基于高炉热平衡角度分析炼铁工艺节能发展

炼铁在钢铁生产中能耗耗费非常大，约占吨钢能耗的5%，有效的降低炼铁系统的能源消耗，是提高经济效益与市场竞争力的关键。通过高炉热平衡分析能够定量的看出冶炼形成中热能的分配取向，进而分析和判断高炉节能的方向。本文首先介绍了高炉热平衡分析的应用原理，然后对高炉节能现状进行了分析，总结了其节能措施，并在此基础上对进一步实现炼铁工艺节能发展的方向进行了探讨。

高炉冶炼属于气、液、固逆流的高温反应过程，期间发生的化学反应和物力变化均是在热量和温度的作用下完成的。炼铁在钢铁生产中能耗耗费非常大，约占吨钢能耗的5%，如何有效的降低炼铁系统的能源消耗，是提高企业经济效益与市场竞争力关键之处。高炉热平衡分析能够对高炉冶炼中热能的消耗分配去向进行定量的分析，有利于分析炼铁工艺节能发展的方向。

1高炉热平衡原理

热平衡是根据能量守恒定律，将物料平衡作为基础来计算的。现代高炉热平衡分析和计算主要是针对高炉内不同体系能量收入与去向所进行的，包括三种热平衡分析方式。首先为第一总热平衡分析，根据盖斯定律，将进入炉内物料的最初形态与出炉的最终形态为基础，对入炉与出炉所带出热量进行计算，并计算燃料实际额燃烧所产生的热量。其次为第二总热平衡分析，根据高炉内实际的氧化还原反应，对产生与消耗的热量进行计算，进而获得高炉实际冶炼热效应。其与第一总热平衡分析的区别就在于燃烧放热、氧化无的分解、还原与脱硫耗热。另外一种热平衡分析为区域热平衡分析，是以高炉内分段反应为基础，评价原燃料的质量，并判断炉体状况，进而为改进与维护炉体提供参考。

2高炉热平衡分析的应用

在炼铁的大量生产实践中，根据第一总热平衡分析，即盖斯定律，在忽略高炉内部具体反映过程的情况下，仅对物料进入高炉的状态进行考虑，并将其作为反应的起点，而产出状态为终点，进行高炉热平衡分析。在整个反应过程中，热收入项主要有炼铁工艺的直接还原发热、风口前碳素燃烧热量释放、炼铁中间接还原热量、热风携带的热量以及炉料带入热量与成渣热。而热量支出项则包括了氧化分解、脱硫、熔剂分解、铁水、炉渣、炉顶煤气与冷却水带走的热量等。经对应热平衡检验发现，在炼铁工艺中高炉节能的关键在于减少有效热能的支出，并对无效热能进行充分的利用，即降低一次能源的消耗对工序进行简化，改进设备，采用新技术，完善工艺流程;同时增强对二次能源的回收利用。

3基于高炉热平衡角度分析炼铁工艺节能发展方向

3.1增加高炉内部炉料表面积

通过炉料总面积的增加，能够增加气-固之间的接触面积，从而达到提高热交换律的目的，并降低炉顶煤气的温度。炉料总面积是投入炉内所有的表面积之和，根据颗粒表面积公式计算，高炉料表面积受颗粒直径的直接影响，即当高炉料一定时，颗粒平均直径越小，则炉料表面积增加。而当炉料总量增加时，尽管颗粒增多增加了总表面积，但原料的粒度远小于燃料粒度，因此在相同的高炉条件下，所以在同样的炉容条件下，通过控制料线来提高入炉料量是一个有效的措施，增加高炉工作容积、入炉原料量也能够提高高炉的矿焦比。

3.2提高炉料的热传导性能

高炉内炉料导热性能较好时有利于改善炉内煤气的热传导性能，同时能够提高炉内的热交换量，减少带走的热量与热损失。为此，可采用提高矿石的还原性、增加预还原料的用量等方式来达到改善炉料导热性能得到目的，进而实现热交换量的增加，降低炉顶温度。由于炉墙的导热系数越低，高炉与外界热量交换越少，因此要保证高炉渣皮与炉墙热面的隔热性能与稳定性。