文章摘要：高炉炼铁具有工艺流程简单、生产效率高的优点，是一种应用最广泛的炼铁技术，但炼铁过程中需要消耗大量的能源。随着全球钢铁工业竞争的加剧，如何减少在炼铁过程中的能源消耗，提高炼铁的经济性便成了钢铁企业必须认真考虑的问题。于是从冶炼前端、中端、后端三个阶段入手，提出了高炉炼铁节能减排的措施，为优化钢铁冶炼工艺，提高钢铁冶炼经济性和市场竞争力奠定了基础。
引言
随着工业化进程的不断加速，钢铁冶炼规模不断扩大，在全球节能、环保要求不断提升的背景下，传统高耗能、高污染的钢铁冶炼工艺已经无法满足生产需求。因此必须针对钢铁冶炼过程进行技术创新，引进高效节能减排技术，降低在钢铁冶炼过程中的能量消耗[1]。
根据钢铁冶炼的过程，将其分为冶炼前期、冶炼中期及冶炼后期三个阶段，在冶炼前期主要通过控制精料度提升、控制入炉粉末率、改用质量高的焦炭等实现节能；在冶炼中期则通过采用均压放散煤气回收节能技术、加压热风炉烟道废气处理、煤气干法布袋除尘技术来实现节能；在冶炼后期则通过高炉冲渣热水余热回收技术来实现节能。根据实际应用该组合式的节能方案能够较好地解决高炉炼铁过程中能量消耗大、经济性差的不足，为进一步优化炼铁工艺，提升炼铁经济性奠定了基础。
1. 冶炼前端节能降耗措施
1.1精料度提升
精料是高炉强化的基础，高炉冶炼必须将精料放到首位。目前多数企业炼铁时所采用的铁矿石品位较低，导致在冶炼过程中的渣铁比和热量消耗较多，冶炼后端冶炼质量也难以受控。因此改善入料矿石的品位，以含铁量较多的澳系粉矿替代品位较低的杂矿球团矿，也可以采用中信泰富特钢集团的矿石[2]，其品位可以保持在62.7%左右。在采用品位较高的矿石后，在冶炼过程中的渣铁比由优化前的337kg/t降低到了目前的320kg/t，反应过程中的热量消耗也得到了降低。
1.2入炉粉末控制
入炉粉末控制主要是要强化原燃料的筛分工作，要保证原燃料在送进高炉矿槽之前进行充分的筛分，严格控制原燃料的筛分速度，在保证供料能力的前提下尽量要增加矿槽的筛分备料时间。为了提高筛分的均匀性，可以利用给料机向振动筛进行送料，提升筛面的利用率。同时根据块矿湿度的不同对其进行分级，湿度较大的块矿应先进行烘干，使块矿内的含水量低于10%，然后再进行筛分。在对块矿筛分的时候需要将振动筛的筛板由双层棒条改为单层棒条，提升对块矿的筛分效果。
1.3焦炭质量改善
焦炭是高炉炼铁的关键燃料，随着冶炼技术的进步，喷煤量逐步增加，而焦比则逐步降低，因此焦炭作为料柱骨架的作用日益突出。目前主焦煤+肥煤的质量配比一般维持在67∶100左右，焦炭的CSR维持在66%，焦比较高，在冶炼时的消耗量也较多。在进行大量试验对比后将主焦煤+肥煤的质量配比调整为71∶100，能够提高焦炭燃烧比，提高燃料的利用效率。
2. 炼铁过程中的节能技术
2.1均压放散煤气回收节能技术
在炼铁的过程中，铁矿石和焦炭是从高炉的顶部装料的，此时承载铁矿石的熔炼容器是处于高温和高压的状态，而铁矿石和焦炭在装入炉顶之前是处于常温常压状态。当炉料被转运到炉顶后，称重罐先把铁矿石和焦炭混合物的压力释放，然后再把混合物装入到高炉内。在整个操作的过程中，高炉煤气会排入空气内，导致车间内的一氧化碳等有毒气体含量现在升高，同时伴有大量的烟尘及热量耗散。根据统计每添加一次的热量损失达到了4000kJ/m3。
因此提出了一种新的均压放散煤气回收技术，从而提高热量的利用率。新的均压放散煤气回收设备结构如图1所示。
由图1可知，该煤气回收装置包括燃烧排放方式及回收入管网方式。被回收到管网内的煤气均可作为新能源进行二次利用。而且在从炉顶装料的时候，燃气管网内的的压力只有9kPa，因此大量的高炉称料罐中还存在着大量的煤气。此时可以打开系统中的抽负压装置[3]，能够实现对高炉称料罐中煤气100%的回收，消除了在加料过程中的能量损失。
图1 均压放散煤气回收设备示意图
2.2加压热风炉烟道废气处理
目前在对烟道废气处理时，存在着两个难题。一方面高炉中的氮气的消耗量超过了1500m3/h，由于现有的烟气净化系统净化效果不足，因此增加了反应过程中的氮气消耗量，根据统计实际消耗量达到了2000m3/h以上，氮气浪费量极大。另一方面，为了提高喷吹过程中的安全性，在加压、喷吹等各个环节都会进行氮气补充，进一步加大了氮气的消耗量[4]。
为了减少在反应过程中的氮气消耗，提出了一种新的加压热风炉烟道废气处理系统，通过加压净化的方式，提高对废气的处理效果。同时可以加快间接还原反应的速度，保持高炉炼铁过程中的高风温，提高反应效率，减少反应过程中的氮气消耗。而且将烟道废气作为煤粉喷吹的动力源，实现废气的二次利用。优化后的加压热风炉烟道废气处理系统如图2所示。
图2 烟道废气作为煤粉喷吹工艺流程
2.3煤气干法布袋除尘
煤气是在炼铁过程中产生的一种含有大量热量的二次能源，据统计每吨煤气燃烧时候释放出的热能达到了150kg标准煤燃烧所产生的热量。为了减少在炼铁过程中的能量消耗，将煤气进行二次利用。由于煤气中含有大量的粉尘，提出了煤气干法布袋除尘方案。先对煤气进行净化处理，过滤掉其中的粉尘，然后将煤气接入到热风炉使用。煤气干法布袋除尘方案如图3所示[5]。
由图3可知，当含有粉尘的煤气进入到布袋除尘器后，先和进气总管内的斜隔板碰撞，气流转向并流入到灰斗内，此时布袋内的气流扩散、运行速度变慢，然后在惯性力的作用下，气流中的粉尘颗粒直接落入到布袋下放，完成对煤气的过滤。根据验证采用布袋除尘方案后，煤气中的含尘量降低到6mg/m3以下，具有较好的除尘效果。
图3 布袋除尘方案
3. 高炉冲渣水余热回收
在炼铁过程中会产生大量温度在60~100℃之间的冲渣热水，目前这些热水一般采用池面露天降温的方式使其自然冷却，然后再应用在其他地方，导致了大量热能的损失。因此提出了高炉冲渣热水二次利用的方案，减少高炉炼铁过程中的能量损失[6]。
对高炉冲渣热水的余热回收包括两个方面：在冬天可以用于市政供暖；在夏天可以和生产工艺用水结合，利用冲渣余热来驱动吸收式换热系统进行制冷，满足焦化厂鼓冷工艺需求，充分利用了余热，减少了蒸汽消耗。冲渣热水余热用于焦化制冷原理如图4所示[7]。
图4 冲渣热水余热用于焦化制冷技术方案
冲渣热水在用于焦化制冷中时，需要注意对冲渣热水进行过滤，避免堵塞系统。同时该系统可以和冬季供热系统相结合，形成夏季制冷、冬季供热的全年高效利用模式。
目前该高炉炼铁节能减排工艺已经在包钢投入应用，在其运行平稳后对其工序能耗进行分析，在优化前平均工序能耗为346.63kgce/t，优化后降低为327.56kgce/t，平均工序能耗降低了5.5%。
4. 结论
结合高炉炼铁工艺流程，通过对全流程进行工艺优化，减少了在炼铁过程中的能耗，总结了一系列的节能降耗工艺措施，为实现“绿色、
低能耗”冶炼奠定了基础。
1. 采用高品位矿石、提高原燃料筛分均匀性、采用高品质焦炭，能够从源头上提升原燃料利用率，降低在冶炼过程中的能耗；
2. 高炉冲渣热水余热回收技术，能够实现夏季制冷、冬季供热的余热利用方案，实现冲渣热水余热的高效二次利用；
3. 优化后能够将炼铁时的平均工序能耗降低5.5%，提升炼铁的经济性。
