煉鐵中高風溫技術應用的探討

摘 要：進入21世紀以來，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境保護等方面的制約，面臨著較大的發展問題。面對當前嚴峻的形勢和挑戰，21世紀高爐煉鐵工藝要實現可持續發展，必須在高效低耗、節能減排、循環經濟、低碳冶金、清潔環保等方面取得顯著突破，需要進一步提高風溫、降低燃料比，以提高高爐煉鐵技術的生命力和競爭力。

關鍵詞：高爐；煉鐵；高風溫技術；

1.目前高爐煉鐵技術展望

高爐煉鐵是鋼鐵廠生產成本和經濟效益控制的關鍵工藝單元，對整個鋼鐵廠物質流、能量流和信息流流程網絡的高效動態運行具有決定性作用。當代高爐煉鐵要實現“高效、低耗、優質、長壽、清潔”的總體發展要求，高效不是簡單地提高產量和強化冶煉，更要注重其經濟效益、環境效益和社會效益；長壽也不是簡單地延長高爐壽命，還要重視其技術的先進性和可持續發展的生存能力。面對當前國內外激烈的市場競爭環境，在資源短缺、能源供給不足、環境制約的條件下，為保障高爐煉鐵工藝的可持續發展，實現低碳冶煉和循環經濟，要著力構建高效率、低消耗、低成本、低排放的高爐煉鐵生產體系。

2.高風溫技術

高風溫是現代高爐煉鐵的主要技術特征之一。提高風溫是當前鋼鐵行業發展循環經濟、實現低碳冶金、節能減排和可持續發展的關鍵共性技術，對于提高高爐綜合技術水平、減少CO2排放、引領行業技術進步具有極其重要的意義。

2.1.高風溫的意義和作用

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，另一部分是高溫熱風所帶入的物理熱。熱風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。實踐證實，在風溫1000～1250℃的范圍內，提高風溫100℃可以降低焦比約10～15kg/t，由此可見，提高風溫可以顯著降低燃料消耗和生產成本。除此之外，提高風溫還有助于提高風口前理論燃燒溫度，使風口回旋區具有較高的溫度，爐缸熱量充沛，有利于提高煤粉燃燒率、增加噴煤量，還可以進一步降低焦比。因此，高風溫是高爐實現大噴煤操作的關鍵技術，是高爐降低焦比、提高噴煤量、降低生產成本的重要技術途徑，是高爐煉鐵發展史上極其重要的技術進步。高風溫技術是一項綜合技術，涉及整個鋼鐵廠物質流、能量流流程網絡的動態運行和結構優化，應當在整個鋼鐵廠流程網絡的尺度上進行研究。高風溫對于優化鋼鐵廠能源網絡結構、降低生產成本和能源消耗、實現低品質能源的高效利用、減少CO2排放等都具有重大的現實意義和深遠的歷史意義。

2.2.獲得高風溫的關鍵技術

多年以來，中國高爐平均風溫始終徘徊在1000～1080℃，2001-2010年的10年間，重點鋼鐵企業高爐平均風溫由1081℃提高到1160℃，風溫僅提高了79℃，可謂步履維艱，高爐風溫是中國高爐和國外先進水平差距最大的技術指標。制約風溫提高有許多因素，如何突破這些制約條件，達到1200℃以上的高風溫乃是當今中國高爐煉鐵的主要技術發展目標之一。在當前條件下，提高風溫應著力解決利用低熱值高爐煤氣獲得1250℃以上高風溫的關鍵技術難題，通過技術創新實現熱風爐高效率、低成本、低排放、長壽命的綜合技術目標。

2.2.1.研究開發并應用燃燒高爐煤氣獲得高風溫技術。高爐煤氣是高爐冶煉過程中產生的二次能源，熱風爐燃燒大約消耗高爐煤氣發生量的40%～50%。隨著高爐煉鐵技術進步，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，煤氣低發熱值不足3000kj/m3。由于鋼鐵廠高熱值的焦爐煤氣和轉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，導致熱風爐理論燃燒溫度和拱頂溫度不高，進而難以實現1200℃高風溫，這是當前制約中國高爐提高風溫最重要的原因。面對能源供給短缺的現狀，采用煤氣、助燃空氣高效雙預熱技術，不但可以回收熱風爐煙氣余熱，減少熱量耗散，還可以有效提高熱風爐拱頂溫度。在眾多的預熱技術中，要統籌考慮能量轉換效率、技術可靠性以及設備使用壽命等因素，擇優選用適宜可靠的煤氣、助燃空氣雙預熱技術。

2.2.2.選擇合理的熱風爐結構形式。高爐熱風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。盡管現有的內燃式、外燃式和頂燃式3種結構熱風爐均有實現1250℃以上高風溫的實績，但不同結構的熱風爐在燃燒工況適應性、氣體流動及分布均勻性、能量利用有效性等方面仍存在差異。綜合考慮熱風爐高效長壽和工況適應性，現代高爐采用頂燃式或外燃式熱風爐是適宜的選擇。

2.2.3.采用高效格子磚。實踐證實，縮小熱風爐拱頂溫度與風溫的差值可以顯著提高風溫，其主要技術措施是強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量不變的條件下，適當縮小格子磚孔徑，可以增加格子磚加熱面積、提高換熱系數而增加熱交換量。在熱風爐燃燒期，高溫煙氣可以將更多的熱量傳遞給格子磚，熱量交換更加充分，使得煙氣溫度更低；在熱風爐送風期，同樣有利于鼓風與格子磚的熱交換，使得熱風溫度更高，熱風溫降也更為平緩，在風溫保持較高的狀態下更加穩定。對于格子磚磚型的選擇需要綜合考慮擇優確定，并不是格子磚孔數越多、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.結語

高風溫是綜合技術，是降低燃料比、提高噴煤量的重要技術保障。在當前條件下，利用低熱值高爐煤氣實現1250℃以上高風溫，是實現低品質能源高效利用和高效能源轉換最優化的技術措施。要系統解決高風溫的獲得、高溫熱風的穩定輸送和高效利用等關鍵技術問題，采用高效長壽熱風爐及高效格子磚，優化熱風爐操作，保障高溫熱風的穩定輸送，延長熱風爐壽命，使高溫熱風得到高效利用。

參考文獻：

[1]周傳典主編《高爐煉鐵生產技術手冊》 冶金工業出版社 2002.8（2005.8重印）