钢铁工业的节能与环保

钢铁工业的节能与环保

摘要：本文介绍了钢铁工业中钢铁材料典型工件制造过程中的能源消耗、CO2的排放,通过轧辊的制造过程,分析、计算其制造全过程中涉及到的能源消耗，并阐释了减少能源消耗的措施,并指出了未来我国钢铁行业的发展方向。

关键词：轧辊，热处理，能源，节能减排，环保。

1.引言

钢铁工业是国民经济的重要基础产业，是国家经济水平和综合国力的重要标志。我国钢铁产业取得了长足的进步，特别是近十年来发展迅猛，钢铁年产量自1996年起连续蝉联世界第一，消费量也名列世界之首。但随着我国经济的快速增长，资源能源消费约束明显显现，能源供求矛盾日益突出，高污染、高能耗的特点也使钢铁工业在防污减排、节能降耗等方面承受着一定的压力。因此钢铁工业发展必然面临资源不足、环境污染的严重制约。发展资源节约型环境友好型钢铁工业已迫在眉睫。

其中轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。轧辊是轧钢厂轧钢机上的重要零件，利用一对或一组轧辊滚动时产生的压力来轧碾钢材。它主要承受轧制时的动静载荷，磨损和温度变化的影响。

2.轧辊选取，确定制造流程

2.1轧辊选取要求

（1）板坯厚度大，轧辊必须具有较好的咬入性。

（2）板坯温度高，轧制速度较慢，轧件和轧辊接触时间较长。轧辊必须具有较好的抗热裂性、抗热疲劳性。

（3）工作辊直径大（Φ1210/1110mm）、辊身长度大（5050mm），承受的轧制力高，主电机带动工作辊传动。要求轧辊有较高的抗断裂性，轧辊辊身和辊颈必须有较高的强度。（4）高的轧制温度也要求轧辊具有高温耐磨性。

（5）由于粗轧和精轧在同一机架完成，所以既要考虑到粗轧时轧件厚度大，宽度小，轧辊所受冲击大，轧辊使用面积少，轧件与轧辊间易出现打滑等。也要考虑精轧时，轧件宽而长，轧辊使用面积大。同时，单机架四辊轧机，在轧制低合金专用钢和高强度品种钢时，要采用控制轧制和控制冷却技术，通常进行交叉轧制，轧制温度低，轧制力大。要求轧辊具有耐磨性好、抗热裂性好、耐表面粗糙能力好、强度高、对热的敏感低等性能。

本文以大型支承辊为分析对象。图2是支承辊简图，各部尺寸如图所示。支承辊所用材料为70Cr3Mo钢。表1和表2为其常用参数。假设其制造全流程从冶炼开始。现场所采用的锻后热处理工艺如图3所示，最终热处理工艺如图4所示。奥氏体化结束后，将工件淬入油中，55min后出油转入温度为3000C的回火炉中保温30h，然后出炉空冷至室温。要求辊身淬火后硬度达到75HS，有效淬硬深度为45mm(硬度为67HS处距表面距离)，辊颈硬度为40～45HS。

硬深度为45mm(硬度为67HS处距表面距离)，辊颈硬度为40～45HS。

工艺流程：

配料→冶炼→LF/VD→铸锭→电渣重熔→加热→锻造→锻后处理→粗加工→调质→半精加工→感应淬火→冷处理→回火→精加工→包装。

所选工艺中从冶炼开始，到回火结束是主要耗能阶段，其中主要计算冶炼、锻后处理、以及工件最终奥氏体化和回火消耗的能量和CO2排放量。

3.计算能耗和CO2排放量

标准煤的热值约7000 Kcal/kg；1 Kcal约等于4182焦耳。火电的发电热效率在35～3 7%；直接用天然气加热，热效率为35～45%；每度电本身的热功当量860大卡；即0. 1229千克标准煤。根据生命周期评估解结果，中国电网电力（各种电力混合后的平均值）1度电的CO2排放是960g左右。（中国生命周期基础数据库CLCD）有效热量：工件由初始温度升到所要求的最高加热温度所需要的热量：

式中:

q ——工件的质量, （kg）;

t0 和t1——工件的初始温度和最高加热温度,（℃）;

c0 和c1——工件在t0和t1温度时的平均比热, （kJ/kg.℃)

计算：

工件质量：

3.14*(650/2)2*730*2+3.14*(1065/2)2*1480+2*{3.14*(650/2)2+3.14*(10 65/2)2+[3.14*(650/2)2+3.14*(1065/2)2]1/2}*230/3=2.05*109mm3

2.05*109mm3*10-3*7.81=16*106 g=16t

查每吨铸铁消耗电能550～700度，该工件用电8800～11200度，CO2排放量为960*（8800～11200）=8.448～10.752t，对应热功当量为7568000～9632000大卡。锻后热处理：

所选设备：1000 0C标准台车式电阻炉

额定功率：320 KW L*W*H:3500*1500*1000

1）有效热量：

16000*[(900*0.687-25*0.46)+(780*0.667-300*0.511)]*273=4.2315*109 K J

即为4.2315*109 KJ /4.182/1000=1.01*106大卡

所以消耗1.01*106大卡/860*0.1229/0.35=412.23千克标准煤

消耗1174度电，CO2排放是1.12t

2）320*（10+10+30）=16000 KW*h

即耗电16000度，CO2排放是16000*960=1.536*107 g=15.36t

锻后热处理排放15.36 t+1.12t =16.48t的CO2，消耗17174度电

最终热处理：

所选设备：1000 0C标准台车式电阻炉

额定功率：320 KW L*W*H:3500*1500*1000

1）有效热量：16000*（950*0.687-25*0.46）*273=2.8*109 KJ

即为2.8*109 KJ /4.182/1000=6.69*105大卡

所以消耗6.69*105大卡/860*0.1229/0.35=273.16千克标准煤，

消耗778度电，CO2排放是0.746t

2）320*（7+8+2.5+1.5）=6080 KW*h

即耗电6080度，CO2排放是6080*960= =5.8368t

锻后热处理排放5.8368t+0.746t =6.5828t的CO2，消耗6854度电

回火：

回火设备：6500C井式回火炉

额定功率：400KW 最高工作温度：6500C

料筐尺寸：2200*3500(Φ*H)

回火温度：3000C，30h

1）有效热量：16000*（300*0.511-25*0.46）*273=6.19*108kJ

即为6.19*108kJ/4.182/1000=1.48*105大卡

所以消耗1.48*105大卡/860*0.1229/0.35=60.33千克标准煤

消耗172度电，CO2排放是0.165t

2）400*30=12000 KW*h

即耗电12000度，CO2排放是12000*960=11.52*106 g=11.52 t

回火阶段排放11.52 t+0.165t =11.685t的CO2，消耗12172度电

所以最终一共消耗电45000～47400度，CO2排放量为43.1958～45.4998t