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江苏申特钢铁有限公司 213300
摘要：探究高炉炼铁中的热平衡原理，分析出炼铁工艺的节能方向，从而提出炼铁工艺的节能改造措施。
关键词：高炉热平衡；炼铁工艺；节能
炼铁耗能在钢铁生产中占有很大的比例，在钢铁业没有完善的节能工艺，将面临着极大的资源浪费，实现钢铁业的节能主要对炼铁进行节能改造。随着社会的不断发展，国家正在创建节约型社会，炼铁工艺面临着节能改造。高炉热平衡是炼铁工艺的技术原理，通过这一技术原理分析炼铁工艺中存在的节能缺陷，提出高炉炼铁工艺的节能改造措施，从而降低炼铁能耗、降低成本，提高企业的经济效益和竞争力，促进社会发展。
一、高炉热平衡分析
根据盖斯定律，将高炉的反应起点定为物料开始进入高炉内的状态，不考虑炉内物料的具体反应过程，最后将物料产出状态作为反应终点。通过对冶炼工艺高炉热平衡中热能分配去向进行分析，探讨高炉节能方向、热能的分配，如表1、表2 所示：
表1 高炉热平衡收入表
项目 吨热收入（标煤）/kg 比例（%）
Q1碳素氧化热 262.8 78.82
Q2热风带入热 64.4 19.32
Q3氢氧化放热 3.5 1.05
Q4成渣热 0.3 0.09
Q5炉热带入热 2.4 0.72
总和 333.4 100
表2高炉热平衡支出表
项目 吨热支出（标煤）/kg 比例（%）
Q’1氧化物分解及脱硫 233.8 55.97
Q’2碳酸盐分解 4.7 1.13
Q’3水分分解 9.2 2.20
Q’4游离水蒸发 2.2 0.53
Q’5煤粉分解 1.4 0.34
Q’6铁水带走 43.2 10.34
Q’7炉渣带走 28.9 6.92
Q’8炉顶煤气及水汽带走 18.2 4.36
Q’9冷却水带走 72 17.24
Q’10炉壳散热 0.1 0.02
Q’11风冷炉底带出 0.1 0.02
Q’12炉尘带出 0.1 0.02
Q’13热风管道损失 3.8 0.91
总和 417.7 100
从表1、表2中可以看出，热收入的主要项目有碳素氧化释放的热量、热风带入热、冶炼过程中的氢氧化放热、炉热带入热及少量的成渣热，碳素氧化热占热收入的78.82%。炉内热支出项目主要是氢氧化物分解及脱硫，碳酸盐、水分、煤粉的分解，游离水蒸发，铁水、炉渣带走等有效热的支出，及炉顶煤气和水汽、冷却水带走，炉壳散热，风冷炉底、炉尘带出及热风管道损失等无效热的支出。因此，得出高炉热平衡的节能改造主要方向是，增加热收入，减少有效热支出和充分利用无效热支出。
二、高炉热平衡节能改造措施
（一）提高风温
热风温度的来源是煤气的燃烧，热风炉是将煤气的化学能转换为鼓风热能的转换器。在高炉内的置换过程是以煤气取代了焦和煤，因此，合理地选择风温需要考虑到风温提高后增加的煤气热值与高炉节焦量、获得高风温的可能性与代价、等量煤气的价值比。综合考虑以上的条件，通过煤气脱水、热风炉及管道保温、增防治漏风、煤气预热、改善燃烧技术、充足的燃烧空气、增加蓄热面积等方法来提高热风炉的效率，达到提高风温的目的。
（二）增加炉料的表面积
增加高炉内炉料的表面积，即增加炉料与空气的接触面积，达到提高热交换效率和降低炉顶煤气温度的目的。高炉料总面积即炉内料的总面积，是炉内所有颗粒变面积之和。决定炉料总面积的是炉料颗粒的大小，当高炉总容量一定时，炉料颗粒越小则炉料的总面积越大。
高炉的总容量一定时，炉料的颗粒越小，入炉料的总量就会增加，与此同时，炉料的总面积增加。在同样的炉容量下，通过控制粒料的大小可提高入炉料量，以增加入炉料量和高炉的工作容积的方式来提高高炉的矿焦比。
（三）提高喷煤量
提高喷煤量，通常采用富氧喷煤技术，通过提高富氧率和喷煤量，以喷煤代替焦炭，达到降低工序中的耗能，促进喷煤的利用率，从而降低焦比的目的。一般富氧率提高1%，喷煤量增加至12kg/t～13 kg/t，喷烟煤时增加喷煤量为17 kg/t～23 kg/t。
在高炉采用干熄焦生产时，可以通过降低入炉焦炭的含水量，能把焦比降低2%。这样的方法在提高冶炼热效率的同时，还能够提高企业的经济效益。
提高喷煤量，可以降低焦比，达到提高冶炼热效率的目的。但目前所采用的喷煤技术无法将焦比值最小化，因此，在冶炼中常采用焦炉煤气和喷吹煤气的方式来减少热收入项目中碳素燃烧的放热量，达到增加喷吹煤气的释放热量，降低焦比的目的。
（四）炉渣和无效热支出的回收与利用
高炉冶炼工艺的节能途径除了降低能源消耗量，提高热效率以外，还有另外一种途径可以达到节能的目的，即能源的回收与利用。近年来，各大钢企都在通过回收炉渣热能和无效支出热能的来提高整个冶炼工艺的热能利用率，达到企业的工艺节能、生产节能的目的。
（1）炉渣热能的回收与利用
对炉渣的回收利用主要用于人们的日常生活方面：将回收的炉渣用于生产蒸汽，将获得的蒸汽用于小区的发电和供暖；或者利用冲渣产生的蒸汽直接运用到小区供暖，渣池中的热水经过处理之后同样用于供暖，并对回流到渣池中的水进行循环利用，这样的方式不但能够节约大量的能源，还能为国家节省大量的人力、物力和财力。
（2）无效热支出额回收与利用
无效热支出包括炉顶煤气和水汽、冷却水带走，炉壳散热，风冷炉底、炉尘带出及热风管道损失等热能。高炉煤气可以运用到制取高附加值化工产品方面，利用煤气中的CO制成炭黑、草酸等化工产品，同样可以利用煤气发电，将高炉煤气回收作为燃料，供应锅炉生产蒸汽，将获得的蒸汽用于供暖和发电。高炉冷却水同样可以利用高差来发电，将冷却水从集水槽底引流入位于炉台下的水轮发电机，将冷却水产生的动能转化为电能，实现资源的再利用。
结束语
综上所述，本文通过对高炉热平衡的分析，探讨高炉冶炼工艺的节能方向以及节能改造措施。主要是从减少能源的消耗和能源的回收与利用，对高炉炼铁工艺进行节能改造。减少能源消耗的措施主要是通过提高风温、增加炉料表面积、提高喷煤量来实现；能源的回收利用主要是对炉渣和无效热支出的二次利用，通过转化热能的形式，适应于小区的供暖和供电系统。高炉冶炼工艺的节能改造不仅可以节约能源，还能为企业带来巨大的经济效益，增强企业的竞争力，同时促进社会发展。
参考文献
[1]刘娟利.高炉热平衡分析炼铁工艺的节能方向[J].科技传播，2014，12（11）：66-67.
[2]王义康.高炉冶炼复杂性分析及支持向量机扩展建模预测研究[D].浙江大学，2012.
摘要：探究高炉炼铁中的热平衡原理，分析出炼铁工艺的节能方向，从而提出炼铁工艺的节能改造措施。
关键词：高炉热平衡；炼铁工艺；节能
炼铁耗能在钢铁生产中占有很大的比例，在钢铁业没有完善的节能工艺，将面临着极大的资源浪费，实现钢铁业的节能主要对炼铁进行节能改造。随着社会的不断发展，国家正在创建节约型社会，炼铁工艺面临着节能改造。高炉热平衡是炼铁工艺的技术原理，通过这一技术原理分析炼铁工艺中存在的节能缺陷，提出高炉炼铁工艺的节能改造措施，从而降低炼铁能耗、降低成本，提高企业的经济效益和竞争力，促进社会发展。
一、高炉热平衡分析
根据盖斯定律，将高炉的反应起点定为物料开始进入高炉内的状态，不考虑炉内物料的具体反应过程，最后将物料产出状态作为反应终点。通过对冶炼工艺高炉热平衡中热能分配去向进行分析，探讨高炉节能方向、热能的分配，如表1、表2 所示：
表1 高炉热平衡收入表
项目 吨热收入（标煤）/kg 比例（%）
Q1碳素氧化热 262.8 78.82
Q2热风带入热 64.4 19.32
Q3氢氧化放热 3.5 1.05
Q4成渣热 0.3 0.09
Q5炉热带入热 2.4 0.72
总和 333.4 100
表2高炉热平衡支出表
项目 吨热支出（标煤）/kg 比例（%）
Q’1氧化物分解及脱硫 233.8 55.97
Q’2碳酸盐分解 4.7 1.13
Q’3水分分解 9.2 2.20
Q’4游离水蒸发 2.2 0.53
Q’5煤粉分解 1.4 0.34
Q’6铁水带走 43.2 10.34
Q’7炉渣带走 28.9 6.92
Q’8炉顶煤气及水汽带走 18.2 4.36
Q’9冷却水带走 72 17.24
Q’10炉壳散热 0.1 0.02
Q’11风冷炉底带出 0.1 0.02
Q’12炉尘带出 0.1 0.02
Q’13热风管道损失 3.8 0.91
总和 417.7 100
从表1、表2中可以看出，热收入的主要项目有碳素氧化释放的热量、热风带入热、冶炼过程中的氢氧化放热、炉热带入热及少量的成渣热，碳素氧化热占热收入的78.82%。炉内热支出项目主要是氢氧化物分解及脱硫，碳酸盐、水分、煤粉的分解，游离水蒸发，铁水、炉渣带走等有效热的支出，及炉顶煤气和水汽、冷却水带走，炉壳散热，风冷炉底、炉尘带出及热风管道损失等无效热的支出。因此，得出高炉热平衡的节能改造主要方向是，增加热收入，减少有效热支出和充分利用无效热支出。
二、高炉热平衡节能改造措施
（一）提高风温
热风温度的来源是煤气的燃烧，热风炉是将煤气的化学能转换为鼓风热能的转换器。在高炉内的置换过程是以煤气取代了焦和煤，因此，合理地选择风温需要考虑到风温提高后增加的煤气热值与高炉节焦量、获得高风温的可能性与代价、等量煤气的价值比。综合考虑以上的条件，通过煤气脱水、热风炉及管道保温、增防治漏风、煤气预热、改善燃烧技术、充足的燃烧空气、增加蓄热面积等方法来提高热风炉的效率，达到提高风温的目的。
（二）增加炉料的表面积
增加高炉内炉料的表面积，即增加炉料与空气的接触面积，达到提高热交换效率和降低炉顶煤气温度的目的。高炉料总面积即炉内料的总面积，是炉内所有颗粒变面积之和。决定炉料总面积的是炉料颗粒的大小，当高炉总容量一定时，炉料颗粒越小则炉料的总面积越大。
高炉的总容量一定时，炉料的颗粒越小，入炉料的总量就会增加，与此同时，炉料的总面积增加。在同样的炉容量下，通过控制粒料的大小可提高入炉料量，以增加入炉料量和高炉的工作容积的方式来提高高炉的矿焦比。
（三）提高喷煤量
提高喷煤量，通常采用富氧喷煤技术，通过提高富氧率和喷煤量，以喷煤代替焦炭，达到降低工序中的耗能，促进喷煤的利用率，从而降低焦比的目的。一般富氧率提高1%，喷煤量增加至12kg/t～13 kg/t，喷烟煤时增加喷煤量为17 kg/t～23 kg/t。
在高炉采用干熄焦生产时，可以通过降低入炉焦炭的含水量，能把焦比降低2%。这样的方法在提高冶炼热效率的同时，还能够提高企业的经济效益。
提高喷煤量，可以降低焦比，达到提高冶炼热效率的目的。但目前所采用的喷煤技术无法将焦比值最小化，因此，在冶炼中常采用焦炉煤气和喷吹煤气的方式来减少热收入项目中碳素燃烧的放热量，达到增加喷吹煤气的释放热量，降低焦比的目的。
（四）炉渣和无效热支出的回收与利用
高炉冶炼工艺的节能途径除了降低能源消耗量，提高热效率以外，还有另外一种途径可以达到节能的目的，即能源的回收与利用。近年来，各大钢企都在通过回收炉渣热能和无效支出热能的来提高整个冶炼工艺的热能利用率，达到企业的工艺节能、生产节能的目的。
（1）炉渣热能的回收与利用
对炉渣的回收利用主要用于人们的日常生活方面：将回收的炉渣用于生产蒸汽，将获得的蒸汽用于小区的发电和供暖；或者利用冲渣产生的蒸汽直接运用到小区供暖，渣池中的热水经过处理之后同样用于供暖，并对回流到渣池中的水进行循环利用，这样的方式不但能够节约大量的能源，还能为国家节省大量的人力、物力和财力。
（2）无效热支出额回收与利用
无效热支出包括炉顶煤气和水汽、冷却水带走，炉壳散热，风冷炉底、炉尘带出及热风管道损失等热能。高炉煤气可以运用到制取高附加值化工产品方面，利用煤气中的CO制成炭黑、草酸等化工产品，同样可以利用煤气发电，将高炉煤气回收作为燃料，供应锅炉生产蒸汽，将获得的蒸汽用于供暖和发电。高炉冷却水同样可以利用高差来发电，将冷却水从集水槽底引流入位于炉台下的水轮发电机，将冷却水产生的动能转化为电能，实现资源的再利用。
结束语
综上所述，本文通过对高炉热平衡的分析，探讨高炉冶炼工艺的节能方向以及节能改造措施。主要是从减少能源的消耗和能源的回收与利用，对高炉炼铁工艺进行节能改造。减少能源消耗的措施主要是通过提高风温、增加炉料表面积、提高喷煤量来实现；能源的回收利用主要是对炉渣和无效热支出的二次利用，通过转化热能的形式，适应于小区的供暖和供电系统。高炉冶炼工艺的节能改造不仅可以节约能源，还能为企业带来巨大的经济效益，增强企业的竞争力，同时促进社会发展。
参考文献
[1]刘娟利.高炉热平衡分析炼铁工艺的节能方向[J].科技传播，2014，12（11）：66-67.
[2]王义康.高炉冶炼复杂性分析及支持向量机扩展建模预测研究[D].浙江大学，2012.