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采用这几项突破性技术减排钢铁行业二氧化碳1、前言减少CO2排放是当前和未来钢铁工业发展的重要任务。
国际能源署（IEA）在其2℃情景（2DS）下，为2050年的钢铁行业设定了CO2排放较2011年减少28%的目标，而预计同期钢产量将增长51%。
本文研究了在钢产量增长的背景下减排CO2以实现气候变化减缓目标的可能性。
的方法2、减排CO2不同钢铁生产路线的CO2排放强度差异很大。
因此优化钢铁生产路线可以减排CO2。
此外，通过采用最佳可行技术（BAT）提高能源效率、采用创新技术（例如炼铁允许逐步淘汰炼焦和使用粉矿）、采用碳捕获与封存（CCS）技术等也可以达到减排CO2的目的。
2.1通过优化钢铁生产路线减排CO2提高以废钢为原料的粗钢产量占比可以减少钢铁行业CO2排放量。
2DS的目标是到2025年使用废钢的电炉钢比例达到37%。
2017年，电炉钢产量仅占全球粗钢总产量的28.0%。
鉴于现有的生产基础设施使用寿命、废钢获得情况和钢的质量问题，在短短八年内电炉钢所占份额从目前的状态跃升至37%几乎是不可能的。
目前没有转炉中添加废钢比例的可靠数据，对于不同生产商而言，这些数据在很大范围内变化，通常为15%-30%。
假设在钢铁生产中电炉钢增加的份额将消耗大部分可用废钢，因而在本文的废钢装载量模型中，转炉中废钢添加比例固定为20%。
此外，本文假设到2050年逐步淘汰煤基直接还原铁，基于天然气的直接还原铁的市场份额保持不变。
2.2通过采用最佳可行技术减排CO2自1960年以来，钢铁生产的实际能耗下降了60%。
对于许多钢铁企业来说，在降低能耗方面仍然存在很大的改进空间。
在本文的模型中，使用国际能源署（IEA）通过采用最佳可行技术（BAT）估算减少CO2排放量的方法，即2050年与2010年相比减少19%。
假设最佳可行技术的推广使用遵循S曲线，并在2025年开始快速增长。
国际能源署假定届时用于电炉生产的电力将仅有20%由化石燃料提供，而2011年这一比例为70%。
近年日本炼铁工序的节能环保技术简介日本在钢铁发展达到顶峰的上世纪70年代，曾拥有高炉~70座，年炼铁能力~1.1亿t。
石油危机以后从节能的角度出发，对小型落后的高炉采取了大幅度关停的措施，到1995年仅保留高炉31台。
最为突出的是新日铁釜山厂，由钢铁联合企业变为只剩1个线材工厂并依靠外部供坯生产的钢铁厂；广烟厂和堺厂由于高炉关停后只有靠转炉吹氧喷煤熔化废钢铁炼钢。
对保留生产的高炉也全面实施了节能环保技术，如高炉顶压发电、热风炉利用余热提高风温、烧结机利用余热发电以及用喷煤粉全部代替了喷油，并达到了100kg/t以上的水平，这些措施均对能耗达到国际先进水平作出了很大的贡献。
同时在含铁粉尘用于烧结机配料和高炉渣用于水泥等方面也进步很快，1995年的利用率已达到96%左右。
1995年以后为了贯彻“世界21世纪议程”中提出的可持续发展方针以及以减排CO2为中心的节能环保企业2010年志愿计划，除了开展高炉喷吹废塑料代煤和开发直接还原铁技术以合理利用资源和能源外，还利用90年代后期钢铁需求疲软导致高炉低利用系数生产的有利时机，大力开发扩大喷吹煤粉以代焦炭而降低成本的技术，部分高炉月度喷煤比高达254~266kg/t铁，具体情况如表1所示。
表1 日本喷煤比较高的高炉各项指标由此，在1998年和1999年，日本全国喷煤比也创造了129.5kg/t和132.9kg/t的历史新纪录。
2000年以后随着钢产量和生铁产量的上升而高炉又减少了3座（中山制钢关停2×850m3高炉和JFE钢铁千叶分厂关停2000m3高炉），由于利用系数的提高，喷煤比开始略有下降，具体见表2。
表2 近年日本高炉产量和燃比指标的变化由于高炉开工座数由2001年之前的31座和平均炉容3800m3，减少为2005年的28座，加上不少高炉大修扩容，2005年平均单炉容积为4004m3，最大炉容为5775m3。
2005年全国的平均利用系数为2.03。
科技成果——二氧化碳在炼钢流程的应用二氧化碳（CO2）在炼钢流程中的应用是一项具有重要意义的科技成果。
炼钢是指将生铁经过一系列工艺加工和处理，以去除杂质并调整成分，从而得到所需的钢铁产品的过程。
二氧化碳作为一种无色无味的气体，具有许多独特的性质和应用，可以在炼钢过程中发挥重要的作用。
首先，二氧化碳可以用于炼钢过程中的炉渣调整。
在炼钢过程中，炉渣是一种由矿石和其他添加剂组成的熔融物质，它起到吸收和去除杂质的作用。
二氧化碳可以被注入到炉渣中，通过与其中的氧化物反应生成碳酸盐，从而调整炉渣的成分和性质。
这样可以提高炉渣的脱硫能力，减少钢中的硫含量，提高钢的质量和性能。
其次，二氧化碳可以用于炼钢过程中的保护气体。
在炼钢过程中，熔融金属容易与空气中的氧气反应生成氧化物，从而降低钢的质量。
为了防止氧化反应的发生，可以将二氧化碳作为保护气体注入炉腔中，形成一层保护性的气氛，有效地隔绝熔融金属与空气的接触。
这样可以提高钢的质量和表面光洁度。
此外，二氧化碳还可以用于炼钢过程中的溶解气体。
在炼钢过程中，有时需要将一些气体溶解到熔融金属中，以调整钢的成分和性能。
二氧化碳可以作为一种溶解气体，通过控制其注入量和压力，可以实现对钢中碳含量的调整。
这样可以提高钢的硬度和强度等机械性能。
最后，二氧化碳还可以用于炼钢过程中的脱氧剂。
在炼钢过程中，熔融金属中常含有一定量的氧气，它会对钢的性能产生不良影响。
通过将二氧化碳作为脱氧剂加入到熔融金属中，可以与其中的氧气反应生成气体，从而有效地去除氧气。
这样可以提高钢的纯度和均匀性，改善其力学性能和加工性能。
总之，二氧化碳在炼钢流程中的应用是一项具有重要意义的科技成果。
它可以用于炉渣调整、保护气体、溶解气体和脱氧剂等方面，对提高钢的质量和性能具有重要作用。
随着科技的不断进步，二氧化碳在炼钢过程中的应用将进一步得到发展和完善，为钢铁行业的发展和进步做出更大的贡献。
欧洲和日本钢铁行业低碳技术发展全球气候变化已经成为国际社会关注的热点。
低碳发展作为解决气候变化问题、协调社会经济发展的综合路径，为应对气候变化提供了新的机遇。
钢铁行业是能耗大户，同时也是二氧化碳排放大户[2]。
在全球碳排放控制日趋严格的大环境下，大力发展钢铁行业低碳技术、推广低碳技术的应用，是钢铁行业实现低碳发展，保证绿色可持续发展的有效途径[3]。
目前，许多国家都已经开展钢铁行业低碳技术相关项目的研究工作，具体包括美国、瑞典、加拿大、韩国、日本、巴西及欧洲部分国家，为减排二氧化碳提供了新思路。
一、欧洲钢铁行业低碳技术概况为应对气候变化，欧盟从2004年开始启动超低二氧化碳排放炼钢项目(ULCOS)，旨在使钢铁工业二氧化碳排放量减少50%左右。
之后经研究，确定对其中4个最有发展前景的技术做进一步研究，即高炉炉顶煤气循环(TGR-BF)、新型直接还原工艺(ULCORED)、新的熔融还原工艺(HIsarna)[2]和碱性电解还原铁工艺(ULCOWIN、ULCOLYSIS)。
1.TGR-BF高炉炉顶煤气循环该工艺是利用氧气鼓风并将高炉炉顶煤气应用真空变压吸附(VPSA)技术脱除二氧化碳后返回高炉重新利用的炼铁工艺，工艺流程见图1。
该工艺有以下3个主要的特点：一是使用纯氧代替预热空气，除去了氮气，有利于二氧化碳的捕集和储存；二是用VPSA技术和二氧化碳捕集和贮存(CCS)技术将二氧化碳分离并储存在地下；三是回收一氧化碳并作为还原剂，减少焦炭的使用量[4]。
图1 高炉炉顶煤气循环炼铁技术工艺流程2007年，ULCOS项目组在瑞典LKAB公司的试验高炉(EBF)上分别开展了为期7周的炉缸和炉身喷吹循环煤气的试验研究。
在喷煤比为170kg/t的条件下，焦比由400～405kg /t降至260～265kg/t，碳耗降低24%；VPSA装置运行非常平稳，97%的高炉炉顶煤气都能循环使用，并且能回收88%的一氧化碳，二氧化碳平均体积分数约为2.67%。
世界金属导报/2007年/11月/6日/第008版绿色钢铁炼铁过程CO2减排技术发展动向朱久发21世纪，环保将推动钢铁工业技术新的进步。
随着这种趋势的发展，对钢铁工业可持续发展起决定作用的炼铁技术的进步与革新将处于首要位置。
特别是在解决污染物排放、废物循环利用及CO2排放等问题的技术方面要有突破性的进展，同时还要重点考虑新的工艺生产路线及操作水平的不断提高。
1.CO2减排工作的方向在钢铁联合企业的钢铁生产过程中，碳一般是以煤炭的形式输入，在炼铁工序中，焦炭作为还原剂和热源，而一部分煤以微粉喷吹的方式被高炉直接利用。
焦炉、高炉产生的煤气则供发电厂、制氧工序、下游工序的加热炉等作为能源使用。
这一生产过程产生的CO2总量在概念上可表达为：CO2发生量=生产量×(能量消费量／生产量)×(CO2发生量／能量消费量)。
基于该式来考虑CO2减排的方向，若要减少上游工序的能耗量，即减少炼铁过程.中在还原、热源上的消耗量，就要减少碳的消耗量，这样才能进一步地推进节能。
与此同时，为了减排CO2，可以考虑利用天然气等氢系还原剂，也可以考虑利用碳中性的生物体等作为减碳的方向。
作为系统延伸的推进废弃塑料的再循环利用也将成为有效的策略。
现行的钢铁生产过程对碳的依赖性很大，基本上要追求两个方向，既要减少所需碳量，又要降低对碳的依靠性。
炼铁过程所需碳量的减少主要通过减少高炉还原剂的使用量来实现。
高炉低还原剂比的原理可用李斯特(RIST)线图来表示，减少还原剂的途径有4条，即提高炉身效率、减少热损失、控制气体还原平衡的限制或者投入铁源。
可以认为，前两种途径是目前正在努力推进的项目，可挖掘的潜力已几乎接近于极限；而后两种途径则是今后会带来更大效益的现在应积极研究的方向。
2.CO2减排问题的对策2.1烧结机排放量的控制烧结机目前是控制污染的主要环节，其中灰尘和二恶英排放等主要问题必须解决。
二恶英的产生与烧结所用的铁矿石、石灰石、循环料、固体燃料的特性关系很大。
日本钢铁技术现状及二氧化碳减排发展来源：王小天 文章发表时间：2010-04-06全球变暖是世界各国面临的一个严峻问题。
气候变暖影响着人类的生存和发展，应对这一难题是世界各国共同的责任，因此必须站在新的高度强调国际间的技术合作，以及向发展中国家转让技术。
在二氧化碳减排方面，不能低估炼铁工艺在整个钢铁工序中的作用。
可以毫不夸张地讲，钢铁工业未来的发展依赖于未来炼铁技术的进步。
因此，既要从短期着手又要从长远角度出发，针对局部区域和全球范围研究开发炼铁工艺技术。
在日本，钢铁工业面临降低能耗的任务是到2010年能源消耗在1990年的基础上下降10%。
为实现这一目标，日本钢铁业者一直致力于炼铁新工艺、新技术的开发。
1日本炼铁技术现状自1983年开始应用煤粉喷吹技术直至2000年，日本高炉喷煤比在不断增加。
在此期间，主要的经营目标之一就是大量使用廉价原料，例如从澳大利亚进口了大约50%的铁矿石，渣量大，大量劣质煤的使用虽然降低了生产成本，但导致还原剂消耗普遍超过500kg/t。
然而，由于全球气候变暖问题的日益加剧和产能提高的需要，自2000年起至2007年，高炉操作目标已经转为降低还原剂消耗。
降低还原剂消耗的工作主要集中在大型高炉上，特别是由于原燃料的变化，高炉操作需要做出相应调整。
2007年日本喷煤比接近130kg/t，低于其它国家。
主要原因是日本所用焦炭质量发生了变化。
如果盲目提高喷煤比，可能会影响高炉较高的利用系数。
但是从2008年下半年开始，由于全球经济危机的爆发，高炉操作条件彻底改变，高炉利用系数也大幅度降低。
未来经济复苏的前景仍不明朗，一些高炉已经关停。
所以近期钢铁行业的二氧化碳排放量显著降低。
尽管如此，降低高炉还原剂消耗仍然被视作重要操作目标之一。
2 针对二氧化碳减排的研究1996年，日本铁钢联盟JISF根据《京都议定书》制定了环境保护行动计划，把减少温室气体排放作为应对全球变暖的措施之一。
因此，该计划主要应用了以下温室气体减排措施：1） 在1990年的基础上，到2010年实现钢铁行业能耗下降10%；2） 通过政府建立回收机构，实现高炉回收利用100万t废塑料。
近二十年日本炼铁技术发展回顾21世纪的最初20年是钢铁工业发展跌宕起伏的20年。
世界各国钢铁工业的重组加快，全球对钢材需求的增加，导致铁矿石和冶金煤等钢铁生产原料价格大幅波动。
尤其是，世界环保问题已被放在了更加重要的位置，CO排放控制2比以往更加严格。
为应对这些课题，日本炼铁技术部门进行了不懈的努力。
本文就近二十年日本炼铁技术的发展和商业应用进行了总结回顾。
1 近二十年的炼铁环境进入2000年代，日本钢铁工业进入了合并重组时代。
世界钢铁需求剧增，随之，作为钢铁原料的优质铁矿石和冶金煤的供应出现了瓶颈，钢铁原燃料价格因供需不平衡出现了大幅波动。
在这二十年里，日本的生铁和粗钢产量没有大的变化。
与二十世纪九十年代相比，钢材出口比例有所增加。
在这种形势下，日本炼铁技术部门为提高国际市场竞争力，进一步降低生产成本，开发了提高炼铁生产效率、延长设备使用寿命的技术；为应对钢铁原料价格的高涨，开发了廉价劣质资源利用技术；为应对环保问题，开发了节能技术。
2 2000年代炼铁的主要应用技术在高炉方面，随着计测和计算科学技术的发展，应用了各种传感技术和模拟技术。
为提高高炉的操作精度，开发了各种提高烧结矿质量的技术，同时，采用了各种降低还原剂比的技术，如装入含碳团矿降低高炉热保存带温度和在铁矿石中混合装入大量焦炭，并喷吹城市煤气。
在高炉入炉原料方面，还使用了球团矿和还原铁等。
在高炉风口喷吹技术方面，为提高粉煤喷吹量，推进了粉煤喷吹技术和喷吹设备的开发，还开发了喷吹转炉渣的技术。
尤其是，各种高炉长寿化技术的开发和应用取得进步。
在原料和烧结方面，为提高资源应对能力和生产效率，应用了各种制粒技术和提高装料溜槽功能的技术。
尤其是，作为环保和节能的应对技术，开发和应用了向烧结机喷吹碳氢气体和使用CaO 改质的粉焦减少NOx排放等新技术。
在炼焦方面，SCOPE炉已开始应用，除了进行焦炉的新建和改造外，还开发和应用了各种应对焦炉老化的观察、诊断、修补技术。
日本长流程钢铁厂环保措施1.神户制铁所在炼铁领域的环境对策神户制铁所是一个邻近住宅区的都市型钢铁生产企业，出于对环保的考虑，采取了降低厂内排出废气中SOx、NOx并抑制粉尘和臭气等一系列措施。
作为环保对策，该厂一直将抑制CO2的排放摆在最重要的位置。
高炉是耗能大的大型设备，如何设法减少其C02排放对环保具有重要作用。
以下特以高炉为中心，介绍近年该制铁所的环保对策及减排CO2的情况。
1.1减轻环境负荷a.利用筒仓减少粉尘该所3号高炉的烧结车间在1999年因兴建2x70万kW机组火电厂而关闭，炼铁主原料也从原来的自产烧结矿改为加古川制铁所生产的堆场烧结矿，最终从2001年起转向采用全球团矿操作，所用的球团矿含有加古川制铁所生产的碱性球团矿和进口球团矿。
从烧结车间停产前后的神户制铁所平面布置图可知：原来仅焦炭为筒仓贮存，煤和矿石都为原料场堆放；现在烧结车间和料场均已拆除，而成为IPP(火电厂)区域，在其中部分土地上建设了装煤的全密闭化12个筒仓，容量合计36万t，可同时向IPP(日用煤1万t)和高炉(日用煤0.8万t)供煤。
另外，还新建了球团筒仓。
这样一来，原来堆积在料场上的矿石和煤，就因烧结这一前处理工序的省略，而实现了全部筒仓密闭贮存，加之运送的皮带机密闭化，从而大幅减少了制铁所内粉尘发生量。
b.引进高炉渣水淬设备原来的高炉渣100%为缓冷处理，在缓冷时伴随洒水而产生硫的臭味。
另一方面，由于政府最近制定了海砂限采规则及对购买进行了限制，故市场增加了对高炉水淬渣这种砂的代用品的需求。
因此，该所引进了高炉渣水淬设备并于2003年11月投产。
利用实验室试验查明了洒水时间和高炉渣含硫气体发生量之间的关系如下：缓冷渣因渣温高而在初期就发生较多含硫气体，然后含硫气体随渣温下降而逐渐减少，但—段时间内仍能闻到硫味。
另一方面，大水量淬渣时温度急降，含硫气体发生量很快就降至难以感知的程度。
1.2节约能源a.利用3号高炉大修降低燃料比高炉是制铁所中耗能最大的设备，从高炉排放的C02约占制铁所总排放量的65%；并且，大部分CO2来自还原剂，故降低还原剂的使用率，对于减排C02具有很大作用。
JFE钢公司开发减排CO2的炼铁技术1 概况在日本国内钢铁行业产生的CO2量占日本CO2总排放量的15%左右，其中炼铁工序产生的CO2排放量占7%左右。
因此，减少炼铁产生的CO2排放量对降低CO2总排放量起着重大的作用。
炼铁主要以高炉生产铁水，作为高炉的配套设备主要有烧结机（生产高炉用原料的烧结矿）、焦炉（生产起还原剂作用的焦炭）、热风炉（制造吹入高炉用的1200℃左右的热风）。
高炉内的还原反应（Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2）和含碳气体（高炉煤气和焦炉煤气）的燃烧反应（C+O2→CO2，Cn+Hm+（n+m/4）O2→nCO2+（m/2）H2O）会产生大量的CO2。
本文首先根据示范炼铁厂的计算结果对炼铁各工序产生的CO2量的现状进行说明。
在此基础上就减少CO2排放量的基本思路进行介绍。
接着，介绍JFE钢公司根据这一思路开发并已应用于实际的减少CO2排放的炼铁技术概况及其应用效果。
在这里可应用于实际的技术有烧结机的烧结层喷吹碳氢化合物技术；作为减少高炉CO2排放量的技术有为大幅度降低还原剂比而在矿石中大量混装焦炭的技术和把含碳量低的天然气作为基础气体的煤气直接喷吹到高炉减少碳使用量的煤气喷吹技术。
尤其是，为了未来彻底降低高炉还原剂比，JFE钢公司还致力于基于新概念的高炉原料的开发（Carbon Iron Composite：铁碳复合物（下称CIC））。
本文还就其技术内容和期待的效果进行介绍。
2 炼铁工序CO2排放现状为定量评价炼铁各工序产生的CO2量，设定了区分炼铁工序和下道工序的边界条件（界线）和炼铁工序中的物流，如图1所示。
在外部供给的煤中，原料煤可装入焦炉进行干馏，普通煤和天然气可直接喷吹到高炉内。
焦炉生产的焦炭按粒度筛分后，焦粉可以作为烧结的固结剂使用，剩余的可以装入高炉。
焦炉产生的焦炉煤气和高炉产生的高炉煤气可以作为炼铁各工序（烧结、焦炉、热风炉、发电厂）中的燃料，或作为还原剂喷吹到高炉，剩余部分可以作为煤气供给下道工序（炼钢和轧钢工序等）。
日本钢企近年节能技术发展调研炼铁的重要原材料铁矿石为氧与铁的结合物，为此，将铁矿石中的氧高效分离是钢铁行业节能重要的研究改进方向。
目前，铁矿石还原用焦炭作为主要的还原剂，但在生产焦炭的过程中产生了大量的氢，如焦炉煤气中含有50%的氢和30%的甲烷。
若将这些氢提取则可供燃料电池汽车所用，不仅可大量节约燃油，而且改善环境和减排二氧化碳的效果十分显著。
为此，日本钢铁企业参与了很多开发项目，积极建设节能社会。
钢铁行业不仅以煤炭为热源，而且还以碳为还原剂，日本钢铁企业十分重视碳燃烧生成二氧化碳对地球气候变暖的影响，即开发二氧化碳分离技术。
近年来，日本钢铁企业已实用化的节能技术主要有以下几个方面：副产煤气方面：焦炉煤气、高炉煤气和转炉煤气等除用于本厂工业炉和锅炉燃料外，多余部分用于发电自用，基本没有放散。
炼焦工序方面：干熄焦普及率达到83%；煤调湿、煤预热和煤成型已经得到部分应用；全部实现焦炉燃烧自动化控制；炼焦中掺入2%废塑料，能量利用率达到94%。
此外，由日本政府组织开发的下一代新型焦炉Scope21已工试成功，可节能20%，生产效率为目前焦炉的2.4倍~3倍，非黏煤配比达到60%。
炼铁工序方面：炉顶余压发电已全部普及；热风炉余热利用和喷吹煤粉全部普及；喷吹废塑料率先在JFE的京滨、福山两厂应用，能量利用率达到75%~80%，神户制钢加古川厂也开始应用喷吹废塑料技术；对高炉鼓风系统普遍采取了防止漏风、降低压损和热风管保温等节能措施；神户制钢开发的非高炉炼铁法Fastmelt（法斯特梅铁）技术已用于回收含铁粉尘中的锌和制造球团供高炉利用，节能效果较好。
烧结工序方面：冷却矿余热回收、烧结均压气回收、分级布料、烧结机局部除尘、主风机高效化和防止漏风以及电机转数控制等节能措施已基本普及。
转炉炼钢工序方面：OG-IDF转数控制，制氧机、除尘器和冷却泵等设备高效化，近终形连铸和铸坯热送等节能措施已经普及。
突出的是新日铁广畑厂高炉停产后，全部以废钢为原料吹氧喷煤化铁后炼钢，并每年利用废轮胎12万吨，充分利用轮胎可燃部分和其中的子午线钢丝，节能效果更好。
