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从高炉热平衡分析看炼铁工艺节能方向

本文从高炉热平衡分析入手，追踪高炉冶炼行程中热能的分配去向，找出炼铁工艺的节能方向及实现途径，提高高炉热能利用率，对今后高炉进行节能降耗的研究开发具有重要现实意义。

高炉热平衡分析

以某钢厂新建的1座3200m3高炉为例（其它高炉可能因炉容、原燃料条件不同等原因，热平衡计算数据与本次计算存在差异），该炉热平衡计算的计算条件如下表所示：

表1 高炉热平衡计算条件

以盖斯定律为基础，不考虑炉内的反应过程，而以物料入炉状态为起点，产出状态为终点，进行高炉热平衡计算。热收入项包括风口前碳广场砖素燃烧放热，直接还原放热（C氧化成CO），间接还原放热（CO氧化成CO2，H2氧化成H2O），热风带入的热量，少量成渣热和炉料带入的热量（本次计算忽略此项）；热支出项包括氧化物分解，脱硫，溶剂分解，炉渣焓，铁水焓，炉顶煤气焓，冷却水带走和散热损失等。

全炉热平衡计算结果如下表：

表2 全炉热平衡表

从表2可以看出，在高炉的热收入项中，碳素氧化热（Q1、Q2、Q3）占总热收入（Q）的77.58%，主要来自入炉的焦炭和煤粉，是高炉的节能重点。从上述热收入结构及数据可得，高炉的主要节能方向为降低燃料消耗，亦即降低焦比、燃料比。

2.实现途径

2.1.降低燃料消耗的途径

2.1.1.提高入炉精料水平的有效工艺

槽下供料筛分、整粒工艺：入炉料的粉末每降低1%，可使高炉利用系数提高0.4%~1.0%，入炉焦比降低0.5%。

烧结矿分级入炉工艺：烧结矿分级入炉后矿仓烧结矿粉化率降低1.所以也很简略磨损8％，燃料比降低4.3kg/tFe，生铁含硅降低0.05%。

焦丁回收工艺：根据生全年有望实现50%电池采取高镍811材料产经验焦丁对焦炭的置换比是大于1.05，在一定的冶炼条件下，改善了炉内的透气性，提高了煤气利用率，起到了增产节焦，降低吨铁成本的效果。

2.1.2.高炉的热风温度可以增加带入高炉的热量，减少热收入项中碳素燃烧放热（碳素氧化热）的比例，降低高炉磷铁的燃料消耗。同时，可使煤粉升温加快，改善燃烧条件，提高煤粉燃烧率。

2.1.3.采用富氧喷煤技术。一般来说，富氧喷煤冶炼操作，富氧率提高1%，增加喷煤量在12~13kg/t，喷烟煤时增加喷煤量在17~23kg/t，可有效降低焦比。

2.1.4.高炉采用干熄焦的焦炭生产（可降低入炉焦炭含水量），其焦比可降低2%，以本文所述高炉为例，全年可节约焦炭约1.8万t，按每吨焦炭1800元计，全年因此项节约焦炭产生的经济效益达3240万元。

2.1.5.目前高炉普遍采用富氧喷吹煤粉的技术，但存在问题较多，因此，高炉利用喷煤的方法达到焦比的极小值是比较困难的。室内电器喷吹煤气（或焦炉煤气）可减少热收入项中碳素燃烧放热（碳素氧化热）的比例，增加喷进行工作吹煤气放热，可降低焦比、燃料比。

2.2.减少铁水焓损失的途径

2.2.1.所谓铁水罐“一罐到底”就是高炉承接铁水的铁水罐和转炉铁水罐为统一罐车，此过程温降少，温度起伏低，生产节奏快时，铁水罐到达高炉时包衬和包底温度还较高，使得高炉铁水流入铁水罐内温降相对较少，有利于减少铁水热损失。

2.2.2.近年研究出在安全衬后用致密、高强度隔热板的鱼雷罐车，具体安装方法为在整个罐车中安装隔热层为第一层衬，再安装安全衬，最后一层为耐磨衬。已隔热的鱼雷罐车较无隔热的罐车中铁水温度平均可提高20℃。

2.2.3.充分回收炉渣焓的途径

近年来，各钢铁企业也加强了对炉渣热能回收方面的研究，目前有效的实现途径为：

2.2.3.1.回收炉渣显热产生蒸汽，蒸汽用来发电或采暖；

2.2.3.2.利用冲渣水采暖，将渣池内热水经沉淀、过滤、加压后供暖，并回流于渣池循环使用，首钢和鞍钢采用过此方法，可节省大量的能源及人力、物力。

2.2.3.3.高炉渣干式粒化处理：目前国内外对此处理方式的研究已进入中试阶段，分为普通式和流化床式两类。

本文通过对高炉的热平衡分析，找出高炉的主要节能方向为降低燃料消耗自2003年修订的《聚氨酯防水涂料》国家标准实行以来、减少铁水焓损失、充分回收炉渣和煤气焓、减少高炉热损失，探讨了上述几个节能方向的实现途径及节能效果，对今后开展高炉节能降耗方面的研究具有重要的现实意义。