低碳炼铁技术

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇低碳炼铁技术范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

低碳炼铁技术范文第1篇

[关键词]地铁通信；互联互通；应用

中图分类号：TN92；U231 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0355-01

前言

随着地铁换乘车站会越来越多，地铁车辆在两条线路上跨线混跑是必然的结果。解决好换乘车站的无线覆盖、互联互通及车载台的跨线漫游问题，对整个无线通信系统的通信质量、调度安全有着非常重要的意义。互联是指物理上的连接，互通是指功能的实现。互联是基础，互通是目的。互联互通的含义：假设地铁1号线、2号线和3号线所建立的TETRA网，分别叫A网、B网和C网，并在换乘站附近重叠。又设各网的移动用户编号分别为100X、200X和300X，如图1所示。为实现网络化，要求A网用户（例如1008）从A网进入B网后，可以成为B网用户，具有B网用户的功能，可以和A网、C网其他用户（例如1001、3001）正常通信，功能不减，性能不降，无缝连接，平滑过渡，这就是真正意义上的互联互通。

图1 TETRA移佑没Э缤漫游

一、互联互通的重要性

民用通信网络经过很长时间的发展，在技术、标准、接口协议等方面已经得到很好的改进和完善，无论网络运营商是否相同、使用设备是否一致，同一个无线终端在不同的网络之间都已经能够平稳的过渡。而地铁专用无线集群网络，由于地铁运营环境的影响，与民用无线网络相比，专用无线网络相对独立。特别是在线网建设的初期，一般每条线路都会有自己的控制中心，同一条线路中的无线用户基本上也只会在本线路范围内活动，采用单线控制的运营机制基本上可以满足运营需要。在这种情况下，线路与线路之间的跨线无线通信很少出现。随着新线路的不断建设开通，线网逐渐形成，在新的线网运营模式下，无线集群调度系统中传统的单线运作机制逐渐显露出其不足，具体表现为以下几点：

（1）当列车资源使用紧张的情况下，可能出现列车跨线使用的情况，此时，车载无线电台会由于不同线路之间的无线通信不能互通的原因，导致其不能正常进行通话。

（2）线路之间换乘站的增多，会导致车站工作人员在不同线路之间进行处理日常事务，此时，无线手持台也会由于不同线路之间的无线通信不能互通的原因，导致其不能正常进行通话。

上述问题会随着线网规模扩大而更加显露出来，并且还有可能会带来新的问题，对正常运营产生非常不好的影响。为此，加强集群无线调度系统的互联互通功能，成为了地铁通信建设的客观要求，也是必然选择。

二、跨线路互联互通

（1）同类型设备

同类型设备指的是参与互联互通的所有设备都由同一个厂家生产。这种模式的优点是兼容性好、互联技术的成熟性好和稳定性好。

①单中心交换机

单中心交换机互联互通是指不同线路的无线基站系统共用一套中心交换设备的互联方式，原理见图2。

单中心交换机互联互通的优点是成本低、结构简单。但这种方式也存在一定的不足：（1）对中心设备要求比较高，既要有足够的容量，又要有很强的处理能力；（2）中心交换设备一旦发生故障，将影响所有线路的使用，影响了整个系统的安全性和可靠性。

②多中心交换机

多中心交换机互联互通是指在单中心交换机互联互通的基础上增加控制中心和互联互通设备，从而实现线路之间的互联互通，原理见图3。

图3 多中心设备互联互通

多中心交换机互联互通具有以下优点：（1）互联互通设备发生故障只会影响跨线路之间的通信，单条线路的通信可以正常运营；（2）可以对新入网线路进行独立调试，在其满足线路要求的情况下接入原网络，减少了调试带来的风险；（3）一个控制中心发生故障，不会影响其他控制中心控制的线路，大大的提高了系统的安全性和可靠性。但是，对于单中心交换机来说，多中心交换机也有其劣势，例如，成本高、系统结构复杂等。

（2）不同类型设备

不同类型设备指的是参与互联互通的设备是由不同厂家生产的。和同类型设备相比，不同类型设备的兼容性、稳定性和互联技术成熟性都比较差。但是，不同类型设备对线网设备的多元化发展有极大的好处。

三、基础数据的设置建议

在建立互联互通之前，各个运营线路之间的无线通信系统是独立的，但是在互联互通之后，所有参与互联的子线路融合成一个很大的线路网，这时，任意子线路中的一个参数进行更改，都有可能影响到其他线路的运用。因此，在互联互通的数据配置上必须小心谨慎。

对于以下几种关键参数的配置需要特别小心：网路及登记参数；最大通话时长参数；鉴权参数（鉴权是一种系统的功能，可以为合法的用户提供服务，拒绝不合法的用户的服务要求，进而以防非法用户进入网络）；有效站点参数（此参数设置了某个用户或者通话组的有效使用范围）；邻区参数（无线用户在通话中不断的移动，经常发生用户从一个小区走到另一个小区）。

四、结束语

随着地铁线网化进程的不断发展，为了能更好的发挥无线集群调度系统的作用，必须将现有的零散网络进行整合，进一步提高既有的网络资源的利用率。互联互通技术也将会被更广泛的应用。

参考文献

[1] 天津地铁专用无线通信系统互联互通方案赵彦芳铁道通信信号，2016年.

低碳炼铁技术范文第2篇

关键词：变形缝;结构连接

太安站为深圳地铁5号线站点之一，位于布心路、太白路之间。由于其为换乘站，建筑面积庞大，但地理环境狭窄，故本站采用了垂直换乘的模式。主体结构为地下三层结构，该站1号风亭为地下3层，地面1层结构，规模较一般风亭规模大。该风亭与车站地下1、2层连接，而如此较大跨度及纵深的结构连接，设置变形缝连接的利弊，便成为设计任务中一个值得探讨的问题。

从变形缝的功能来看，变形缝主要是能够使结构产生自由变形，以防止结构因变形差异较大产生局部应力集中而使结构破坏。根据《地铁设计规范》第10.6.1条规定在车站结构与出入口通道等附属建筑的结合部应设置变形缝。因此，对于出入口通道或者狭长风道这种结构，与车站连接应设置变形缝，故不属于本文所讨论的范围。本文主要讨论对于较大规模的风亭等附属结构，在连接位置设或不设变形缝的区别。但从技术上而言，设或者不设置变形缝，都可以通过设计调整使结构满足安全要求，本文即针对大规模风亭结构与主体结构连接时，设与不设变形缝的各种情况进行分析，尝试说明连接形式的不同，对结构所产生的影响。

为了分析这个问题，我们采用2组模型，每组模型2个结构形式连接，运用Sap2000有限元分析软件进行分析，然后比较两者存在的差异，以说明相关问题。

模型组1：车站结构三层；风亭结构一层；结构1主体结构与风亭结构间设置变形缝；结构2不设变形缝。结构周边与土体接触，采用Sap2000的Gap单元模拟，该单元只承担压力。变形缝处采用一特殊弹簧，该弹簧只受压。

模型组2：车站结构三层；风亭结构二层；其余条件均同模型组1。模型组2中采用的弹簧形式与模型组1相同。

为了保证模型在所有作用下不处于非静定状态，因此在主体结构及风亭结构下均设有约束，以模拟桩基础效果。这里有一点需要说明，风亭底部采用一个固定铰支座，主要考虑到，一方面不论风亭与主体是否设置变形缝，都应将风亭基础持力层保持与主体结构相当，以控制相当的沉降量，另一方面，也要满足风亭结构抗浮的需要。而相对主体结构及风亭结构箱体刚度而言，桩端相对刚度要小，因此采用铰形式。

模型考虑了结构自重、水压力、土压力、温度、人群、列车、设备等荷载作用，为简洁起见，水土压力采用取至地面的高水位工况。

通过Sap2000软件进行结构分析，分析完成后，可以得到如下的变形图示：

图1 模型组1变形图示

*注：图中变形采用了一定的放大比例显示，以清晰变形形式。

图2 模型组2变形图示

首先，由图1、图2所示的变形可以看出：水平变形量而言，设变形缝的两层风亭结构比一层结构大，而设变形缝的结构，从整体变形上看要大于设不设变形缝的结构。由于风亭底部设桩，整个风亭的变形有转动的趋势。因此越靠近顶板，变形幅度越大。

经过对两组模型的水平位移数值分析，我们暂能得出如下结论：附属结构规模大到一定程度，变形缝将被压缩，而不足以维持，两侧结构接触，并传递力。反之，当附属结构规模足够小，变形缝才能维持，两端均可视为自由端，不传递力，此时变形缝才能发挥应用作用。

其次，我们通过对结构内力数值进行分析可知，风亭的顶底板的跨中弯矩取消变形缝后大大减小，而靠近连接点位置的支座弯矩增大。风亭下方位置的主体侧墙受影响较大，同样跨中弯矩减小，而支座弯矩增大。而需要注意的是，主体结构远端侧墙根部的负弯矩，对于单层风亭结构而言，设与不设变形缝，弯矩相差不大，但是对于两层风亭结构，取消变形缝后，墙脚处负弯矩明显减小。

我们将模型计算的内力经过统计分析，可以看出，不设变形缝跨中弯矩大大减小，而左支座处弯矩大大增加。右支座弯矩有所减小。并且大弯矩值由右支座转到左支座，即转到连接部位处。风亭下部主体侧墙弯矩能明显看到不设变形缝跨中弯矩减小，但是随着风亭规模增大，支座处负弯矩增大却不再明显。而风亭的顶底板也有这个特点，当最大支座弯矩由右支座转移到左支座的时候，随着风亭规模增大，其增量不再明显。风亭对侧主体侧墙则与其余部位相反，支座弯矩有所减小，而跨中弯矩有所增大。就其设计角度来看，不设变形缝各部位的弯矩值却随着风亭规模增大更显合理。

低碳炼铁技术范文第3篇

浦项制铁原是“国企”，韩国政府于2000年10月将浦项制铁公司实行私营化，收回资金3兆8899亿韩元，与其间的投资额2205亿韩元相比，年均投资收益达16.7%，是韩国政府建立以来政府投资中收益率最高的。浦项制铁公司于1994年在纽约证券交易所上市，接着又于次年在伦敦证券交易所上市，现在外资股东达60%以上，被认为是韩国具代表性的绩优公司。

浦项制铁是世界上最具竞争力的钢铁企业之一，其发展战略是时时刻刻把创新思维融入企业的各项工作之中，不断进行自主创新，以确保技术领先优势和增强核心竞争力。为此，浦项制铁大力研发新一代低碳钢铁生产突破性技术和环保型高端钢材产品，同时还高度重视新能源技术开发，以寻找新的利润增长点，创新引领国际钢铁业发展的浦项制铁模式。

浦项制铁拥有多项面向未来的先进技术，如低碳炼铁FINEX技术，全氢高炉炼铁技术，碳捕获与分离技术，利用废热气发电技术等。其中，浦项制铁为最后一条技术路线设定的可行期限是2050年。

一直以来，浦项制铁高度重视高附加值新产品的研发，已经形成了优质汽车用钢、高级API钢材、400系列不锈钢、高级别电工钢、热成形钢、TMCP（新一代控轧控冷）钢、帘线钢和无铬热镀锌钢板等8大战略性产品的研发体系，优先发展超轻型高强度汽车用钢、高级别电工钢等高附加值产品。如今，浦项制铁高附加值产品比例高达60%以上、特别是世界顶级产品所占比例达到了17.8%。

低碳炼铁技术范文第4篇

关键词：高炉炼铁、现状、未来发展

中图分类号： TF54 文献标识码： A

一、前言

二十一世纪也是高炉炼铁“变革的世纪”，期望在新时期钢铁产业能够进入资源、能源和环境的和谐，这是确立炼铁业持续发展的重要关键。我国许多高炉已经感到当前形势的变化，并采取了相应的措施。对高炉炼铁技术发展的方向有了新的认识，为振兴炼铁工业打下了基础。

二、我国高炉炼铁技术现状分析

由于钢材的应用灵活广泛、具有良好的成本效益和优异的可回收利用性，使得钢铁成为支撑现代工业化社会可持续发展的基础材料。在国民经济快速发展的拉动下,中国钢铁工业进入快速发展阶段,这也带动了高炉炼铁的快速发展。伴随着中国生铁产量的高速增长,中国高炉炼铁技术水平也取得了一定进展。由于生铁产量的高速增长造成了全国铁矿石,焦炭供应紧张,价位攀升,质量下降,成分不稳定,导致了部分高炉技术经济指标下滑。表现在入炉品位虽提高,但入炉焦比升高,喷煤比下降等现象。

三、高炉炼铁原理分析

炼铁过程实质上是将铁从其自然形态一一矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中(还原物质CO，H2，C；适宜温度等)通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。

高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。

高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭(有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料)中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。

四、高炉炼铁技术未来的发展

1. 充分利用炼铁资源和能源

在钢铁企业炼铁系统的资源消耗和能耗消耗约占70%，在炼铁系统中削减CO2排放量是迫切的任务。理论上一吨铁水最少需要414kg的碳，或者465kg的焦炭，其中333kg的碳或者80％的焦炭将用于化学反应。各厂高炉采取了降低燃料比、焦比，提高热效率、还原效率，喷吹煤粉、喷吹塑料，回收一切可能回收的热量等等降低 CO2排放的一系列措施。

（1）高效利用资源、能源

近年来，我国高炉生产理念已经发生了根本变化，过去单纯强调高产，如今转变为“高效”，亦即高效利用资源、高效利用能源、高效利用设备。

（ 2）喷煤技术

我国煤炭已由以往的原料出口国转变为进口国，在此之前，我国焦煤早已成为进口国了。我国早在 1963年就开发了喷煤技术，是最早采用喷煤的国家之一。近年来，为了降低原燃料的成本，大力提倡喷吹煤粉，宝钢等厂长期维持超过 200kg/t 大喷吹量。可是由于矿石和煤的品位降低，喷吹量仅维持在了120～200kg/t。为了提高喷煤量，除了改善原燃料条件以外，适当发展中心气流、控制炉顶温度和压力降、避免软熔带透气性恶化，降低未燃炭和入炉焦粉量，采取活跃炉缸中心和死料堆等措施，以及采取中心加焦控制气流分布，采用混合配煤以提高煤粉燃烧率，改善矿石高温还原性等措施，均可获得满意的效果。由于各高炉的生产条件不同，在高利用系数，低燃料比的条件下，提高煤比必须采用焦炭强度高，低SiO2、低 Al2O3和高温还原性良好的烧结矿。

2. 高炉大型化

近年来，我国高炉的大型化有了很大进步。随着高炉大型化，高炉装备水平有了很大提高，装备技术也有长足进步，装备的本地化率不断提高。

在世界上，我国新建大型高炉具有领先的装备水平。在装备技术方面采用了无料钟炉顶、铜冷却壁、高压炉顶、喷煤装置、水渣粒化装置、炉前烟气除尘装置、高温热风炉、富氧鼓风、脱湿鼓风等等装备。

高炉大型化除了对高炉炉内现象进行了更精细的研究外，还必须弄清各种炉内现象，合理控制循环区及死料堆的形成行为、焦炭粉化及产生堆积的行为，这些行为对炉料透气性和下料有重大的影响。进一步有必要寻求重要操作因素以制定合适的送风制度和装料制度。

3. 高炉长寿及快速大修

由于高炉大型化高炉大修对整个钢铁企业将产生影响巨大，由于设备更新资金的短缺、高炉稳定操作和炉体维修技术的发展，各国都在大力研究高炉的长寿技术。

世界各国都十分重视高炉的长寿技术。超过15 年的长寿高炉不断增加，我国也出现了超过 15年的长寿高炉。在长寿技术中，有以下关键技术：

（1）合理的高炉炉体设计技术

采用合理内型；采用铜冷却壁；例如日本的铸铜冷却壁技术，新日铁为了提高铜冷却壁的可靠性和降低铜冷却壁的制造费用，开发的铸入钢管的铜冷却壁，它具有成本低（只有轧制铜冷却壁 60％的价格）、设备可靠性高（没有钻孔的塞焊缝、没有水管与铜板的焊接接头等潜在的漏水隐患），水管布置灵活，炉壳开孔少等优点。

特别是，为了克服炉缸环流加深死铁层，同时提高炉缸炉墙耐材的抗铁水侵蚀性，提高炭砖的导热率，防止铁水的渗透将气孔微细化，以及炉缸侧壁采用铜冷却壁，以改进炉体冷却。

（2）操作管理技术：

由高炉布料控制炉内气流分布降低炉墙热负荷；

保持高炉的稳定操作，降低炉体、炉缸热负荷的波动；

控制炉缸、炉底冷却，强化侧壁温度管理；

改善出铁制度和布料技术，控制炉缸铁水流动。

4. 减少 CO2排放的新工艺

高炉是直接排放CO2的工艺，所以主要目标是降低所以主要目标是减少投入高炉中的碳，尤其是焦炭。在欧洲ULCOS工程，为炼钢评估单位容积内的物料、电、氢、天然气的消耗，同时也对降低碳进行评估。国外正在研究多种全氧并利用炉顶煤气循环的工艺，RFCS 正在研究一种全氧高炉。用冷的氧气替代热风从风口鼓入，将大部分炉顶煤气经过一个CO2洗涤塔，一部分被处理过的富含CO的煤气被循环使用到风口加热到 1200℃，其余部分被加热到 900℃，并鼓入位于炉身下部的第二排风口。模型计算约使用 175kg/t 煤、焦比降低到200kg/t，燃料比降低了 24％，并在 LKAB 实验高炉上得到了验证。计划建设具有煤气回收技术的50万吨高炉。但要达到大高炉的规模大约还要15～20年。

5.高炉炼铁自动化

（1）可视化高炉

采用新型高精度传感器技术、智能化检测技术、软测量技术、数据处理技术、恶劣环境下的可靠性技术为手段对高炉工艺流程进行在线连续检测，通过数字成像技术，使密闭的高炉成为基于炉内检测，机理及经验模型，数字成像技术的可视化高炉。针对高炉操作稳定，降低生产成本的高炉可视化应用，应首先考虑高炉长寿和原料适应性。

（2）生态高炉

是通过提高炉内反应强度，通过检测及控制提供调整反应强度手段．持续提高喷煤比。通过设置相关检测，调整操作，大力削减污染物排放。包括粉尘、CO、CO2、氮化物和硫化物。为实现生态高炉的目标，高炉自动化需随着高炉炼铁技术的发展，实现控制机能的实施及过程的优化。

（3）低成本高炉

通过合理的检测及自动化设备配置，降低高炉建设成本。通过全集成的自动化控制系统，先进的管理和控制功能，提高劳动生产率，减少定员及维护费用。通过设置相关检测设备及模型及专家系统，优化过程，提高原料适应性。

五、结语

综上所述，随着高炉炼铁生产技术不断进步, 未来高炉炼铁工艺技术将会继续占有主导地位。炼铁系统应深入开展节能降耗、降成本工作, 进而提高钢铁工业的市场竞争力。

参考文献：

储满生 郭宪臻 沈峰满：《高炉炼铁新技术的数学模拟研究》，《东北大学学报（自然科学版）》， 2007年06期

顾祥林 刘振均 吴淑华：《宝钢1#高炉炉况操作功能综合开发及应用》，《冶金自动化》， 2000年06期

低碳炼铁技术范文第5篇

关键词 生命周期评价;综合利用;碳减排;钢渣

中图分类号 X757 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2010)10-0030-05 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.10.006

钢铁行业是重要的基础工业部门之一,我国钢铁工业在世界钢铁工业中占据了重要地位,2009年,我国生产粗钢5.68亿t,占世界钢铁总产量的46.6%[1]。钢铁行业也是主要的温室气体排放行业之一,以二氧化碳排放量为例,当前我国钢铁行业年排放的二氧化碳量已经达到5亿t以上[2]。

我国已明确了到2020年单位GDP的温室气体排放量在2005年排放量的基础上减少40%的目标,这一背景下的钢铁行业因其温室气体排放大户的地位而得到更多的关注。钢铁行业的温室气体减排,不仅需要关注生产工艺改进对减排的作用,也需要关注钢铁工业固废综合利用对钢铁行业减排的影响。

生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA)是评价产品或服务的潜在环境影响和资源负荷的有效方法,已成为重要的环境管理与分析工具[3-4]。LCA同时也是评价工业产品碳排放影响的重要工具,由于LCA关注研究对象生命周期内的碳排放,因而可以防止碳排放在不同工业部门间,以及产品的不同生命周期阶段内(生产、使用、报废回收等)转移的问题。

以美国钢铁研究所(American Iron and Steel Institute, AISI)[5]和国际钢铁研究所(World Steel Association)[1]等机构牵头开展的钢铁产品LCA研究,使得LCA在钢铁行业内得到了广泛的应用,但目前鲜有利用LCA研究钢铁工业固废综合利用模式的相关文献报道。而结合建设低碳社会背景,利用LCA研究钢铁工业固废利用的碳减排效果的研究更是鲜见。

本文通过情景分析,利用LCA这一工具,研究我国钢铁工业产生的转炉钢渣在钢铁企业内的综合利用模式,评价各种应用模式在消解钢铁产品生命周期碳排放上的效果,并探讨LCA在工业固废综合利用中的应用方式和应用效果等问题。

1 钢渣及其主要钢企内部综合利用方式

钢渣是炼钢过程产生的主要固体废弃物,也是钢铁生产过程中排放的主要固废之一,其产生量约为粗钢产量的12%-15%[6]。资料显示,我国目前钢渣的堆存量已超过1亿t,而综合利用率只有约10%[7]。依据不同的炼钢工艺,钢渣可分为转炉炼钢过程产生的转炉钢渣和电炉炼钢过程产生的电炉钢渣。目前我国炼钢工艺以转炉冶炼方法为主(转炉钢约占钢产量的88%[8]),转炉钢渣是我国钢铁行业排放的主要类型的钢渣。

钢渣中含有金属铁及CaO等成分,具备较高的回收价值,主要的钢铁企业内部综合利用途径包括:

(1)破碎磁选回收废钢铁:钢渣的废钢铁含量在10%以上,钢渣磁选工艺可得到含铁量在55%以上的渣钢。目前的钢渣破碎磁选回收工艺的废钢回收率在90%以上[9]。

(2)作为烧结熔剂返回烧结工序:钢渣含有大量的CaO、MnO、MgO等成分,可代替石灰石用作烧结配料。但钢渣中的P会导致烧结矿中P含量升高,从而对后续的炼铁及炼钢环节产生不利影响,因此钢渣回用做烧结熔剂必须注意对P含量的控制[10]。

(3)作为高炉配料返回炼铁工序:钢渣用作高炉配料,可减少高炉炼铁工序的石灰石、白云石、萤石等的消耗,并降低高炉的能耗[7]。钢渣用作高炉配料同样存在P富集的问题。

(4)作为转炉造渣料:转炉钢渣可直接返回转炉炼钢工序,代替部分石灰石等熔剂,并可降低耐火材料的消耗并减少污染排放。但为保证粗钢质量,宜选用炼钢终期渣作为返回 渣[9]。

2 LCA研究系统定义

LCA通过对产品或服务生命周期内的输入、输出进行核算,进而评价其潜在环境影响,已成为ISO14000环境质量管理体系的核心环节,是对产品或服务进行环境管理的重要支持工具。LCA旨在辨识影响产品或服务潜在环境影响的关键工序或过程,并识别改善环境绩效、节约资源消耗的潜力及可能途径。

LCA的研究过程包括确定研究的目的和范围、清单分析、影响评价、生命周期解释等4个阶段[11]。确定研究的目的和范围阶段需要:①确定研究的对象和目的;②依据研究的对象和目的确定研究的功能单位和系统边界。清单分析的目的是收集工艺单元的输入输出数据并建立清单。生命周期环境影响评价(Life Cycle Impact Assessment,LCIA)的目的在于更加清晰地表达清单分析的结果,并将研究聚焦到所关注的问题上,比如温室气体排放、酸化、资源耗竭等。生命周期解释是依据研究目的和范围,对清单分析及影响评价的结果进行讨论[12]。

2.1 研究目的和范围

本文的研究对象为转炉钢渣的钢铁企业内部综合利用,但为使下文的4个方案的结果具有可比性,本文以

1 kg粗钢为LCA研究的功能单位。

针对本文的研究对象,建立的系统边界见图1,主要的工艺流程包括:① 原材料采选(包括铁矿石采选、煤炭开采、石灰石、白云石开采等);② 洗精煤生产; ③炼焦过程;④烧结;⑤生石灰生产;⑥高炉冶炼;⑦制氧;⑧转炉冶炼;⑨转炉钢渣处理及内部综合利用。其它的辅助过程,如辅料生产、原料、半成品运输等过程没有在图1列明。由于钢材品种多样且使用广泛,追踪钢材在社会系统内的使用、报废、回收等过程存在较大的难度和不确定性,本文的系统边界不包括钢材、钢制品的加工、使用、报废回收等过程,此外社会废钢及工业废钢等的回收过程亦没有包括在系统边界内。

如前所诉,本文的研究对象为转炉钢渣的钢铁企业内部综合利用,但转炉钢渣内部综合利用过程与钢铁生产的主工艺流程间存在复杂的能流与物流联系,单独核算转炉钢渣钢铁企业内部综合利用过程的能流物流是极为困难的。基于上述原因,本文的系统边界不仅括了转炉渣处理及内部综合利用环节,也包括原料开采、选矿、炼焦、烧结、冶炼等工艺过程,从而将系统边界扩展到了整个粗钢生产过程,并以

1 kg粗钢作为本文的功能单位。

2.2 方案设计

钢渣回收前首先需进行降温破碎处理,目前国内外钢渣处理工艺较多,本文涉及的钢渣处理工艺有:

(1)热泼工艺:高温红热液态钢渣运至炉渣车间后,被均匀泼在渣厢中,经过集中连续喷水冷却,并过滤多余水分后,钢渣平均温度降至75℃左右。经此处理后的钢渣被运至渣场进行回收及处理处置。热泼工艺较为简单、处理能力大、运行安全可靠;但由于需消耗大量的喷淋水,造成循环水量大,初期的冷却水大量外排,废水量较大,且缺乏配套的废热回收工艺。

(2)水淬工艺:水淬工艺将高温红热液态钢渣置于水中急速冷却,在限制其结晶的同时发生粒化。目前普遍采用的水淬方法有渣池水淬和炉前水淬两种。渣池水淬即将熔渣缓慢倒入水池中,熔渣遇水急剧冷却成粒状水渣,水渣用吊车抓出放置在堆渣场,脱水后装车外运;炉前水淬时,高温红热液态钢渣从渣罐底部的开口处自由落体下落,下降过程与高压水柱相遇,热熔钢渣被压力水分割、击碎的同时急冷收缩而破裂,从而完成粒化过程,水淬渣输送到沉渣池,经抓斗抓出,堆放脱水后外运。

(3)风淬工艺:高温红热液态钢渣由中间罐底部小孔流出后,与从特别设计的喷嘴喷出的空气相遇,熔渣被破碎成球形微粒,其平均粒径只有2 mm。冲渣后的高温空气和粒渣进入罩式锅炉,回收热量并收集渣粒。风淬法具有工艺简单、安全可靠、投资成本及运行成本低、处理能力大、粒化彻底、无二次污染等优点,风淬法得到的渣粒无需再次破碎即可进入磁选工序;但风淬法对钢渣的流动性要求较高,因此仅部分钢渣可使用风淬法冷却破碎。

通过对现有转炉钢渣内部综合利用方式的调研(包括文献调研和现场调研),本文设定了四种转炉钢渣钢铁企业内部综合利用方案,即:

方案1:方案1使用热泼工艺冷却转炉钢渣,冷却后转炉钢渣经破碎后进入磁选工 序,得到的废铁大部分返回烧结工序,部分返回高炉炼铁工序和转炉炼钢工序,余渣则外售,在系统外得到综合利用。方案1主要工序见图2a。

方案2:方案2使用水淬工艺处理转炉钢渣,冷却后的转炉钢渣进入破碎磁选工序,得到的废铁约有44%返回烧结工序,47%返回高炉炼铁工序,大约7%返回转炉炼钢工序;部分余渣返回烧结工序用作烧结原料,剩余余渣则在系统外得到综合利用。方案2的主要工序见图2b。

方案3a和方案3b:方案3a和方案3b的工艺较为相近。两者使用风淬或水淬工艺处理不同炼钢环节产生的转炉钢渣。对使用水淬工艺处理的转炉钢渣,使用与方案2相同的破碎及磁选方式;而风淬后的转炉钢渣由于粒径较小,因此无需破碎工序即可进入磁选工序,磁选的废钢大部分可作为高炉炼铁的原料。转炉钢渣可细分为脱硅渣、脱磷渣、脱硫渣、转炉渣、精炼渣等。脱硫渣及部分脱磷渣可返回烧结工序作为烧结配料,脱硅渣及剩余的脱磷渣则在系统外得到综合利用。对转炉渣和精炼渣而言,既可作为高炉炼铁的原料,也可作为炼钢的原料,在方案3a中,转炉钢渣和精炼渣作为炼钢原料;而在方案3b中,转炉渣和精炼渣则作为高炉炼铁的原料。方案3a及3b的主要工序见图2c。

3 清单分析

本文生命周期清单的数据包括多个数据来源:①通过与国内某特大型钢铁企业以及某大型钢铁企业进行现场访谈及调查问卷的方式,获取了其工艺过程的主要物料数据;②上述企业的环境影响评价报告、循环经济报告等内部报告也是本文重要的数据来源;③本文在研究过程还参阅了大量国内有关钢渣处理及综合利用的文献[7,10,13-15];④各类工业产排污系数也是本文重要辅助数据来源。本文总体数据质量较高。通过对不同途径数据来源一致性检验,显示不同数据源间的数据具备较高的一致性,本文所得结果反映了我国钢铁行业整体的工艺水平。

本研究所涉及的部分生命周期清单数据来自中国科学院生态环境研究中心所完成的LCA数据库,主要的清单包括:我国洗精煤生产过程的生命周期清单、国家电网电力的生命周期清单、石灰石、白云石生产的生命周期清单等。

4 基于LCIA的温室气体减排效果分析

LCIA由多个步骤组成,分为必备要素和可选要素,其中分类、特征化、以及影响类型、参数、评价模型等是LCIA的必备要素;评估阶段(包括归一化、分组、加权、数据质量评价等)是可选要素[11]。

本文采用IPCC 2007评价模型,对本文4个方案中功能单位的环境影响进行评价。IPCC 2007评价模型是政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)建立的一套综合评价各类温室气体对全球变暖影响的方法,其评价结果表达为全球变暖潜值(Global Warming Potential,GWP)这一指标。IPCC 2007评价模型的结果包括GWP 20a、GWP 100a、GWP 500a三个评价指标,分别代表短期、中期、长期的温室效应影响,其中GWP 100a是应用最为广泛的评价指标。IPCC 2007评价模型已经被集成到Simapro这一LCA软件内。不同于其它综合性LCIA模型,基于IPCC 2007评价模型建立的LCIA模型仅包括单一的评价指标,因此无需归一化、分组、加权等评估阶段的工作。利用IPCC 2007 评价模型计算得到的针对本文4个方案的评价结果如表1所示。

如表1所示,方案1的GWP 100a结果最高,方案2次之,方案3a与方案3b的GWP 100a结果最小。相比方案1和方案2,方案3a与方案3b在碳减排上的贡献相当明显,这主要归功于化石能源及生石灰消耗量的减少。通过对各个单元过程在碳排放上的贡献的解析,得到了4个方案中转炉钢渣处理过程、渣钢回收过程、剩余转炉钢渣内部综合利用过程、以及其它过程(指除上述过程外的其它工艺过程,包括采矿、烧结、炼铁、炼钢等)对GWP 100a贡献,结果如图3所示。

如图3所示,转炉钢渣内部综合利用节省了炼铁炼钢工艺过程的能耗和物耗,是方案3a和方案3b碳减排的主要途径;而回收废铁及转炉钢渣本身消解的碳排放则相对处于较为次要的地位。综合表1和图3,方案3a和方案3b的转炉钢渣内部综合利用率并没有区别,利用途径也大同小异,但方案3b的GWP 100a影响明显低于方案3a,可见将LCA引入到碳减排以及工业固废综合利用的研究中,可帮助决策者系统分析比较多种碳减排方案及工业固废综合利用方案的优劣,并寻找最为合理的方案。

5 结 论

转炉钢渣的内部综合利用,既可以节约钢铁生产所需的资源和能源,也是钢铁行业消解碳排放,实现低碳经济的有效途径。合理规划转炉钢渣的综合利用方案,可有效地消解钢铁生产生命周期过程内的碳排放。如本文的方案3a和方案3b消解的GWP 100a影响分别为方案1的10.4%和14.2%。

LCA是研究工业产品碳排放,以及评价低碳方案碳减排效果的重要工具,可帮助决策者寻找最为合理的低碳方案。本文的方案3b在无法提高转炉钢渣内部综合利用率的情况下,通过对转炉钢渣回收路线的优化,使得粗钢产品的GWP 100a影响在方案3a的基础上进一步降低了

参考文献(References)

[1][ZK(#]World Steel Association. Crude Steel Statistics 2009 [N]. Belgium: World Steel Association. [cited 2010 February 19]. Avaiable from 省略/.

[2]张敬. 中国钢铁行业CO2排放影响因素及减排途径研究 [D]. 大连: 大连理工大学, 2008.[Zhangjing. Analysis on Influencing Factors of CO2 and Mitigative Measures in Iron and Steel Industry [D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2008.]

[3]ISO. ISO 14040 International Standard, in Environmental Management-Life Cycle Assessment-Principles and Framework[S]. Geneva, Switzerland; International Organisation for Standardization, 2006.

[4]Finnveden G, Hauschild M Z, Ekvall T. Recent developments in Life Cycle Assessment [J]. Journal of Environmental Management, 2009, 91(1): 1-21.

[5]Chubbs S T, Steiner B A. Life Cycle Assessment in the Steel Industry [J]. Environmental Progress, 1998, 17(2): 92-95.

[6]石枚梅. 钢渣的处理与综合利用 [J]. 新疆钢铁, 1998, 6(4): 7-11. [Shimingmei. Treatment and Comprehensive Utilization of BOF Slag [J]. Xingjiang Iron and Steel, 1998, 6(4): 7-11.]

[7]王琳, 孙本良, 李成威. 钢渣处理与综合利用 [J]. 冶金能源, 2007, 26(4): 54-57. [Wangling, Sunbenliang, Lichengwei. The Treatment andRecycling of steel slag [J]. Energy for Metallurgical Industry, 2007, 26(4): 54-57.]

[8]中国钢铁工业协会. 中国钢铁工业年鉴2009 [M]. 北京: 钢铁工业年鉴出版社, 2009.[China Iron and Steel Association. China Steel yearbook 2009 [M]. Beijing: The Editorial board of China steel yearbook, 2009.]

[9]王雄. 钢渣的回收与利用 [J]. 武钢技术, 2007, 44(5): 51-54. [Wangxiong. Recovery and util ization of steel-making slag [J]. Wisco Technology, 2007, 44(5): 51-54.]

[10]孙静. 包钢固体废物综合利用与污染防治对策研究 [D]. 西安:西安建筑科技大学, 2006. [Sunjing. Anaylsis and Combined Utilization of Solid Waste and Relevant Measures for Prevention of Pollution in Baotou Iron and Steel Company [D]. Xian: Xian University of Architecture and Technology, 2006.]

[11]ISO. ISO 14044 International Standard, Environmental Management-Life Cycle Assessment-Requirements and Guidelines [S]. Geneva, Switzerland; International Organisation for Standardization,2006.

[12]杨建新, 徐成, 王如松. 产品生命周期评价方法与应用 [M]. 北京: 气象出版社, 2002. [Yangjianxin, Xucheng, Wangrusong. Methodology and Application of Life Cycle Assessment on Products [M]. Beijing: China Meteorological Press, 2002.]

[13]宋佳强. 钢渣梯级利用的应用基础研究 [D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2007. [Songjiaqiang. Fundamental Study on Recycling Use of Steel Slage[D]. Xian; Xian University of Architecture and Technology, 2007.]