本文從高爐熱平衡分析入手，追蹤高爐冶煉行程中熱能的分配去向，找出煉鐵工藝的節(jié)能方向及實現(xiàn)途徑，提高高爐熱能利用率，對今后高爐進行節(jié)能降耗的研究開發(fā)具有重要現(xiàn)實意義。
    高爐熱平衡分析
    以某鋼廠新建的1座3200m³高爐為例（其它高爐可能因爐容、原燃料條件不同等原因，熱平衡計算數(shù)據(jù)與本次計算存在差異），該爐熱平衡計算的計算條件如下表所示：
    表1   高爐熱平衡計算條件
 

    以蓋斯定律為基礎，不考慮爐內的反應過程，而以物料入爐狀態(tài)為起點，產(chǎn)出狀態(tài)為終點，進行高爐熱平衡計算。熱收入項包括風口前碳素燃燒放熱，直接還原放熱（C氧化成CO），間接還原放熱（CO氧化成CO₂，H₂氧化成H₂O），熱風帶入的熱量，少量成渣熱和爐料帶入的熱量（本次計算忽略此項）；熱支出項包括氧化物分解，脫硫，溶劑分解，爐渣焓，鐵水焓，爐頂煤氣焓，冷卻水帶走和散熱損失等。
    全爐熱平衡計算結果如下表：
 
 
    表2   全爐熱平衡表
 

項     目	數(shù)     量
	GJ/t	%
熱收入：
Q1風口前碳素燃燒	2.94	27.35
Q2 直接還原C氧化成CO	1.00	9.30
Q3 間接還原CO氧化成CO2	4.40	40.93
Q4 間接還原H2氧化成H2O	0.36	3.35
Q5熱風帶入	2.05	19.07
Q總熱收入：	10.75	100.00
熱支出：
Q1’氧化物分解	7.94	73.86
Q2’脫硫	0.02	0.19
Q3’爐渣焓	0.64	5.95
Q4’鐵水焓	1.24	11.53
Q5 煤氣焓	0.47	4.37
Q6’冷卻和其它熱損失	0.44	4.09
Q’總熱支出：	10.75	100.00
熱效率
生鐵單位熱耗

    從表2可以看出，在高爐的熱收入項中，碳素氧化熱（Q1、Q2、Q3）占總熱收入（Q）的77.58%，主要來自入爐的焦炭和煤粉，是高爐的節(jié)能重點。從上述熱收入結構及數(shù)據(jù)可得，高爐的主要節(jié)能方向為降低燃料消耗，亦即降低焦比、燃料比。
    2.實現(xiàn)途徑
    2.1.降低燃料消耗的途徑
    2.1.1.提高入爐精料水平的有效工藝
    槽下供料篩分、整粒工藝：入爐料的粉末每降低1%，可使高爐利用系數(shù)提高0.4%~1.0%，入爐焦比降低0.5%。
    燒結礦分級入爐工藝：燒結礦分級入爐后礦倉燒結礦粉化率降低1.8％，燃料比降低4.3kg/tFe，生鐵含硅降低0.05%。
    焦丁回收工藝：根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗焦丁對焦炭的置換比是大于1.05，在一定的冶煉條件下，改善了爐內的透氣性，提高了煤氣利用率，起到了增產(chǎn)節(jié)焦，降低噸鐵成本的效果。
    2.1.2.高爐的熱風溫度可以增加帶入高爐的熱量，減少熱收入項中碳素燃燒放熱（碳素氧化熱）的比例，降低高爐的燃料消耗。同時，可使煤粉升溫加快，改善燃燒條件，提高煤粉燃燒率。
    2.1.3.采用富氧噴煤技術。一般來說，富氧噴煤冶煉操作，富氧率提高1%，增加噴煤量在12~13kg/t，噴煙煤時增加噴煤量在17~23kg/t，可有效降低焦比。
    2.1.4.高爐采用干熄焦的焦炭生產(chǎn)（可降低入爐焦炭含水量），其焦比可降低2%，以本文所述高爐為例，全年可節(jié)約焦炭約1.8萬t，按每噸焦炭1800元計，全年因此項節(jié)約焦炭產(chǎn)生的經(jīng)濟效益達3240萬元。
    2.1.5.目前高爐普遍采用富氧噴吹煤粉的技術，但存在問題較多，因此，高爐利用噴煤的方法達到焦比的極小值是比較困難的。噴吹煤氣（或焦爐煤氣）可減少熱收入項中碳素燃燒放熱（碳素氧化熱）的比例，增加噴吹煤氣放熱，可降低焦比、燃料比。
    2.2.減少鐵水焓損失的途徑
    2.2.1.所謂鐵水罐“一罐到底”就是高爐承接鐵水的鐵水罐和轉爐鐵水罐為統(tǒng)一罐車，此過程溫降少，溫度起伏低，生產(chǎn)節(jié)奏快時，鐵水罐到達高爐時包襯和包底溫度還較高，使得高爐鐵水流入鐵水罐內溫降相對較少，有利于減少鐵水熱損失。
    2.2.2.近年研究出在安全襯后用致密、高強度隔熱板的魚雷罐車，具體安裝方法為在整個罐車中安裝隔熱層為第一層襯，再安裝安全襯，最后一層為耐磨襯。已隔熱的魚雷罐車較無隔熱的罐車中鐵水溫度平均可提高20℃。
    2.2.3.充分回收爐渣焓的途徑
    近年來，各鋼鐵企業(yè)也加強了對爐渣熱能回收方面的研究，目前有效的實現(xiàn)途徑為：
    2.2.3.1.回收爐渣顯熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽用來發(fā)電或采暖；
    2.2.3.2.利用沖渣水采暖，將渣池內熱水經(jīng)沉淀、過濾、加壓后供暖，并回流于渣池循環(huán)使用，首鋼和鞍鋼采用過此方法，可節(jié)省大量的能源及人力、物力。
    2.2.3.3.高爐渣干式粒化處理：目前國內外對此處理方式的研究已進入中試階段，分為普通式和流化床式兩類。

    本文通過對高爐的熱平衡分析，找出高爐的主要節(jié)能方向為降低燃料消耗、減少鐵水焓損失、充分回收爐渣和煤氣焓、減少高爐熱損失，探討了上述幾個節(jié)能方向的實現(xiàn)途徑及節(jié)能效果，對今后開展高爐節(jié)能降耗方面的研究具有重要的現(xiàn)實意義。