降低高炉炼铁工序能耗的措施.doc

毕业论文
降低高炉炼铁工序能耗的措施

1.1炼铁工业的发展
20世纪50年代，人们对高炉冶炼提出了以原料为基础，采用大风量、高温等技术手段的操作方针，使炼铁技术有了新的进步。1959年我国太钢、本钢高炉突破中等冶炼强度的制约，把冶炼强度提高到1.1～1.3t焦/（m3.d），开创了世界高冶炼强度的先例，并在此基础上总结出高炉强化理论（吹透强化，上下部调剂），促进了高炉炼铁学的发展。
20世纪70年代以来，高炉炼铁技术朝着大型、高产、优质、低耗、长寿、清洁的方向发展。各项经济技术指标有明显提高，入炉综合焦比510～540kg/t铁，个别高炉降至480kg/t铁以下，达到世界先进水平。
1.2降低能耗的理论根据
众所周知，高炉冶炼产量与消耗的三个重要指标—效容积利用系数（ηv）、冶炼强度（I）和焦比（K）之间有着如下关系：
ηv=I/K
显然，利用系数的提高，也即高炉产量的增加，存在着四种途径：（1）冶炼强度保持不变，不断地降低焦比；（2）焦比保持不变，冶炼强度逐步提高；（3）随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所下降；（4）随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶炼强度增长的幅度大。在高炉炼铁的发展史上，这四种途径都被应用过，应当指出在最后一种情况下，产量增长很少，而且是在牺牲昂贵的焦炭的消耗中取得的，一旦在冶炼强度提高的过程中，焦比升高的速率超过冶炼强度提高的速率，则产量不但得不到增加，反而会降低。因此，冶炼强度对焦比的影响，成为高炉冶炼增产的关键。
在高炉冶炼的技术发展过程中，人们通过研究总结出冶炼强度与焦比的关系，在一定的冶炼条件下，存在着一个与最低焦比相对应的最合适的冶炼强度I适。当冶炼强度低于或高于I适时，焦比将升高，而产量稍迟后，开始逐渐降低。这种规律反映了高炉内煤气和炉料两流股间的复杂传热、传质现象。在冶炼强度很低时，风量及相应产生的煤气量均小，流速低，动压头很小，造成煤气沿炉子截面分布极不均匀，表现为边缘气流过分发展，煤气与矿石不能很好地接触，结果煤气的热能和化学能不能得到充分利用，炉顶煤气中CO2含量低，温度高，而进入高温区的炉料因还原不充分，直接还原发展，消耗了大量宝贵的高温热量，因此焦比很高。随着冶炼强度的提高，风量、煤气量相应增加，煤气的速度也增大，从而改变了煤气流的流动状态，由层流转为湍流，风口前循环区的出现，大大改善了煤气流分布和煤气与炉料之间的接触，煤气流的热能和化学能利用改善，间接还原的发展减少了下部高温区热量的消耗，从而焦比明显下降，直到与最适宜冶炼强度I适相对应的最低焦比值。之后冶炼强度继续提高，煤气量的增加进一步提高了煤气流速，这将带来叠加性的煤气流分布，导致中心过吹或管道行程，在煤气流速过大时，它的压头损失可变得与炉料的有效质量相等或超过有效质量，炉料就停止下降而出现悬料。所有这些将引起还原过程恶化，炉顶煤气温度升高，炉况恶化，最终表现为焦比升高。
针对具体生产条件，确定与最低焦比相适应的冶炼强度，使高炉顺行，稳定地高产。然而高炉的冶炼条件是可以改变的，随着技术的进步，例如加强原料准备，采取合理的炉料结构，提高炉顶煤气压力，使用综合鼓风，改造设备等，高炉操作条件大大改善。与改善了的条件相应的冶炼强度可以进一步提高，而焦比不会提高，相反与之相对应的最低焦比也进一步提高，这就是世界各国几十年来冶炼强度不断提高，焦比也降低的原因。但是，在任何生产技术水平上，当冶炼条件一定时，冶炼强度I与焦比K之间始终保持着极值关系，决不可以得出产量是与冶炼强度成正比地增长的简单结论，而盲目追求高冶炼强度。超越冶炼条件允许的过高冶炼强度将使焦比大幅上升。上述有关高炉冶炼重要技术指标ηKI间的关系还未解决经济效益最佳的冶炼强度问题。在对钢铁的需求大于供给的条件下，实践表明，尽管焦比的消耗对生铁成本有着很大影响，但在一定的操作情况下，产品的最低成本并不是在最低焦比相对应的冶炼强度下，而是在略高的情况下取得的。所以出现这种情况，是因为最高产量是在比最低焦比相对应的冶炼强度稍高的情况下达到的。随着产量的提高，单位生铁成本中不随时间变化的费用总和不断降低。在K=f(I)曲线的最低值附近，随着冶炼强度的提高，焦比上升的较缓慢，在这个区域内多消耗焦炭的费用能被节省下的加工费用全部补偿，而且还有富余。实践还表明，经济上最合算的产量，并不是生铁成本最低时的产量，而是略高于这个最低产量。
1.3降低工序能耗主攻方向
由于焦炭资源的缺乏和日益减少，焦炭价格逐年上涨，节约焦炭以成为降低工序能耗主攻方向。而节约焦炭实际就是降低焦比。
焦比既是消耗指标又是重要的技术经济指标，是指冶炼单位生铁所消耗的干焦量，kg/t。降低焦比的措施有多种，包括改善原、燃料质量和高炉冶炼过程，降低焦比；从风口喷吹辅助燃料，代替部分焦炭；寻求