍛后熱處理工藝如圖3所示，最終熱處理工藝如圖4所示。奧氏體化結(jié)束后，將工件淬入油中，55min后出油轉(zhuǎn)入溫度為3000C的回火爐中保溫30h,然后出爐空冷至室溫。要求輻身淬火后硬度到達(dá)75HS,有效淬硬深度為45mm（硬度為67HS處距外表距離），輻頸硬度為4045HS。硬深度為45mm（硬度為67HS處距外表距離），輻頸硬度為4045HS。表17。口3Mu村的出學(xué)成分t冒0、aC，Si.，MnP.HS0FiiiM口0.£B*0.75.O.SOiOJOi045-0S5<0017<0.(112.Z.82-3,3002S-0S5表27Kr3Mti包的有羌爹爹卜Ml始

5、,心終，Ml始,片終Ml,常注力的始鍍遍度電51C,7O5*C.665c39比.<45tfC式附，圖1支承輯簡(jiǎn)圖工藝流程：配料一冶煉一LF/VD一鑄錠一電渣重熔一加熱一鍛造一鍛后處理一粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一感應(yīng)淬火一冷處理一回火一精加工一包裝。所選工藝中從冶煉開(kāi)始，到回火結(jié)束是主要耗能階段，其中主要計(jì)算冶煉、鍛后處理、以及工件最終奧氏體化和回火消耗的能量和CO2排放量。M0hlt)L'圖2押口號(hào)Mm闞虬輯鐐后熱處理工藝+IUUOOJOUOUi000070UGO時(shí)M/3圖3最終熱處理的奧氏體化工藝標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值約7000Kcal/kg;1Kcal約等于4182焦耳?；痣姷陌l(fā)電熱效率

6、在3537%;直接用天然氣加熱，熱效率為3545%;每度電本身的熱功當(dāng)量860大卡；即標(biāo)準(zhǔn)煤。根據(jù)生命周期評(píng)估解結(jié)果，中國(guó)電網(wǎng)電力各種電力混合后的平均值1度電的CO2排放是960g左右。中國(guó)生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)CLCD有效熱量：工件由初始溫度升到所要求的最高加熱溫度所需要的熱量：式中：q工件的質(zhì)量，kg；t0和t1工件的初始溫度和最高加熱溫度，C;c0和c1工件在t0和t1溫度時(shí)的平均比熱，kJ/kg.C)計(jì)算：工件質(zhì)量：3.14*(650/2)2*730*2+3.14*(1065/2)2*1480+2*3.14*(650/2)2+3.14*(1065/2)2+3.14*(650/2)2+3.1

7、4*(1065/2)21/2*230/3=2.05*109mm32.05*109mm3*10-3*7.81=16*106g=16t冶煉：查每噸鑄鐵消耗電能550700度，該工件用電880011200度，CO2排放量為960*880011200=8.44810.752t,對(duì)應(yīng)熱功當(dāng)量為75680009632000大卡。鍛后熱處理：所選設(shè)備：10000c標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)車式電阻爐額定功率：320KWL*W*H:3500*1500*10001有效熱量：16000*(900*0.687-25*0.46)+(780*0.667-300*0.511)*273=4.2315*109KJ即為4.2315*109KJ/4

8、.182/1000=1.01*106大卡消耗1174度電，CO2排放是1.12t2320*10+10+30=16000KW*h鍛后熱處理排放15.36t+1.12t=16.48t的CO2,消耗17174度電最終熱處理：所選設(shè)備：10000c標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)車式電阻爐額定功率：320KWL*W*H:3500*1500*10001有效熱量：16000*950*0.687-25*0.46*273=2.8*109KJ即為2.8*109KJ/4.182/1000=6.69*105大卡所以消耗6.69*105大卡/860*0.1229/0.35=273.16千克標(biāo)準(zhǔn)煤，消耗778度電，CO2排放是0.746t232

9、0*7+8+2.5+1.5=6080KW*h鍛后熱處理排放5.8368t+0.746t=6.5828t的CO2,消耗6854度電回火：回火設(shè)備：6500C井式回火爐額定功率：400KW最高工作溫度：6500C料筐尺寸：2200*3500(*H)回火溫度：3000C,30h1有效熱量：16000*300*0.511-25*0.46*273=6.19*108kJ即為6.19*108kJ/4.182/1000=1.48*105大卡消耗172度電，CO2排放是0.165t2400*30=12000KW*h即耗電12000度，CO2排放是12000*960=11.52*106g=11.52t回火階段排放

10、11.52t+0.165t=11.685t的CO2,消耗12172度電所以最終一共消耗電4500047400度，CO2排放量為43.195845.4998t4.總結(jié)能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)?？v觀人類社會(huì)發(fā)展的歷史，人類文明的每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改良和更替。能源的開(kāi)發(fā)和充分利用極大地推進(jìn)了人類社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國(guó)能源消費(fèi)總量龐大，節(jié)能減排形勢(shì)十分嚴(yán)峻。節(jié)能減排不僅是節(jié)約能源資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要途徑，更是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的必由之路。鋼鐵工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是近十年來(lái)發(fā)展迅

11、猛，鋼鐵年產(chǎn)量自1996年起連續(xù)蟬聯(lián)世界第一，消費(fèi)量也名列世界之首。但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，資源能源消費(fèi)約束明顯顯現(xiàn)，能源供求矛盾日益突出，高污染、高能耗的特點(diǎn)也使鋼鐵工業(yè)在防污減排、節(jié)能降耗等方面承受著一定的壓力。無(wú)庸置疑，鋼鐵行業(yè)是高能耗、污染大的大戶”，而且是六大耗能行業(yè)中的大戶”。鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排工作的成效關(guān)系到全社會(huì)整體節(jié)能減排工作的成效。4.3中國(guó)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排面臨的主要問(wèn)題中國(guó)鋼鐵工業(yè)潛在環(huán)保危機(jī)我國(guó)在節(jié)能減排的道路上雖然從未停過(guò)腳步但是仍然面臨生態(tài)幻境污染的潛在危機(jī)，在思想上認(rèn)知和體質(zhì)的管理方面也急需要完善和提高。主要問(wèn)題反映在能耗和環(huán)保水平于國(guó)外先進(jìn)企業(yè)之間還存在一定差距

12、：1 .在節(jié)水上有相當(dāng)大的差距，噸鋼耗薪水量指標(biāo)普遍高，水的利用于回收，污水凈化。汽化冷卻技術(shù)的應(yīng)用方面也存在差距。2 .無(wú)組織排放源和廠房二次、三次排塵技術(shù)裝備的配置于國(guó)外大部分鋼鐵業(yè)有距離。3 .在環(huán)保治理深度上有較大差距，國(guó)外已經(jīng)普遍把揮發(fā)性有機(jī)物和二惡英、重金屬、排放等放到治理重點(diǎn)上，而我過(guò)對(duì)此還有待學(xué)習(xí)國(guó)外。4 .在環(huán)境意識(shí)與管理體系、制度及環(huán)保產(chǎn)業(yè)上差距明顯：在管理費(fèi)用中沒(méi)有環(huán)保成本的概念；節(jié)能降耗技術(shù)還未能在全國(guó)行業(yè)普遍推廣應(yīng)用，造成我過(guò)同行業(yè)水平的差距較大，發(fā)展不平衡。大量反映鋼鐵工業(yè)節(jié)能與環(huán)保的指標(biāo)并為列入國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)范圍，因而數(shù)據(jù)不全，不能反映同類企業(yè)，行業(yè)的實(shí)際水平等

13、等。鋼鐵業(yè)開(kāi)展節(jié)能減排存在難題1 .鋼鐵企業(yè)相對(duì)分散是節(jié)能減排的主要矛盾我國(guó)鋼鐵企業(yè)相對(duì)分散，集中度低。從能源利用角度講，不利于企業(yè)設(shè)備的大型化和資源的有效利用，增加了能源損失。因此，加快推進(jìn)中國(guó)鋼鐵聯(lián)合重組，提高產(chǎn)業(yè)集中度，是節(jié)能減排進(jìn)一步深化的關(guān)鍵。2 .工業(yè)裝備仍然是鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)我國(guó)中小鋼鐵企業(yè)中普遍存在規(guī)模小，工業(yè)裝備水平較低，能源環(huán)保設(shè)施不到位等問(wèn)題，導(dǎo)致我國(guó)鋼鐵工業(yè)工藝裝備總體水平不高，如世界先進(jìn)煉鋼車t爐為200350t,我國(guó)主體水平為20100t。從而造成了能耗高，二次能源回收低污染處理難度大。因此加大淘汰落后和替代低水平工藝裝備仍是推進(jìn)節(jié)能減排的重點(diǎn)。3 .我國(guó)鋼鐵

14、工業(yè)能源問(wèn)題的主要原因我國(guó)鋼鐵工業(yè)一次能源以煤炭為主，占能源消費(fèi)總量的70%左右，而且發(fā)熱量、灰分、硫分等質(zhì)量指標(biāo)與美國(guó)、德國(guó)、日本相比，存在較明顯的差距。石油類能源和天然氣所占比例比其他發(fā)達(dá)國(guó)家低16%27%。從而造成能源利用效率相對(duì)較低，初步估計(jì)由此造成的能耗差距在1520kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸鋼。由于我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，廢鋼資源積累少，必然造成電爐鋼比例低。美國(guó)電爐鋼比約為55%,德國(guó)約為30%,日本為25%,而中國(guó)僅為10%左右，這就造成了中國(guó)鋼鐵工業(yè)鐵鋼比較高，按目前我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)際情況測(cè)算，鐵鋼比每提高0.1t鋼，綜合能耗上升約20千克標(biāo)準(zhǔn)煤，中國(guó)比其他國(guó)家鐵鋼比高0.4左右。4

15、.能源消耗和污染物排放存在結(jié)構(gòu)性的矛盾大中型鋼鐵企業(yè)（年產(chǎn)鋼100萬(wàn)噸以上），由于工藝裝備技術(shù)水平不斷提高，總的來(lái)看，與國(guó)際先進(jìn)水平的能耗差距為10%15%,污染物排放也得到一定的有效控制。地方中小企業(yè)、特別是小高爐、20噸以下小轉(zhuǎn)爐、小電爐等落后裝備，能耗高、污染物排放大，總能耗與國(guó)際先進(jìn)水平差距達(dá)50%左右，污染物排放尚未得到有效控制4.5我國(guó)CO2排放的現(xiàn)況及減排措施1 .我國(guó)鋼鐵工業(yè)CO2排放量十分巨大，19942006年內(nèi)平均占我國(guó)總排放的14%以上,2003年來(lái)其CO2排放量的增長(zhǎng)更加迅速。盡管我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，還不需要承擔(dān)碳減排的任務(wù)，但是作為世界第2大溫室氣體排放國(guó)，我國(guó)正面臨

16、著巨大的國(guó)際壓力，因此鋼鐵工業(yè)是我國(guó)碳減排的重點(diǎn)行業(yè)，其碳減排工作急需盡快展開(kāi)。2 .鋼鐵工業(yè)的CO2排放結(jié)構(gòu)顯示，煤炭類能源消耗產(chǎn)生的CO2排放量最大，1994-2006年內(nèi)平均為97%,并且呈逐漸上升的趨勢(shì)，而石油和天然氣類能源消耗導(dǎo)致的CO2排放幾乎可以忽略。針對(duì)排放結(jié)構(gòu)的分析揭示出，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)是最有效的減排路徑。3 .每噸鋼CO2排放量從1994年的5169kg降低到2006年的2389kg,降幅到達(dá)53.78%,充分說(shuō)明了我國(guó)鋼鐵工業(yè)節(jié)能減排取得了很大的成績(jī)，為世界范圍的碳減排做出了一定的奉獻(xiàn)，當(dāng)然我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源效率離世界先進(jìn)水平尚有較大差距，2002年以來(lái)更是遇到了提高能

17、源效率的瓶頸。4 .從鋼鐵工業(yè)CO2排放彈性系數(shù)來(lái)看，1995-2006年平均為43.28%,且呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)，可以看出我國(guó)鋼鐵工業(yè)的增長(zhǎng)越發(fā)依賴于能源消耗的增加，進(jìn)而導(dǎo)致了CO2排放量的不斷增加，特別是2002年以來(lái)兩者之間的相互依賴性有加強(qiáng)的趨勢(shì)。4.6中國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展節(jié)能減排的途徑4.6.1 加快淘汰落后工藝裝備我過(guò)中小鋼鐵企業(yè)普遍存在規(guī)模過(guò)小，采用落后或低水平的工藝裝備及能源環(huán)保不到位等問(wèn)題，造成了我過(guò)鋼鐵工業(yè)裝備總體水平不高，從而導(dǎo)致了高能耗、二次能源回收低及污染處理難度大等問(wèn)題、所以加大淘汰落后的工藝裝備是推進(jìn)節(jié)能減排的重點(diǎn)和難點(diǎn)。國(guó)家將淘汰落后、低水平的工藝裝備作為一項(xiàng)主要的節(jié)能措

18、施。目前，國(guó)家發(fā)改委已于各省市區(qū)先后兩批簽訂了淘汰落后責(zé)任書(shū)，力爭(zhēng)2012年淘汰200m3及以下的高爐、20T及一下的轉(zhuǎn)爐和電爐以及落后的軋機(jī)；2013年淘汰300m3及以下的高爐等其他落后的裝備。鋼鐵企業(yè)通過(guò)加快淘汰本企業(yè)落后的工藝、技術(shù)及設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備大型化，生產(chǎn)流程連續(xù)化、緊湊花、高效化，最大限度綜合利用各種能源和資源。4.6.2 大力發(fā)展節(jié)能新技術(shù)近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵行業(yè)通過(guò)推廣應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)和裝備，能源利用效率不斷提高，噸鋼綜合能耗顯著下降。但是，由于我國(guó)鋼鐵工業(yè)在工藝、技術(shù)、裝備等方面呈現(xiàn)多層次，不同水平共存的現(xiàn)象，因此在能源效率的提高、二次能源的利用等方面還有進(jìn)一步提高的潛力

19、，還需通過(guò)節(jié)能技術(shù)的推廣普及進(jìn)一步提高整體節(jié)能量，通過(guò)技術(shù)研發(fā)，重點(diǎn)突破一些當(dāng)前還難以有效利用的余熱余能利用問(wèn)題，從而促進(jìn)鋼鐵工業(yè)節(jié)能工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)全面推廣焦?fàn)t干熄焦、轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵、高爐煤氣干法除塵、煤調(diào)濕、連鑄坯熱裝熱送、轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼等技術(shù)；重點(diǎn)推廣燒結(jié)球團(tuán)低溫廢氣余熱利用、鋼材在線熱處理等技術(shù)；示范推廣上升管余熱回收利用、脫濕鼓風(fēng)、利用焦?fàn)t消納廢棄塑料和廢輪胎等技術(shù)；研發(fā)推廣高溫鋼渣鐵渣顯熱回收利用技術(shù)、直接復(fù)原鐵生產(chǎn)工藝等；加快電機(jī)系統(tǒng)節(jié)電技術(shù)、節(jié)能變壓器的應(yīng)用。4.6.3 高效回收利用余熱余能高爐沖渣水余熱的利用鋼鐵產(chǎn)業(yè)是耗能大戶，在消耗能源的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的余熱余能。目前，鋼鐵產(chǎn)業(yè)余熱余能的回收利用率相當(dāng)?shù)停渲?，高溫余熱比較容易回收，在節(jié)能降耗的技術(shù)改造中已大部分得到回收；但低溫余熱的回收卻幾乎為零，如高爐沖渣水的余熱，大多被浪費(fèi)掉。應(yīng)該指出，低溫余熱約占總余熱的35%,因此，鋼鐵產(chǎn)業(yè)的低溫余熱存在著巨大的回收潛力。如何實(shí)現(xiàn)高爐沖渣水的余熱利用，是一個(gè)具有重大意義的節(jié)能課題。鋼鐵廠在高爐煉鐵工藝中，產(chǎn)生的爐渣溫度大約為1000C。目前，大多數(shù)煉鐵企業(yè)的處理方法是：將此爐渣在沖渣