炼铁中高风温技术应用的探讨

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摘 要：进入21世纪以来，高炉炼铁工艺再次受到自然资源短缺、能源供给不足以及环境保护等方面的制约，面临着较大的发展问题。面对当前严峻的形势和挑战，21世纪高炉炼铁工艺要实现可持续发展，必须在高效低耗、节能减排、循环经济、低碳冶金、清洁环保等方面取得显著突破，需要进一步提高风温、降低燃料比，以提高高炉炼铁技术的生命力和竞争力。

关键词：高炉；炼铁；高风温技术；

1.目前高炉炼铁技术展望

高炉炼铁是钢铁厂生产成本和经济效益控制的关键工艺单元，对整个钢铁厂物质流、能量流和信息流流程网络的高效动态运行具有决定性作用。当代高炉炼铁要实现“高效、低耗、优质、长寿、清洁”的总体发展要求，高效不是简单地提高产量和强化冶炼，更要注重其经济效益、环境效益和社会效益；长寿也不是简单地延长高炉寿命，还要重视其技术的先进性和可持续发展的生存能力。面对当前国内外激烈的市场竞争环境，在资源短缺、能源供给不足、环境制约的条件下，为保障高炉炼铁工艺的可持续发展，实现低碳冶炼和循环经济，要着力构建高效率、低消耗、低成本、低排放的高炉炼铁生产体系。

2.高风温技术

高风温是现代高炉炼铁的主要技术特征之一。提高风温是当前钢铁行业发展循环经济、实现低碳冶金、节能减排和可持续发展的关键共性技术，对于提高高炉综合技术水平、减少CO2排放、引领行业技术进步具有极其重要的意义。

2.1.高风温的意义和作用

高炉冶炼所需要的热量，一部分是燃料在炉缸燃烧所释放的燃烧热，另一部分是高温热风所带入的物理热。热风带入高炉的热量越多，所需要的燃料燃烧热就越少，亦即燃料消耗就越低。实践证实，在风温1000～1250℃的范围内，提高风温100℃可以降低焦比约10～15kg/t，由此可见，提高风温可以显著降低燃料消耗和生产成本。除此之外，提高风温还有助于提高风口前理论燃烧温度，使风口回旋区具有较高的温度，炉缸热量充沛，有利于提高煤粉燃烧率、增加喷煤量，还可以进一步降低焦比。因此，高风温是高炉实现大喷煤操作的关键技术，是高炉降低焦比、提高喷煤量、降低生产成本的重要技术途径，是高炉炼铁发展史上极其重要的技术进步。高风温技术是一项综合技术，涉及整个钢铁厂物质流、能量流流程网络的动态运行和结构优化，应当在整个钢铁厂流程网络的尺度上进行研究。高风温对于优化钢铁厂能源网络结构、降低生产成本和能源消耗、实现低品质能源的高效利用、减少CO2排放等都具有重大的现实意义和深远的历史意义。

2.2.获得高风温的关键技术

多年以来，中国高炉平均风温始终徘徊在1000～1080℃，2001-2010年的10年间，重点钢铁企业高炉平均风温由1081℃提高到1160℃，风温仅提高了79℃，可谓步履维艰，高炉风温是中国高炉和国外先进水平差距最大的技术指标。制约风温提高有许多因素，如何突破这些制约条件，达到1200℃以上的高风温乃是当今中国高炉炼铁的主要技术发展目标之一。在当前条件下，提高风温应着力解决利用低热值高炉煤气获得1250℃以上高风温的关键技术难题，通过技术创新实现热风炉高效率、低成本、低排放、长寿命的综合技术目标。

2.2.1.研究开发并应用燃烧高炉煤气获得高风温技术。高炉煤气是高炉冶炼过程中产生的二次能源，热风炉燃烧大约消耗高炉煤气发生量的40%～50%。随着高炉炼铁技术进步，大型高炉燃料比已降低到520kg/t以下，高炉煤气利用率提高到45%以上，煤气低发热值不足3000kj/m3。由于钢铁厂高热值的焦炉煤气和转炉煤气主要用于炼钢和轧钢等工序，高热值煤气供给不足，绝大部分热风炉只能燃烧低热值高炉煤气，在没有高热值煤气富化的条件下，导致热风炉理论燃烧温度和拱顶温度不高，进而难以实现1200℃高风温，这是当前制约中国高炉提高风温最重要的原因。面对能源供给短缺的现状，采用煤气、助燃空气高效双预热技术，不但可以回收热风炉烟气余热，减少热量耗散，还可以有效提高热风炉拱顶温度。在众多的预热技术中，要统筹考虑能量转换效率、技术可靠性以及设备使用寿命等因素，择优选用适宜可靠的煤气、助燃空气双预热技术。

2.2.2.选择合理的热风炉结构形式。高炉热风炉是典型的蓄热式加热炉，其工作原理不同于其他的冶金炉窑，是现代钢铁厂燃烧功率最大、能量消耗最高、热交换量最大的单体热工装置。尽管现有的内燃式、外燃式和顶燃式3种结构热风炉均有实现1250℃以上高风温的实绩，但不同结构的热风炉在燃烧工况适应性、气体流动及分布均匀性、能量利用有效性等方面仍存在差异。综合考虑热风炉高效长寿和工况适应性，现代高炉采用顶燃式或外燃式热风炉是适宜的选择。

2.2.3.采用高效格子砖。实践证实，缩小热风炉拱顶温度与风温的差值可以显著提高风温，其主要技术措施是强化蓄热室格子砖与气体之间的热交换。在保持格子砖活面积或格子砖质量不变的条件下，适当缩小格子砖孔径，可以增加格子砖加热面积、提高换热系数而增加热交换量。在热风炉燃烧期，高温烟气可以将更多的热量传递给格子砖，热量交换更加充分，使得烟气温度更低；在热风炉送风期，同样有利于鼓风与格子砖的热交换，使得热风温度更高，热风温降也更为平缓，在风温保持较高的状态下更加稳定。对于格子砖砖型的选择需要综合考虑择优确定，并不是格子砖孔数越多、孔径越小就越有利，要综合考虑蓄热室热效率、蓄热室有效利用率和格子砖使用寿命等各种因素的影响。

3.结语

高风温是综合技术，是降低燃料比、提高喷煤量的重要技术保障。在当前条件下，利用低热值高炉煤气实现1250℃以上高风温，是实现低品质能源高效利用和高效能源转换最优化的技术措施。要系统解决高风温的获得、高温热风的稳定输送和高效利用等关键技术问题，采用高效长寿热风炉及高效格子砖，优化热风炉操作，保障高温热风的稳定输送，延长热风炉寿命，使高温热风得到高效利用。

参考文献：

[1]周传典主编《高炉炼铁生产技术手册》 冶金工业出版社 2002.8（2005.8重印）