基于高炉炼铁和非高炉炼铁的能耗比较

栗聖凯

摘 要：在现代化生活水平和质量相对较高的今天，基于非高炉形式的炼铁技术已然成为钢铁界生产的先进技术。不仅如此，该技术还是整个钢铁界炼铁工艺进行技术改革和创新的正确方向。本文通过分析传统高炉炼铁生产工艺的优势，对比分析了传统高炉炼铁工艺和新型非高炉炼铁工艺的能源消耗，并在此基础上，探讨并分析了非高炉炼铁技术在未来发展的方向和措施，以期为广大炼铁技术研究者提供一定的参考意见和建议。

关键词：非高炉炼铁；炼铁工艺；优势；能耗

就目前而言，我国钢铁主要通过高炉进行生产和冶炼，从客观角度理解，这种高炉炼铁的形式还要持续相当长的一段时间。对比来讲，非高炉炼铁技术实际上比高炉炼铁技术更具优势性和时代性。在工艺优势方面，非高炉炼铁技术可以促使燃料燃烧完全，使得主焦煤的使用量大幅度降低，从根本意义上减少烧结、球团、焦化等作业工序中产生和排放各种污染物的现象。整体而言，虽然非高炉炼铁技术优势显著，但由于该技术在我国还处于进步阶段，还具有一系列的问题和不足。所以，对该技术进行更加深入研究，并比较其与传统炼铁技术的能耗，是本文即将研究和分析的主要内容。

1 高炉炼铁生产工艺的优势分析

1.1 高效化竖炉

在传统和现有的高炉炼铁生产工艺中，无论是炉料，还是煤气，其逆向运动都得到了很好的实现。由于高炉的本质是具有既定高度的竖炉，所以其炉料在完成既定规律的布料后，会从炉顶持续下降，相反，其中热值较高的煤气则从高炉底部均匀稳定地上升。通过这样一个反映过程，不仅高炉中的能源可以得到充分且合理地运用，其添加炉料也可以成功完成预热过程、还原过程、熔融过程以及滴落过程等。除此之外，就生铁而言，还可以在高炉炉缸中完成相应过程的渗碳、炉渣等。从某种程度讲，这也是提升炼铁生产效率和质量的有效手段和方法。就目前而言，我国大多数高炉在炼铁过程中产生的能耗在410kgce/t左右。

在转底炉的生产工艺中，由于底部不容易接触到足够的煤气，中上层却可以接触到充分的煤氣进行相应的煤气加热以及还原，进而在过层中往往会产生大量的还原球。因此，在实际进行转底炉时，只允许铺设一层球。一旦球铺设两层或两层以上，转底炉底部的球便无法与炉内热量以及还原气等进行接触，进而无法进行有效还原。相比而言，转底炉和高炉之间，前者的能源消耗更大，且该过程中产生的球团也相对较差，不仅质量不均匀，规格大小也不一致。从生产经营的角度理解，这就是限制转底炉生产规模扩大的主要原因。

1.2 炉料间接还原可节能

高炉炼铁过程中，大约有50%的炉料都是经过间接还原的方式生产而来的，这种方式的炉料生产对能量的节约和可持续使用有极大的作用和意义。从理论角度理解，如果将铁矿石的直接还原过程视为一个单向且简单的吸热过程；将其间接还原过程视为一个单向且简单的放热过程，那么，在实际的高炉炼铁过程中，高炉内部间接还原反应产生的炉料占整体炉料的50%。所以，在炼铁时，利用高炉进行铁矿石的直接还原，会节约大量的能源。

1.3 高效化能源转化器

就焦炭而言，其在高炉内部的主要作用可以从五个方面进行解释。其一，焦炭与氧气的混合燃烧可以产生大量高热量气体，如一氧化碳、二氧化碳等，这些气体所蕴含的热量就是高炉内部炼铁的主要热量来源。其二，在对铁矿石进行还原时，焦炭可以为其提供相应的辅助物，如一氧化碳、碳等，这些辅助物是高炉内部铁矿石还原的主要还原剂。其三，焦炭在高炉内部起着主要的骨架支撑作用，正是由于焦炭在炉内支撑其较大的空间，才使得煤气可以均匀且无阻力或小阻力地运动。其四，由于自身具有较强的渗透作用，焦炭可以轻松地渗透到生铁中，使其内部具有的碳、铁等物质得到相应的平衡和稳定，从而充分保障生铁质量具有极高的合格率。其五，在炉缸中，焦炭有着极其重要的填充作用，可以在高炉休风时大幅度增加炉缸内部的有效利用空间，从而使得高炉的生产得到高效、迅速的恢复。

2 运用高炉炼铁和非高炉炼铁的能耗比较

2.1 高炉炼铁能耗分析

就我国某年重点钢铁企业而言，其高炉工序的总能源消耗为410.65kg标准煤每吨，烧结工序的总能源消耗为54.95kg标准煤每吨，焦化工序的总能源消耗为112.28kg标准煤每吨，而球团工序的总能源消耗为29.96kg标准煤每吨。针对上述工序，计算冶炼1吨生铁时，整个炼铁系统所需消耗的能源总量为：就焦化工序而言，取该年重点企业进行高炉炼铁的焦比为374kg/t。则对1吨生铁进行冶炼时，所需焦炭的焦化工序能耗为：112.28kg标准煤每吨×0.374=41.99kg标准煤每吨；就烧结工序而言，对1吨生铁进行冶炼时，需要消耗1674kg/t的铁矿石。在实际的高炉炉料结构中，取烧结矿的实际配比为75%。则对1吨生铁进行冶炼时，所需烧结矿的实际烧结工序能耗为：4.95kg标准煤每吨×1.674×75%=41.99kg标准煤每吨。

就球团工序而言，对1吨生铁进行冶炼时，取炉料结构中球团矿的实际占比为15%，则所需球团矿的用量为：1647kg/t×15%=251.1kg/t；故此，对1吨生铁进行冶炼时，所需球团矿的实际球团工序能耗为：29.96kg标准煤每吨×0.2511=7.52kg标准煤每吨。

综上所述，该年我国重点钢铁企业对1吨生铁进行冶炼时，其系统消耗的平均能耗为529.14kg标准煤每吨。

2.2 非高炉炼铁能耗分析

同年相比，宝钢企业采用COREX-3000的燃料进行炼铁操作，燃料总用量为987.1kg/t。之后一年，同样采用C3000进行燃烧，其平均能耗明显增加，为1057kg/t。

对C2000的燃料进行分析，印度京德1号为977kg/t，印度京德2号为994kg/t，两者的燃料比中，其焦比都是15%到20%范围内的值。南非拉尔达纳的范围值为1020kg/t到1050kg/t，该燃料中，其焦比为13%。而澳大利亚的喷煤比从以往的2吨降低到了现在的700kg/t。同时，韩国大多数企业在对煤气进行回收利用时，其燃料比也从以往的780kg/t或850kg/t降低到了现在的700kg/t。

通过数据分析可以知道，高炉炼铁的整体能耗水平小于非高炉炼铁的整体能耗水平，其差距范围为250kg/t至600kg/t。

3 发展非高炉炼铁技术的探讨和分析

针对现代化的钢铁领域而言，非高炉炼铁技术已经成为人们想要突破和探究的一种较为先进的前沿性技术。从一定程度上讲，这种技术代表了整个钢铁技术的未来发展方向。然而，在现实情况之下，由于某些关键性技术和机密性技术的不足和缺陷，使得非高炉炼铁技术还需要持续不断的突破和更新。其中，关键性技术如：第一点，针对实际生产过程中产生的煤气，应该怎样对其进行科学且合理地整治或使用，才能使得焦炭利用率在其具体的熔融还原过程中得到最大限度地降低？第二点，在进行普通铁精矿的生产冶炼时，怎样操作或使用，才能使得炼铁的技术以及炼铁的经济效益和社会效益得到多重提升和增强。

现阶段而言，受能源以及资源等各方面因素约束，我国炼铁工艺的主导位置始终由已高炉流程为主的传统炼铁工艺占据。将高炉炼铁与非高炉炼铁进行对比分析，可以发现，无论是生产具体流程中的能源消耗，还是后续污染物的排放总量，前者都有不同程度的优化。尤其是生产规模、投资成本以及生产成本这三个方面，前者优势相当显著。另外，由于我國针对产能落后企业的淘汰力度一直在持续加大，但又不允许企业对钢铁产能进行扩大作业，所以，我国钢铁企业只能成为各大落后产能的直接替代品。在这种大环境下，还是有部分企业认为走非高炉炼铁的发展道路是符合社会经济发展中节能减排理念的正确道路，但是，从实际情况而言，这是一条行不通的道路。因为目前我国在非高炉炼铁方面，其技术完善和提升的空间和幅度都还很大。无论是要求条件，还是相关性能，如经济性、生产规模、可行性等，都需要不断经过科学论证。

4 结语

能源不仅是推动并促进现代化社会进步和发展的重要因素，还是人类生活和社会经济发展中的重要燃料。我国作为钢铁使用和生产的大国，资源利用的最优化，以及废物排放的最小化、生产成本的最低化是我国钢铁企业发展和研究的首要任务。通过清晰明了地比较分析，可以明确看出，就目前我国的钢铁冶炼技术而言，高炉炼铁技术优势显著，更适合我国目前的钢铁生产实际。

参考文献：

[1] 崔胜楠，杨吉春.对非高炉炼铁技术发展现状的综述[J].科技信息.2011（06）：331.

[2] 王维兴.高炉炼铁与非高炉炼铁的能耗比较[J].中国钢铁业.2010（09）：13-15.