近年來，我國鋼鐵工業(yè)實現(xiàn)了突飛猛進的發(fā)展。2020年，我國粗鋼產(chǎn)量10.65億t，占全球產(chǎn)量的56.7%。鋼鐵工業(yè)的工藝技術(shù)裝備、高端產(chǎn)品研發(fā)與供給、產(chǎn)品自主供給能力在全球已處于先進水平，尤其是單體設(shè)備的生產(chǎn)效率和綠色環(huán)保水平更是居于全球領(lǐng)先地位，鋼鐵產(chǎn)業(yè)成為名副其實的、中國最具全球競爭力的產(chǎn)業(yè)。然而，根據(jù)我國鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模實際和生產(chǎn)流程特點，對比日韓、歐美國家相關(guān)指標，我國鋼鐵工業(yè)的污染物排放總量、勞動生產(chǎn)效率仍存在一定差距，實現(xiàn)綠色化、智能化是未來一段時間內(nèi)我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展的必由之路和努力方向。

1.   綠色化應(yīng)用

鋼鐵流程綠色化即鋼鐵產(chǎn)品在生產(chǎn)制造過程中，通過低能源消耗、低污染排放、低資源消耗的工藝技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用，實現(xiàn)工序環(huán)節(jié)過程的節(jié)能低碳、環(huán)保減排和循環(huán)利用。鋼鐵流程綠色化應(yīng)用的重點技術(shù)應(yīng)用路徑主要體現(xiàn)如下。

1.1   燒結(jié)微負壓點火技術(shù)

燒結(jié)礦的生產(chǎn)是在點火和強制抽風的作用下，燒結(jié)料經(jīng)過充分的燃燒而形成的。燒結(jié)微負壓點火技術(shù)是通過點火時采取適宜、穩(wěn)定的微負壓控制技術(shù)，增加助燃風預(yù)熱。對點火爐燒嘴進行改進，既能減少漏風、節(jié)約能源、實現(xiàn)綠色減排，同時也能提高燒結(jié)礦的質(zhì)量，利于整個工序的節(jié)能降耗。目前在南鋼、湘鋼等企業(yè)燒結(jié)機有應(yīng)用實踐。

1.2   厚料層燒結(jié)、降低漏風率技術(shù)

燒結(jié)使用厚料層時可以通過料層燃燒時產(chǎn)生的自動蓄熱效應(yīng)進而減少能耗，提升燒結(jié)礦的品質(zhì)[1]。保持較高的鋪料厚度，采取改善料層透氣性的相應(yīng)操作措施，同時對燒結(jié)機臺車、頭尾部密封板以及燒結(jié)環(huán)冷機進行密封改造。采用新型銷齒傳動水密封環(huán)冷機，密封翻車卸料，臺車上部采用水密封形式，下部采用彈性機械密封，并對高溫段進行二次密封。采取厚料層燒結(jié)技術(shù)，降低漏風率措施，可實現(xiàn)增產(chǎn)、節(jié)能減耗以及提高燒結(jié)礦質(zhì)量等效果，目前在全國90%以上企業(yè)的燒結(jié)生產(chǎn)過程中有所應(yīng)用。

1.3   燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)

燒結(jié)過程中會產(chǎn)生大量熱廢氣，經(jīng)除塵脫硫脫硝處理后排出既浪費能源又污染環(huán)境，燒結(jié)煙氣循環(huán)技術(shù)將機頭、機尾風箱和環(huán)冷機部分燒結(jié)含熱煙氣再次引入到燒結(jié)料面，進行循環(huán)利用，既能有效降低能耗，又可以有效的改善燒結(jié)礦質(zhì)量[2]，具有明顯的節(jié)能減排效果，目前在寧波鋼鐵、沙鋼等企業(yè)的應(yīng)用效果突出。

1.4   燒結(jié)煙氣綜合治理技術(shù)

燒結(jié)煙氣污染治理是整個鋼鐵流程實現(xiàn)超低排放最重要的環(huán)節(jié)之一。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》中提出：燒結(jié)機頭煙氣在基準含O2量（體積分數(shù)）16%條件下，顆粒物、SO2和NOX的小時均值排放質(zhì)量濃度分別不得高于10、35和50 mg/m3。目前燒結(jié)工序脫硫脫硝一體化技術(shù)的應(yīng)用從末端治理的方式來達到上述要求。應(yīng)用較為廣泛的工藝路線如：電除塵器+活性焦脫硫脫硝技術(shù)工藝和循環(huán)流化床脫硫+選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)等。從山鋼日照公司、首鋼京唐公司、新興鑄管等企業(yè)應(yīng)用實施后，相關(guān)監(jiān)測機構(gòu)開展的連續(xù)性有組織污染源評估監(jiān)測結(jié)果顯示，完全可以達到超低排放有關(guān)要求。

1.5   高爐煤氣精脫硫技術(shù)

高爐煤氣中的有機硫含量較高，是環(huán)保治理中的難點。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，其用戶分布于鋼鐵廠各個區(qū)域，采用常規(guī)末端治理的方式會存在點位多、投資高、影響高爐煉鐵生產(chǎn)等弊端，為解決以上問題，采取源頭控制方式，實施高爐煤氣精脫硫，是有效的治理技術(shù)路徑之一。目前較常見的工藝技術(shù)有：將經(jīng)過布袋除塵后的高爐煤氣通過旁路管道進入催化水解反應(yīng)器，在水解劑的作用下將羰基硫轉(zhuǎn)化為硫化氫；水解后的高爐煤氣進入高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（TRT）系統(tǒng)或減壓閥組后通過旁路管道進入吸收塔，與霧化后的氫氧化鈉溶液接觸，酸堿中和后，經(jīng)過除霧裝置去除煤氣中的大部分水汽，保證裝置出口總硫濃度滿足相關(guān)要求。

1.6   降低返礦率、提高噴煤比技術(shù)

高爐煉鐵過程中杜絕燒結(jié)礦的落地，減少中間倉轉(zhuǎn)運，改造卸料轉(zhuǎn)運裝置，可有效降低高爐返礦率。同時優(yōu)化噴煤結(jié)構(gòu)，發(fā)揮混合噴吹優(yōu)勢，提升高爐噴煤比，節(jié)約焦炭，也是實現(xiàn)節(jié)能降耗、高效生產(chǎn)的有效手段[3]，對于整體鐵前工序的綠色化應(yīng)用實踐有著十分重要的意義。

1.7   余熱余能回收技術(shù)

余熱余能回收是全廠性的節(jié)能減排、綠色發(fā)展的重要手段。從鋼鐵全流程分析，包括焦爐荒煤氣、燒結(jié)大煙道、環(huán)冷機、轉(zhuǎn)爐煙氣、電爐煙氣、軋鋼加熱爐煙氣等余熱回收，高爐渣、鋼渣熱燜顯熱回收利用、全廠能源動力工序低溫余熱發(fā)電、空壓機余熱回收技術(shù)等已在行業(yè)內(nèi)得到了較為普遍的應(yīng)用。將生產(chǎn)工序中產(chǎn)生的熱量能源或高效地利用在其他相關(guān)用能環(huán)節(jié)，或采取集中發(fā)電、生活供暖等方式，真正實現(xiàn)能源的高效、循環(huán)利用，符合綠色化的理念。

1.8   廠區(qū)清潔運輸方式

清潔運輸方式應(yīng)用，對于鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)綠色化發(fā)展具有十分重大的意義。目前除了實現(xiàn)鐵路運輸，管帶機、封閉皮帶通廊等，鋼鐵企業(yè)著重加強清潔運輸體系建設(shè)，從建立門禁識別監(jiān)控系統(tǒng)、運輸車輛管理到采用新能源車輛等方式，有效提升清潔運輸比例，顯著提升綠色化水平。

1.9   資源綜合利用技術(shù)

開展資源綜合利用，多種方式回收利用工業(yè)副產(chǎn)品如高爐渣、除塵灰等是燒結(jié)、煉鐵工序?qū)崿F(xiàn)綠色發(fā)展的重要途徑之一。高爐渣是煉鐵工序產(chǎn)生量最大的固體廢棄物資源，通過水沖冷卻是目前常用的爐渣處理方式，將煉鐵產(chǎn)生的大量水渣制成礦渣微粉替代水泥使用是廢渣利用的重要手段。通常將水渣加入高壓微粉磨內(nèi)烘干、粉磨和選粉，經(jīng)過多次循環(huán)粉磨后收集輸送至水渣粉庫，將高活性的水渣微粉加入到混凝土中等量代替水泥，與石子、沙子攪拌混合后可有效提高混凝土的綜合性能，具有強度高、耐磨性好、黏結(jié)性強等優(yōu)點，可滿足各類建筑工程的相關(guān)要求。對于各類除塵灰，由于其產(chǎn)生的工序環(huán)節(jié)不同，綜合利用的方式也有所區(qū)別。一般燒結(jié)除塵灰經(jīng)收集后經(jīng)過再次配料進行循環(huán)利用。高爐產(chǎn)生的除塵灰除上述方式外，還有除塵灰冷壓球團調(diào)配使用、先進行脫鋅處理后采取高爐噴吹循環(huán)利用、制造泡沫渣替代焦粉降成本、優(yōu)化配料生產(chǎn)水泥熟料等方式。

1.10   低碳冶煉、固碳捕集封存技術(shù)

鋼鐵行業(yè)十分重視在低碳領(lǐng)域前沿技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，如在低碳技術(shù)方面開展的鋼化聯(lián)產(chǎn)項目研究與應(yīng)用，碳捕集與封存技術(shù)、氧氣高爐、富氫冶金、直接還原煉鐵、碳捕獲、利用與封存（CCUS）等低碳冶煉技術(shù)研究開發(fā)等?？山Y(jié)合企業(yè)自身情況，加快成熟、高能效技術(shù)實施進度，推進多工序集成優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用，布局并推進低碳技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，挖掘企業(yè)進一步降碳潛力，積極適應(yīng)鋼鐵行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型升級實踐。

2.   智能化應(yīng)用

隨著自動化、信息化的手段日益成熟，鋼鐵生產(chǎn)流程中充分推行各類智能化技術(shù)的應(yīng)用。在確保生產(chǎn)過程連續(xù)、穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)精細操作、精準管控、精益生產(chǎn)，達到高效、低耗等良好效果。

2.1   原料準備環(huán)節(jié)

采用先進的自動控制和智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)均衡進料、供料，保證料量穩(wěn)定，實現(xiàn)原料成分、粒度、水分均勻。合理安排作業(yè)，確定最佳流程，避免人為因素導(dǎo)致生產(chǎn)波動。實現(xiàn)無人化作業(yè)，提高設(shè)備運行效率，降低故障停機率，降低原料庫存，提高利用率，推動實施料場智能化升級。

2.2   燒結(jié)配礦環(huán)節(jié)

采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和遺傳優(yōu)化技術(shù)，建立燒結(jié)礦質(zhì)量模型，尋找最優(yōu)配礦組合，開發(fā)燒結(jié)配礦智能優(yōu)化系統(tǒng)，提升生產(chǎn)工序?qū)Σ煌瞎?yīng)來源的適應(yīng)能力，優(yōu)化燒結(jié)礦的質(zhì)量指標，實現(xiàn)煉鐵過程的綜合節(jié)能減排和降本增效。在此基礎(chǔ)上，進一步采用大數(shù)據(jù)采集技術(shù)和分布式信息傳輸技術(shù)，建立整個燒結(jié)生產(chǎn)全工序數(shù)據(jù)庫，融合生產(chǎn)工藝和大數(shù)據(jù)挖掘原理，將智能化的技術(shù)手段擴展到燒結(jié)生產(chǎn)全工序，提取原料質(zhì)量、配礦操作、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制以及生產(chǎn)成本等指標參數(shù)，研究相互之間的規(guī)律，開發(fā)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的燒結(jié)全生產(chǎn)線智能生產(chǎn)控制系統(tǒng)，建立完善的決策體系。

2.3   煉鐵操作環(huán)節(jié)

在煉鐵過程中，高爐熱風溫對節(jié)能降耗具有十分重要的意義。采用高爐熱風爐智能燒爐系統(tǒng)，將熱風爐燃燒過程實現(xiàn)自動控制，使燃燒時煤氣流量和空氣流量長時間處于最佳配比狀態(tài)，穩(wěn)定拱頂溫度，減輕勞動操作強度，提高設(shè)備使用壽命，從而達到提高熱風溫度、節(jié)約煤氣消耗、降低高爐煉鐵燃耗。隨著自動控制水平和信息化技術(shù)的進步，高爐操作過程應(yīng)用專家控制系統(tǒng)[4]，對涵蓋高爐冶煉關(guān)鍵操作條件、煉鐵工藝技術(shù)原理和數(shù)學工具等因素的高爐數(shù)學模型進行擴展和補充。在高爐冶煉過程主要操作要求基礎(chǔ)上，將操作者長期積累的有益經(jīng)驗總結(jié)為相應(yīng)信息化規(guī)則，運用數(shù)字邏輯推理技術(shù)判斷冶煉過程，并對操作過程提出相應(yīng)操作建議和優(yōu)化指令，穩(wěn)定高爐爐況，改善高爐煉鐵過程指標，實現(xiàn)高爐順行、降耗、高效的目的。

2.4   煉鋼控制環(huán)節(jié)

與高爐專家系統(tǒng)類似，在煉鋼工序“一鍵煉鋼”智能技術(shù)也有長足的進步，該冶煉控制技術(shù)基于工藝理論模型計算、專家操作經(jīng)驗和相關(guān)在線監(jiān)測手段等，采取轉(zhuǎn)爐全自動冶煉副槍技術(shù)，顯著提升轉(zhuǎn)爐終點碳和溫度的雙命中率，對轉(zhuǎn)爐爐渣終渣進行預(yù)判，自動按目標調(diào)控，完成濺渣護爐作業(yè)，實現(xiàn)吹煉過程和終點的操作標準化。同時通過傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)，自動調(diào)整轉(zhuǎn)爐傾角，與鋼包、渣罐車、出鋼檢測、控制等系統(tǒng)聯(lián)動實現(xiàn)煉鋼全過程的無人干預(yù)自動控制。

2.5   全過程智能決策系統(tǒng)

近年來，鋼鐵企業(yè)在全流程智能管控、執(zhí)行及決策優(yōu)化系統(tǒng)方面實現(xiàn)了較為普遍的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）完成全過程數(shù)據(jù)采集及實時監(jiān)控，為后續(xù)相關(guān)系統(tǒng)提供支撐。智能制造管理與執(zhí)行系統(tǒng)（MES）實現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控，對重點環(huán)節(jié)進行制造管理執(zhí)行、檢化驗管理和遠程計量，把控設(shè)備運行情況，構(gòu)建全流程質(zhì)量管理體系。決策優(yōu)化與支持系統(tǒng)（DOSS）以計劃為核心，對資源平衡及原料采購、配料進行集成優(yōu)化，合理制定指標，供產(chǎn)銷聯(lián)動，實現(xiàn)成本最優(yōu)，不斷改進提升經(jīng)營績效。高級計劃排產(chǎn)系統(tǒng)（APS）以滿足客戶交貨要求為目標，綜合訂單屬性和制造資源調(diào)配，實現(xiàn)交貨期應(yīng)答等功能，解決產(chǎn)供、產(chǎn)銷矛盾，滿足大規(guī)模個性化定制需求。

3.   綜合性交叉應(yīng)用

鋼鐵流程實現(xiàn)綠色化、智能化的應(yīng)用技術(shù)分布在節(jié)能、環(huán)保、低碳、資源綜合利用以及信息化系統(tǒng)等多個領(lǐng)域，未來的發(fā)展方向更多地體現(xiàn)在交叉應(yīng)用領(lǐng)域，同時不拘泥于某單一工序環(huán)節(jié)，而更多地體現(xiàn)在全工序環(huán)節(jié)的應(yīng)用。

目前在綠色化、智能化交叉應(yīng)用較為成熟普遍的場景包括：能源管控中心的推廣和應(yīng)用，其將能源節(jié)約利用與信息化系統(tǒng)結(jié)合起來，對能源系統(tǒng)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實施集中統(tǒng)一扁平化、數(shù)字化管理。綜合能源動力介質(zhì)的監(jiān)控和調(diào)配，預(yù)測高爐煤氣等關(guān)鍵介質(zhì)的產(chǎn)出，并實時開展平衡調(diào)度。對過程數(shù)據(jù)進行分析和管理，反向給予生產(chǎn)主工藝運行，提供優(yōu)化操作參考和決策支持。能源管控中心開展集中監(jiān)控、調(diào)配、管理和分析，可以有效提高企業(yè)能源利用效率，確保能源系統(tǒng)穩(wěn)定，充分利用二次能源，實現(xiàn)最優(yōu)、持續(xù)、高效。

將信息化手段與環(huán)保減排綠色化結(jié)合起來的典型實踐是環(huán)保無組織管控治一體化平臺的應(yīng)用與推廣。其以平臺架構(gòu)為核心，采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，將原料場、燒結(jié)、煉鐵等區(qū)域無組織排放源實現(xiàn)可視化、清單化。對全廠物料裝卸過程開展智能化圖像識別，運用集中控制系統(tǒng)，將識別模塊與相對應(yīng)的污染治理手段形成閉環(huán)聯(lián)動，實現(xiàn)精準治理，既提高了環(huán)保治理的效率，也降低了對應(yīng)的能源消耗，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和社會效益的雙提升。

此外，國家提出降低碳排放強度，支持有條件的地方和行業(yè)率先達到碳排放峰值，制定碳排放達峰行動方案，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。鋼鐵行業(yè)是我國碳排放量最高的制造行業(yè)，是落實碳減排目標的重要責任主體。將綠色減碳行為與信息化智能化手段結(jié)合起來成了當務(wù)之急。加快碳排放數(shù)據(jù)管理體系建設(shè)，明確碳排放總量和排放結(jié)構(gòu)特點，挖掘降碳潛力。以智能采集核算技術(shù)、優(yōu)化分析模型及云環(huán)境部署設(shè)計，構(gòu)建“數(shù)據(jù)監(jiān)測—集成化對標—工序目標考核分解—預(yù)測及潛力分析”相耦合的動態(tài)碳排放全過程管控與評估平臺。基于生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)及能源數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)監(jiān)測、報告與核查全過程管控，加快新一代信息技術(shù)和先進低碳技術(shù)的深度融合，貫穿鋼鐵全生命周期優(yōu)化集成，可以有效推動鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、低碳化轉(zhuǎn)型升級。

4.   結(jié)論與建議

結(jié)合鋼鐵流程在綠色化、智能化應(yīng)用實踐中的技術(shù)和手段，可以看到行業(yè)未來發(fā)展的方向和趨勢更多的還是集中在綜合性交叉應(yīng)用。充分利用好數(shù)字化工具、研究透工藝技術(shù)原理、優(yōu)化好交叉應(yīng)用模式、配套強工程實施基礎(chǔ)，是實現(xiàn)鋼鐵流程綠色化、智能化發(fā)展的有效途徑。同時就建立相關(guān)體系提出幾點建議：

（1）強調(diào)整體性的效果。綠色化與智能化的技術(shù)應(yīng)用之間存在相互支撐、相互促進與相互提升。節(jié)能減碳、綠色環(huán)保、資源綜合利用與智能化手段之間是整體性的關(guān)系。燒結(jié)、煉鐵工序之間以至鋼鐵全流程也是整體性、全過程的應(yīng)用。應(yīng)用過程中要確保實現(xiàn)互聯(lián)互通，避免形成信息化或者綠色發(fā)展的孤島，未實現(xiàn)真正意義上的綠色化、智能化高效發(fā)展。

（2）關(guān)注經(jīng)濟性的指標。交叉性工藝技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用都是基于工序環(huán)節(jié)生產(chǎn)服務(wù)，在實現(xiàn)有關(guān)效果要求的前提下，如何實現(xiàn)經(jīng)濟性是確保應(yīng)用實踐長期穩(wěn)定的重要衡量手段，必須引起高度重視。不能把相關(guān)應(yīng)用實踐變成了“中看不中用”的花架子，讓企業(yè)實實在在在應(yīng)用中受益，提升企業(yè)主體在推進行業(yè)綠色化智能化過程中的積極性。

（3）確保可靠性的技術(shù)。行業(yè)的發(fā)展進步是一個逐步提升的過程，其中有層出不窮的新技術(shù)、新工藝。鼓勵前沿性的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)，但是在大規(guī)模的應(yīng)用實踐推廣時，要確保應(yīng)用工藝原理、操作過程、工程實踐的成熟、可靠，做到大膽創(chuàng)新、謹慎試驗、高效推廣，促進行業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級。

（4）配套強有力的保障。新工藝技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用是漫長而艱巨的過程。研發(fā)過程中要對創(chuàng)新主體給予充分的資金傾斜和試驗工程保障。一旦工藝流程打通，進入到示范應(yīng)用過程，要大力提供政策支持保障措施，迅速將成熟、可靠、高效的應(yīng)用技術(shù)推廣到全行業(yè)發(fā)展進步的實踐中。

文章來源——金屬世界