基于高爐煉鐵和非高爐煉鐵的能耗比較

栗聖凱

摘 要：在現代化生活水平和質量相對較高的今天，基于非高爐形式的煉鐵技術已然成為鋼鐵界生產的先進技術。不僅如此，該技術還是整個鋼鐵界煉鐵工藝進行技術改革和創新的正確方向。本文通過分析傳統高爐煉鐵生產工藝的優勢，對比分析了傳統高爐煉鐵工藝和新型非高爐煉鐵工藝的能源消耗，并在此基礎上，探討并分析了非高爐煉鐵技術在未來發展的方向和措施，以期為廣大煉鐵技術研究者提供一定的參考意見和建議。

關鍵詞：非高爐煉鐵；煉鐵工藝；優勢；能耗

就目前而言，我國鋼鐵主要通過高爐進行生產和冶煉，從客觀角度理解，這種高爐煉鐵的形式還要持續相當長的一段時間。對比來講，非高爐煉鐵技術實際上比高爐煉鐵技術更具優勢性和時代性。在工藝優勢方面，非高爐煉鐵技術可以促使燃料燃燒完全，使得主焦煤的使用量大幅度降低，從根本意義上減少燒結、球團、焦化等作業工序中產生和排放各種污染物的現象。整體而言，雖然非高爐煉鐵技術優勢顯著，但由于該技術在我國還處于進步階段，還具有一系列的問題和不足。所以，對該技術進行更加深入研究，并比較其與傳統煉鐵技術的能耗，是本文即將研究和分析的主要內容。

1 高爐煉鐵生產工藝的優勢分析

1.1 高效化豎爐

在傳統和現有的高爐煉鐵生產工藝中，無論是爐料，還是煤氣，其逆向運動都得到了很好的實現。由于高爐的本質是具有既定高度的豎爐，所以其爐料在完成既定規律的布料后，會從爐頂持續下降，相反，其中熱值較高的煤氣則從高爐底部均勻穩定地上升。通過這樣一個反映過程，不僅高爐中的能源可以得到充分且合理地運用，其添加爐料也可以成功完成預熱過程、還原過程、熔融過程以及滴落過程等。除此之外，就生鐵而言，還可以在高爐爐缸中完成相應過程的滲碳、爐渣等。從某種程度講，這也是提升煉鐵生產效率和質量的有效手段和方法。就目前而言，我國大多數高爐在煉鐵過程中產生的能耗在410kgce/t左右。

在轉底爐的生產工藝中，由于底部不容易接觸到足夠的煤氣，中上層卻可以接觸到充分的煤氣進行相應的煤氣加熱以及還原，進而在過層中往往會產生大量的還原球。因此，在實際進行轉底爐時，只允許鋪設一層球。一旦球鋪設兩層或兩層以上，轉底爐底部的球便無法與爐內熱量以及還原氣等進行接觸，進而無法進行有效還原。相比而言，轉底爐和高爐之間，前者的能源消耗更大，且該過程中產生的球團也相對較差，不僅質量不均勻，規格大小也不一致。從生產經營的角度理解，這就是限制轉底爐生產規模擴大的主要原因。

1.2 爐料間接還原可節能

高爐煉鐵過程中，大約有50%的爐料都是經過間接還原的方式生產而來的，這種方式的爐料生產對能量的節約和可持續使用有極大的作用和意義。從理論角度理解，如果將鐵礦石的直接還原過程視為一個單向且簡單的吸熱過程；將其間接還原過程視為一個單向且簡單的放熱過程，那么，在實際的高爐煉鐵過程中，高爐內部間接還原反應產生的爐料占整體爐料的50%。所以，在煉鐵時，利用高爐進行鐵礦石的直接還原，會節約大量的能源。

1.3 高效化能源轉化器

就焦炭而言，其在高爐內部的主要作用可以從五個方面進行解釋。其一，焦炭與氧氣的混合燃燒可以產生大量高熱量氣體，如一氧化碳、二氧化碳等，這些氣體所蘊含的熱量就是高爐內部煉鐵的主要熱量來源。其二，在對鐵礦石進行還原時，焦炭可以為其提供相應的輔助物，如一氧化碳、碳等，這些輔助物是高爐內部鐵礦石還原的主要還原劑。其三，焦炭在高爐內部起著主要的骨架支撐作用，正是由于焦炭在爐內支撐其較大的空間，才使得煤氣可以均勻且無阻力或小阻力地運動。其四，由于自身具有較強的滲透作用，焦炭可以輕松地滲透到生鐵中，使其內部具有的碳、鐵等物質得到相應的平衡和穩定，從而充分保障生鐵質量具有極高的合格率。其五，在爐缸中，焦炭有著極其重要的填充作用，可以在高爐休風時大幅度增加爐缸內部的有效利用空間，從而使得高爐的生產得到高效、迅速的恢復。

2 運用高爐煉鐵和非高爐煉鐵的能耗比較

2.1 高爐煉鐵能耗分析

就我國某年重點鋼鐵企業而言，其高爐工序的總能源消耗為410.65kg標準煤每噸，燒結工序的總能源消耗為54.95kg標準煤每噸，焦化工序的總能源消耗為112.28kg標準煤每噸，而球團工序的總能源消耗為29.96kg標準煤每噸。針對上述工序，計算冶煉1噸生鐵時，整個煉鐵系統所需消耗的能源總量為：就焦化工序而言，取該年重點企業進行高爐煉鐵的焦比為374kg/t。則對1噸生鐵進行冶煉時，所需焦炭的焦化工序能耗為：112.28kg標準煤每噸×0.374=41.99kg標準煤每噸；就燒結工序而言，對1噸生鐵進行冶煉時，需要消耗1674kg/t的鐵礦石。在實際的高爐爐料結構中，取燒結礦的實際配比為75%。則對1噸生鐵進行冶煉時，所需燒結礦的實際燒結工序能耗為：4.95kg標準煤每噸×1.674×75%=41.99kg標準煤每噸。

就球團工序而言，對1噸生鐵進行冶煉時，取爐料結構中球團礦的實際占比為15%，則所需球團礦的用量為：1647kg/t×15%=251.1kg/t；故此，對1噸生鐵進行冶煉時，所需球團礦的實際球團工序能耗為：29.96kg標準煤每噸×0.2511=7.52kg標準煤每噸。

綜上所述，該年我國重點鋼鐵企業對1噸生鐵進行冶煉時，其系統消耗的平均能耗為529.14kg標準煤每噸。

2.2 非高爐煉鐵能耗分析

同年相比，寶鋼企業采用COREX-3000的燃料進行煉鐵操作，燃料總用量為987.1kg/t。之后一年，同樣采用C3000進行燃燒，其平均能耗明顯增加，為1057kg/t。

對C2000的燃料進行分析，印度京德1號為977kg/t，印度京德2號為994kg/t，兩者的燃料比中，其焦比都是15%到20%范圍內的值。南非拉爾達納的范圍值為1020kg/t到1050kg/t，該燃料中，其焦比為13%。而澳大利亞的噴煤比從以往的2噸降低到了現在的700kg/t。同時，韓國大多數企業在對煤氣進行回收利用時，其燃料比也從以往的780kg/t或850kg/t降低到了現在的700kg/t。

通過數據分析可以知道，高爐煉鐵的整體能耗水平小于非高爐煉鐵的整體能耗水平，其差距范圍為250kg/t至600kg/t。

3 發展非高爐煉鐵技術的探討和分析

針對現代化的鋼鐵領域而言，非高爐煉鐵技術已經成為人們想要突破和探究的一種較為先進的前沿性技術。從一定程度上講，這種技術代表了整個鋼鐵技術的未來發展方向。然而，在現實情況之下，由于某些關鍵性技術和機密性技術的不足和缺陷，使得非高爐煉鐵技術還需要持續不斷的突破和更新。其中，關鍵性技術如：第一點，針對實際生產過程中產生的煤氣，應該怎樣對其進行科學且合理地整治或使用，才能使得焦炭利用率在其具體的熔融還原過程中得到最大限度地降低？第二點，在進行普通鐵精礦的生產冶煉時，怎樣操作或使用，才能使得煉鐵的技術以及煉鐵的經濟效益和社會效益得到多重提升和增強。

現階段而言，受能源以及資源等各方面因素約束，我國煉鐵工藝的主導位置始終由已高爐流程為主的傳統煉鐵工藝占據。將高爐煉鐵與非高爐煉鐵進行對比分析，可以發現，無論是生產具體流程中的能源消耗，還是后續污染物的排放總量，前者都有不同程度的優化。尤其是生產規模、投資成本以及生產成本這三個方面，前者優勢相當顯著。另外，由于我國針對產能落后企業的淘汰力度一直在持續加大，但又不允許企業對鋼鐵產能進行擴大作業，所以，我國鋼鐵企業只能成為各大落后產能的直接替代品。在這種大環境下，還是有部分企業認為走非高爐煉鐵的發展道路是符合社會經濟發展中節能減排理念的正確道路，但是，從實際情況而言，這是一條行不通的道路。因為目前我國在非高爐煉鐵方面，其技術完善和提升的空間和幅度都還很大。無論是要求條件，還是相關性能，如經濟性、生產規模、可行性等，都需要不斷經過科學論證。

4 結語

能源不僅是推動并促進現代化社會進步和發展的重要因素，還是人類生活和社會經濟發展中的重要燃料。我國作為鋼鐵使用和生產的大國，資源利用的最優化，以及廢物排放的最小化、生產成本的最低化是我國鋼鐵企業發展和研究的首要任務。通過清晰明了地比較分析，可以明確看出，就目前我國的鋼鐵冶煉技術而言，高爐煉鐵技術優勢顯著，更適合我國目前的鋼鐵生產實際。

參考文獻：

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