关于高炉炼铁工艺节能减排技术分析

 关于高炉炼铁工艺节能减排技术分析

邹永啟

摘要 ：基于高炉炼铁工艺具备较强的优势特点，且实际生产量较大，所以在现代钢铁行业生产中已经成为了应用频率最高的炼铁技术和工艺手段。在近年来社会发展水平稳定提升背景下，钢铁行业也开始积极响应政府部门的节能减排号召，因此为更好的满足绿色环保要求，钢铁生产企业也需要积极进行工艺手段的优化与改造，从而在智能化技术手段帮助下获取显著的节能减排效果。此手段不仅能实现对生态环境的保护，同时还能为钢铁企业创收良好的经济效益。对此，本文将详细论述高炉炼铁工艺中节能减排技术的具体问题，希望对行业健康发展提供稳定帮助。

关键词 ：高炉炼铁工艺 ；节能减排技术 ；应用概述

据不完全统计可知，截至 2020 年，我国钢铁产量已经超过10 亿吨，在钢铁生产期间，生铁产量可达 8 亿吨以上，产量与消费水平均达到国际前列。在全面利好趋势下，钢铁行业作为能耗密集型产业，如何对能源消耗量进行控制也逐渐成为了行业发展需要探究的重点课题。减少能源消耗、控制碳排量是当前钢铁产业保持稳定发展的重要基础，所以在改革社会背景下，钢铁生产企业不仅要以经济效益指标为方向，还要将社会效益和生态效益作为发展目标，在积极进行高炉炼铁工艺创新探索过程中，优化节能减排效果，从而获取显著的应用成果。1  高炉炼铁工艺节能减排技术的应用优势我国是国际领域中最早发现并利用煤炭资源的国家。自建国以来，我国的能源生产已经实现了规模的扩展，但由于人口基数庞大，因此人均能源消耗量极低，仅为世界平均水平的一半左右。从能源消耗角度分析，我国是一个资源短缺国家。早在上世纪九十年来开始，我国已经成为了钢铁产量首位的领头国家。而钢铁产业实现飞速发展的主要原因在于国内经济的快速增长，使得各行业对钢铁材料的需求不断增加。由于政府对钢铁行业的投入力度不断加大，也为我国行业整体发展提供了重要推动力支持。受到上述因素的影响，我国炼铁工艺也实现了稳步前进，但随之而来也给炼铁发展带来了复杂问题。比如 ：能源消耗问题。在炼铁原料中焦炭是最常见的生产原料，由于焦炭的经济成本较高，所以始终是钢铁产业关注的重点指标。虽然当前各项先进技术的出现已经得到稳定发展，但燃料整体占比并没有显著下降，因此，企业的焦炭使用量仍然是企业的主要能耗。此外，环境污染问题日益严峻。当前炼铁污染物主要表现为氮化物、二氧化碳等排放上，虽然和以往污染物排放相比，环境问题已经得到极大改善，但作为高污染行业，炼铁工艺仍然会对环境发展造成负面影响。受到高能耗和高污染的特征所限， 积极开发炼铁工艺的节能减排技术也成为了现代社会发展的重要内容。2  高炉炼铁行业发展现状与行业面对的形势在我国社会经济稳步发展过程中，人类生存的环境也面临着更大的威胁，目前，我国迫切需要提高环境质量，降低因为生产建设带来的环境污染问题。但在经济飞速发展过程中，社会整体对于钢铁、石油类产品的需求量与日俱增，因此大气中二氧化碳等废气排放量明显提升，致使人类生存环境面临着前所未有的压力。基于群众文化水平和素质的提升，人们已经逐渐意识到了环境保护的重要性，带动了绿色能源的发展和建设。在现代社会中，环保材料对污染性材料的应用已经有效推动了科学技术的创新与发展。所以，钢铁行业要想保持稳定发展，就更需要加强对现代化技术的创新与探索，从而推动高产低耗的发展目标。但对于高炉炼铁行业而言，如果不能有效进行技术改革或创新，就意味着可持续发展会受到影响，造成的损失也难以预估。对此，我国相关部门也积极制定了应对方案，意在获取合理化资源，探究和创新出符合国民经济要求的产品类型，在和国家发展政策保持一致的基础上，全面降低二氧化碳的排放量。当据研究可知，目前我国钢铁行业中排放的二氧化碳已经占据了全球总排量的百分之七以上，是全球工业排放量的百分之十五。这也意味着钢铁行业面临着更为严峻的减排压力。调查发现，世界范围内的铁矿石产量有百分之九十以上均来自高炉炼铁。当前在高炉炼铁工作中二氧化碳的排放占比已经占据了钢铁上产的百分之八十以上。在此背景下，我国相关领域更需要积极探索和创新，在优化和改进技术手段的过程中，更好的达成低污染和低能耗发展要求，只有这样才能显著提高钢铁行业在世界经济发展中的地位优势。长久发展过程中，我国高炉炼铁行业过分注重熔化强度，缺乏对燃料配比的关注。并且高炉炼铁设备中能源需求量大、气体污染严重问题始终没有得到解决。在成本负担角度而言，虽然发展大型化炉型会对企业成本带来加重影响，但却能有效实现对污染气体排放成本的控制，所以长期而言其工业发展存在较强的优势特点。在此期间，有效优化和改进金属熔炼炉型就是相关企业发展和研究的重点问题。为更好的适应现代社会的政策发展趋势和要求，相关企业应及时进行设备更新和优化，这不仅时现代企业改革和发展的重点，同时也是推动高炉炼铁行业节能减排的重要举措。3  高炉炼铁工艺流程高炉炼铁工艺相对简单，具备较强的生产效率优势和产量优势，因此在现代钢铁生产领域中已经实现了推广发展和应用。对于高炉炼铁工作而言，其主要生产流程为 ：当完成对焦炭、烧结矿等原料粉碎处理后，借助皮带运输机可以将其直接运输到高炉料仓中，在经过筛分或计量后将其传输到加热炉中。之后在高炉的下风口进行热风传输，将高炉中的多种原料进行反应，在燃烧过程中会产生大量一氧化碳或氢气，只有高炉中的温度上升后，才能在气体和矿石还原反应过程中，将铁更好的进行还原或提炼。后续经过必要的熔化或渗碳流程，能够形成工业领域所需的铁水。在高炉炼铁期间，产生的煤气在重力除尘器作用下，可以将净化后的煤气借由管道更好的供给烧结或轧钢使用。4  高炉节能的主要措施4.1 贯彻精准方针，推进炼铁低能耗生产精料入炉是目前推动高炉顺利生产的重要基础，此方式不仅能降低焦炭占比的物质基础，还能降低能源使用中的无端消耗，实现了能源整体利用率的提升。当前，高炉入炉主要的含铁原料涵盖了烧结矿、生矿和氧化球团矿。所以，要想对能源消耗问题进行控制，就需要有效发挥炼铁效益的最大化发展，在提高行业综合品味的基础上，贯彻精准方针，推动高炉冶炼指标的优化改善。首先，要全面提升入炉矿品质。在实际生产中应选择高品质矿粉，比如 ：巴西矿粉或澳粉等原料，确保烧结矿的含铁品位不断提升，在全面提高烧结矿碱度背景下实现强度优化，最终为烧结矿质量的提升奠定良好基础。其次，优化焦炭质量。在高炉料柱骨架的焦炭中，其质量也是所有入炉原料中最关键的组成环节。在此期间，不仅能为高炉顺行提供决定性优势，还能对高炉的喷煤降焦能力起到直接影响。要想优化自产焦炭的质量，焦化厂还应该适当转变现有工作模式，只有对炼焦煤质量实现优化，才能不断降低焦炭灰分和硫分。最后，有效优化炉料结构，合理控制生产成本。高炉炉料结构优化是精确方针落实的重要环节，更是保证生产质量的重要标准。4.2 提高热风温度在控制焦比的过程中，提升热风温度也是重要手段之一，能发挥出显著的节能优势。早在上世纪七十年代开始，日本和德国就开始在高炉生产领域进行了相应的生产尝试，并且在合理温度控制期间，将燃料比控制在相对合理范围内。我国一直依赖重点企业在风温控制中普遍控制在 1000℃左右，且大部分高炉风温仍处于较低水平。如果企业在实际生产中能够将温度进行合理提高，就能有效降低焦比，实现产量的稳步提升。首先，采用热风炉方式相比国外提高了风温，但热风炉一般采用外燃方式。而且中国目前的平均风温标准也和国外先进标准有很大区别，所以在没有提高发电温度和焦炉煤气的前提下，为了提高风温要考虑利用助燃气体与煤双频的加热方式。可以通过利用传统热风炉的预热技术工艺，实现对最高风温的调控。而在各种结构类型的热风炉比较过程中发现，承钢等企业所使用的旋流顶燃式热风炉，具备点燃更高效、拱顶温低、蓄电面积大、隔墙寿命高等特性，能增加最大风温 50℃～ 100℃。其次，节流主要是借助风温降低生产期间的热损失。实践证明，风温难以上升不仅是技术问题，同时也受到了管理问题的影响。只有当炉况顺行时，才有机会使风温达到最佳程度。最后，还必须科学合理地设定换炉热制度，保持供应给高炉最大的风温度水准，勤换炉，不用冷风作混风，而用主、副或并联送风，以保证最大的风温度水准。在平时限制降风温度使用时间，若在条件允许情况下，不能轻易进行温度调整，以免对后续技术操作或管理带来负面影响。4.3 发展喷煤技术因为当前喷煤能力还不够好，有很多需要完善的问题。所以在实际工作中，除需进一步加强鼓风炉的精料、提高通风和改进鼓风炉设备之外，还应注意制作粉丝和喷吹设备的技术改造，使之满足高炉中喷煤的要求。其一，应积极采用高效率的粗粉分离器。在以往实践工作中发现，传统老式粗粉分离器由于分离效果不好，导致球磨机生产率降低，成份杂质增多。而中钢研究总院研制的高效率粗粉分离器大大提高了分离效果，并提高了粒径调整手段，可增加球磨机生产率百分之二十以上，大大提高了煤粉锅炉的产品质量，并且该设备在多个大型企业的实践应用后都达到了明显增产效益。其二，减少了收粉控制系统阻损。早年开发的喷煤收粉控制系统，使用的是旋风加布袋的收尘方法。该办法由于损失明显，导致机组负压过高，严重制约了抽风风量，最后制约球磨机生产率。当前众多大型企业诸如鞍钢、太钢等企业将其改进形成了一种用大布袋进行收粉，环保优势更加明显。5  高炉炼铁工艺节能减排技术具体要点5.1 发挥节能减排的技术优势高炉炼铁产业在发展过程中，一定要坚持当中节能降耗的基本发展宗旨，如此才可以在社会主义市场经济中取得有利地位，并增强其综合实力。由于烧结矿低温还原粉化性能对高炉在运行过程中的指标会产生一定的影响，所以在与现场现象的结合研究中，认为在生产实践中的烧结工艺矿若是处在较低温情况下，其还原粉化赤铁矿在整个温度的回归阶段中，就会出现温度转变的问题。由于受到晶格变化的作用，在技术应用和推进期间就会出现极大的内应力，如果工作人员无法及时对其进行处理，那么势必会直接导致烧结矿出现严重的碎裂现象，影响了后续流程的推进。与此同时，无论是配碳或者是矿种等含量非常高，由于受到这些因素的影响，势必会直接导致烧结矿出现低温还原粉化的现象。在与实际情况进行结合分析时由于受到这些因素的影响，同样会直接造成烧结矿与施工要求不符问题。当与现场状况进行结合研究后，认为这些因素都是直接制约高炉上部块状地带透气性能力的限制性因素。通过对目前的各种不同类型生产实践的分析研究结果可以很清楚看出，如果烧结矿的RDI-3.15 值在其中每提高约百分之十的比重，则其对高炉生产会造成的危害程度将会达到百分之三以上，同时燃烧在其中的比例升高也会有所增加，通常会达到 1.5%。在有效结合国内外煤粉助燃剂的相关研究内容并通过一系列的工业试验分析后克制，运用了含锰系氧化物的助燃剂，锰氧化物的含量需要控制在 15% ～ 20% 之间，添加比例为 0.6% 能发挥更显著的节能减排优势。且统计试验期间喷煤比例上涨了81.10kg/t，焦比降低了 10.40kg/t。通过高炉吹煤粉当中添加助燃剂，整体的煤粉燃烧率比预期提高了 5%，由此可见，助燃剂对改善煤粉燃烧的性能起到了非常重要的作用。这也说明相关企业在日常运作和发展过程中，要想保证高炉炼铁的节能降耗，不仅要对上述问题予以关注，同时还要提高现有资源整体利用率，只有这样才能在铁资源生产过程中实现对技术手段和资源管理的合理调整。5.2 合理利用生产资源现阶段，高炉炼铁节能降耗理念的提出，可以实现对现有资源的合理利用，同时还可以对一些先进的技术手段实现资源利用的最大化发展。实践研究可知高炉喷煤技术手段在高炉炼铁行业发展中已经获得了不错的应用效果，但这种技术仍在实际运用中，重点在于实现对与喷煤比构成关系的调整。而各项不同类型要素的合理调节，必然会涉及到设备的实际情况、操作水平等。这么做的根本目的是为了在生产实践中保持其处于基本平衡的状况，同时还有助于过风口回旋区粉煤的迅速燃烧，并从中收集到更高的煤比，以此能够达到非常好的高炉炼铁要求。根据当前煤粉的具体燃烧情况进行结合分析时，发现在实践中喷入到高炉内部的煤粉，必须要将其尽可能在最短的时间范围燃烧完成。对在实践中于喷入到高炉内的煤粉，一定要使其尽可能地以较小的时间范围内完成燃烧要求。根据煤粉自身的着火点的温度，不仅可以保证完成速度，而且还可以提高燃烧效率。另外，依照材料采购工作方案，工作人员还需要对社会市场当中的原燃料市场价格进行深入分析和研究，严格依照企业的实际发展状况和物流运费状况等，及时的调整和优化材料的配比，有效运用进口矿与国内矿的发展优势，实施低成本采购战略，通过最优化的炉料配比方案，生产出更多优质的钢材料。只有这样才能帮助企业实现了炼铁效益的提高，最终在保障燃烧速度的基础上，提高燃烧效果。6  高炉炼铁中节能减排技术的应用举措6.1  应用环保材料，落实节能需求通过环保材料的应用，既可以合理的适应当前的社会生产实际需要，同时又可以合理地减少了不可再生资源与不可利用资源之间的使用率，从而合理地促进了节能减排工作的实施。所以在进行生产的过程中，生产管理人员为了全面促进生产管理工作的实施，在进行制造制作材料在使用的过程中，必须严格之中秉承着绿色、节约的实际需求。其中，材质的实际选用应以无公害的生产为主，在合理化控制有害物质的应用率基础上，尽量降低了技术操作和生产期间的二次污染文艺。经过调研分析认为，就目前的发展趋势来说，耗能最低、排放量最少的主要是大型竖炉。6.2 注重合理的送风制度注重合理的送风机制，是大型高炉温度趋向平衡的关键保障。因此，鼓风容量愈大，鼓风动力也愈大，有助于活动炉缸，使炉缸热散射截面与温度趋于平衡，使炉缸煤气趋于均衡分配，从而改变渣铁化学反应的物理条件，增强焊渣的热脱硫能力，促进炉况平稳顺行。风温调节是鼓风的主要技术指标，是加强高温运行的重要措施。通过增加风温能够活动炉缸和改善炉缸的工作温度，还能够增加喷吹率和减少焦比。基于高温输送控制系统是高温运转的基础控制系统，直接影响确定着初期气体分配、通风循环范围和深浅，包括 ：炉缸热态。所以，在实际生产中更应充分考虑高炉透气性，在进行完善的空气全风温度控制的前提条件下，合理选用技术参数，只有这样才能在注入燃料比和富氧率的过程中，以使初始气体流速达到一次合理的分配，并维护炉料的正常操作要求和技术标准。7  结语综上所述，在我国高炉炼铁行业发展过程中，受到以往技术影响衍生了多种资源浪费或环境污染问题，直接制约了行业的可持续发展。所以在今后工作中，高炉炼铁企业也要从源头着手，在积极创新技术手段的过程中有效落实节能减排要求，从而在推动结构优化发展的过程中，降低技术生产和应用期间的矿产资源消耗，最终为高炉铁矿的健康发展提供必要帮助。

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