抓好全流程绿色工作，从“傻大黑粗”转向“绿精富强”

“钢铁行业是典型的流程行业，其生产效率、生产成本、产品质量、绿色化程度，是由全流程各个环节所共同决定的。抓住各个环节实现绿色化的主要关键共性问题，做好各个环节间的科学、合理衔接与匹配工作，实现全流程物质流、能量流、信息流的协调优化和智能控制，是实现全流程绿色化的基础和保障。只有抓好了钢铁生产各环节的节能环保工作，才能助推钢铁行业从‘傻大黑粗’转向‘绿精富强’。”9月12日，中国工程院院士、东北大学教授王国栋在2018钢铁工业绿色制造发展高端论坛上，介绍了我国从选矿、炼铁、炼钢到轧钢的钢铁生产全流程节能减排技术发展近况。

加强复杂难选铁矿石选冶技术与装备研发

　　王国栋先从我国铁矿石采选技术的绿色发展开始说起。他介绍，针对我国铁矿石资源“贫、细、杂”等特点和“节能降耗、提高资源利用率”这一铁矿石采选科研攻关的永恒主题，我国在选矿上提出了“劣质能用、优质优用”发展战略。

　　“在这样的情况下，我国急需研发出复杂难选铁矿石选冶技术与装备，包括铁矿石流态化还原焙烧、深度还原技术及装备，高磷鲕状赤铁矿高效解离-深度除杂关键技术，镜铁矿、高闪石型难选氧化铁矿高效选矿技术，难处理铁矿石高效绿色环保选矿新药剂研制技术等。”王国栋说。

　　王国栋重点对悬浮焙烧技术进行了介绍。他指出，悬浮焙烧技术有着以高回收率生产高品位铁精矿的特点。从2006年~2010年小试阶段的间歇式悬浮焙烧炉，到2011年~2015年中试阶段的连续悬浮焙烧系统，再到2016年至今实现悬浮焙烧技术工业化，历经12年，我国悬浮焙烧技术逐步由实验室走向了产业化。通过应用悬浮磁化焙烧扩大连续试验处理技术，目前，东鞍山贫赤铁矿、鞍钢东部尾矿和酒钢粉矿均取得了良好的选矿指标。

　　王国栋指出，针对磨矿作业能耗高、介质消耗量大的问题，东北大学创造性地研究开发出了非铁介质与新型专用搅拌磨机的优化组合技术。该技术可使选矿过程的二段、三段磨矿能耗降低30%~50%，可使介质消耗降低60%以上。

呼吁推广应用热压铁焦集成关键技术

　　炼铁方面，王国栋介绍了热压铁焦新型低碳炼铁炉料制备与应用技术（热压铁焦生产过程见图1），该技术可在降低22.1%吨铁能耗、降低16.4%焦比、减少51.8%二氧化碳排放的基础上，有效提高生铁产量。

　　王国栋呼吁推广应用热压铁焦集成关键技术，助推高炉炼铁向低碳化和低成本方向发展。他表示，目前，热压铁焦新型低碳炼铁炉料制备与应用技术已经在河钢石钢580立方米高炉、1000立方米高炉、宝武集团4000立方米高炉等企业产线上得到了应用，应用初期的目标为实现二氧化碳减排4%、吨铁成本降低10元以上。

　　王国栋指出，随着二氧化碳减排压力的增大，氢气还原技术将越来越受到钢铁行业的重视，迎来蓬勃发展的机会。

　　在氢气还原技术发展上，国外钢铁企业已经有了一定的进展。奥钢联制订了20年的长期计划，全力推进氢还原技术的开发，将二氧化碳减排目标定为50%。奥钢联将在该计划的第一阶段，把其在美国得克萨斯州的DRI（直接还原铁）工厂的天然气气基竖炉改为氢气竖炉；在第二阶段增加氢气在高炉上的使用量，将高炉的还原剂由煤炭、焦炭转换成氢气。到2030年以后，奥钢联将开展更大幅度的减排技术开发工作，直至最终实现二氧化碳减排70%。瑞典钢铁公司（SSAB）、瑞典国有铁矿石公司LKAB和瑞典大瀑布电力公司（Vattenfall）联合推进的项目———HYBRIT旨在开发用氢气替代炼焦煤和焦炭的突破性炼铁技术。

　　今年，东北大学与辽宁华信钢铁共性技术创新科技有限公司共同组建了辽宁钢铁共性技术创新中心，建设了气基竖炉直接还原制备高级洁净钢实验线，目前气基竖炉直接还原规模已经达到了250万吨/年。

3种主要绿色炼钢技术和装置

　　王国栋表示，目前我国在炼钢方面的清洁生产技术和装置主要包括钢包底喷粉精炼工艺（L-BPI）、氧化物冶金技术、连续加料智能炼钢电弧炉装置等。钢包底喷粉精炼工艺可缩短冶炼周期10分钟~20分钟，使合金收得率提高10%~20%、钢水脱硫率提高10%、吨钢成本降低15元~40元、吨钢节能2.5千克标准煤~4.5千克标准煤；拟突破的关键技术包括解决喷粉过程钢水渗漏问题、喷粉过程粉剂堵塞问题，延长喷吹元件使用寿命，提高工艺应用效率，从而提高工艺安全性、稳定性、可靠性、高效性。

　　氧化物冶金技术可用于制造大线能量焊接用的碳锰钢、HSLA（低合金高强度钢）等。这一技术与传统的“纯净化”“洁净化”思路相反，通过在炼钢过程中对夹杂物属性（分布、成分和尺寸等）的有效控制，在后续的凝固、轧制、冷却、使用过程中改善钢材的组织，从而使钢材获得较好的韧性、较高的强度等优异性能。

　　连续加料智能炼钢电弧炉装置具备废钢处理与预热、电弧炉连续加料与快速熔炼能力，可大幅提高效率、降低成本，相比传统电弧炉，冶炼周期由60分钟~65分钟缩短至36分钟~42分钟，电耗由400千瓦时/吨~420千瓦时/吨降低至350千瓦时/吨~380千瓦时/吨。

　　为实现源头减排，东北大学还提出了基于氢冶金的熔融还原直接炼钢设计方案。该方案以超纯铁精矿为原料，通过1200℃的飞速氢还原和1600℃的高能量密度铁浴熔融还原，得到超纯净的钢水；再经过连铸连轧得到高品质、高洁净度的钢铁材料。该方案完全取消了炼铁工艺，实现了连续装料、连续炼钢、连铸连轧的全连续、一体化的生产方式，在实现环保的同时，大大提高了生产效率。

　　王国栋指出，当前我国洁净钢生产所存在的主要问题有钢水质量不稳定、生产成本高、流程长、能耗高、效率低等。其中，炼钢回硫是传统洁净钢生产流程中存在的主要问题，不仅会造成钢水质量波动，而且会大幅提高生产成本。

节能+性能提高的绿色轧钢技术

　　轧钢方面，王国栋介绍了热轧钢材新一代控轧控冷技术。该技术开辟了节约合金元素、提高钢材性能的新途径，可对热轧钢材组织性能进行智能预测与优化，可在80%以上的热轧钢材上得到应用，充分挖掘钢铁材料的潜力，使其强度提高100兆帕~200兆帕、主要合金元素用量节省20%~30%、生产效率提高35%、节能15%，还可降低高强钢裂纹敏感性，解决了高强钢焊接难题。

　　连铸方面的绿色节能技术有薄板坯无头轧制短流程技术、薄带连铸短流程技术等，其中日照ESP薄板坯无头轧制技术可大幅降低氧化烧损，使能耗降低45%；薄带连铸短流程技术简化了热轧和冷轧-热处理工艺，可减少80%的建设投资，节约86%的能源消耗，减少85%的二氧化碳排放，并使吨钢成本降低35%。