文章摘要：高爐煉鐵具有工藝流程簡單、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，是一種應(yīng)用最廣泛的煉鐵技術(shù)，但煉鐵過程中需要消耗大量的能源。隨著全球鋼鐵工業(yè)競爭的加劇，如何減少在煉鐵過程中的能源消耗，提高煉鐵的經(jīng)濟性便成了鋼鐵企業(yè)必須認真考慮的問題。于是從冶煉前端、中端、后端三個階段入手，提出了高爐煉鐵節(jié)能減排的措施，為優(yōu)化鋼鐵冶煉工藝，提高鋼鐵冶煉經(jīng)濟性和市場競爭力奠定了基礎(chǔ)。
引言
隨著工業(yè)化進程的不斷加速，鋼鐵冶煉規(guī)模不斷擴大，在全球節(jié)能、環(huán)保要求不斷提升的背景下，傳統(tǒng)高耗能、高污染的鋼鐵冶煉工藝已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)需求。因此必須針對鋼鐵冶煉過程進行技術(shù)創(chuàng)新，引進高效節(jié)能減排技術(shù)，降低在鋼鐵冶煉過程中的能量消耗[1]。
根據(jù)鋼鐵冶煉的過程，將其分為冶煉前期、冶煉中期及冶煉后期三個階段，在冶煉前期主要通過控制精料度提升、控制入爐粉末率、改用質(zhì)量高的焦炭等實現(xiàn)節(jié)能；在冶煉中期則通過采用均壓放散煤氣回收節(jié)能技術(shù)、加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理、煤氣干法布袋除塵技術(shù)來實現(xiàn)節(jié)能；在冶煉后期則通過高爐沖渣熱水余熱回收技術(shù)來實現(xiàn)節(jié)能。根據(jù)實際應(yīng)用該組合式的節(jié)能方案能夠較好地解決高爐煉鐵過程中能量消耗大、經(jīng)濟性差的不足，為進一步優(yōu)化煉鐵工藝，提升煉鐵經(jīng)濟性奠定了基礎(chǔ)。
1. 冶煉前端節(jié)能降耗措施
1.1精料度提升
精料是高爐強化的基礎(chǔ)，高爐冶煉必須將精料放到首位。目前多數(shù)企業(yè)煉鐵時所采用的鐵礦石品位較低，導(dǎo)致在冶煉過程中的渣鐵比和熱量消耗較多，冶煉后端冶煉質(zhì)量也難以受控。因此改善入料礦石的品位，以含鐵量較多的澳系粉礦替代品位較低的雜礦球團礦，也可以采用中信泰富特鋼集團的礦石[2]，其品位可以保持在62.7%左右。在采用品位較高的礦石后，在冶煉過程中的渣鐵比由優(yōu)化前的337kg/t降低到了目前的320kg/t，反應(yīng)過程中的熱量消耗也得到了降低。
1.2入爐粉末控制
入爐粉末控制主要是要強化原燃料的篩分工作，要保證原燃料在送進高爐礦槽之前進行充分的篩分，嚴格控制原燃料的篩分速度，在保證供料能力的前提下盡量要增加礦槽的篩分備料時間。為了提高篩分的均勻性，可以利用給料機向振動篩進行送料，提升篩面的利用率。同時根據(jù)塊礦濕度的不同對其進行分級，濕度較大的塊礦應(yīng)先進行烘干，使塊礦內(nèi)的含水量低于10%，然后再進行篩分。在對塊礦篩分的時候需要將振動篩的篩板由雙層棒條改為單層棒條，提升對塊礦的篩分效果。
1.3焦炭質(zhì)量改善
焦炭是高爐煉鐵的關(guān)鍵燃料，隨著冶煉技術(shù)的進步，噴煤量逐步增加，而焦比則逐步降低，因此焦炭作為料柱骨架的作用日益突出。目前主焦煤+肥煤的質(zhì)量配比一般維持在67∶100左右，焦炭的CSR維持在66%，焦比較高，在冶煉時的消耗量也較多。在進行大量試驗對比后將主焦煤+肥煤的質(zhì)量配比調(diào)整為71∶100，能夠提高焦炭燃燒比，提高燃料的利用效率。
2. 煉鐵過程中的節(jié)能技術(shù)
2.1均壓放散煤氣回收節(jié)能技術(shù)
在煉鐵的過程中，鐵礦石和焦炭是從高爐的頂部裝料的，此時承載鐵礦石的熔煉容器是處于高溫和高壓的狀態(tài)，而鐵礦石和焦炭在裝入爐頂之前是處于常溫常壓狀態(tài)。當爐料被轉(zhuǎn)運到爐頂后，稱重罐先把鐵礦石和焦炭混合物的壓力釋放，然后再把混合物裝入到高爐內(nèi)。在整個操作的過程中，高爐煤氣會排入空氣內(nèi)，導(dǎo)致車間內(nèi)的一氧化碳等有毒氣體含量現(xiàn)在升高，同時伴有大量的煙塵及熱量耗散。根據(jù)統(tǒng)計每添加一次的熱量損失達到了4000kJ/m3。
因此提出了一種新的均壓放散煤氣回收技術(shù)，從而提高熱量的利用率。新的均壓放散煤氣回收設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。
由圖1可知，該煤氣回收裝置包括燃燒排放方式及回收入管網(wǎng)方式。被回收到管網(wǎng)內(nèi)的煤氣均可作為新能源進行二次利用。而且在從爐頂裝料的時候，燃氣管網(wǎng)內(nèi)的的壓力只有9kPa，因此大量的高爐稱料罐中還存在著大量的煤氣。此時可以打開系統(tǒng)中的抽負壓裝置[3]，能夠?qū)崿F(xiàn)對高爐稱料罐中煤氣100%的回收，消除了在加料過程中的能量損失。
圖1 均壓放散煤氣回收設(shè)備示意圖
2.2加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理
目前在對煙道廢氣處理時，存在著兩個難題。一方面高爐中的氮氣的消耗量超過了1500m3/h，由于現(xiàn)有的煙氣凈化系統(tǒng)凈化效果不足，因此增加了反應(yīng)過程中的氮氣消耗量，根據(jù)統(tǒng)計實際消耗量達到了2000m3/h以上，氮氣浪費量極大。另一方面，為了提高噴吹過程中的安全性，在加壓、噴吹等各個環(huán)節(jié)都會進行氮氣補充，進一步加大了氮氣的消耗量[4]。
為了減少在反應(yīng)過程中的氮氣消耗，提出了一種新的加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理系統(tǒng)，通過加壓凈化的方式，提高對廢氣的處理效果。同時可以加快間接還原反應(yīng)的速度，保持高爐煉鐵過程中的高風(fēng)溫，提高反應(yīng)效率，減少反應(yīng)過程中的氮氣消耗。而且將煙道廢氣作為煤粉噴吹的動力源，實現(xiàn)廢氣的二次利用。優(yōu)化后的加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣處理系統(tǒng)如圖2所示。
圖2 煙道廢氣作為煤粉噴吹工藝流程
2.3煤氣干法布袋除塵
煤氣是在煉鐵過程中產(chǎn)生的一種含有大量熱量的二次能源，據(jù)統(tǒng)計每噸煤氣燃燒時候釋放出的熱能達到了150kg標準煤燃燒所產(chǎn)生的熱量。為了減少在煉鐵過程中的能量消耗，將煤氣進行二次利用。由于煤氣中含有大量的粉塵，提出了煤氣干法布袋除塵方案。先對煤氣進行凈化處理，過濾掉其中的粉塵，然后將煤氣接入到熱風(fēng)爐使用。煤氣干法布袋除塵方案如圖3所示[5]。
由圖3可知，當含有粉塵的煤氣進入到布袋除塵器后，先和進氣總管內(nèi)的斜隔板碰撞，氣流轉(zhuǎn)向并流入到灰斗內(nèi)，此時布袋內(nèi)的氣流擴散、運行速度變慢，然后在慣性力的作用下，氣流中的粉塵顆粒直接落入到布袋下放，完成對煤氣的過濾。根據(jù)驗證采用布袋除塵方案后，煤氣中的含塵量降低到6mg/m3以下，具有較好的除塵效果。
圖3 布袋除塵方案
3. 高爐沖渣水余熱回收
在煉鐵過程中會產(chǎn)生大量溫度在60~100℃之間的沖渣熱水，目前這些熱水一般采用池面露天降溫的方式使其自然冷卻，然后再應(yīng)用在其他地方，導(dǎo)致了大量熱能的損失。因此提出了高爐沖渣熱水二次利用的方案，減少高爐煉鐵過程中的能量損失[6]。
對高爐沖渣熱水的余熱回收包括兩個方面：在冬天可以用于市政供暖；在夏天可以和生產(chǎn)工藝用水結(jié)合，利用沖渣余熱來驅(qū)動吸收式換熱系統(tǒng)進行制冷，滿足焦化廠鼓冷工藝需求，充分利用了余熱，減少了蒸汽消耗。沖渣熱水余熱用于焦化制冷原理如圖4所示[7]。
圖4 沖渣熱水余熱用于焦化制冷技術(shù)方案
沖渣熱水在用于焦化制冷中時，需要注意對沖渣熱水進行過濾，避免堵塞系統(tǒng)。同時該系統(tǒng)可以和冬季供熱系統(tǒng)相結(jié)合，形成夏季制冷、冬季供熱的全年高效利用模式。
目前該高爐煉鐵節(jié)能減排工藝已經(jīng)在包鋼投入應(yīng)用，在其運行平穩(wěn)后對其工序能耗進行分析，在優(yōu)化前平均工序能耗為346.63kgce/t，優(yōu)化后降低為327.56kgce/t，平均工序能耗降低了5.5%。
4. 結(jié)論
結(jié)合高爐煉鐵工藝流程，通過對全流程進行工藝優(yōu)化，減少了在煉鐵過程中的能耗，總結(jié)了一系列的節(jié)能降耗工藝措施，為實現(xiàn)“綠色、
低能耗”冶煉奠定了基礎(chǔ)。
1. 采用高品位礦石、提高原燃料篩分均勻性、采用高品質(zhì)焦炭，能夠從源頭上提升原燃料利用率，降低在冶煉過程中的能耗；
2. 高爐沖渣熱水余熱回收技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)夏季制冷、冬季供熱的余熱利用方案，實現(xiàn)沖渣熱水余熱的高效二次利用；
3. 優(yōu)化后能夠?qū)掕F時的平均工序能耗降低5.5%，提升煉鐵的經(jīng)濟性。
