栗聖凱

摘 要：在現(xiàn)代化生活水平和質(zhì)量相對(duì)較高的今天，基于非高爐形式的煉鐵技術(shù)已然成為鋼鐵界生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)。不僅如此，該技術(shù)還是整個(gè)鋼鐵界煉鐵工藝進(jìn)行技術(shù)改革和創(chuàng)新的正確方向。本文通過(guò)分析傳統(tǒng)高爐煉鐵生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢(shì)，對(duì)比分析了傳統(tǒng)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(chǔ)上，探討并分析了非高爐煉鐵技術(shù)在未來(lái)發(fā)展的方向和措施，以期為廣大煉鐵技術(shù)研究者提供一定的參考意見(jiàn)和建議。

關(guān)鍵詞：非高爐煉鐵；煉鐵工藝；優(yōu)勢(shì)；能耗

就目前而言，我國(guó)鋼鐵主要通過(guò)高爐進(jìn)行生產(chǎn)和冶煉，從客觀角度理解，這種高爐煉鐵的形式還要持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。對(duì)比來(lái)講，非高爐煉鐵技術(shù)實(shí)際上比高爐煉鐵技術(shù)更具優(yōu)勢(shì)性和時(shí)代性。在工藝優(yōu)勢(shì)方面，非高爐煉鐵技術(shù)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(jié)、球團(tuán)、焦化等作業(yè)工序中產(chǎn)生和排放各種污染物的現(xiàn)象。整體而言，雖然非高爐煉鐵技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，但由于該技術(shù)在我國(guó)還處于進(jìn)步階段，還具有一系列的問(wèn)題和不足。所以，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行更加深入研究，并比較其與傳統(tǒng)煉鐵技術(shù)的能耗，是本文即將研究和分析的主要內(nèi)容。

1 高爐煉鐵生產(chǎn)工藝的優(yōu)勢(shì)分析

1.1 高效化豎爐

在傳統(tǒng)和現(xiàn)有的高爐煉鐵生產(chǎn)工藝中，無(wú)論是爐料，還是煤氣，其逆向運(yùn)動(dòng)都得到了很好的實(shí)現(xiàn)。由于高爐的本質(zhì)是具有既定高度的豎爐，所以其爐料在完成既定規(guī)律的布料后，會(huì)從爐頂持續(xù)下降，相反，其中熱值較高的煤氣則從高爐底部均勻穩(wěn)定地上升。通過(guò)這樣一個(gè)反映過(guò)程，不僅高爐中的能源可以得到充分且合理地運(yùn)用，其添加爐料也可以成功完成預(yù)熱過(guò)程、還原過(guò)程、熔融過(guò)程以及滴落過(guò)程等。除此之外，就生鐵而言，還可以在高爐爐缸中完成相應(yīng)過(guò)程的滲碳、爐渣等。從某種程度講，這也是提升煉鐵生產(chǎn)效率和質(zhì)量的有效手段和方法。就目前而言，我國(guó)大多數(shù)高爐在煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的能耗在410kgce/t左右。

在轉(zhuǎn)底爐的生產(chǎn)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(jìn)行相應(yīng)的煤氣加熱以及還原，進(jìn)而在過(guò)層中往往會(huì)產(chǎn)生大量的還原球。因此，在實(shí)際進(jìn)行轉(zhuǎn)底爐時(shí)，只允許鋪設(shè)一層球。一旦球鋪設(shè)兩層或兩層以上，轉(zhuǎn)底爐底部的球便無(wú)法與爐內(nèi)熱量以及還原氣等進(jìn)行接觸，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行有效還原。相比而言，轉(zhuǎn)底爐和高爐之間，前者的能源消耗更大，且該過(guò)程中產(chǎn)生的球團(tuán)也相對(duì)較差，不僅質(zhì)量不均勻，規(guī)格大小也不一致。從生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的角度理解，這就是限制轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的主要原因。

1.2 爐料間接還原可節(jié)能

高爐煉鐵過(guò)程中，大約有50%的爐料都是經(jīng)過(guò)間接還原的方式生產(chǎn)而來(lái)的，這種方式的爐料生產(chǎn)對(duì)能量的節(jié)約和可持續(xù)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(guò)程視為一個(gè)單向且簡(jiǎn)單的吸熱過(guò)程；將其間接還原過(guò)程視為一個(gè)單向且簡(jiǎn)單的放熱過(guò)程，那么，在實(shí)際的高爐煉鐵過(guò)程中，高爐內(nèi)部間接還原反應(yīng)產(chǎn)生的爐料占整體爐料的50%。所以，在煉鐵時(shí)，利用高爐進(jìn)行鐵礦石的直接還原，會(huì)節(jié)約大量的能源。

1.3 高效化能源轉(zhuǎn)化器

就焦炭而言，其在高爐內(nèi)部的主要作用可以從五個(gè)方面進(jìn)行解釋。其一，焦炭與氧氣的混合燃燒可以產(chǎn)生大量高熱量氣體，如一氧化碳、二氧化碳等，這些氣體所蘊(yùn)含的熱量就是高爐內(nèi)部煉鐵的主要熱量來(lái)源。其二，在對(duì)鐵礦石進(jìn)行還原時(shí)，焦炭可以為其提供相應(yīng)的輔助物，如一氧化碳、碳等，這些輔助物是高爐內(nèi)部鐵礦石還原的主要還原劑。其三，焦炭在高爐內(nèi)部起著主要的骨架支撐作用，正是由于焦炭在爐內(nèi)支撐其較大的空間，才使得煤氣可以均勻且無(wú)阻力或小阻力地運(yùn)動(dòng)。其四，由于自身具有較強(qiáng)的滲透作用，焦炭可以輕松地滲透到生鐵中，使其內(nèi)部具有的碳、鐵等物質(zhì)得到相應(yīng)的平衡和穩(wěn)定，從而充分保障生鐵質(zhì)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(fēng)時(shí)大幅度增加爐缸內(nèi)部的有效利用空間，從而使得高爐的生產(chǎn)得到高效、迅速的恢復(fù)。

2 運(yùn)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(guó)某年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)而言，其高爐工序的總能源消耗為410.65kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸，燒結(jié)工序的總能源消耗為54.95kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸，焦化工序的總能源消耗為112.28kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸，而球團(tuán)工序的總能源消耗為29.96kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸。針對(duì)上述工序，計(jì)算冶煉1噸生鐵時(shí)，整個(gè)煉鐵系統(tǒng)所需消耗的能源總量為：就焦化工序而言，取該年重點(diǎn)企業(yè)進(jìn)行高爐煉鐵的焦比為374kg/t。則對(duì)1噸生鐵進(jìn)行冶煉時(shí)，所需焦炭的焦化工序能耗為：112.28kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸×0.374=41.99kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸；就燒結(jié)工序而言，對(duì)1噸生鐵進(jìn)行冶煉時(shí)，需要消耗1674kg/t的鐵礦石。在實(shí)際的高爐爐料結(jié)構(gòu)中，取燒結(jié)礦的實(shí)際配比為75%。則對(duì)1噸生鐵進(jìn)行冶煉時(shí)，所需燒結(jié)礦的實(shí)際燒結(jié)工序能耗為：4.95kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸×1.674×75%=41.99kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸。

就球團(tuán)工序而言，對(duì)1噸生鐵進(jìn)行冶煉時(shí)，取爐料結(jié)構(gòu)中球團(tuán)礦的實(shí)際占比為15%，則所需球團(tuán)礦的用量為：1647kg/t×15%=251.1kg/t；故此，對(duì)1噸生鐵進(jìn)行冶煉時(shí)，所需球團(tuán)礦的實(shí)際球團(tuán)工序能耗為：29.96kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸×0.2511=7.52kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸。

綜上所述，該年我國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)對(duì)1噸生鐵進(jìn)行冶煉時(shí)，其系統(tǒng)消耗的平均能耗為529.14kg標(biāo)準(zhǔn)煤每噸。

2.2 非高爐煉鐵能耗分析

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

對(duì)C2000的燃料進(jìn)行分析，印度京德1號(hào)為977kg/t，印度京德2號(hào)為994kg/t，兩者的燃料比中，其焦比都是15%到20%范圍內(nèi)的值。南非拉爾達(dá)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(xiàn)在的700kg/t。同時(shí)，韓國(guó)大多數(shù)企業(yè)在對(duì)煤氣進(jìn)行回收利用時(shí)，其燃料比也從以往的780kg/t或850kg/t降低到了現(xiàn)在的700kg/t。

通過(guò)數(shù)據(jù)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(fā)展非高爐煉鐵技術(shù)的探討和分析

針對(duì)現(xiàn)代化的鋼鐵領(lǐng)域而言，非高爐煉鐵技術(shù)已經(jīng)成為人們想要突破和探究的一種較為先進(jìn)的前沿性技術(shù)。從一定程度上講，這種技術(shù)代表了整個(gè)鋼鐵技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。然而，在現(xiàn)實(shí)情況之下，由于某些關(guān)鍵性技術(shù)和機(jī)密性技術(shù)的不足和缺陷，使得非高爐煉鐵技術(shù)還需要持續(xù)不斷的突破和更新。其中，關(guān)鍵性技術(shù)如：第一點(diǎn)，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煤氣，應(yīng)該怎樣對(duì)其進(jìn)行科學(xué)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(guò)程中得到最大限度地降低？第二點(diǎn)，在進(jìn)行普通鐵精礦的生產(chǎn)冶煉時(shí)，怎樣操作或使用，才能使得煉鐵的技術(shù)以及煉鐵的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益得到多重提升和增強(qiáng)。

現(xiàn)階段而言，受能源以及資源等各方面因素約束，我國(guó)煉鐵工藝的主導(dǎo)位置始終由已高爐流程為主的傳統(tǒng)煉鐵工藝占據(jù)。將高爐煉鐵與非高爐煉鐵進(jìn)行對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是生產(chǎn)具體流程中的能源消耗，還是后續(xù)污染物的排放總量，前者都有不同程度的優(yōu)化。尤其是生產(chǎn)規(guī)模、投資成本以及生產(chǎn)成本這三個(gè)方面，前者優(yōu)勢(shì)相當(dāng)顯著。另外，由于我國(guó)針對(duì)產(chǎn)能落后企業(yè)的淘汰力度一直在持續(xù)加大，但又不允許企業(yè)對(duì)鋼鐵產(chǎn)能進(jìn)行擴(kuò)大作業(yè)，所以，我國(guó)鋼鐵企業(yè)只能成為各大落后產(chǎn)能的直接替代品。在這種大環(huán)境下，還是有部分企業(yè)認(rèn)為走非高爐煉鐵的發(fā)展道路是符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中節(jié)能減排理念的正確道路，但是，從實(shí)際情況而言，這是一條行不通的道路。因?yàn)槟壳拔覈?guó)在非高爐煉鐵方面，其技術(shù)完善和提升的空間和幅度都還很大。無(wú)論是要求條件，還是相關(guān)性能，如經(jīng)濟(jì)性、生產(chǎn)規(guī)模、可行性等，都需要不斷經(jīng)過(guò)科學(xué)論證。

4 結(jié)語(yǔ)

能源不僅是推動(dòng)并促進(jìn)現(xiàn)代化社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展的重要因素，還是人類生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要燃料。我國(guó)作為鋼鐵使用和生產(chǎn)的大國(guó)，資源利用的最優(yōu)化，以及廢物排放的最小化、生產(chǎn)成本的最低化是我國(guó)鋼鐵企業(yè)發(fā)展和研究的首要任務(wù)。通過(guò)清晰明了地比較分析，可以明確看出，就目前我國(guó)的鋼鐵冶煉技術(shù)而言，高爐煉鐵技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著，更適合我國(guó)目前的鋼鐵生產(chǎn)實(shí)際。

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