高爐區(qū)段工藝技術(shù)界面熱能工程及優(yōu)化分析

　　[摘 要]高爐區(qū)段界面熱能運(yùn)行主要是要保證穩(wěn)定、高質(zhì)量地提供鐵水，該區(qū)段的界面匹配對(duì)鋼鐵生產(chǎn)流程的動(dòng)態(tài)-有序化運(yùn)行起著重要作用，尤其是對(duì)優(yōu)化鐵水運(yùn)輸節(jié)奏、鐵水入爐溫度起著決定性作用。同時(shí)，高爐區(qū)段工藝技術(shù)界面合理與否對(duì)減少物料、能源消耗及環(huán)境負(fù)荷來說，也具有極其重要的作用。
　　[關(guān)鍵詞]高爐；界面模式；熱能平衡；優(yōu)化
　　中圖分類號(hào)：S873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）24-0052-01
　　高爐區(qū)段工藝技術(shù)界面是指鋼鐵生產(chǎn)中煉鐵、煉鋼間的銜接、匹配、協(xié)調(diào)、緩沖技術(shù)及相應(yīng)的裝置（裝備），包括物質(zhì)流、能量流、溫度及時(shí)間等基本參數(shù)的銜接、匹配、協(xié)調(diào)與穩(wěn)定，也包括工序、裝置、容量、運(yùn)輸、管理等多方面內(nèi)容。高爐區(qū)段工藝技術(shù)界面模式因鐵水預(yù)處理、運(yùn)輸及承載容器不同而呈現(xiàn)多樣性。
　　一、高爐熱平衡原理
　　熱平衡是根據(jù)能量守恒定律，將物料平衡作為基礎(chǔ)來計(jì)算的�，F(xiàn)代高爐熱平衡分析和計(jì)算主要是針對(duì)高爐內(nèi)不同體系能量收入與去向所進(jìn)行的，包括三種熱平衡分析方式。首先為第一總熱平衡分析，根據(jù)蓋斯定律，將進(jìn)入爐內(nèi)物料的最初形態(tài)與出爐的最終形態(tài)為基礎(chǔ)，對(duì)入爐與出爐所帶出熱量進(jìn)行計(jì)算，并計(jì)算燃料實(shí)際額燃燒所產(chǎn)生的熱量。其次為第二總熱平衡分析，根據(jù)高爐內(nèi)實(shí)際的氧化還原反應(yīng)，對(duì)產(chǎn)生與消耗的熱量進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而獲得高爐實(shí)際冶煉熱效應(yīng)。其與第一總熱平衡分析的區(qū)別就在于燃燒放熱、氧化無的分解、還原與脫硫耗熱。另外一種熱平衡分析為區(qū)域熱平衡分析，是以高爐內(nèi)分段反應(yīng)為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)原燃料的質(zhì)量，并判斷爐體狀況，進(jìn)而為改進(jìn)與維護(hù)爐體提供參考。
　　二、現(xiàn)有高爐區(qū)段工藝技術(shù)界面模式
　　國內(nèi)外現(xiàn)有高爐區(qū)段工藝技術(shù)界面主要有以下幾種模式：
　�。�1）高爐鐵水→鐵水包（火車運(yùn)輸）→混鐵爐→兌鐵包→轉(zhuǎn)爐。此模式鐵水經(jīng)2次倒包、4次空冷，混鐵爐設(shè)置不僅增加成本且需補(bǔ)充能量，以保持鐵水溫度，帶來溫降大、鐵損大、能耗大及煙塵污染等問題。
　�。�2）高爐鐵水→鐵水包（汽車運(yùn)輸）→轉(zhuǎn)爐。是“一包到底”的煉鐵-煉鋼界面模式。受鐵包和兌鐵包為同一容器，無預(yù)處理工序。當(dāng)受鐵罐的容量和轉(zhuǎn)爐容量一一對(duì)應(yīng)時(shí)可直接將鐵水兌入轉(zhuǎn)爐，從高爐運(yùn)輸?shù)睫D(zhuǎn)爐的整個(gè)過程中只有2次空冷，入轉(zhuǎn)爐前無倒包的熱量損失；當(dāng)受鐵罐的容量和轉(zhuǎn)爐容量不對(duì)應(yīng)時(shí)須兌鐵，流程中增加了1次空冷和1次倒包，會(huì)多1次倒包熱損。
　　（3）高爐鐵水→魚雷罐（火車運(yùn)輸）→兌鐵包→兌鐵包脫硫→扒渣→轉(zhuǎn)爐。該脫硫模式在兌鐵包中進(jìn)行，脫硫在煉鋼廠內(nèi)轉(zhuǎn)爐垮的脫硫站、扒渣在煉鋼廠內(nèi)轉(zhuǎn)爐垮的扒渣位進(jìn)行。其特點(diǎn)是，魚雷罐的周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短，而兌鐵包的周轉(zhuǎn)時(shí)間延長。此模式有3次空冷，1次倒包。
　�。�4）高爐鐵水→魚雷罐（火車運(yùn)輸）→魚雷罐脫硫→扒渣→兌鐵包→轉(zhuǎn)爐。此模式1次倒包，3次空冷，脫硫在魚雷罐中進(jìn)行，脫硫站位于高爐與轉(zhuǎn)爐之間。設(shè)置不僅增加成本且需補(bǔ)充能量，以保持鐵水溫度，帶來溫降大、鐵損大、能耗大及煙塵污染等問題。
　　（5）高爐→鐵水溝脫硅→魚雷罐→扒渣→魚雷罐同時(shí)“三脫”→扒渣→兌鐵包→轉(zhuǎn)爐。此模式把脫硅單獨(dú)分離出來在高爐出鐵場(chǎng)或受鐵罐內(nèi)進(jìn)行處理，脫硫和脫磷同時(shí)進(jìn)行，轉(zhuǎn)爐的冶煉功能主要是快速脫碳升溫，效果比模式4要好。
　�。�6）高爐→鐵水溝脫硅→魚雷罐→扒渣→魚雷罐脫硫→扒渣→兌鐵包→轉(zhuǎn)爐脫磷→脫碳轉(zhuǎn)爐。此種模式實(shí)現(xiàn)了“分工序精煉”的理念，把脫硅、脫硫、脫磷分開，為每一個(gè)冶金反應(yīng)分別創(chuàng)造了最適宜的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。由于脫硫、脫磷、脫碳升溫的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件明顯改善，造渣劑消耗量大幅度下降，處理過程時(shí)間大為縮短，處理效果將明顯提高。
　　三、高爐區(qū)段工藝技術(shù)界面熱能節(jié)能優(yōu)化措施
　　3.1 優(yōu)化爐內(nèi)煤氣流速與分布
　　煤氣內(nèi)部傳遞給爐內(nèi)的熱量與煤氣內(nèi)部的流速以及氣體內(nèi)部的分布情況存在著直接關(guān)系。當(dāng)煤氣量越大時(shí)，爐內(nèi)的煤氣流速將增加，熱交換量將增加，這時(shí)爐料的吸熱能力也增強(qiáng)，但是爐內(nèi)頂部溫度的數(shù)值變化也增加，煤氣帶走的熱量損失也增大。所以，煤氣含量以及流速之間存在著一個(gè)最優(yōu)值。通過使用高壓以及超高壓的操作方式，增加爐內(nèi)邊緣的礦焦比，將能夠有效的提高高爐的熱交換效率，同時(shí)降低煤氣帶走的熱量，減少由此帶來的熱量損失。
　　對(duì)于高爐的爐墻處，當(dāng)煤氣量越少時(shí)，煤氣的流速就越低，這時(shí)熱交換量就越少，爐內(nèi)的熱負(fù)荷量將下降，所造成的熱損失將減少。所以，可以在此處采用分裝多環(huán)布料的方式來提高高爐的邊沿礦焦比。不但能夠減少煤氣量，而且還能夠降低煤氣的流速，提高煤氣與內(nèi)部爐料的接觸時(shí)間。
　　3.2 提高爐料的熱傳導(dǎo)性能
　　高爐內(nèi)爐料導(dǎo)熱性能較好時(shí)有利于改善爐內(nèi)煤氣的熱傳導(dǎo)性能，同時(shí)能夠提高爐內(nèi)的熱交換量，減少帶走的熱量與熱損失。為此，可采用提高礦石的還原性、增加預(yù)還原料的用量等方式來達(dá)到改善爐料導(dǎo)熱性能得到目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱交換量的增加，降低爐頂溫度。由于爐墻的導(dǎo)熱系數(shù)越低，高爐與外界熱量交換越少，因此要保證高爐渣皮與爐墻熱面的隔熱性能與穩(wěn)定性。
　　3.3 采用富氧噴煤技術(shù)
　　在高爐生產(chǎn)中，可采用富氧噴煤技術(shù)，經(jīng)計(jì)算，富氧率提高1%，并將噴煤量增加到12-13kg/t（煙煤增加量為17-23kg/t），能夠顯著的降低焦比。在高爐生產(chǎn)中采用干熄焦時(shí)，將使入爐焦炭含水量降低至1%左右，焦比則降低2%，不僅能夠提高冶煉的熱效率，同時(shí)能夠增加經(jīng)濟(jì)效益。
　　3.4 荒煤氣管道外保溫
　　在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在其他條件不變的條件下，TRT發(fā)電量與入口溫度呈正比，當(dāng)入口溫度降低10℃，工況煤氣體積就能夠減少2.31%，噸煤發(fā)電量則減少1.25千瓦時(shí)。大高爐因荒煤氣管道散熱面積大，布袋荒煤氣入口溫度和高爐頂溫之間具有20-30℃的溫降，而荒煤氣管道外表面則比環(huán)境溫度高30℃。局部采用管道外保溫則能夠使管道表面溫度與環(huán)境溫度的溫差低于5℃，根據(jù)其外保溫效果來看，將荒煤氣管道均采用外保溫，可將煤氣入口處溫度與高爐頂溫度的溫差控制在8℃以內(nèi)，并將TRT入口煤氣溫度提高12℃以上。
　　3.5 充分回收高爐渣熱量
　　高爐渣損失的熱量是非常大的，目前進(jìn)行高爐渣回收的有效方式主要包括了兩種，一是沖渣水余熱回收，二是高爐渣顯熱回收。采用沖渣水余熱回收技術(shù)是比較成熟的一種高爐渣回收技術(shù)，能夠用于供暖與加熱飲水水源。其中渣水余熱采暖技術(shù)，就具有較好的應(yīng)用效果，同時(shí)可對(duì)高爐渣進(jìn)行干式粒化處理，主要方式包括兩種，即普通式與流化床式。
　　3.6 對(duì)高爐煤氣、熱風(fēng)爐余熱余壓進(jìn)行回收
　　高爐熱風(fēng)爐在換爐時(shí)均將熱風(fēng)爐內(nèi)高壓和高溫氣體排放到煙道，然后經(jīng)大煙囪排空，這不僅在排放的過程中產(chǎn)生噪音，同時(shí)也造成了高溫、高壓氣體的浪費(fèi)。為此，可采用相應(yīng)的熱風(fēng)爐余熱余壓回收技術(shù)。而對(duì)高爐煤氣余熱利用主要是轉(zhuǎn)成富熱煤氣，或者利用煤氣中的CO制成草酸、炭黑的化工產(chǎn)品；對(duì)爐頂一次、二次均壓放散的煤氣進(jìn)行回收等。此外可采用TRT工藝?yán)�用爐頂高壓余壓進(jìn)行發(fā)電。
　　四、結(jié)語
　　高爐區(qū)段是鋼鐵生產(chǎn)流程中物質(zhì)流輸入輸出種類和量最多的區(qū)段，同時(shí)又是聯(lián)接高溫物質(zhì)流運(yùn)行的重要區(qū)段。對(duì)區(qū)段物質(zhì)流運(yùn)行及熱能利用進(jìn)行優(yōu)化，尤其是鐵水輸送與處理過程的優(yōu)化是影響鐵水預(yù)處理鐵水到站溫度和轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏的重要因素。經(jīng)高爐熱平衡分析發(fā)現(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)煉鐵工藝節(jié)能中，其主要方向?yàn)闇p少一次能源的消耗和加強(qiáng)二次能源的回收與利用，即在減少能源消耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)余熱、余壓的回收利用，進(jìn)而提高冶煉企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
　　參考文獻(xiàn)
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　　[2] 劉娟利.高爐熱平衡分析煉鐵工藝的節(jié)能方向[J].科技傳播，2014（11）.

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