煉鐵中高風(fēng)溫技術(shù)應(yīng)用的探討

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，高爐煉鐵工藝再次受到自然資源短缺、能源供給不足以及環(huán)境保護(hù)等方面的制約，面臨著較大的發(fā)展問題。面對(duì)當(dāng)前嚴(yán)峻的形勢(shì)和挑戰(zhàn)，21世紀(jì)高爐煉鐵工藝要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須在高效低耗、節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳冶金、清潔環(huán)保等方面取得顯著突破，需要進(jìn)一步提高風(fēng)溫、降低燃料比，以提高高爐煉鐵技術(shù)的生命力和競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：高爐；煉鐵；高風(fēng)溫技術(shù)；

1.目前高爐煉鐵技術(shù)展望

高爐煉鐵是鋼鐵廠生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益控制的關(guān)鍵工藝單元，對(duì)整個(gè)鋼鐵廠物質(zhì)流、能量流和信息流流程網(wǎng)絡(luò)的高效動(dòng)態(tài)運(yùn)行具有決定性作用。當(dāng)代高爐煉鐵要實(shí)現(xiàn)“高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、長(zhǎng)壽、清潔”的總體發(fā)展要求，高效不是簡(jiǎn)單地提高產(chǎn)量和強(qiáng)化冶煉，更要注重其經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益；長(zhǎng)壽也不是簡(jiǎn)單地延長(zhǎng)高爐壽命，還要重視其技術(shù)的先進(jìn)性和可持續(xù)發(fā)展的生存能力。面對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，在資源短缺、能源供給不足、環(huán)境制約的條件下，為保障高爐煉鐵工藝的可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)低碳冶煉和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，要著力構(gòu)建高效率、低消耗、低成本、低排放的高爐煉鐵生產(chǎn)體系。

2.高風(fēng)溫技術(shù)

高風(fēng)溫是現(xiàn)代高爐煉鐵的主要技術(shù)特征之一。提高風(fēng)溫是當(dāng)前鋼鐵行業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)低碳冶金、節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵共性技術(shù)，對(duì)于提高高爐綜合技術(shù)水平、減少CO2排放、引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有極其重要的意義。

2.1.高風(fēng)溫的意義和作用

高爐冶煉所需要的熱量，一部分是燃料在爐缸燃燒所釋放的燃燒熱，另一部分是高溫?zé)犸L(fēng)所帶入的物理熱。熱風(fēng)帶入高爐的熱量越多，所需要的燃料燃燒熱就越少，亦即燃料消耗就越低。實(shí)踐證實(shí)，在風(fēng)溫1000～1250℃的范圍內(nèi)，提高風(fēng)溫100℃可以降低焦比約10～15kg/t，由此可見，提高風(fēng)溫可以顯著降低燃料消耗和生產(chǎn)成本。除此之外，提高風(fēng)溫還有助于提高風(fēng)口前理論燃燒溫度，使風(fēng)口回旋區(qū)具有較高的溫度，爐缸熱量充沛，有利于提高煤粉燃燒率、增加噴煤量，還可以進(jìn)一步降低焦比。因此，高風(fēng)溫是高爐實(shí)現(xiàn)大噴煤操作的關(guān)鍵技術(shù)，是高爐降低焦比、提高噴煤量、降低生產(chǎn)成本的重要技術(shù)途徑，是高爐煉鐵發(fā)展史上極其重要的技術(shù)進(jìn)步。高風(fēng)溫技術(shù)是一項(xiàng)綜合技術(shù)，涉及整個(gè)鋼鐵廠物質(zhì)流、能量流流程網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)在整個(gè)鋼鐵廠流程網(wǎng)絡(luò)的尺度上進(jìn)行研究。高風(fēng)溫對(duì)于優(yōu)化鋼鐵廠能源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、降低生產(chǎn)成本和能源消耗、實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)能源的高效利用、減少CO2排放等都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

2.2.獲得高風(fēng)溫的關(guān)鍵技術(shù)

多年以來，中國(guó)高爐平均風(fēng)溫始終徘徊在1000～1080℃，2001-2010年的10年間，重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐平均風(fēng)溫由1081℃提高到1160℃，風(fēng)溫僅提高了79℃，可謂步履維艱，高爐風(fēng)溫是中國(guó)高爐和國(guó)外先進(jìn)水平差距最大的技術(shù)指標(biāo)。制約風(fēng)溫提高有許多因素，如何突破這些制約條件，達(dá)到1200℃以上的高風(fēng)溫乃是當(dāng)今中國(guó)高爐煉鐵的主要技術(shù)發(fā)展目標(biāo)之一。在當(dāng)前條件下，提高風(fēng)溫應(yīng)著力解決利用低熱值高爐煤氣獲得1250℃以上高風(fēng)溫的關(guān)鍵技術(shù)難題，通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐高效率、低成本、低排放、長(zhǎng)壽命的綜合技術(shù)目標(biāo)。

2.2.1.研究開發(fā)并應(yīng)用燃燒高爐煤氣獲得高風(fēng)溫技術(shù)。高爐煤氣是高爐冶煉過程中產(chǎn)生的二次能源，熱風(fēng)爐燃燒大約消耗高爐煤氣發(fā)生量的40%～50%。隨著高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步，大型高爐燃料比已降低到520kg/t以下，高爐煤氣利用率提高到45%以上，煤氣低發(fā)熱值不足3000kj/m3。由于鋼鐵廠高熱值的焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣主要用于煉鋼和軋鋼等工序，高熱值煤氣供給不足，絕大部分熱風(fēng)爐只能燃燒低熱值高爐煤氣，在沒有高熱值煤氣富化的條件下，導(dǎo)致熱風(fēng)爐理論燃燒溫度和拱頂溫度不高，進(jìn)而難以實(shí)現(xiàn)1200℃高風(fēng)溫，這是當(dāng)前制約中國(guó)高爐提高風(fēng)溫最重要的原因。面對(duì)能源供給短缺的現(xiàn)狀，采用煤氣、助燃空氣高效雙預(yù)熱技術(shù)，不但可以回收熱風(fēng)爐煙氣余熱，減少熱量耗散，還可以有效提高熱風(fēng)爐拱頂溫度。在眾多的預(yù)熱技術(shù)中，要統(tǒng)籌考慮能量轉(zhuǎn)換效率、技術(shù)可靠性以及設(shè)備使用壽命等因素，擇優(yōu)選用適宜可靠的煤氣、助燃空氣雙預(yù)熱技術(shù)。

2.2.2.選擇合理的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式。高爐熱風(fēng)爐是典型的蓄熱式加熱爐，其工作原理不同于其他的冶金爐窯，是現(xiàn)代鋼鐵廠燃燒功率最大、能量消耗最高、熱交換量最大的單體熱工裝置。盡管現(xiàn)有的內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式3種結(jié)構(gòu)熱風(fēng)爐均有實(shí)現(xiàn)1250℃以上高風(fēng)溫的實(shí)績(jī)，但不同結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐在燃燒工況適應(yīng)性、氣體流動(dòng)及分布均勻性、能量利用有效性等方面仍存在差異。綜合考慮熱風(fēng)爐高效長(zhǎng)壽和工況適應(yīng)性，現(xiàn)代高爐采用頂燃式或外燃式熱風(fēng)爐是適宜的選擇。

2.2.3.采用高效格子磚。實(shí)踐證實(shí)，縮小熱風(fēng)爐拱頂溫度與風(fēng)溫的差值可以顯著提高風(fēng)溫，其主要技術(shù)措施是強(qiáng)化蓄熱室格子磚與氣體之間的熱交換。在保持格子磚活面積或格子磚質(zhì)量不變的條件下，適當(dāng)縮小格子磚孔徑，可以增加格子磚加熱面積、提高換熱系數(shù)而增加熱交換量。在熱風(fēng)爐燃燒期，高溫?zé)煔饪梢詫⒏嗟臒崃總鬟f給格子磚，熱量交換更加充分，使得煙氣溫度更低；在熱風(fēng)爐送風(fēng)期，同樣有利于鼓風(fēng)與格子磚的熱交換，使得熱風(fēng)溫度更高，熱風(fēng)溫降也更為平緩，在風(fēng)溫保持較高的狀態(tài)下更加穩(wěn)定。對(duì)于格子磚磚型的選擇需要綜合考慮擇優(yōu)確定，并不是格子磚孔數(shù)越多、孔徑越小就越有利，要綜合考慮蓄熱室熱效率、蓄熱室有效利用率和格子磚使用壽命等各種因素的影響。

3.結(jié)語

高風(fēng)溫是綜合技術(shù)，是降低燃料比、提高噴煤量的重要技術(shù)保障。在當(dāng)前條件下，利用低熱值高爐煤氣實(shí)現(xiàn)1250℃以上高風(fēng)溫，是實(shí)現(xiàn)低品質(zhì)能源高效利用和高效能源轉(zhuǎn)換最優(yōu)化的技術(shù)措施。要系統(tǒng)解決高風(fēng)溫的獲得、高溫?zé)犸L(fēng)的穩(wěn)定輸送和高效利用等關(guān)鍵技術(shù)問題，采用高效長(zhǎng)壽熱風(fēng)爐及高效格子磚，優(yōu)化熱風(fēng)爐操作，保障高溫?zé)犸L(fēng)的穩(wěn)定輸送，延長(zhǎng)熱風(fēng)爐壽命，使高溫?zé)犸L(fēng)得到高效利用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周傳典主編《高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)》 冶金工業(yè)出版社 2002.8（2005.8重印）