摘  要  高炉炼铁节能工作应从三个主要方面着手：（1）关注炼铁上下游工序衔接，选择合理的技术方案；（2）重视高炉建设阶段工作，通过多方案比较，采用先进工艺技术及节能技术，包括工艺参数优化和设备选型精细化；（3）加强生产操作和维护的管理，通过技术改造和技术创新，全面推进炼铁技术进步和节能环保工作。

关键词  高炉  技术进步  节能

1  前言

进入21世纪以来，我国实现工业化的步伐超出了预期，经济发展迅猛，钢铁工业作为基础工业得到空前的发展。1996年我国钢产量超过1亿t，成为世界第一产钢大国。后续十年后的2006年中国生产了4.1878亿t钢，2011年全球粗钢产量达到15.27亿t，我国钢产量达到6.83亿t^[1]。

中国钢铁工业能耗占全国能源消耗的13％～14％。炼铁系统能耗在综合能耗中所占的比例为70％～75％。我国吨钢综合能耗与世界先进水平相比，约高出100 kgce/t。炼铁系统节能将成为我国钢铁工业21世纪技术进步的重点工作之一^[2]。

高炉炼铁节能工作是一个复杂的系统性工程，既要有全面的前瞻性规划，也要有全方位的细致工作，需要较大的资金投入，同时也要解决好生产过程节能与环保以及企业经济效益的协调和统筹等方方面面的问题。

本文就有关高炉炼铁工艺几个环节中节能问题提出一些思考。

2  关注高炉炼铁上下游工序衔接环节的节能工作

2.1  高炉矿槽与烧结厂烧结矿筛分以及贮运工序衔接

降低烧结矿返矿率。减少烧结矿在运输环节的破碎率、配合高炉操作增加小矿的利用率。减少烧结矿的重烧率，降低烧结能耗，同时有利于提高烧结矿铁品位、减少厂际之间的往返运输量。

烧结矿分级工作尽量在烧结厂进行，以利提高筛分效率，提高烧结矿成品率。

成品烧结矿中的大部分不经过成品烧结矿槽，直接送高炉矿槽，减少烧结矿入槽过程破碎。烧结厂成品烧结矿槽作为储存和调剂生产不平衡之用。

2.2  焦化厂干熄焦焦粉及除尘灰用于高炉喷吹

高炉喷吹原煤质量要求较高，时有喷吹原煤供应紧张的情况，焦化干熄焦炉生产过程产生焦粉和除尘粉煤（CDQ粉——COKE DRY QUENCHING）品质可满足高炉喷吹煤的要求。有一些钢铁企业将CDQ粉作为废料外销。鞍钢在十年前已将CDQ粉作为喷吹原煤使用，武钢也于近期采用，年使用量~15万t。

干熄焦装置生产过程中产生的焦粉，其特点是小颗粒状，装卸料过程没有扬尘，物料成分接近焦炭，哈氏可磨性指数低（HGI36%），主要粒度组成在1mm以上；武钢CDQ粉工业分析数据：固定碳~86%，灰分~12%，挥发分~1.2%。干熄焦生产、焦炭运输以及筛焦等过程环境除尘收集的焦粉，其特点是粉状的，粒度组成接近高炉喷吹煤粉；推焦过程和焦炉装煤过程环境除尘灰其粉尘特点是灰分高，经检验分析高达~18%，同时含结焦成分，除尘灰粒度：-200目所占比例为~80%，含固定C量在~75%左右，挥发分~5.3%，哈氏可磨性指数~95%。

CDQ粉从焦化厂运送到高炉喷煤车间可采用负压吸引罐车、密封罐车或管道输送。负压吸引罐车将CDQ粉加湿后送到喷煤车间运煤胶带上，与其它喷吹煤一起送入原煤仓后再进入磨煤机加工成煤粉。密封罐车将CDQ粉送到干煤棚。管道输送CDQ粉后续工序与负压吸引罐车相同。有专利报道将CDQ粉直接送入磨煤机，节省加湿工序，节水的同时节省干燥剂热能，兼备节能环保效果。

值得注意的是CDQ粉使得喷煤系统管道、设备磨损较明显，加湿机在进粉的一端容易磨穿，磨机产能有所降低。加湿机长度适当增加，有利于充分湿润焦粉，防止扬尘。

2.3  实现铁钢无缝对接

高炉铁水罐与炼钢兑铁包合二为一，实现铁水“一包到底”，得到了广泛的认同和推进。沙钢作为中国最大的民营钢铁企业，沙钢本部已经做到所有高炉“一包到底”，其中3座2500m³高炉、5800m³高炉采用180t铁水包，与采用鱼雷罐流程比较可减少温降~56℃^[3]。实现铁钢“一包到底”，重点解决铁钢生产调度（厂际之间协同作业）、超高超宽重载铁水包运输以及铁水计量精度等问题。

炼钢铁水温度提高，节能效果显著。铁水入转炉温度每提高10℃，可多加废钢量5.12kg/t,可减少工序能耗2.26kgce/t。

稳定铁水成分，降低硅含量。以高炉铁水Si含量0.50％为基准，降低O.10％Si,可相应降低焦比4kg/t，降低工序能耗3.84kgce/t。同时，硅含量降低后，可降低转炉冶炼过程的氧气消耗，减少造渣量，从而稳定转炉冶炼过程，有利于转炉煤气回收。转炉氧耗可降低1.41m³/t，相当于减少能耗0.49kgce/t^[4]。

3  高炉炼铁工序节能

3.1  充分重视高炉建设阶段设计方案

高炉炼铁工序节能工作的方方面面都与设计方案相关，设计是节能工作的基础，也是节能工作的重点之一。

首先是生产流程上下游产能配套建设的合理性。如果设计的炼铁生产能力小于炼钢生产能力时，高炉生产就会一味地追求产量，很难顾及到生产节能；相反的话，炼铁生产能力过剩，就会出现大马拉小车的现象，能耗增加。在钢铁行业利润空间较大的时期，增加产能能够增加经济效益，钢铁企业有盲目增产而忽略节能的倾向。在目前钢铁行业利润空间很小的时期，是推动节能降耗的好时机，有利于探求维持合理生产能力的平衡点，以求最佳的节能降耗效果。

高炉建设阶段系统性地采用先进、成熟的节能技术，统筹考虑各子工序之间的关系，优化总图布置。高炉煤气干法除尘与炉顶煤气余压发电技术的组合采用，为高炉炼铁节能提供了强大的节能空间。为了充分利用高炉煤气热能发电，在总图布置方案阶段，将高炉、高炉煤气干法除尘装置以及炉顶煤气余压发电装置有机地紧凑布置，减少煤气管道长度以利降低散热面积。

厂区总图布置从节能的角度出发，在满足生产物料运输交通有序的前提下应尽量紧凑，有利于提高生产效率，降低物料运输和能源介质输送能耗。高炉炼铁生产的特点之一是物流量特大，对新建钢铁厂来说，原料场、焦化厂、烧结厂、炼铁厂、炼钢厂等主要物料关联厂之间合理布局至关重要。列举一个年产220万t/a生铁的2500m³高炉的例子，采用铁路、道路、带式输送机运输相结合的运输方式。铁路、道路总运输量423万t/a，其中运入67万t/a，运出356万t/a；铁路运输量285万t/a，道路运输量138万t/a。带式输送机运输量571万t/a，主要为烧结、球团、块矿、焦炭等的运入，烧结矿返矿的运出。紧凑布置能有效地减少运输距离，降低能耗，对于运输铁水来说减少运输距离，除了直接降低运输能耗外，还能获得较少铁水运输温降。对于区域厂际之间集中空压站企业来说，空压站尽量布置在用户相对集中的位置，空压机出口压力可能可以降低0.1~0.2MPa。

正确处理好项目建设阶段投资与节能产品选用之间的矛盾：节能产品不一定经济效益明显，需要做细致的综合比较。尽管某种产品经济效益不是十分突出，如果其节能效果优良也必须优先采用。若受到投资资金约束，必须预留今后增设的可能性。对于运行工况变化较大工艺流程，一定要考虑节能的调节装置。如煤粉制备系统，由于原煤可磨系数和原煤水分波动范围较大时，煤粉风机选型时有一些裕量，风机调速优先选用变频调节，尽管一次投入高，但是节能效果明显，与液力耦合器比较，可节约循环冷却水电能，同时，能量转换耗损较低。

3.2  不同层次全方位开展节能工作

工艺技术方案先进性体现在工艺流程的创新、工艺参数优化、设备选型精细化以及智能控制等方面。节能工作应该从重点节能设施到一般性节能设备不同层次全方位开展。工艺参数优化需要从设计、操作和生产管理等环节协同进行。

高炉炼铁节能首要工作是节焦和降低燃料比，每一个炼铁工作者一直都在关注这个中心工作，并为此付出了不懈的努力，也取得了成效。宝钢等一些企业做出了典范，但同时还有许多高炉存在燃料比偏高的问题。燃料比偏高的高炉，煤气利用率普遍偏低。炉内煤气利用与煤气在高炉不同高度截面上的合理分布、间接还原区间煤气流速、还原区间高度范围、含铁原料的还原性能等因素关系密切；煤气流的分布与装料制度、料批大小、物料粒度组成及其在炉内的分布、焦炭及含铁料物理化学特性、喷煤量、鼓风动能等一系列因素相关，必须进行深入细致的研究，针对不同原燃料条件、高炉装备水平（布料手段、炉顶设计压力、送风温度、高炉检测设施）、不同炉型等情况采取具体的综合措施和技术路线，才能得到理想的效果。

从高炉炼铁电力消耗量角度来看，重点节能设施包括鼓风机站（电动风机）、设备循环冷却水系统、通风除尘系统、高炉喷煤系统。

高炉鼓风工序能耗40~45kgce/t^[5]。合理配套风机，不能有太多的裕量。同时，减少送风系统漏风和放散。高炉操作的稳定、顺行，减少修风率和慢风率、降低燃料比等都有利于降低鼓风能耗。热风炉换炉时利用送风热风炉废风的剩余压力，作为即将送风热风炉的充压风量，减少风量波动，节约充压风量约40%，减少能量损失，同时，高炉鼓风机选型风量可以小一些（减少充压风量）。利用送风热风炉废风的余压的前提是不能影响热风炉烧炉和送风，需要选择合适的充压管径。鼓风机站总图布置尽量靠近高炉，有利于减少冷风管道送风阻损和减少冷风管道散热损失。

高炉炼铁循环冷却水系统如同主工艺生产的生命线，对于设备安全生产起着至关重要的作用。循环冷却水系统用电负荷约占整个单元用电量的20％~30％。为了节能，优先选用节能水泵。水系统每一个运行环节都应重视节能。例如，根据不同地域合理选用设备，根据季节气温变换选择不同操作模式。目前，大型高炉炉体冷却系统皆采用软水密闭循环，由于设计理念不同，冷却形式和冷却水量差异较大。如，本钢5号高炉（2600m³）冷却壁供水设计流量4372t/h，风口采用工业水，炉底风冷。本钢新1号高炉（4350m³），冷却壁供水设计流量7283t/h，其中：炉缸冷却壁、炉底和冷却板冷却总水量2825t/h，风口中套和炉身冷却壁冷却水量4458t/h，风口小套采用工业水1330t/h，膨胀罐安装在泵房^[6]。中冶南方设计的高炉炉体冷却系统采用联合软水密闭循环冷却系统。供水管道并联加串联将几个软水冷却系统整合后形成一个联合软水密闭循环冷却系统，即：来自加压水泵软水分二路（炉底+冷却壁），出水汇合后分三路（风口小套高压水+风口中套中压水、直吹管、热风阀+其它非加压水），出水汇合后进泵房冷却。密闭循环冷却系统利用了管道水余压，联合软水密闭循环冷却系统特点是优化水系统配管，主供水管道和主回水管道各一根，有利于降低总循环水量，减少管道和冷却设备的投资。如沙钢5800m³高炉设计软水流量5660t/h，包括炉底、冷却壁、风口小套风口中套、直吹管以及热风阀冷却水^[7]。

矿焦槽、出铁场通风除尘系统是高炉炼铁用电大户之一，对2500m³级高炉矿焦槽、出铁场通风除尘系统电耗15~20kw·h/t。矿焦槽、出铁场通风除尘系统——从无到有，再到不断改进除尘效果（主要是增加风量和全压）的过程，下一阶段应该是进一步加强设备密封，减少漏风量、优化除尘风罩结构，优化槽下供料操作，尽量减少同时除尘点位数，以求合理的风量和全压。出铁场除尘风机尽可能采用变频调速。

高炉喷煤：氮气供应压力可适当降低，可建设专用氮压机，降低氮压机电耗。磨煤机：煤粉粒度满足高炉风口燃烧为目标，不要一味追求煤粉细度-200目达80%以上。煤粉风机选型：磨煤机内阻损根据煤种变化，对于可磨系数低的原煤，磨煤机通风阻损比磨煤机标定煤小很多，对于制粉能力50t/h的磨煤机通风阻损比磨煤机标定煤小近2kPa，按照设备技术数据计算制粉系统阻损时，风机全压偏大。密封风机全压选型偏大，增加电耗，也不利于烟煤粉制备系统降低氧含量。高炉喷煤系统是炼铁厂氮气消耗大户，在目前喷吹煤比150~180kg/t且全氮气喷吹情况下，氮气消耗大致在10~15m³/t范围内。许多喷煤系统经过适当改造和操作参数优化，有10~30%的氮气消耗下降空间。

热风炉系统节能：热风炉系统是较大的能源转换系统之一，消耗了高炉自产的~40%高炉煤气量，努力提高热风炉热效率显得非常重要。主要从如下几个方面入手：确保燃料完全燃烧、减少散热损失以及提高热风炉烟气的利用率，即降低热风炉烟囱的烟气温度。高炉送风过程减少散热损失尤为重要，损失的热量是来之不易的热风热量，应该对热风管道表面温度提出更加严格的要求，进一步提高管道内衬绝热材料材质要求，送风支管以及直吹管是绝热最薄弱的部位，是攻关的重点对象之一。提高热风炉烟气的利用率最重要的环节是强化换热器换热，宝钢4#高炉采用热管式换热器，通过增加换热片数量加强换热，使烟气温度降至144℃^[8]。

3.3  用科学的方法指导节能工作

节能效果是在生产实践中体现出来的，在操作过程实行精细化管理、能源介质的回收和有效利用、能源介质利用的多元化，因地制宜，用科学的系统方法指导节能工作。

高炉生产围绕着产能和效益为工作中心，合理的产能才能发挥最佳的效益，好效益往往关联好的节能效果。炼铁生产节能的核心是降低燃料比。

节能工作与生产操作和维护的管理密切相关。首先需从了解本企业高炉炼铁能源现状入手，从整体到局部通过比对国内、国际先进水平、采取科学的分析方法，找出差距并作为努力的方向。制定长远规划，有计划有步骤量力而行并做到卓有成效。

建立能源中心，控制、协调企业能源，用信息化管理节约能源，对各个生产工序实施监测、控制、调整、故障分析诊断，随时对异常情况进行分析、调整，减少不必要的能源损失，最终实现企业的节能目标。据报道，对企业能源进行现代化管理，就可以达到节约企业总能耗5％的效果。建立能源中心与生产协调、协助机制。

加强能源管理机构建设，动员全员参与节能工作、深入人心。形式多样的开展节能工作。经常性地开展技术创新、技术改造，制定节能成果鼓励政策，建立节能成果认可的有效机制。

采用合同能源管理模式，进行节能效益分享。如中天钢铁集团有限公司与节能服务公司签约炼铁工序循环水节能技改项目，采用高效节能流体泵，节能效益三七开，2011年2~7月六台水泵节电120.21万kw·h，降低炼铁工序能耗1.1kgce/t^[9]。

生产过程优化、精细化管理。例如，缩短水渣系统水泵不必要运转时间、当水温低于规定的温度时，停冷却风机、减少不必要的照明以及空调用电，将现场照明控制方式改为光控、根据现场实际情况，调低制热或调高制冷空调设定温度、煤粉制备系统适当量尾气循环，减少热损失，同时减少尾气放散。宝钢节能生产管理效果：宝钢4高炉本体电耗从55kw·h/t下降到40~43kw·h/t^[10]。

4  结束语

（1）钢铁厂节能目标任务艰巨，高炉炼铁首当其冲。高炉炼铁节能工作前景广阔。

（2）炼铁节能必须重视建厂前期工作。建厂前期集思广仪，进行多方案比较和优化，做好总体布局和工序上下游合理配套，为生产节能创造良好的基础。

（3）强化生产管理。节能是生产过程中体现出来的，努力做好生产过程控制。适时进行节能技术改造，鼓励技术创新。

参考文献：

[1] 世界金属导报.

[2] 张寿荣.炼铁系统节能——我国钢铁工业21世纪技术进步的重点[J].钢铁,2005,40(5):P2.

[3] 沙钢铁水“一包到底”流程运行状态[J].中国钢铁业,2011(11):P27.

[4] 张欣欣.钢铁生产流程系统综合节能实例研究与分析[J].冶金能源,2010,29(1):P4.

[5] 陈冠军.炼铁系统能耗分析及节能[J].冶金能源,2010,29(4):P13.

[6] 王建同.本钢新1高炉炉体设计特点[J].炼铁,2009,28(5):P13.

[7] 刘行波.沙钢5800m³高炉炉体工艺技术特点[J].炼铁,2009,28(4):P4.

[8] 朱仁良,居勤章.宝钢4号高炉节能降耗技术应用实践[J].炼铁,2009,28(4):P7.

[9] 施处良.高效节能流体泵在高炉循环冷却水系统的应用[J].能源研究与利用,2011(5):P49.

[10] 朱仁良,居勤章.宝钢4号高炉节能降耗技术应用实践[J].炼铁,2009,28(4):P9