聚焦炼铁领域节能减排技术大发展
降低燃料比和焦比
降低高炉燃料比和焦比一直是炼铁节能的主要措施，而提高高炉喷煤比又是降低焦比的主要措施。目前，先进的燃料比低于500千克/吨，先进的喷煤比也已达到200千克/吨左右。传统上，降低燃料比和提高喷煤比的主要技术是提高布料控制水平和操作水平，这种传统的高炉技术已发展到日臻完善的水平。要想进一步降低燃料比和焦比，增强企业竞争力，就必须避开传统思路，开发新的技术。
日本研究新一代高炉的创新型节能技术，目的是想把能耗降为传统高炉的一半。目前研究的内容主要包括高反应性焦炭和含碳热压球团两部分。高反应性焦炭和含碳热压球团用于高炉中都可降低炉身反应温度，提高炉身反应效率，从而达到节能的目的。日本新一代高炉使用的高反应性焦炭不同于传统高炉，传统高炉要求焦炭强度大、反应性低，而新一代高炉要求焦炭同时具有大强度和高反应性。新日铁室兰厂在高炉中使用添加高钙煤制得的高反应性焦炭，可使燃料比降低10千克/吨。
含碳热压球团是不使用黏结剂的，是借助煤的热塑性使铁矿粉和煤粉黏结成块的。含碳热压球团用于高炉中可把炉身温度降低约150℃。日本钢铁工程控股集团（JFE）最新研究表明，含碳热压球团既可作为优质铁矿炉料，同时又具有高反应性焦炭的效能。
除了开发新一代高炉外，日本还从烧结工序着手开发创新型技术，以利高炉大幅度降低燃料比和焦比。日本正开发的预还原烧结矿就是典型一例。预还原烧结矿技术是指铁矿在烧结机上就发生部分预还原的技术。由于烧结矿在烧结机上进行的预还原属于还原剂对铁矿粉的直接还原，从而减少了高炉中发生的间接还原，可降低铁矿还原所用的燃料。工业试验证明，高炉使用预还原烧结矿，可大大降低燃料比。如果烧结矿预还原率为70%，整个炼铁工序的燃料比大约可减少10%以上。
另外，针对市场上所供铁矿资源的变化（含铝和结晶水高的澳大利亚铁矿在市场上的供应量越来越大），日本开发了选择制粒、涂层制粒等技术。使用选择制粒技术可以增加含三氧化二铝高的铁矿石在烧结中的使用比例，从而提高烧结矿质量，降低高炉燃料比和焦比。选择制粒技术是一种氧化铝封闭技术，其目的是在制粒时把含氧化铝高的铁矿粉集中在颗粒的核心部分，而把氧化铝含量相对低和碱度较高的部分作为黏附粉放在外层。这样可改善高三氧化二铝矿粉的制粒性能，改善烧结料层的透气性，提高烧结矿质量。涂层制粒是将焦粉和石灰石粉涂于烧结混合料颗粒表面的技术，通过在颗粒外形成铁酸钙提高其强度，并通过防止铁矿与石灰石的同化而提高其还原性。涂层制粒可以提高褐铁矿在烧结中的使用比例而不降低烧结矿质量，有利降低高炉燃料比和焦比。
炼铁领域余热余能的回收
炼铁领域余热余能的回收技术包括高炉煤气余压透平发电（TRT）、高炉煤气干法除尘、烧结余热利用、高炉渣余热回收等。TRT目前已普及。采用煤气干法除尘配合TRT，可使发电能力提高约30%。许多钢铁公司均采用烧结余热发电。烧结烟气温度低、烧结工况波动大等都是应用烧结余热发电时需要考虑的问题。为了应对该问题，烧结余热发电普遍采用烟气循环技术。
高炉渣带走的热量约为高炉总热耗的16%，高炉渣显热回收利用一直未能取得很好的效果。当前普遍采用空气或水作热交换介质来回收高炉渣显热。一种是利用循环空气回收炉渣显热，如风淬法；另一种是将高温炉渣注入容器内，在容器周围用水循环冷却，以蒸汽形式回收炉渣显热，如环形床法。这两种方法的热回收率都较低，高炉渣显热浪费很大。
日本经多年研究曾开发出流化床式炉渣显热回收法。炉渣在一次流化床换热器里风淬成微粒后，再被送到二次流化床换热器。将经过两次换热器的热风送给锅炉产生蒸汽，以供钢厂或者发电厂使用，热回收率可达约70%。但因投资回收期较长（达5.5年）而未能推广应用。
日本还曾研究将高炉渣显热转换成化学能来进行回收的技术。甲烷和水蒸气的混合物在炉渣高温加热的作用下，生成一定量的氢气和一氧化碳气体。通过该吸热反应，可将高炉渣的显热转移出来。具体工艺是：用高速喷出的甲烷和水蒸气混合气体对液态高炉渣流进行冷却粒化，两者进行强烈的热交换，液态高炉渣因受到风力的破碎和强制冷却作用，其温度迅速下降并粒化成细小的颗粒。生成的气体进入下一反应器，在一定条件下，氢气和一氧化碳气体反应生成甲烷和水蒸气，放出热量。热交换出来的热量经处理后可供发电，或供高炉热风炉等使用。该法目前正在进一步研究中。
近年的高炉渣显热回收技术研究主要集中在转杯或转盘粒化法。日本大阪府立大学在转杯或转盘回收基础上，正研究一种将旋转杯熔渣粒化技术与甲烷-水蒸气重整相结合的方法来回收炉渣显热。首先使用旋转杯粒化装置把高炉熔渣粒化，炉渣显热通过甲烷-水蒸汽重整反应转化为化学能后再对其进行回收。工业化设计装置的上段为旋转杯熔渣和甲烷-水蒸气重整，下段为渣粒填料床。甲烷与水蒸气混合气在填料床的底部进入，经填料床内高温渣粒的预热，通过与高速甩出的高温渣粒的直接接触，在含镍催化剂材料的间接催化作用下，混合气转化为氢气和一氧化碳，从顶部排出后被收集。通过热平衡和物料平衡模型的评估与预测，发现该方法的热损失只有传统方法的15%。
减少二氧化碳排放
高炉生产铁水工艺经过长期开发研究，目前已近完善。然而，由于高炉工序产生的二氧化碳在钢铁生产过程中是温室气体二氧化碳的主要来源，因此高炉工序成为减排二氧化碳的重点环节。
高炉炼铁要减少二氧化碳排放，首先要减少碳的消耗，即降低燃料比和焦比。目前很难再通过传统技术降低燃料比和焦比来减少二氧化碳排放。为此，炼铁工作者须开辟其他途径来减少二氧化碳排放，目前有以下几种方法：
第一，炉顶煤气循环利用可有效改善高炉效率。提高碳和氢的利用，将炉顶煤气（其中含一氧化碳和氢气）喷入高炉可减少二氧化碳排放量。目前正在研究的典型一例是无氮高炉。在无氮高炉中从风口喷入的是常温氧气而不是热风。大部分炉顶煤气排入二氧化碳洗涤器，产生的部分一氧化碳气体在常温下通过风口吹入高炉，剩余部分被加热到一定温度（如900℃）后，通过第二排风口喷入炉身下半部。理论模型计算表明，该工艺的焦炭用量为204千克/吨，二氧化碳排放量（包括在二氧化碳洗涤器去除的部分）为1177千克/吨，比常规高炉（二氧化碳排放总量约为1557千克/吨）减少24%。
另一例是等离子高炉。等离子高炉工艺采用等离子加热，不需要鼓入热风、氧气等额外的辅助还原剂。部分炉后顶煤气不经过任何热处理加入到等离子炉后被加热到约3400℃。炉顶煤气中的二氧化碳与焦炭中的碳发生吸热反应转变为一氧化碳，火焰温度降为2150℃。另一部分炉顶煤气和无氮高炉一样进入洗涤器除去二氧化碳，然后被加热到900℃，通过第二排风口喷入高炉炉身下部。模型计算表明，该工艺的焦炭消耗量大约为235千克/吨，总的二氧化碳排放量（包括二氧化碳洗涤器去除的部分）为758千克/吨，比常规高炉二氧化碳排放总量减少51%。
无氮高炉和等离子加热高炉给冶金工艺带来了显著变化，但目前还处于初期研究中。在此类技术应用于工业生产以前，风口前方的反应动力学、高炉炉身下部喷吹热煤气后煤气和炉料间的传热以及对径向煤气分布的影响等都需要认真研究。
第二，寻找碳的可替代物作还原剂，如天然气、氢气、废塑料等。过去，高炉喷吹天然气在美洲高炉已经大量应用。使用废塑料技术在日本应用较多。也有开展氢气作还原剂可行性研究的，但氢的来源和制取是很棘手的。
第三，回收高炉产生的二氧化碳并加以有效利用，从而达到减排效果。目前开展了采用回收的二氧化碳替代氩气用于高炉底吹的研究。选取石灰窑气和高炉煤气作为二氧化碳的原料气，采用经济可靠的技术提浓二氧化碳，经提浓后二氧化碳气体达到99.5%，再经压缩、脱硫、干燥、除尘、闪蒸提纯，得到99.9%的二氧化碳气体。还开始了对回收的二氧化碳进行固存的技术研究。在钢渣中通入二氧化碳气体，二氧化碳气体与钢渣中的氧化钙等结合，使钢渣碳酸化，成为钢渣盐块用于海洋中。钢渣中含有铁、硅和磷等元素，在海水中对浮游生物的生长有着促进作用。而浮游生物的生长要依赖光合作用，在光合作用中须从大气中吸收二氧化碳气体，这样就通过钢渣促进海洋吸收大量二氧化碳，改善了温室气体效应。
减少二氧化硫排放
减少二氧化硫排放的关键环节是烧结工序。采用低硫原料（铁矿石和燃料煤）配入法是从根本上消除二氧化硫污染的简单有效的措施，但受原料来源和成本的限制难以推广。烟气脱硫是目前控制二氧化硫污染最有效的手段。目前已获工业应用的有石灰石/石灰-石膏法、氧化镁法、氨-硫酸铵法等。
石灰石/石灰-石膏法相对来说占地面积最大，且产生的石膏纯度不很高，有废水排放。氧化镁法比石灰石/石灰-石膏法运行可靠，投资较少，吸收剂用量少，占地面积小，但能耗比石灰石/石灰-石膏法要高，须考虑副产品的综合利用。氨-硫酸铵法与石灰石/石灰-石膏法相比，占地面积较小，经济效益较好。有焦炉的钢铁企业其脱硫剂的来源较容易，副产物硫酸铵质量好而稳定，且技术较为成熟。在脱硫的同时，还有一定的脱硝作用。
减少二恶英排放
钢铁生产过程中，烧结是产生二恶英的主要环节之一。减少烧结等钢铁生产过程中二恶英类有机污染物排放量是国外先进钢铁企业关注的重点。目前有以下几种减排控制措施：
第一，从原料入手控制排放。氯元素的存在是烧结生产过程中二恶英形成的重要因素之一。因此，最好采用含氯元素低的原料。由于除尘灰和轧钢氧化铁皮的氯元素含量相对较高，通过改变除尘灰和轧钢氧化铁皮掺用比例，可改变烧结混合原料中的氯元素含量。另外，原料中铜元素的存在对二恶英的生成可能有催化作用，因此应尽量采用含铜量低的铁矿石种类。
第二，从工艺和过程控制入手。烧结过程中的二恶英主要是在料层中生成的。为减少烧结过程二恶英的生成，应改进烧结料层的条件，如改变工艺条件，尽可能减少气态HCl的形成。为了减少带入烧结的氯源，不要为降低烧结矿低温还原粉化率（RDI）而采用在矿石料场喷洒CaCl2的技术，宜尽可能改成烧结矿成品喷洒。
第三，开发新的技术措施。印度塔塔旗下克鲁斯公司的研究结果表明，向烧结床中添加尿素，可以明显降低烧结烟气中二恶英的排放浓度，对抑制二恶英的生成具有显著效果。通过添加尿素可以使二恶英排放量减少50%。此外，韩国浦项制铁的研究表明，向烧结料层喷入NaHC03可明显降低二恶英的产生量。
减少氮氧化物排放
控制燃烧过程氮氧化物生成的技术主要有烟气再循环法、低氮氧化物燃烧器法等。其中烟气再循环法使用较多，将抽取的烟气与燃烧用空气混合后再进行燃烧，通过降低氧气浓度进而降低氮氧化物的排放浓度，可以将氮氧化物排放量降低50%左右。低氮氧化物燃烧器的原理是通过在燃烧器附近区域形成一个还原区，降低氧的浓度并适当降低着火区的温度，从而抑制挥发性氮转化为氮氧化物。克鲁斯公司的球团厂使用改进的高压燃烧器加强了火焰温度分布均匀性，将氮氧化物的排放浓度降低了约250毫克/立方米。
控制燃烧过程氮氧化物生成的效果仅能达到50%左右的脱硝率，不能满足排放标准要求，各国普遍采用烟气脱硝技术作为控制氮氧化物排放的重要方法。烟气脱硝工艺可分为干法和湿法两大类，干法占主流地位，典型的有日本和欧洲普遍采用的选择性催化还原法（SCR）。该法用以TiO2为载体的V2O5、WO3或铁氧化物和铂等作催化剂，利用氢气、一氧化碳、烃类等还原性气体与氮氧化物反应使之转化为氮气，脱氮率可达85%以上。
湿法脱硝技术是用氧化剂将一氧化氮氧化成二氧化氮后，再用水或碱性溶液吸收来实现脱硝的，主要有氮化吸收法、液相还原吸收法和络合吸收法，但由于系统复杂、投资大、耗水等特点应用不多。为降低成本、减少二次污染等问题，近年来国外开发出光催化氮法、等离子体活化法、液膜法、微生物法等烟气脱硝技术，但要达到工业化应用尚须进一步改进。
环保要求严格的国家还开发了脱硫、脱硝、脱二恶英等的烧结烟气综合处理技术。典型的有米若斯法（MEROS）、尼德法（NID）、循环流化床法、活性炭/活性焦吸附法、伊欧思法（EOS）、里浦法（LEEP）等。（来源：中国冶金报）
