高炉炼铁工序节能技术综述_张咏梅

m3 等一批特大型高炉相继建成投产，我国炼铁高炉 大型化取得了与世瞩目的成就。但是，整体来看，由 于 1 000 m3 以下的高炉数量仍占 2 /3 左右，特别是 还有相当一部分 450 m3 以下高炉仍在生产，造成我 国炼铁产能分散较严重，平均能耗较高。因此，用新 建大型高炉来强制替代并淘汰小型高炉的落后产能 是高炉炼铁工序实现大幅度节能减排的重要手段， 也是高炉炼铁生产向高效化、清洁化发展的重要步 骤。 2． 4 重视二次能源的回收利用 2． 4． 1 全面采用高炉炉顶煤气余压发电（ TＲT） 技 术 近年来，作为高炉炼铁工序能源综合利用及节 能的重要 技 术 手 段，高 炉 炉 顶 煤 气 余 压 发 电 技 术 （ TＲT） 是国际上公认的有价值的二次能源回收装 置，得到了普遍的推广和应用。采用 TＲT 装置，吨 铁可以产生电力 40 kW． h 左右，占高炉鼓风系统所 需能量的 30% 以上。由于 TＲT 发电既不消耗任何 燃料，也不产生环境污染，成本低，经济效益十分显 著，近年来新建的绝大多数高炉均配套建设了 TＲT 发电系统。 2． 4． 2 推广高炉煤气干法袋式除尘技术 干法除 尘与湿法除尘相比，具有煤气含尘量低、节水节电、 煤气热值高、煤气温度高的明显优点，可以显著提高 TＲT 发电量。采用全干法布袋除尘技术处理后的净 煤气含尘量可以降至 5 mg / m3 以下，煤气温度提高 100℃ 以上，TＲT 发电量增加 30% 以上。自上世纪 90 年代以来，高炉煤气干法除尘作为高炉炼铁工序 又一重大节能环保新技术，首先在中小型高炉上得 到推广和应用。对于大型高炉而言，由于煤气流量 大、压力高、温度波动大、温度控制困难等情况，高炉 煤气干法除尘技术发展较慢。进入本世纪以来，国 内相关科研院所及环保企业通过对国外相关干法除 尘技术的引进、消化吸收和优化，并随着滤袋材质改 善、耐热性能提高等一系列关键技术的突破，加上国 家环保政策的引导和支持，2003 年以后，高炉煤气 袋式干法除尘技术逐步在大中型高炉上得到大范围 推广，许多原来采用高炉煤气干法除尘的企业已逐 步改造为干法袋式除尘。2005 年，包钢 2 200 m3 高 炉在国内 2 000 m3 以上高炉率先配备煤气干法布 袋除尘技术； 2009 年，首钢京唐公司在 5 500 m3 高 炉上采用煤气全干法袋式除尘技术，创造了高炉煤 气全干法除尘技术在特大型高炉上成功应用的世界
1 前言
近年来，受国际、国内宏观经济不景气及钢产能 总体过剩的影响，我国钢铁行业整体处于低迷状态， 大部分企业经济效益下滑，部分企业经营困难甚至 出现亏损的局面。尽管如此，钢铁工业仍然是我国 重要的基础产业，对国民经济的持续、稳定、健康发 展有着举足轻重的作用，面对大气污染治理的严峻 形势，各钢铁企业一方面必须致力于创建环境友好 型企业，另一方面，由于钢铁工业能耗占全国能源总 消费量的比重较大，是能源消耗大户，必须在节能降 耗上下功夫，努力降低生产成本，提高赢利水平。
大型高炉 装 备 完 善，热 交 换 充 分、煤 气 利 用 率 高、热量损失少、系统能效高，具备实现高富氧、高风 温、大喷煤、高顶压的能力。高炉容积越大，其相对 占地面积小，单位投资成本越省，生产稳定、指标先 进，生产效 率 越 高，能 耗 越 低，污 染 物 排 放 少，寿 命 长，生产成本低。同时，由于环保标准的不断提高， 高炉大 型 化 是 国 内 外 高 炉 炼 铁 的 必 然 发 展 趋 势。 2009 年，国家制定钢铁产业振兴规划时，进一步将 高炉淘汰标准提高到 1 000 m3 ，此后，我国炼铁高炉 大型化取得了较快的进展，新建高炉炉容基本都在 2 000 m3 以上，随着首钢京唐 5 500 m3 、沙钢 5 800
对于钢 铁 联 合 企 业 来 说，炼 铁 系 统 包 括 焦 化、烧 结、球团、高炉等铁前全部工序，整个系统的节能工 作应以高炉为中心统盘考虑，以降低全系统综合能 耗和成本为目的，在高炉入炉含铁原料质量基本稳 定的前提下，因炉制宜制定合理的炉料结构是高炉 炼铁优质、高产、低耗、长寿的关键，也是降低高炉炼 铁工序生产成本的重要手段。我国高炉入炉含铁原 料结构一般为： 烧结矿 75% 左右，球团矿 15% 左右， 生块矿 10% 左右。与烧结矿相比，球团矿品位高， 生产过程能耗低，是世界上工业发达国家钢铁企业 造块技术发展的主方向，在当前烧结矿品位出现明 显下滑的不利形势下，应尽可能提高球团矿入炉比 例，从而提高入炉料综合品位，为高炉工序节能降耗 创造有利条件。 2． 1． 3 提高入炉焦炭质量 对于高炉炼铁来说，焦 炭是高炉内所有料柱的骨架，焦炭质量的好坏对保 证生产过程炉内料柱的透气性和透液性起着决定性 作用，将直接影响高炉是否能够顺行，同时对能否提 高燃料喷吹比起着关键作用。根据生产实践，应努 力提高焦炭 M40 和热强度，降低 M10 和热反应性， M10 对燃料比的影响很大，焦炭 M10 的微小波动都 将会引起燃料比的明显变化。近年来，随着干法熄 焦技术的逐步推广、应用，一大批焦炉由湿法熄焦改 为干法熄焦，焦炭的强度和反应性等质量指标得到 明显提高。同时，由于我国炼焦煤资源的短缺，推动 了捣固炼焦技术的推广和应用，从而提高了国内中、 小型高炉入炉焦炭的整体质量。 2． 2 优化工艺操作 2． 2． 1 维持合理的冶炼强度 对于高炉生产来说， 当冶炼强度处于较低的水平时，若小幅度提高冶炼 强度，可以提高利用系数和生铁产量，但是应注意燃 料比是否上升，并有可能会对生产稳定及高炉寿命 产生不利影响。过去，我国有相当部分的中小型高 炉为片面追求高产，曾长期采用高冶炼强度的操作 方针。生产实践表明，高炉应进行中等冶炼强度操
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冶金丛刊
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高产，部分高炉曾达到 200 kg / t 的喷煤量。宝钢高 炉喷煤量曾经超过 250 kg / t，在燃料比没有上升的 情况下，成功降低了焦炭消耗。但是随着原料条件 及冶炼强度的变化，各企业已不再片面追求高喷吹 比，转而在降低综合燃料比上下功夫，努力提高煤粉 在炉内的利用率，维持较高的置换比。因为虽然煤 粉可以代替部分焦炭作为炉内热量的来源并提供部 分还原气氛，但是过高的喷煤量将会影响炉内料柱 的透气性，当喷煤量达到一定的程度后，如果焦比没 有相应地下降，这说明煤粉在炉内的燃烧可能不完 全，从而出现因片面提高煤比造成的燃料比升高，因 此高喷煤比的最佳临界点应该是提高喷煤量之后， 炼铁燃料比并没有升高。 2． 2． 5 高富氧率 近年来，作为高炉强化冶炼、增 产节焦的重要技术手段，富氧鼓风得到了大规模的 推广应用。鼓风富氧率每增加 1% ，可以增加喷煤 量 12 ～ 13 kg / t，燃 料 比 将 下 降 0． 5% 左 右，增 产 2. 5% ～ 3% 。目前，我国先进水平的高炉富氧率已 达到 5% 左右，沙钢 5 800 m3 高炉富氧率曾达到 8% 以上，对降低燃料比、提高产量起到了积极的作用。 2． 2． 6 高顶压 炉顶煤气压力每提高 10 kPa，高炉 可增产 1． 9% ，燃料比约下降 0． 3% ～ 0． 5% 。因此， 在设备条件允许的情况下，提高炉顶压力，煤气在炉 内停留的时间延长，煤气流速降低，煤气流稳定性得 到一定程度的提高，与矿石的接触时间及反应会更 充足、充分，提高了煤气、燃料在炉内的利用率，促进 了间接还原，有利于高炉的稳定顺行和焦比降低，为 炼铁生产过程减少波动提供了保障。目前，我国大 型高炉炉顶压力均已达到 200 KPa 左右，为生产过 程的稳定和后续炉顶压力的充分利用创造了条件。 2． 3 高炉大型化
第 3 期 总第 217 期 2015 年 6 月
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METALLUＲGICAL COLLECTIONS
Sum． 217 No． 3 June 2 0 1 5
高炉炼铁工序节能技术综述
张咏梅 高丽霞 戚凤香
（ 安阳职业技术学院，河南 安阳 455000）
摘 要 本文从入炉原料、工艺操作、设备、能源回收及综合利用等方面对高炉炼铁工序的节能技术手段进行了总 结和论述，指出了当前高炉炼铁节能降耗所采取的主要措施及发展方向。 关键词 高炉； 炼铁； 节能； 技术 中图分类号： TF321 文献标识码： A 文章编号： 1671 － 3818（ 2015） 03 － 0036 － 04
作，特别是对于大中型高炉来说，当冶炼强度保持在 1． 2t / m3 ·d 左右时，可实现在较低燃料比同时获得 最佳技术经济指标，若继续提高冶炼强度，产量可能 会得到小幅度的提升，但焦比、燃料比会明显增加， 成本升高。目前，首钢京唐 5 500 m3 高炉综合冶炼 强度控制在 1． 10 t / m3 ·d 左右，利用系数为 2． 3t / m3 ·d 左右； 沙钢 5 800 m3 高炉冶炼强度控制在 1． 15 t / m3 ·d 左右，利用系数平均为 2． 4 t / m3 ·d。 2． 2． 2 降低燃料比 高炉固体燃料消耗占整个炼 铁工序能耗的 75% 以上，我国先进水平的高炉燃料 比在 490 kg / t 左 右，而 国 际 先 进 水 平 的 燃 料 比 在 450 kg / t 以下，两者相比仍有较大的差距。我国部 分特大型高炉的装备水平已居世界前列，包括燃料 比在内的各项经济技术指标具备达到世界先进水平 的潜力。因此，在高炉冶炼强度达到规定的水平后， 应根据“利用系数 = 冶炼强度 ÷ 燃料比”这一高炉 炼铁基本理论，努力通过控制燃料比来提高高炉利 用系数，在降低炼铁固体燃料消耗的同时增加生铁 产量。 2． 2． 3 提高并稳定风温 热风带入高炉的热量占 高炉冶炼热量总收入的 20% 左右，正常情况下，风 温每提高 100℃ ，可以降低燃料比 15 kg / t 左右。提 高风温是降低焦比和燃料比的重要途径，应通过改 进热风炉结构、助燃空气和煤气双预热、减少管路及 风口的风温损失等措施尽可能提高入炉风温。目 前，我国大中型高炉的风温已基本稳定在 1 200 ℃ 以上，部分企业已达到 1 250 ℃ 左右。在实际操作 中，要注意在保持高炉顺行的情况下稳定提高风温， 当风温达到较高的水平后，不要轻易地进行降低风 温操作。同时，要根据设备情况，不断探索和优化操 作，采取更加合理的烧炉、换炉及送风制度，在保证 拱顶寿命的前提下，尽可能缩小拱顶温度和热风温 度的差值，不 要 随 意 调 整 风 温，尽 可 能 减 小 风 温 波 动。 2． 2． 4 适宜的高喷煤量 作为高炉炼铁工序的重 大技术进步，高炉喷吹煤粉是炼铁系统节能的中心 环节，由于煤粉制备及喷吹工序的能耗远远低于焦 化工序能耗，用煤粉代替部分焦炭可大幅度地减少 焦炭用量，降低生铁成本。实际生产表明，高炉用煤 粉代替焦炭，每喷吹 1 吨煤粉可降低炼铁系统能耗 约 70 kgce / t 左右。因此，在过去的一段时间里，我 国大部分钢铁企业曾盲目地追求高喷煤比，以实现
高炉炼铁作为最主要的炼钢用铁来源，其工序 能耗占钢铁生产总能耗的 50% 以上。因此，降低高 炉炼铁工序的能耗，是钢铁联合企业节能挖潜、降低 生产成本的重要环节。
2 高炉炼铁工序节能技术
2． 1 提高入炉料质量 2． 1． 1 入炉料要坚持精料方针 高炉生产的实践 证明，坚持高炉入炉原料的“精料化”方针是炼铁生 产节能降耗的重要技术手段，尽可能提高烧结矿、球 团矿及块矿等入炉含铁原料的含铁品位，通过强化 原料系统混匀、中和工序以及稳定生产操作过程等 手段减少入炉原料的 TFe、碱度波动，控制碱金属及 Zn、Pb 等有害杂质含量，全面提高入炉原燃料质量， 是炼铁原料精料化的重要目标。
Abstract In this paper，the energy saving technology of blast furnace iron － making technology is summarized and discussed，from the raw materials，process operation，equipment，energy recovery and comprehensive utilization． Current major measures of energy － saving ＆ consumption － reduction in blast furnace iron － making and future development direction were pointed out． Key words Blast furnace； Iron － making； Saving energy； Technology
第3 期
张咏梅，等： 高炉炼铁工序节能技术综述
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势。针对这种对精料方针极为不利的客观情况下， 应通过完善炼铁系统原料准备环节的生产工艺、加 强操作管理等方式，切实提高入炉原料的质量均匀 性与稳定性，用入炉含铁原料质量稳定性的提高来 弥补品位的下降，从而为高炉工序优化操作创造条 件，达到节能降耗的目的。 2． 1． 2 进一步优化炉料结构，提高球团矿入炉比例
OVEＲVIEW OF ENEＲGY SAVING TECHNOLOGY IN BF IＲON － MAKING PＲOCESS
Zhang Yongmei Gao Lixia Qi Fengxiang
（ Anyang Vocational and Technical College，Anyang 455000，Henan）
进入本世纪以来，随着国内钢铁产量的大幅度 提高，对全球优质铁矿粉的需求呈现爆炸式增长，从 而造成品位高、成分均匀的优质矿粉资源越来越少， 不仅国内自产的高质量矿粉稀少、供应短缺，就连曾 长期占据我国进口矿市场的澳粉、巴西粉、秘鲁粉等 传统优质矿资源也呈现出了很明显的品位下降趋
作者简介： 张咏梅（ 1970 － ） ，女，副教授，大学本科，1996 年毕业于北京科技大学．