铸造高炉节能减排技术措施

高炉节能

铸造高炉节能减排技术措施

王维兴(中国金属学会)

一.国家标准:

1.,2008年6月1日国家开始实施GB21256-2007<粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额>

注:电力折标准煤系数采用等价值0.404kgce/(kw.h).

2,2008年8月1日国家开始实施HJ/T427-2008<清洁生产标准 钢铁行业(高炉炼铁).文本分三个挡次.一为国际先进水平,而为国内先进水平,三为国内基本水平.(详见文本).

3.2008年7月1日国家开始实施GB50427-2008<高炉炼铁工艺设计规范>.文本对炼铁原料,燃料和技术指标,能源和资源利用,热风炉,高炉煤气净化及煤气余压发电,喷吹煤粉及富氧,环境保护等方面均有具体要求. (详见文本). 二.中国重点钢铁企业能耗情况

2010年首季全国重点钢铁企业产钢1.30亿吨,比去年同期增22.43%;生铁产量为1.23亿吨,比去年同期增长21.45%:钢材产量1.21亿吨,比去年同期增长25.15%.各工序能耗也均有所不同程度

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变化,详见表1.

从上表可看出, 2010年首季全国重点钢铁企业吨钢综合能耗,烧结,高炉,转炉, 轧钢工序能耗得到下降.这是节能工作所取得的成绩.企业节能工作发展不平衡, 落后值与先进值差距较大.说明钢铁工业还有节能潜力.

2010年首季全国重点钢铁企业钢产量增长22.43%,总能耗增长15.2%.能耗增幅低于钢产量增幅7.23%,是钢铁企业节能的成绩.数据表明,近两年我国钢铁企业节能工作不断取得新进展. 1. 炼铁工序能耗述评

2010年首季全国重点钢铁企业炼铁工序能耗为411.98kgce/t,比上年降低2.5%.指标较好的企业是: 新余358.73 kgce/t,西林365.11kgce/t, 涟钢365.36kgce/t, 太钢371.11, kgce/t, 宣钢372.12 kgce/t, 邯钢374.96kgce/t, 国丰375.63 kgce/t, 杭钢383.26kgce/t, 安钢385.95kgce/t. 莱钢387.57kgce/t, 河北敬

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业386.89kgce/t. 石钢386.97kgce/t,凌钢390.94kgce/t.

高炉炼铁所需的能量有78%来自炭素(焦炭和煤粉),18%来自热风,3%是炉料化学热.所以说,降低炼铁工序能耗工作重点是降低炼铁燃料比(焦炭,小块焦比和煤粉).

2010年首季全国重点钢铁企业炼铁燃料比为519kg/t(没有包括小块焦比), 比上年降低2 kg/t. 燃料比较低的企业有:宝钢470 kg/t,新冶钢474 kg/t,青钢 482 kg/t,沙钢 483 kg/t,马钢股份484 kg/t,首钢 486 kg/t,韶钢 487 kg/t,邯钢488 kg/t,本钢 489 kg/t,太钢和邢钢均为 496 kg/t,通钢 497 kg/t,鞍钢502 kg/t,唐钢,三钢和西林均为503 kg/t.

高炉热风温度为1161℃, 比上年升高6℃. 入炉矿含铁品位为57.47%,比上年升高0.05%.

焦炭质量得到改善:M40为84.40%,比上年升高0.24%.焦炭M10为6.72%,比上年降低0.02%.焦炭硫份为0.71%,比上年降低0.01%.

烧结矿质量也得到改善:转鼓强度为77.89%,比上年升高3.92%,烧结矿含铁品位为55.66%,比上年升高0.05%.

上述炼铁条件的改善,均有利于炼铁工序能耗的降低. 2010年首季与2009年相比,全国重点钢铁企业中典型炼铁企业情

况见表2.

表2 2010年首季典型炼铁企业情况

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的提高对低

炼铁工序能耗是起关键作用. 风温提高100℃,可降低炼铁燃料比15kg/t. 风温是用45%高炉煤气换来的,是廉价的能源. 炼铁企业应在努力提高风温上下功夫,热风炉要实现寿命大于20年. 实现长效节能机制.

2.炼铁企业节能技术措施 ⑴.管理节能技术措施 · 企业主要领导重视节能工作

钢铁企业的节能管理工作是一个手把手工程。一把手要抓的工作，领导班子就会积极协调配合，有力地促进企业节能工作的进展。

· 企业节能降耗工作要开展全员动员，成为全员的自觉行动。制订相应的节能奖惩规章制度，充分调动全员对节能工作的积极性、创造性、主动性，约束性,拓展企业的节能成果。

·制订企业节能工作的长效机制，不断推进节能工作向深层次方向发展。

随着科学技术进步的不断发展，企业要不断吸取、引进、消化、创新冶金科技新成果，不断修订本企业各项用能、节能指标，采取有效措施，提升企业技术创新能力，追求高层次的节能工作目

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标。

·节能管理工作要从源头抓起。工作重点是努力实现企业的减量化用能，体现出节能优先工作步骤。炼铁企业节能管理工作的重点是努力降低能源亏损和降低燃料比.

·改变一些企业能源管理工作是秋后算账的工作状态，进入预案制管理，超前管理阶段,进行能源优化配置.

一些企业的能源管理工作，只是收集企业的能源数据，进行打印，上报。这只体现出是秋收。对数据进行整理分析，才进入秋后算账阶段。预案制管理节能，就是要对春天播种什么，怎么播种进行可行性研究，优选出最佳方案，进行播种。并且在植物生产过程中要加强管理（也就是实现节能管理是在线的）。 ·建立企业节能管理工作的提醒制度

一般钢铁企业节能工作方式为秋后算账式，年终算账时，对出现用能超标单位要进行惩罚。这样做，可起到一定作用。但对受罚单位来讲，只能是为时已晚的报告，损失已过去了。提醒制度就是在每个月、每季、上半年要对下属用能单位出现超标现象进行告知，提醒有关单位领导重视，及时牟取相关措施，减少损失。这体现出企业的节能管理制度是以教育帮助为主，以惩罚为辅的工作手法。

⑵结构节能技术措施

调整钢铁工业生产工艺结构，用能结构，优化生产流程可以产生节能的效果。上世纪90年代，冶金工业部提出了钢铁工业

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发展的三个重大技术路线。一是以发展连铸为中心，带动钢铁工业的结构优化；二是提高高炉炼铁喷煤比，促进炼铁系统的结构优化；三是促进轧钢工序生产的紧凑化、连续化、一火成材，提升轧钢生产技术水平。上述三大技术路线均能体现出钢铁工业结构节能的作用。钢铁工业结构节能的内容如下：

·.提高高炉炼铁喷煤比，优化钢铁工业用煤结构，可以实现结构节能

炼焦要使用50%以上的主焦煤配煤，以确保冶金焦炭质量满足高炉炼铁的需求。我国主焦煤储量短缺（占25%），且价格昂贵。高炉喷吹煤粉的煤种广泛，可以不用主焦煤。提高喷煤比，可以有效地缓解我国主焦煤的短缺，而且大大降低了钢铁企业购煤成本。

2008年我国重点钢铁企业焦化工序能耗为119.97kgce/t，而喷煤工序能耗仅为20～35kgce/t。高炉喷吹1吨煤粉，代替1吨焦炭，炼铁系统就可以降低能耗约100kgce/t。同时煤粉的价格要比焦炭低500-1000元/t左右，多喷煤，可以有效地降低高炉炼铁的生产成本。钢铁企业多喷煤，少用焦炭，就可以少生产焦炭，减少了炼焦过程对环境的污染。

钢铁企业新建高炉或对高炉扩容计划时，如能提高喷煤比，就可以有效地减少对焦化厂的投资。因为喷煤车间的单位投资仅是焦化厂单位投资的12%～16%。

·.优化高炉炼铁炉料结构，多使用球团矿，可以实现结构节能

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烧结工序能耗在55kgce/t左右，球团工序能耗为31kgce/t，多使用1吨球团矿，少用烧结矿，可以给炼铁系统节能24kgce/t左右的能耗。

球团矿含铁品位一般要比烧结矿高5%左右。高炉炼铁入炉矿含铁品位每升高1%，可以降低炼铁焦比1.5%，提高产量2.5%，吨铁渣量减少30Kg，高炉允许多喷煤粉15Kg/t。所以说，高炉炼铁多使用球团矿是会有多方面的节能效果。

近年来，我国钢铁企业大力发展球团生产技术。自首钢开发成功链篦机——回转窑生产球团工艺、技术装备以来，我国已建成50多条生产线。全国生产球团能力已超过了1亿吨，使用链篦机——回转窑工艺技术生产的球团矿产量占全国球团矿总产量的57%以上。这是我国生产球团技术发展的新历程碑。因为，链篦机——回转窑所生产的球团工艺能耗和产品质量上均优于竖炉。这个发展的态势，有效地促进我国高炉炼铁的技术进步和节能减排工作的进展。 ⑶.技术节能技术措施

采用先进的工艺、技术、装备、淘汰落后，可以促进节能工作。这里只介绍几项关键节能技术，详细的炼铁专业技术节能内容如下表2：

表2 影响炼铁燃料比变化（焦比+煤比+焦丁）因素

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2010年首季高炉热风温度较高的企业有：太钢1216℃、鞍钢1180℃、宝钢集团1216℃、三明1186℃、攀钢1198℃、津西1177℃、长治1177℃。2010年首季重点企业中有41个企业的热风温度得到提高，提高幅度较大的企业有：韶钢升高56℃、涟钢升高40℃、承钢升高57℃、天津钢管升高170℃、兴澄升高66℃、 本钢升高50℃、新余为65℃,重钢为90℃。这是燃料比下降的重要因素,也是我国炼铁技术水平提高的体现.目前，我国炼铁技术指标与国际先进水平相比，差距最大的地方就是热风温度偏低，相差100～120℃。风温升高100℃，可降低炼铁燃料比15 Kg/t左右,风口前理论燃烧温度升高60度,允许多喷煤粉30 kg/t。热风温度是由45%的高炉煤气燃烧获得的，所以说热风温度是廉价的能源。充分使用好高炉煤气也体现出企业能源利用效率的提高.热风炉的寿命应在25年左右,要采购高质量的耐火砖,采用先进设计和操作技术。

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2.提高热风温度的技术措施是： 热风炉栱顶采用耐高温的硅砖

使用蓄热式燃烧技术，对空气和煤气进行双预热。也可配加转炉煤气，提高发热值。

热风炉栱顶温度不要超过1420℃，减少NOx物的产生，不会对钢板有晶界腐蚀，提高热风炉寿命。

热风炉栱顶温度在送风和烧炉时的温差要小于100-150℃，相应送风时间要控制在40-60分钟以内。使热风炉栱顶硅砖减少裂纹破损。

进行脱湿鼓风，将风中含水由10%左右降到6%左右。风中降低1kg/m3可使风温提高9℃。

送风系统（包括火管，弯头，短管，热风杠，热风阀，喷吹管等）均要能经受了高风温和长期工作的考验。

热风炉使用多孔格子砖（19孔）增加蓄热面积。对格子砖进行浸泡有吸热作用的涂料（济南惠敏科技公司有），可提高热风温度，又节能效果。

优化热风炉燃烧技术（福建天硕公司开发成功，在宝钢不锈钢公司，济钢等企业应用取得好效果），可提高风温15-30℃。

提高热风炉废气温度（350-450℃），使格子砖提高蓄热量，促进风温的提高。热风炉的痹子要用耐高温的高Cr铸铁。高温废气可用于喷吹煤脱湿和热风炉的双预热。总体能源利用效率不低。

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优化热风炉设计，热风炉栱顶砖不要放在大墙上，大墙砖在膨胀时不会破坏栱顶砖，实现热风炉寿命大于20-25年。

热风炉能有高风温，但高炉用不上去。主要原因是没有解决好高风温会造成炉缸理论燃烧温度过高（高炉正常生产缸理论燃烧温度为2200±50℃）的问题。提高喷煤比是使用高风温的有效措施。刚开炉的高炉可喷蒸气，可实现节焦增产的好效果。

目前,一些热风炉风温低,是因为管理理念的缺失.表现在为节省投资,购买劣质耐火砖,或保存不好(雨淋,掉角,裂纹等),以及砌筑质量不高, 热风炉操作不当等原因,均会造成热风炉寿命低和风温低.这些问题要通过加强管理,算好技术与经济帐.20年的低风温,使高炉焦比升高的代价,远大于购买劣质耐火砖所省下的钱.

3.坚持高炉炼铁以精料为基础的方针

2010年首季重点企业炼铁工序能耗为411.98 kgce/t，比去年下降2.5%，扭转了能耗上升的态势。其主要原因是由于炼铁原燃料质量得到改善，特别是焦碳质量的改善对于高喷煤比的高炉的作用十分明显。炼铁学理论和高炉生产实践表明，精料技术水平对炼铁生产指标的影响率在70%左右。2009年上半年重点企业焦碳质量与高炉指标情况见表3。

表3 重点钢铁企业焦碳质量和高炉指标变化情况

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2010年首季炼铁燃料比和工序能耗的降低，主要是焦炭质量得到改善和热风温度提高所起到的作用。因为同期高炉入炉铁品位降低1.10%，给炼铁是带来了负面影响。对于中小高炉来讲，降低利用系数是个好事。因为高炉进行中等冶炼强度操作,可以实现最佳技术指标.中小高炉采用大风量，高冶炼强度，实现高利用系数的操作方针是不科学的。炼铁学理论是：利用系数=冶炼强度÷燃料比。采用降低燃料比来实现高利用系数是科学的炼铁方针。中小高炉进行大风量操作，必然造成吨铁风耗高（一般在1200m/t左右。鼓风机产生1m风要消耗0.85kgce/m的能量。宝钢,太钢大高炉吨铁风耗在950 m/t左右。）这就是中小高炉能耗高于大型高炉的主要原因之一。

是市场经济不规范条件条件下，一些煤炭供应商（包括国外）所供应的炼焦煤为混合煤。所购买的煤不完全是主焦煤，造成焦炭质量下降。所以，我们提倡用煤炭学的理论，分析出煤的G值，Y值，反射率等指标，来判断所购买的煤种，来决定配备煤的数据。这是当前焦化厂应关注的问题。

M10是焦炭的抗碎指标，其数值变化时高炉炼铁的影响比其他指标要厉害。M10下降0.2%，炼铁燃料比可下降7kg/t。M10指标越低越好，它是衡量焦炭在高炉内破碎程度的量化指标，它不但影响高炉内燃料的透气程度，而且还是描述炉料在炉内存在空间

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系数的指标。炉料之间的空间系数大，可以使炉料的煤气阻力小，允许多喷煤；休风后的高炉好恢复风量。

精料技术的核心是要求入炉矿品位要高。但是，当前全世界的矿石品位是呈下降的趋势，国内企业采购矿石时已不完全追求高品位。目前，影响我国高炉生产的最大因素是原燃料质量不稳定，特别是在高冶炼强度条件下,更要稳定的原料质量条件,才能保证高炉生产稳定顺行.稳定是高炉生产的灵魂，只有稳定才会有高产低能耗。烧结矿设计规范要求是：铁品位波动±≤0.5%，碱度波动±≤0.05（倍）。不少炼铁厂满足不了上述条件。我们应为之努力。这些能耗水平较低的企业，高炉用的原燃料质量是比较好的。如太钢焦炭M40为89.66%，M10为5.27%,灰份为11.91%，硫份为0.62%。

精料技术的内容

·精料技术水平对高炉炼铁技经指标的影响率在70%，其中焦炭质量的影响占30%左右，高炉操作占10%,企业管理水平占10%,设备运行状态占5%,外界因素(动力,上下工序,运输,供应等) 占5%. ·精料技术的内涵

精料技术的内容有：高、熟、稳、均、小、净,少,好八个方面 ⑴.高：入炉矿含铁品位高，原燃料转鼓指数高，烧结矿碱度高 ·品位高是精料的核心。作用：品位升高1%，焦比降1.5%，产量增2.5%,吨铁渣量减少30公斤,允许多喷煤粉15公斤.

高炉入炉矿品位最高企业：宝钢60.19，广钢59.93%，鞍钢

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59.76%。

·焦炭转鼓指数要求:大高炉M40>86-88%, CRI <26%, CSR >66%.1000-2000M3高炉, CRI <30%, CSR >60%;中小大高炉M40>80-84%,M10<7%.

烧结矿转鼓指数:1000 M3以下高炉>68%.2000 M3高炉>72%,3000 M3高炉>76%,4000 M3以上高炉>78%. 2009年前三季转鼓指数最高：

烧结矿：新抚钢85.61，广钢82.80，酒钢 82.08

焦炭:M40 宝钢87.81，马钢89.09，太钢 89.42,韶钢88.11,莱钢87.84

M10太钢5.33, 韶钢5.66,冶钢5.64马钢5.71,萍钢5.89,新兴铸管5.96

球团矿:邯钢96.73,沙钢96.60,抚钢95.80,柳钢95.56,峨口铁矿95.55,吉林钢铁95.52.宣钢95.00.

·烧结矿碱度在1.8-2.0(倍)为高碱度烧结矿, 高碱度烧结矿转鼓指数高,还原度高.

烧结矿碱度最高:川威2.576,成钢2.317,达钢2.252,攀钢2.210,永钢2.190,锡兴2,137,柳钢2.131,马钢2.132，凌钢 2.2.094，鞍钢 2.092.

⑵熟：烧结矿球团矿称为熟料. 熟料比是指烧结矿加球团矿占入炉料的比例

目前，不追求高熟料比,但建议熟料比不低于80%,因熟料比下降

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1%,焦比会升高2~3kg/t。

2007年上半年全国重点企业熟料比为92.48%，宝钢为81.42，海鑫为76.32，鞍钢为 97.21，首钢为83.05，莱钢为91.55，三明为 96.88，邯钢为87.96。

⑶.稳：原燃料化学成分和物理性能要稳，波动范围要小: 原燃料供应量要稳定。

要求：<烧结厂设计规范>要求烧结矿的品位波动<0.5%，碱度波动<0.05(倍),合格率要大于90%.

原燃料波动的 影响：品位波动1%，产量影响3.9~9.7%，焦比2.5~4.6%，

碱度波动0.1，产量影响2~4%，焦比1.2~2.0%。 目前，我国高炉生产中存在的最大问题是原燃料成分波动大。 ⑷.均：入炉原燃料粒度要均匀

作用：粒度均匀会提高炉料透气性(不同粒度的原燃料同时装入高炉有填充作用)，提高矿石间接还原度，炉料的填充作用，使孔隙度减少。粒度均匀会节焦增产。 ⑸小：是指原燃料粒度要小

烧结25~40mm，焦炭25~45mm，球团8~15mm，块矿8~30mm。小高炉可取下线值.

⑹.净：要筛除小于5mm的粉末

入炉原燃料粒度 要求：<5mm的比例要小于5%， 5~15mm的比例要小于30%，

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实现上述要求 焦比下降0.5%，产量增加0.4~1.0%。 <5mm含量从4%升到11%，煤气阻力由1.6升到2.9， 焦比升高1.6kg/t。

⑺.少：含有害杂质少 S≤4kg/t,

P≤0.2kg/t ,Cu≤0.2kg/t ,Pb≤0.15kg/t,cl-≤0.6kg/t, Zn≤0.15kg/t ,As≤0.1kg/t ,K2O+N20≤3.0kg/t.

焦炭灰份中含有K2O+Na20要少，煤中灰份中K2O+N20含量要小于2.0%。

⑻.好：铁矿石冶金性能好

·铁矿石还原性好：还原度要大于60%

·低温还原分化率低：每升高5%，产量下降1.5% ·荷重软化温度高,,要大于己于1300度, ·铁矿石滴熔温度高

·铁矿融化区间窄,在100-150度 三.高炉操作技术节能内容

1. 提高煤气中CO2含量.高炉煤气CO2含量提高0.5%,可降低燃料比10kg/t.

主要是通过提高布料水平获得的.无料钟炉顶设备布料要有10-12圈,有5-7个挡位.炉顶中心温度在500℃左右,边缘为100-150℃左右.煤气五点分析呈双峰型.风口直径要小,风速高,能吹透炉缸中心.

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2. 降低生铁含硅量. 生铁含硅降低0.1%,可降低燃料比4-5 kg/t. 生产铸造铁的高炉要控制好硅的含量,以取得最好的节能效果.

3. 提高炉顶煤气压力. 炉顶煤气压力提高10 Kpa,可降低燃料比3%-5%.

小高炉一般顶压比较低.但是新兴铸管的196 M3高炉顶压为120KPa, 燃料比为537kg/t.宣钢300M3高炉顶压为111 Kpa, 燃料比为592kg/t.芜湖360 M3高炉顶压为118 Kpa,燃料比为512kg/t.

四.焦炭质量对节能有重大影响

表4 焦炭质量变化对高炉指标的影响

提高焦炭质量的主要办法是：

增加主焦煤的配比，优化配煤结构，提高备煤工艺技术水平（捣固，脱湿，硬质煤单独细破碎，型煤等），延长焦炉结焦时间，闷炉，干法熄焦（或少水，滴水熄焦），喷撒CaCl(有副作用：

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腐蚀煤气管道，高炉TRT页片易结白色晶体，Cl-是烧结生产过程中产生二恶英的主要原因).鞍山焦耐院开发成功炼焦煤不同配比的焦炭质量预报软件。

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