年我国钢产量达亿，占世界总产量的，生铁产量达亿，占世界总量的。面临着钢铁产能过剩的现状以及日益严格的环保要求，确定我国正确的炼铁工业发展方向不仅是各钢铁生产企业自身的需求，更是支撑我国钢铁工业整体健康发展的重要基础。本文从我国的炼铁基本状况和需求出发，分析未来炼铁的生产规模变化、面临的挑战及应采取的措施。我国炼铁工业的基本状况生产工艺　　我国炼铁生产全部是高炉生产流程。高炉工艺因其成熟、高效以及能力巨大的优势，一直保持着垄断地位。熔融还原工艺曾在国内建成两套生产装置，但未能持续生产。曾建成多条煤基直接还原铁回转窑生产线，也均已停产。　　生产状况　　高炉生产　　近十年来，我国生铁产量激增，不仅支撑了我国钢产量的增长，而且带动了全球铁矿业经济的快速发展。高炉的操作指标不断改善，主要体现在高炉风温和煤比的提高及燃料比的降低，高炉寿命得到普遍延长。特别是近些年，在钢铁产能过剩及原燃料质量下降的恶劣形势下，各炼铁厂采取各种措施，保持生铁加工成本不断下降。　　烧结矿及球团矿生产　　为支撑我国巨大的高炉炼铁生产，我国的烧结矿和球团矿生产保持同步增加。年，估算烧结矿产量达到亿，球团矿产量达到亿。高炉的炉料结构得到明显改善，球团矿的比例显著增加，达到以上。同时，在铁矿原料质量变差及供应稳定性严重恶化的情况下，通过采取厚料层烧结及链篦机回转窑等先进工艺和技术，实现了优质低成本烧结矿和球团矿的生产，保证了高炉炼铁良好指标的实现。　　焦炭生产　　我国焦炭生产很好满足了高炉炼铁的需要。年生产焦炭亿，其中钢铁联合企业所产焦炭约占。随着焦炉大型化、干熄焦、煤调湿以及顶装焦技术的应用，焦炭质量得到保证，焦炭价格持续下降。　　生产设备　　近年来，我国建设投产了大批中型和大型高炉。现已有以上高炉座，以上余座，另有多座高炉在建设中。高炉的大型化取得显著进步。估算高炉产能达到亿，总体装备和控制水平处于世界领先水平。　　我国的烧结机大型化进步显著，除了有世界最大的烧结机外，大于烧结机数量约台，占总烧结面积的以上。　　我国的球团生产设备得到优化，先进的链篦机回转窑工艺装备已占总产量的以上。年产万的带式机装置已稳定运行年多，落后的竖炉工艺正在被淘汰。　　焦炉的大型化发展迅速。新建的顶装焦炉均为以上，捣固焦炉在以上。　　总体评价，我国的炼铁设备已基本实现大型化和现代化，无需投入进行大规模改造。　　环保状况　　我国炼铁厂遍及除西藏和海南的全国各地，而且许多是在城市的边缘，甚至是在城市之中。近年来，炼铁的环保改造取得显著进步，一些企业的清洁生产程度达到世界领先水平。然而，不可否认的是，许多炼铁厂的污染物排放控制水平还很低，包括出铁场的粉尘未得到有效控制，烧结烟气的污染物处理不理想，缺乏有效的污染物排放监控手段，尤其是对炼铁工序的排放状况缺乏认识，更未采取有针对性的控制。在国家采取各种措施大力解决日益严重的大气雾霾天气的过程中，处于相当被动的地位。　　我国炼铁工业发展前景　　炼铁生产工艺　　我国非高炉炼铁工艺仍在开发应用过程中，包括装置的搬迁以及工艺的应用尝试。然而，考虑到高炉炼铁工艺的成熟和高效性，特别是现已处于炼铁产能严重过剩阶段，加之我国的资源特点，使各种非高炉炼铁工艺难以获得足够的发展空间，高炉工艺仍将长期在我国未来炼铁工业中占据垄断地位。　　炼铁生产规模　　在产能过剩的情况下，未来炼铁产量的变化备受行业内外关注的。影响未来炼铁生产规模变化的因素主要是钢产量需求和铁钢比变化。　　未来钢产量的变化　　未来的钢产量取决于我国的钢材消费量变化，进口钢材量变化及出口钢材量的变化。　　近十年来，我国钢材消费量逐年增加，人均钢材消费已达，处于世界先进水平。国家工信部预测，年我国的钢材消费将达亿，年，逐步达到亿。年期间，我国粗钢产量应达到亿。因此，未来只要我国的经济保持平稳发展，我国的钢产量将维持在高位运行。而钢材出口量的增加甚至会促进钢产量的进一步提高，因此我国钢产量在全球中的高比例将会持续下去。　　未来铁钢比的变化　　从目前的状态来看，随着我国钢产量的增加，铁产量也必将同步增加。然而，一个不可忽视的因素是未来铁钢比的变化。它将影响着我国铁产量变化，进口钢材量变化及出口钢材量的变化。　　铁钢比下降是一个必然趋势。我国长期以来，由于缺乏足够的废钢资源，铁产量和钢产量基本相当，铁钢比一直维持在左右。近些年来虽然钢铁产量均高速增长，但二者之间的差距开始扩大，铁钢比开始出现下降的趋势，年则降低到。因此，未来铁钢比不断下降是必然的，而下降的速率快慢将取决于废钢的供应量和工艺选择等复杂因素。　　未来炼铁生产面临的挑战　　原燃料供应　　铁矿供应　　随着我国炼铁生产的高速发展，铁矿石的消耗量大幅度增加。由此导致进口矿量逐年增加并带动国产铁矿产量的增长。　　国产铁矿石虽已达亿以上，但因原矿品位低，经折算其提供的铁量仅为总铁量的左右。而年进口铁矿石达亿，提供的铁量占以上。　　随着国外几大铁矿公司的产能扩张，众多新矿山的投产，铁矿的供应量也已进入供大于求的阶段。在最近几年里，进口铁矿的价格从最高的美元降低到目前的美元左右，反应了未来足够的供应量。预计未来铁矿价格仍有下降的空间。　　焦炭　　我国炼焦行业的产能也处于过剩阶段。未来焦炭生产的不确定因素主要是焦煤的供应问题。国内焦煤资源的相对紧张导致近年来进口焦煤量逐年增加，但国内焦煤供应仍占主导地位，而且因产能过剩，导致价格下滑。　　生产成本的控制　　在产能严重过剩的情况下，炼铁生产成本的控制将成为各钢铁厂生存的关键。面对种类繁多的原燃料供应渠道和已从年合同交易转为现货交易的采购机制，各企业势必以成本最小化为目标来不断调整采购的原燃料品种和数量，由此必然带来高炉入炉原燃料品种和质量的频繁波动，这对于强调以稳定运行来实现低成本为核心的高炉炼铁工艺，无疑是最大的挑战。　　因此，各企业所应采取多种应对措施，以降低生产成本。如，加强原燃料基础性能的研究、优化高炉炉料结构、提高生产过程的控制水平等。　　应当注意到，我国虽建设了许多装备先进的炼铁装置，但在生产过程的控制水平上，从理念、监测设施、到控制精度等，总体与国外先进水平相比仍有很大的差距。由此导致诸如高炉运行稳定性差、煤气利用率低、高炉燃料比高问题频繁出现。而在未来原燃料不断变化的情况下，问题会更加严重。因此，提高炼铁过程控制水平不仅必要，而且十分迫切。　　环保生产问题　　当前我国炼铁生产面临的最大社会压力是环境污染问题。在全国范围（特别是京津冀地区）的严重雾霾天气已使包括钢铁生产在内的高能耗、高排放行业成为众矢之的。我国存在着大量污染严重的钢铁企业，尤其是体现在炼铁生产过程。因此，未来钢铁企业获得生存与发展权利的基本条件是满足越来越严格的环保要求。而通过环保条件的制约是被多方面认可的最有效的淘汰钢铁产能的手段。　　为实现环保清洁生产，在炼铁生产过程需加强以下工作：　　不断优化炼铁生产工艺流程，实现低成本清洁生产　　消减烧结生产。我国高炉以烧结矿为主要入炉原料，烧结产量巨大。然而，在未来的发展中，不仅从与球团的品质比较上限制了烧结工艺的发展，从污染处理费用上，也使烧结工艺处于更苛刻的环境中。烧结生产比例的不断降低将持续下去。　　高效低成本污染物排放控制。在保留烧结生产的情况下，如何通过原料品种的选择和工序的优化来减少污染物的排放，以及如何选择高效低成本的末端处理技术，都需要认真研究。　　重视块矿的环保价值。块矿作为可直接入高炉使用的原料，因避免了造块过程，不仅有成本优势，更具有环保的附加价值。我国的块矿使用比例仅为，远低于某国的平均水平。企业需要全面评估块矿的价值，以期通过增加使用量获得更好的效益。　　排放控制　　根据国际钢铁协会的数据，全球钢铁工业所排放的碳排放占总量的，各行业占比分别为：电力和热力占，运输业占，工业占，其他占，住宅占。钢铁工业虽不是最大的，但却是被关注的行业。对我国来说，高的铁钢比和巨大的炼铁生产规模使其碳排放所占比例更大。在全球开始努力减少碳排放的情况下，我国炼铁的碳排放将成为受抑制的目标。　　在未来我国巨大的炼铁规模仍将继续维持的前提下，对碳排放的付费或被征税，尤其是对超过某指标的碳排放部分，将成为最有可能的控制炼铁碳排放水平的措施。　　各企业努力采取各种措施降低炼铁碳排放将是减少此部分费用支出，赢得竞争优势的重要环节。当前炼铁厂的工作重点是提高煤气利用率、降低燃料比，从而减少碳排放。此外，应积极探索使用低碳燃料（如喷吹高挥发份煤粉，喷吹焦炉煤气）以及使用金属炉料等。　　炼铁排放监控　　含量超标被认为是形成雾霾天气的主要因素。在当前全国范围的严重污染形势下，控制钢铁企业的排放成为企业不可回避的社会责任，而炼铁工序则再一次成为工作的重点。　　提高参照国外钢铁厂对的监控实践，炼铁的主要排放点包括：原料场、焦化的燃烧室烟气、炭化室炉门烟气、烧结烟气、球团烟气、高炉槽下、高炉出铁场、热风炉烟气、喷煤制粉烟气、高炉渣处理烟气等。　　结论　　（）我国已建成了包括焦化、烧结、球团、及高炉在内的巨大高炉炼铁生产系统。其产量占世界总量的，其整体装备和生产技术指标处于国际先进水平。但在环保和清洁生产方面尚存在一定差距。　　（）未来我国炼铁工业仍将依靠高炉流程。炼铁生产的规模将取决于未来的钢产量和铁钢比的变化。综合分析，预计至年，我国的年铁产量可保持在亿左右，高炉高效使用废钢是保持其竞争力的重要因素。　　（）我国炼铁面临的主要挑战是原燃料品种、质量、及价格的频繁波动情况下，如何实现高炉稳定运行和炼铁生产成本的控制，以及整个工序的清洁环保生产等问题。（冶金信息网）　　　
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低成本烧结技术给钢企带来的好处
　　低成本烧结技术助钢企走出困境　　烧结工序是钢铁企业仅次于高炉炼铁的第二大耗能工序。烧结矿成本的高低和质量的优劣直接影响高炉炼铁成本、冶炼顺行、操作制度和技术经济指标，以及整个钢铁企业的效益。在当前钢铁企业主业普遍亏损的情况下，如何进一步挖掘烧结工序的降本增效潜力，成为钢铁企业普遍关注的议题。6月2-5日，在中国金属学会主办的“2015年全国烧结生产技术研讨会”上，与会代表围绕“优化工艺、精细操作、降耗增效”的主题，对能够进一步降低烧结工序成本、增加效益的主要烧结技术进行了深入探讨，其中优化配矿技术、低负压点火技术、低MgO烧结生产技术、厚料层均质烧结技术等引起代表的高度关注。　　精细操作的优化配矿技术　　当前，优化配矿技术的发展和应用不再停留在化学成分、成本等简单要求层面，而是结合铁矿粉烧结条件下的高温烧结性能，其在烧结过程中的作用和贡献，铁矿粉之间性能差异与性能互补性，合理利用不同类型铁矿粉的层面。优化配矿技术为企业扩大铁矿资源、降低烧结和炼铁成本提供了有效的支撑。　　优化配矿的正确理念是：根据不同矿种的烧结特性合理搭配;重点抓住同化性和液相流动性指数;碱度是烧结矿质量的核心，应选择最佳的碱度和适宜的化学组成。配矿是为了降低成本，但不能降低入炉料的质量，建立企业的主矿体系是重中之重。　　优化配矿的主要方法有：按铁矿粉烧结反应性的配矿方法、按铁矿粉烧结基础特性配矿的方法和按铁矿粉晶体颗粒大小、水化程度和Al2O3含量高低三个特性配矿的方法。　　节约能源的低负压点火技术　　烧结料层的透气性是由点火负压、烧结抽风负压、烧结机漏风率和配碳决定的。在众多因素中，点火负压是形成整个烧结料层透气性的一项关键操作。高负压点火是指1号-3号风箱负压与烧结抽风负压同值，夯实了烧结混合料层，造成透气阻力增大，整个烧结过程呈现高负压、不均匀烧结状态，不仅增加电耗，还严重影响烧结产量和质量。有专家提倡采用低负压点火，点火温度控制在℃，点火时间为45-90s，点火负压为烧结抽风负压的50%- 60%，形成正常的均匀烧结，提前到达烧结终点，有利于降低烧结电耗，节约能源，提高烧结矿产量和质量。但是点火负压也不能过低，过低会造成点着的混合料表层不易往下引，烧结速度慢，造成机尾不能达到烧结终点，严重影响烧结矿成品率和成品矿强度。总体来看，低负压点火是最适宜的点火方法，可降低烧结点火能耗，提高烧结矿产量和质量。　　降本增效的低MgO烧结　　炼铁精料技术的核心是铁矿原料的品位，降低MgO含量的目的是为了提高综合入炉品位，降低熔剂消耗，进而实现降本增效。　　烧结矿中的MgO与SiO2、Al2O3不同，SiO2、Al2O3是矿粉本身带入的，而MgO是通过白云石粉或者高镁粉、蛇纹石等含MgO熔剂带入的。过多加入含MgO的熔剂会影响烧结矿品位，进而影响高炉综合入炉品位。低MgO烧结，一方面可以降低熔剂消耗，降低熔剂采购的成本，另一方面还可以提高炼铁综合入炉品位，减少渣铁比，促进炼铁降低燃料消耗，降低生产成本。　　韩国浦项钢铁公司烧结矿MgO含量很低，小于1%。高炉渣中MgO稳定在4.0%左右，而渣中Al2O3并不低，炉渣中的镁铝比很低(小于0.3%)，高炉利用系数和燃料消耗指标都比较好。　　沙钢自2010年开始倡导低MgO烧结生产和低MgO高炉冶炼，经过几年的生产探索，烧结矿MgO含量逐步降低并稳定在1.55%左右，炼铁生产质量稳定。降低MgO的关键是高炉工长要能适应低MgO渣系的操作，要能稳定炉温、炉况，这考验着高炉工长的操作水平，也考验着公司的综合管理水平。　　厚料层均质烧结技术　　厚料层烧结技术有降低烧结能耗、改善烧结矿质量、促进烧结工艺过程良性循环等优点，是烧结生产长期追求的目标。我国烧结料层厚度不断提高，已实现900mm厚料层烧结。　　马钢通过探索、研究、改进工艺设备等一系列工作，在烧结生产率满足需要的前提下，将380m2烧结机系统原设计700mm厚的烧结料层提高到 900mm，率先在国内实现900mm厚料层烧结。与700mm料层烧结相比，900mm厚料层烧结具有以下主要优点：①在工艺、原料等基本相同情况下，烧结固体燃耗下降5.84kg/t、电耗下降9.26kWh/t、点火能耗下降0.24kgce/t。②烧结利用系数提高0.083t/(m2?h)，增幅6.4%;烧结矿入炉比由年均68.3%提高到年均71.8%，熟料比相应提高，为开展配矿降低成本打开了空间。900mm厚料层均质烧结提升了烧结矿质量，所以在保持烧结矿质量的情况下，可以适量使用“低价矿”进行配矿，从而实现降低生产成本的目的。③在烧结原料质量持续恶化的情况下，烧结矿质量仍有改善。烧结矿平均粒度提高7.51mm，筛分指数降低2.41%、粉烧比降低9.82kg/tFe。内容来自于：烧结余热竖罐式回收料层火用传递系数实验研究--《东北大学》2013年硕士论文
烧结余热竖罐式回收料层火用传递系数实验研究
【摘要】：竖罐式余热回收系统是一种高效回收利用烧结过程余热资源的方法,其关键问题之一是罐体内颗粒移动床层气固热量传递。热量传递过程,其本质是火用传递和转换过程；火用传递系数定量描述了烧结矿表面与冷却空气之间的火用传递强度。目前,有关颗粒移动床层火用传递系数的研究处于刚刚起步,而关于烧结矿层的火用传递系数研究尚未见文献报道。
就本质而言,罐体内料层气固传热是一种移动床式气固逆流稳态传热,罐体内料层温度自上而下逐步下降。采用固定床来模拟移动床,其原理如下：固定床内是一非稳态传热过程,料层温度随着时间推移逐渐降低；固定床内料层高度与将来用于生产的料层高度比要小得多,因此可假设整个固定床内料层温度均匀,于是将固定床料层视为移动床层内的一个“微元”空间,在这个“微元”空间内,温度可视为均匀(整个罐体床层温度分布近似为阶梯状分布)；因此,可采用固定床不同时间下的温度分布来实验模拟罐体内不同“微元”空间(即料层)的温度分布。
本文首先将对流换热器和固定床中气固换热中的火用传递系数的概念引入到烧结余热回收竖罐内,推导出烧结移动床层火用传递系数公式;然后,在自制的实验平台上,测定典型工况下罐体料层传热过程相关数据,藉此研究影响火用传递系数的主要因素及其影响规律,在此基础上,通过无量纲方程回归分析,拟合出关于料层火用传递系数的经验关联式。这一研究,不但获得了烧结余热回收竖罐料层内的气固火用传递系数关联式,而且对识清竖罐内能量传递的本质和强化罐体内气固传热具有重大意义。
研究结果表明：
(1)罐体料层内反映火用传递系数的Nue经验关联式为：
(2)矿温越高平均物理火用传递系数越高；罐体料层自上往下平均物理火用传递系数逐渐减小,范围为-56～33W/(m2·K)；
(3)火用传递系数的主要影响因素有：烧结矿层表观流速、烧结矿粒径、随料层高度、余热回收竖罐直径。火用传递系数随流量的增大、烧结矿颗粒直径的减小、料层高度的增加、竖罐内径的增大而增大。
【关键词】：
【学位授予单位】：东北大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TK115;TF046.4【目录】：
摘要5-7Abstract7-11第1章 绪论11-21 1.1 问题的提出及意义11-12 1.2 文献综述12-19
1.2.1 主要的烧结余热回收技术12-14
1.2.2 烧结余热罐式回收技术气固传热研究现状14-15
1.2.3 对流换热火用传递系数的研究现状15-17
1.2.4 固定床传热热力学分析17-18
1.2.5 火用传递系数的微观分子理论18-19 1.3 本文的研究内容与方法19-21第2章 竖罐内火用传递过程分析和火用传递系数的推导21-29 2.1 罐体内料层传热过程火用分析21-24
2.1.1 竖罐内气固换热过程的火用传递22-24 2.2 火用传递系数的内涵和实验关联式的推导24-29
2.2.1 火用传递系数的内涵24-26
2.2.2 火用传递系数公式推导26-29第3章 罐式余热回收火用传递系数的实验研究29-41 3.1 任务与目的29 3.2 实验原理29-31 3.3 实验设计31-34
3.3.1 冷却风量对火用传递系数的的影响32
3.3.2 考察颗粒直径对气固换热效果的影响32-33
3.3.3 考察烧结矿料层高度对气固换热效果的影响33-34
3.3.4 考察冷却罐体半径对火用传递系数的影响34 3.4 装置与实验过程34-37 3.5 实验准备工作37-38 3.6 实验过程38-41
3.6.1 烧结矿加热38-39
3.6.2 装料39
3.6.3 冷却过程39-40
3.6.4 实验结束40-41第4章 火用传递系数影响因素分析及实验关联式确立41-65 4.1 竖罐内火用传递系数的影响因素41-57
4.1.1 冷风流量对火用传递系数的影响42-47
4.1.2 颗粒直径对火用传递系数的影响47-50
4.1.3 罐体内料层高度对火用传递系数的影响50-54
4.1.4 竖罐罐体半径对火用传递系数的影响54-57 4.2 实验关联式的确定57-65
4.2.1 关联式推导58-60
4.2.2 无量纲方程回归分析60-62
4.2.3 换热系数实验对竖罐式余热回收装置设计指导意义62-63
4.2.4 展望63-65第5章 结论65-67参考文献67-71致谢71-73攻读硕士期间发表的论文73
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