1、畢業論文降低高爐煉鐵工序能耗的措施1.1煉鐵工業的發展20世紀50年代，人們對高爐冶煉提出了以原料為基礎，采用大風量、高溫等技術手段的操作方針，使煉鐵技術有了新的進步。1959 年我國太鋼、本鋼高爐突破中等冶煉強度的制約，把冶煉強度提高到 1.11.3t焦/ （m3.d）,開創了世界高冶煉強度的先例，并在此基礎 上總結出高爐強化理論（吹透強化，上下部調劑），促進了高爐煉鐵 學的發展。20世紀70年代以來，高爐煉鐵技術朝著大型、高產、優質、低 耗、長壽、清潔的方向發展。各項經濟技術指標有明顯提高，入爐綜 合焦比510540kg/t鐵，個別高爐降至480kg/t鐵以下，達到世 界先進水平。1.2降

2、低能耗的理論根據眾所周知，高爐冶煉產量與消耗的三個重要指標一效容積利用系數（n）、冶煉強度（I）和焦比（K）之間有著如下關系：n=l/K顯然，利用系數的提高，也即高爐產量的增加，存在著四種途徑：（1） 冶煉強度保持不變，不斷地降低焦比；（2）焦比保持不變，冶煉強度 逐步提高；（3）隨著冶煉強度的逐步提高，焦比有所下降；（4 ）隨著冶煉強度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶煉強 度增長的幅度大。在高爐煉鐵的發展史上，這四種途徑都被應用過， 應當指出在最后一種情況下，產量增長很少，而且是在犧牲昂貴的焦 炭的消耗中取得的，一旦在冶煉強度提高的過程中，焦比升高的速率 超過冶煉強度提高的速率

3、，則產量不但得不到增加，反而會降低。因 此，冶煉強度對焦比的影響，成為高爐冶煉增產的關鍵。在高爐冶煉的技術發展過程中，人們通過研究總結出冶煉強度與 焦比的關系，在一定的冶煉條件下，存在著一個與最低焦比相對應的 最合適的冶煉強度I適。當冶煉強度低于或高于I適時，焦比將升高， 而產量稍遲后，開始逐漸降低。這種規律反映了高爐內煤氣和爐料兩 流股間的復雜傳熱、傳質現象。在冶煉強度很低時，風量及相應產生 的煤氣量均小，流速低，動壓頭很小，造成煤氣沿爐子截面分布極不 均勻，表現為邊緣氣流過分發展，煤氣與礦石不能很好地接觸，結果 煤氣的熱能和化學能不能得到充分利用，爐頂煤氣中CO2含量低，溫度高，而進入高溫

4、區的爐料因還原不充分，直接還原發展，消耗了 大量寶貴的高溫熱量，因此焦比很高。隨著冶煉強度的提高，風量、 煤氣量相應增加，煤氣的速度也增大，從而改變了煤氣流的流動狀態， 由層流轉為湍流，風口前循環區的出現，大大改善了煤氣流分布和煤 氣與爐料之間的接觸，煤氣流的熱能和化學能利用改善，間接還原的 發展減少了下部高溫區熱量的消耗， 從而焦比明顯下降，直到與最適 宜冶煉強度I適相對應的最低焦比值。之后冶煉強度繼續提高，煤氣 量的增加進一步提高了煤氣流速，這將帶來疊加性的煤氣流分布，導 致中心過吹或管道行程，在煤氣流速過大時，它的壓頭損失可變得與 爐料的有效質量相等或超過有效質量，爐料就停止下降而出現懸

5、料。 所有這些將引起還原過程惡化，爐頂煤氣溫度升高，爐況惡化，最終 表現為焦比升高。針對具體生產條件，確定與最低焦比相適應的冶煉強度，使高 爐順行，穩定地高產。然而高爐的冶煉條件是可以改變的，隨著技術 的進步，例如加強原料準備，采取合理的爐料結構，提高爐頂煤氣壓2力，使用綜合鼓風，改造設備等，高爐操作條件大大改善。與改善了 的條件相應的冶煉強度可以進一步提高， 而焦比不會提高，相反與之 相對應的最低焦比也進一步提高，這就是世界各國幾十年來冶煉強度 不斷提高，焦比也降低的原因。但是，在任何生產技術水平上，當冶 煉條件一定時，冶煉強度I與焦比K之間始終保持著極值關系，決不 可以得出產量是與冶煉強度

6、成正比地增長的簡單結論，而盲目追求高冶煉強度。超越冶煉條件允許的過高冶煉強度將使焦比大幅上升。上述有關高爐冶煉重要技術指標葉KI間的關系還未解決經濟效益最佳 的冶煉強度問題。在對鋼鐵的需求大于供給的條件下，實踐表明，盡 管焦比的消耗對生鐵成本有著很大影響， 但在一定的操作情況下，產 品的最低成本并不是在最低焦比相對應的冶煉強度下，而是在略高的情況下取得的。所以出現這種情況，是因為最高產量是在比最低焦比 相對應的冶煉強度稍高的情況下達到的。 隨著產量的提高，單位生鐵 成本中不隨時間變化的費用總和不斷降低。在K=f(l)曲線的最低值附 近，隨著冶煉強度的提高，焦比上升的較緩慢，在這個區域內多消耗

7、焦炭的費用能被節省下的加工費用全部補償，而且還有富余。實踐還 表明，經濟上最合算的產量，并不是生鐵成本最低時的產量，而是略 高于這個最低產量。1.3降低工序能耗主攻方向由于焦炭資源的缺乏和日益減少，焦炭價格逐年上漲，節約焦炭 以成為降低工序能耗主攻方向 。而節約焦炭實際就是降低焦比。焦比既是消耗指標又是重要的技術經濟指標， 是指冶煉單位生鐵 所消耗的干焦量，kg/t。降低焦比的措施有多種，包括改善原、燃料 質量和高爐冶煉過程，降低焦比；從風口噴吹輔助燃料，代替部分焦 炭；尋求焦炭代替品(型焦)；開發少用焦炭或不用焦炭的煉鐵工藝 等。其中精料是降低焦比的基礎，高爐的基本操作制度是降低焦比的 關鍵

8、環節，而高風溫、噴吹燃料、富氧和高壓操作是降低焦比即降低 原燃料的消耗的主要措施。本文通過國豐煉鐵廠450m3高爐提高風溫、改善原料質量、優 化操作、噴吹煤粉、富氧鼓風、高壓操作等實踐，從理論上闡述了各 種降低高爐工序能耗的措施。降低高爐燃料消耗和提高利用系數是煉鐵工作者追求的目標。不斷地進行試驗和研究，通過近幾年對煉鐵生產的逐步摸索和煉鐵設備 的不斷改進在降低燃料消耗上取得了較為顯著的成績。在低燃料消耗的基礎上，通過不斷地強化冶煉，高爐的利用系數也有所突破。為中 小高爐的生存和發展爭取到了較大的空間。現就降低高爐燃料消耗途徑進行初步探討。2降低高爐燃料消耗途徑2.1優化原料結構，使用精料20

9、00年以前，原料結構基本為80%燒結礦、10%球團、10%生 礦，由于當時燒結礦強度只有（小轉鼓）50 60%，且球團含粉達30%，生球團強度很差，致使高爐頻繁懸料和塌料（易引起爐涼）， 臨時補焦量增加，爐況波動大，燃料消耗高且煤比上不去，2007年以后，高爐爐料結構基本調整為78%燒結礦、8%球團、14%生礦。燒結礦等原料結構相對穩定，原料入爐含粉也控制到了15%以下，高爐透氣性明顯好轉，基本杜絕了高爐懸料，爐況穩定性增強， 綜合焦比降低和利用系數提高較為顯著.表1-1原料結構變化表年份20032004200520062007燒結礦83.182.581.180.478土球6.20000冷球2

10、.30000外購豎球3.45.2000自產豎球5.06.012.3108現在使用精料精料是高爐強化的物質基礎，也是降低焦比的基礎；強化高爐冶 煉，降低焦比必須把精料放在首位。隨著高爐大型化和自動化及對強 化冶煉和節能日益提高的要求，更需要把精料工作做到“精益求精”。精料的含義是要求供給高爐的原料，不但質量好，而且數量足。 其具體內容可用“高、穩、熟、勻、小、凈”六個字來概括。“高”是指鐵礦石的品味高，還原性高，焦炭中固定碳高，溶劑 中氧化鈣高，各種原料的機械強度高。國外要求入爐天然礦石含鐵量 達62%以上，自溶性燒結礦含鐵57%以上，球團礦含鐵一般60%以 上。對焦炭要求固定碳高，灰分低達 1

11、0%以下。由于入爐品味提高， 焦炭灰分降低，使高爐渣量減少，即節省燃料，又促進強化。“穩”是指各種化學成分穩定，波動小。這是穩定爐況，穩定操 作，保證順行，實現自動控制的先決條件。“熟”是使高爐全部裝入燒結礦和球團礦，熟料率達到100%，盡量不加石灰石入爐。含鐵爐料中，熟料率增加1%，焦比降低1.2Kg/t鐵，增產約0.3%。前蘇聯熟料年平均達95%，日本85%左 右，在我國鞍鋼、本鋼、首鋼基本是100%熟料。全國重點企業自1981年以來平均值在90%左右。“小、勻、凈”是對原料的粒度而言。要求平均粒度小，粒度均 勻，縮小上下限之間的粒度差。超過上限的大塊要破碎，小于下限的 粒度要篩除干凈。這

12、樣原料在高爐內才能保證良好的透氣性和還原 性。總之使用精料的主要目的是要做到1 ）減少入爐粉末，2）提高 入爐礦石品位，3 ）優化爐料結構，4）改善焦炭質量。最終降低燃 料消耗2.2提高煤氣利用率，降低消耗221改善原燃料質量穩定煤氣流提高利用率優化爐料結構和改善原燃料質量是穩定煤氣流的最有效手段， 2004年以后隨著高爐爐料結構的優化和改善原燃料質量的改善，煤 氣流穩定性顯著提高，爐況波動次數減少，生鐵含硅得以控制在 0.35-0.45% 之間，硅偏差也降到了 "0.02%"以下，與以前相比爐溫 穩定性大大提高，燃料消耗相應大幅度下降（見表2-1 ）。表2-1咼爐近年來燃

13、料消耗和利用系數指標年份200220032004200520062007入爐焦比422.7411.6404.1396.8388.5377.7煤比120.5131.5134.3141146.7151綜合焦比531.2527.4525523.7520.5513.6利用系數3.563.643.723.813.853.9高壓操作提高煤氣利用率提高爐頂壓力可以降低煤氣流速并使煤氣分布更加趨于合理，煤 氣流的穩定性增加.但早些時候我廠高爐全部為雙鐘爐頂，相對于無 鐘爐頂其密封性要差些，而且2006年之前高爐爐頂設備為普通材質 合金（磨損快），設備維護力量薄弱，爐頂壓力只能維持30KPa '左右，2

14、007年以后，隨著對頂壓的進一步認識，逐步將頂壓提高， 同時將爐頂設備更換無鐘爐頂，爐頂的密封性得到充分的保證，目前 高爐爐頂壓力保持120KPa，煤氣利用率進一步提高，燃料消耗降低。由于高壓操作促進爐況順行，煤氣分布合理，利用程度改善，有 利于冶煉低硅生鐵等，而且使焦比有所下降。國內外的生產經驗是， 頂壓每提高10Kpa ,焦比下降0.2%1.5%。提高爐頂壓力的這種增 產作用只有伴隨著風量的增加或冶煉強度的提高才能明顯表現出來。 因為在焦比不變，焦炭負荷一定的情況下，高爐生產率與風量，亦即 單位時間內燃燒的焦炭量成正比。因此，在一定冶煉條件下，冶煉強 度應以爐頂壓力成正比，即提高爐頂壓力可

15、相應地提高冶煉強度， 從 而提高高爐生產率。高壓操作的這種降焦節能作用已為越來越多的高 爐實踐所證實。根據實踐分析，高壓降低燃耗的原因歸結為改善了順 行和煤氣利用，發展了高爐內的間接還原，抑制了直接還原。首先， 高壓操作降低了煤氣流速，延長了煤氣在爐內與礦石的接觸時間， 改 善了煤氣分布，從而改善了鐵礦石的還原條件，使塊料帶內的間接還 原得到充分發展，煤氣能量得到充分利用。其次，直接還原反應取決 于反應CO+C=2CO 的發展。提高爐頂壓力，爐內平均壓力相應提 高，促使該反應的平衡向氣體體積減小的方向（逆向）移動，從而抑 制了直接還原的發展，或者說使直接還原推向更高的溫度區域進行。 這同壓低軟

16、熔帶，擴大塊料帶，提高 CO利用率的要求相一致。高壓 操作對碳的氣化反應的抑制作用，在某種意義上也相當于降低焦炭的 反應性。這對減少碳素溶解損失，提高焦炭高溫強度，改善軟熔帶和 滴落帶的透氣（液）性，增加風口燃燒有效碳量都是有利的。同樣， 高壓操作抑制低硅還原，有利于降低生鐵含硅量，促進焦比降低，生 鐵中Si顯著降低，這是因為硅在生鐵中的平均濃度與 CO分壓的 平方成反比。另外，由反應SiO2+2C=Si+2CO 的平衡常數K=PsiO PC02/PC0可得PsiO = K PC0/PC02。因此提高爐頂壓力，則氣相 中PCO/PCO2降低，抑制了 SiO的發揮，從而減少了硅的還原，導致 了燃

17、料的節省。高壓操作改善了煤氣分布，促進爐況穩定順行和爐溫 穩定，因而可減少不必要的熱量儲備，適當降低爐缸和爐腹溫度，使 燃料消耗降低，也為降低生鐵含硅量創造了條件。高壓的順行作用可 保障噴吹燃料和高風溫發揮更大效用，促進燃耗進一步降低。高壓操作使爐塵吹出量顯著減少，單位礦石消耗降低，實際焦炭負荷得到保 證，批料出鐵量增加，鐵的回收率提高，焦比應有所降低。實踐證明， 實行高壓操作，不斷提高爐頂壓力水平，是強化高爐冶煉，增產節能 的一條重要途徑。根據國內外經驗，1000m 3級高爐，爐頂壓力應達 到120kPa左右；2000m 3級高爐，應達到150kPa以上；3000m 3 級高爐，應達到 20

18、0kPa左右；4000m 3級以上巨型高爐，應達到 250 300kPa 。燒結礦分級入爐，提高煤氣利用率試驗證明，將燒結礦返礦篩板中粒度適中部分重新入爐，含量在礦批的10%以內，高爐的透氣性稍有下降，但高爐是可以接受的，特 別是對于精料水平較高的高爐（透氣性較好），將適量的返礦入爐能 降低煤氣流速降低，煤氣利用率提高，達到節能降耗的目的。2.3富氧噴吹，提高煤比降低焦比我廠高爐2006年煤比突破146Kg/t以后，到2007年煤比最高達 到151Kg/t ,但此后受制粉系統和原燃料條件的限制，煤比不能進一 步提高，風溫的使用也受到影響。到2007年10月我公司制氧投產， 煉鋼余氧增加，高爐富氧率由以前的0.7%提高到1.2%，促使煤粉燃 燒率提高，焦比進一步降低，高爐利用系數也達到 .3.9。期間由于噴 煤量不能增加，煤比反而下降（產量增加），制粉能力不足的矛盾更加突出，2007年9月新制粉設備（中速磨）投產，煤比突破150Kg/t , 最高達153 Kg/t ,風溫的使用也回升到