日前，北京科技大学的刘建华、张杰、李康伟在《炼钢》2017年第2期上发表了《气泡去除夹杂物技术研究现状及发展趋势》。文章对钢包吹氩、钢包长水口吹氩等气泡去除夹杂物的去除效果和应用前景进行了比较分析，指出钢中生成小尺寸气泡对夹杂物去除效果优于大尺寸气泡。利用弥散微小气泡去除钢中夹杂物技术的开发越来越受到冶金工作者的重视，部分新技术已被开发并趋于成熟。 气泡去除夹杂物机理 据介绍，气泡去除夹杂物机理主要包含两方面：一是利用气泡粘附夹杂物上浮去除；二是气泡上浮过程中产生尾流，夹杂物卷入尾流中去除。 气泡粘附去除夹杂物。气泡粘附去除夹杂物主要利用气泡的浮选作用，整个过程主要分为6个阶段：一是气泡向夹杂物靠近，与夹杂物发生碰撞；二是气泡与夹杂物之间形成液膜；三是夹杂物颗粒在气泡表面滑移及振动；四是夹杂物与气泡间的液膜破裂并形成动态的三相接触团；五是气泡—夹杂物成为可以抵抗外压的稳定聚合体，夹杂物被气泡粘附；六是气泡—夹杂物聚合体的上浮。其中，气泡与夹杂物的碰撞和粘附是整个过程中重要的两个环节。气泡粘附夹杂物上浮有一定概率，即并非所有夹杂物都能通过气泡粘附的方式上浮去除。有研究表明：气泡尺寸越小，气泡与夹杂物粒子发生碰撞概率越大，夹杂物去除效果越好；夹杂物尺寸越小，粘附概率越大。 气泡尾流去除夹杂物。在钢液中，夹杂物除了被气泡粘附去除之外，还有可能被大气泡尾流捕捉去除。气泡尾流去除夹杂物的主要原理为气泡在上浮过程中，位于其尾部的液体会填补由于气泡脱离和上升所导致的空间，从而在气泡尾部形成回旋区，回旋区内的流体形成了气泡尾流。如果夹杂物位于该回旋区内或其附近区域中，就有可能被卷入回旋区随气泡一起上浮运动。气泡尾流去除夹杂物主要有3个步骤：夹杂物向气泡尾流区靠近，夹杂物进入气泡尾流区，夹杂物在气泡尾流区做循环流动并随气泡一起上浮。气泡能否产生明显尾流是尾流去除夹杂物的关键。有研究表明，直径1mm~5mm的气泡下部就会存在明显尾流。 虽然大气泡尾流捕捉是去除夹杂物的重要方式，但目前有关气泡尾流去除夹杂物的数学模型研究文献还未见报道，相关研究仍不成熟；并且夹杂物通过尾流去除时需要较大的气泡和通气量，较大的通气量可能造成钢液表面卷渣，造成钢液二次氧化。相较于气泡尾流去除夹杂物，气泡粘附碰撞夹杂物研究较为深入，弥散的微小气泡具有优异的捕捉和粘附夹杂物的效果已经成为共识，大部分气泡去除夹杂物技术的开发主要是根据气泡碰撞粘附夹杂物去除机理。基于此，刘建华等人认为，在将来的发展中，气泡尺寸小型化、分布弥散化是未来气泡冶金技术发展的方向。 气泡去除夹杂物技术研究现状 文章对气泡去除夹杂物技术的研究现状进行了介绍，主要包括钢包吹氩技术、钢包长水口吹氩技术、反应诱发微小异相技术、中间包气幕挡墙技术、增压减压法、超声空化法、增氮析氮法和微小氢气泡法。 钢包吹氩技术。钢包吹氩是重要的精炼手段之一，不仅可以均匀钢液成分和温度，还可以通过气泡粘附夹杂物和气泡尾流携带夹杂物上浮的方式净化钢液。钢包吹氩用透气砖的结构对气泡尺寸有直接的影响，其孔径一般为2mm~4mm，在常用的吹氩流量范围内产生的气泡直径约为10mm~20mm，且底吹氩产生的气泡在钢液中上浮过程中会迅速膨胀，因此，气泡捕获小颗粒夹杂物概率很小，对尺寸较小的夹杂物去除效果不理想。 钢包吹氩技术具有设备简单、投资少且操作简单的优点，已经被各大钢厂应用；但是其对显微夹杂物去除效果差也是无法避免的“短板”。 钢包长水口吹氩技术。连铸时在接缝下方向钢包保护套管中吹入较大量的氩气，利用套管中湍急的钢液将气体破碎为弥散微小气泡，形成的气泡随湍流钢液进入中间包中上浮长大，并不断与夹杂物发生碰撞粘附，最终携带夹杂物上浮去除。相对于传统的长水口与钢包连接处密封吹氩，钢包长水口吹氩技术吹氩量大，能在长水口和中间包注流区形成大量弥散细小气泡，具有良好的去除夹杂物效果。 钢包长水口吹氩技术须向钢液吹入较大量氩气，容易在中间包形成“裸眼”，造成钢液二次氧化。随着中间包密封技术的提高，特别是密封中间包的采用，长水口吹氩技术有望得到良好应用。 反应诱发微小异相技术。反应诱发微小异相去除钢中细小夹杂物，是通过向钢液中加入细小的碳酸钠，在钢液中生成微小气泡使夹杂物上浮去除。有研究者对此方法进一步研究，设计了一种具有该功能的复合球体。此微小球体加入钢液中，在高温下分解产生气泡和渣滴，产生的渣滴与Al2O3等夹杂物碰撞、聚集和长大，加快其上浮去除。该复合球体在鞍钢RH精炼炉开展了工业试验研究。采用该技术对钢液进行处理后，铸坯中氧化物夹杂的数量明显减少、尺寸变小，钢中全氧最低可达6×10-6。 该技术目前还未在钢铁企业大规模推广应用，对于该技术的理论研究还不完善，如产生的气泡尺寸、气泡在钢液中的分布及钢液温降等问题还没有深入研究。 中间包气幕挡墙技术。中间包气幕挡墙技术即中间包底部吹氩技术，其原理是通过埋设于中间包底部的透气砖向钢液中吹入的气泡，与流经此处钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液的目的。同时，中间包吹氩可以改变钢液的流动状态，促进钢液的混合，有利于温度及成分的均匀。 虽然中间包吹氩在理论研究方面取得了一些进展，但部分企业反映，使用效果不太稳定，在实际中应用不太广泛。目前存在的主要问题有：生成的气泡尺寸较大，捕捉去除夹杂物效果不明显；气体吹入量受限制，因为要防止中间包卷渣及钢液二次氧化；透气砖的成本稍高，埋设不方便等。 增压减压法。20世纪90年代初期，日本NKK公司提出了增压减压法（Pressure Elevating and Reducing Method，PERM）去除钢中夹杂物技术，其原理主要分为3个步骤：一是通过加压使N2溶解在钢液中达到过饱和；二是迅速减压，气泡在夹杂物表面异相形核并长大；三是气泡携带夹杂物上浮，最终与钢液脱离。 增压减压法去除钢中夹杂物效果显著。然而，由于此方法须要对钢液进行高压处理，操作难度较大，至今没有工业化生产。 超声空化法。超声波是一种机械波，在液体介质传播过程中会产生周期性的应力和声压变化，在钢液中传播时，会将钢液中的微小气泡核激活，使其产生包括振荡、生长、收缩乃至崩溃等一系列过程，微气泡的这种从振荡生长到崩溃的过程被称为超声空化。 超声波产生的空化气泡直径小，仅有几十微米，空化气泡在上浮过程中有更多的机会和微小夹杂物发生碰撞并粘附在一起形成簇状物，从而使钢液中的微小夹杂物得到有效去除。但由于难以将超声波导入到钢液中，且很难找到可以在高温下使用的导波材料，超声空化气泡法去除夹杂物研究仍集中在水模型和实验室实验阶段，未进行大规模工业化应用。 增氮析氮法。其技术原理是前期将N2充入钢液中，使钢液中氮含量显著增加；后期通过真空处理迅速减压，使钢中过饱和气体以夹杂物为核心生成大量弥散微小气泡；最后气泡携带夹杂物上浮，并在上浮过程中不断捕捉细小夹杂物，达到去除显微夹杂物的目的。 增氮析氮法尚处于实验室研究阶段，未进行工业验证，并且对生产氮含量敏感的钢不适用。 微小氢气泡法。考虑到增氮析氮法对钢中氮含量控制的困难，有研究者研发出微小氢气泡法去除钢中夹杂物技术。其原理是，向钢液中通入焦炉煤气或天然气，焦炉煤气或天然气与钢液相互作用，其中的氢组元溶解于钢液中，使钢液中氢含量达到8ppm以上；钢液精炼脱氧后，对该钢液进行真空处理，钢中溶解氢以夹杂物为异质形核核心生成细小气泡，气泡携带夹杂物上浮到渣中去除；气泡在上浮过程中也会通过粘附夹杂物促进夹杂物上浮至渣中去除。 此技术可在吹氩站、CAS处理站、LF处理工位、AOD处理工位、RH处理工位和VD/VOD处理工位进行充氢处理，将原先向钢液吹入氩气改成吹入天然气或焦炉煤气，然后通过RH处理、VD/VOD处理工位等进行真空处理，适用范围设备多，几乎无须对现有设备进行改造；操作简单，成本低；生成的氢气泡体积细小，对钢中显微夹杂物及氮去除效果好。相较于增氮析氮法，该技术对钢中氮具有良好的去除效果，对氮含量敏感钢种依然适用。 由于微小氢气泡法具有对钢中显微夹杂物及氮去除效果良好、适用设备广泛、操作简单等优势，在今后有望实现大规模工业应用。 气泡去除钢中夹杂物发展趋势 通过将各种气泡精炼技术进行对比分析（详见附表），可以看出，夹杂物去除效果与产生的气泡尺寸及气泡弥散程度有直接关系。一般来说，气泡尺寸越小、气泡弥散程度越高，钢中夹杂物去除效果越好，特别是对钢中显微夹杂物去除效果更加显著。 钢包吹氩或中间包气幕挡墙技术等通过透气砖或透气塞向钢中通入气体，产生的气泡尺寸较大，气泡弥散程度差，夹杂物去除效果差，尤其是对显微夹杂物的去除效果不够理想。而近期发展的钢包长水口吹氩、反应诱发微小异相技术、增压减压法、超声空化法、增氮析氮法、微小氢气泡法等技术产生气泡尺寸较小，气泡在钢中分布弥散，去除钢中夹杂物效果较好。利用微小气泡去除钢中夹杂物的技术研发，已成为气泡去除夹杂物技术发展的主流。 相较于钢包长水口吹氩、反应诱发微小异相技术、增压减压法、超声空化法及增氮析氮法，微小氢气泡法可通过在现有的吹氩站或已有的精炼设备上向钢液通入氢气、天然气和焦炉煤气等，在钢中溶解大量氢，然后通过真空处理在钢中形成微小弥散气泡，对钢中夹杂物有良好的去除效果。该技术操作简单，适用性强，有望得到大规模工业应用。

长期以来，受“有风就有铁”高强度冶炼思想的影响，一些高炉工艺配套不合理，导致送风系统和煤气处理系统能力富余太多，浪费严重;一些高炉结构设计不合理，导致寿命短，吨铁折旧费用高;一些高炉指标欠佳，能耗过高，导致吨铁成本过高;一些高炉工艺选择不当，导致生产维护成本高;一些高炉建设时技术不成熟，导致环保不达标。以上种种缺陷，带来很大的成本压力和环境压力，严重影响到钢企的市场竞争力。 针对以上问题，从设计技术的角度出发，可以通过挖掘原配套系统的潜力，采用合理炉型、可靠薄壁本体结构、高效节能冷却系统、高风温顶燃式热风炉、环保底滤水渣工艺及环保节能物料转运等技术，实现高炉炼铁的升级改造，确保高炉的高效、低耗、长寿和环保，达到降本增效、提升市场竞争力的目的。 优化炉型，提升高炉生产指标 长期以来，一些高炉因利用系数高就被认为效率高、技术水平高，从而得到众多钢铁企业的青睐。但实际上利用系数过高的高炉(尤其是部分中小高炉)普遍能耗高、吨铁成本较高。尤其是在目前的微利时代，这些高炉的缺陷逐渐凸显出来，甚至被贴上落后产能的标签。 优化炉型，选择合适的单位炉缸面积工作炉容(Vw/A)。高炉的生产指标不仅与原燃料条件和操作制度息息相关，而且与高炉炉型有密切的关系。为什么一些高炉尤其是中小高炉容易强化冶炼、产量高，但能耗较高，其根本原因在于单位炉缸面积对应的工作炉容偏小。 炉缸面积越大，燃烧燃料越多，煤气量就越大，产量也会相应增加。但是单位炉缸面积对应的工作炉容(Vw/A)与煤气在炉内的停留时间是密切相关的，它直接影响到煤气利用率。据统计，经济技术指标较好的高炉空塔炉缸煤气流速或者炉腹煤气指数υ为58m/min~66m/min，工作容积内煤气平均压力也相对稳定。要保持煤气在炉内足够的停留时间，必须有合理的Vw/A范围。由于中小高炉工作容积内煤气平均压力较小，Vw/A应该更大，而不是现在中小高炉比大高炉小得多的状态。当然煤气停留时间也不宜过长，在炉内6s~7s时，煤气基本完成了自身热能与化学能的传导，因此需要一个合理经济的Vw/A。 炉型优化改造投资并不高，并可适当挖掘原工艺潜力。高炉工艺流程中，高炉本体所占总投资的比例并不高，大约10%左右，高炉其他约90%的投资都是与产量挂钩的，跟高炉本体大一点、小一点关系不大。假设高炉不以提高产量为目的，仅为了改善生产指标，适当增加工作炉容100m3，其投资并不是增加3000万元(假定按照30万元/立方米炉容计算)，而是只增加300万元或者更低，因为炉缸的投资大于炉腹及以上部位。如果将厚壁高炉改造成薄壁高炉，工作容积增加，投资反而下降。 如果适当增加炉容，降低冶炼强度和利用系数，提高煤气利用率，那么假设燃料比降低10kg/t，1000m3级高炉每年就节省近1000万元，仅半年就可以收回增加工作炉容的投资，今后每年增加1000万元的利润。 淘汰部分落后高炉，适当增加改造高炉的容积，尤其是适当扩大工作容积，选择合适的Vw/A，保证适宜的煤气流速和足够的炉内停留时间，提高煤气利用率，吨铁耗风量及煤气产生量都会相应减少。同时，挖掘送风和煤气处理系统的潜力，可以提高高炉产量，降低燃料比，降低吨铁成本，真正达到高产低耗，实现提升竞争力的改造目的。 采用先进可靠技术，延长高炉寿命 目前，我国高炉平均寿命与国际先进水平相比，有5年~10年的差距，究其原因，设计、操作、维护等方面均存在一些问题。近年来，炼铁技术飞速发展，如果不运用这些技术成果，仍然采用已经落后淘汰的技术对高炉进行原样大修，结果就会导致生产指标不能改善，吨铁成本仍然居高不下，损失巨大。 高炉长寿的关键在炉缸，炉缸的可靠性决定了一代炉役的长寿。炉缸寿命主要取决于炉墙结构是否合理、冷却能力是否足够及冷却能力是否得到充分的发挥等。 合理的薄壁炉衬结构。高炉改造，可以采用薄壁炉衬结构，适当增加炉腰直径，缩小炉腹角和炉身角，调整合适的Vw/A。采用密排水管的球墨铸铁冷却壁、钢冷却壁，甚至铜冷却壁，并满镶砖，以确保炉腹及以上炉墙的寿命。薄壁高炉并不是为了节省耐材、降低投资，而是将厚壁高炉经火法修正后，指标较好时期的内型在一代炉龄中固定下来，使得高炉在整个一代炉龄中都能保持高效低耗状态运行。要强调的是，薄壁高炉不能沿用厚壁高炉内型简单地将冷却壁热面推移到厚壁内型线位置的做法。那样既不能获得较好的生产指标，又会导致冷却壁过早破损，致使高炉短寿。 合理的炉缸结构。这主要包括以下6个方面的内容：一是采用斜炉缸结构，二是稳定且密封的陶瓷杯结构，三是提升碳砖及捣打料质量，四是适宜的风口、铁口设计，五是健全的监测系统，六是合理的烘炉制度。 高效节能的冷却系统。同种材质和工艺的冷却壁，管壁温度和热面温度都可以看作一定热流强度条件下冷却壁的冷却能力。温度越低，冷却壁冷却能力越强。冷却能力与管径、水量、水速以及比表面积，可以通过对3种型式炉缸铸铁冷却壁的对比看出其关系，如表1和图1。由表1和图1可以看出，采用小管径密排设计的冷却壁换热能力比大管径的要好，而不是水管越大、水量越大，冷却能力就越强。小而密的冷却水管布置的优点在于：可以提高冷却能力;降低冷却壁热面温度和对炉墙冷却的不均匀性，降低自身热应力，延长使用寿命;减少供水量，降低运行成本;减薄冷却壁，降低投资。 炉腹至炉身下部区域，可采用组合式冷却壁。其近年来在一些高炉上已得到成功应用，即在铸铁冷却壁热面部分燕尾槽内插装铜冷却条，提高铸铁冷却壁的冷却强度。铜冷却条作为渣皮“锚固钉”，使得冷却壁热面容易形成更加稳固的渣皮保护层。组合式冷却壁既具有易结渣皮寿命长的优点，又克服了铜冷却壁冷却过度造成渣皮太厚，继而频繁脱落给高炉带来的操作问题，同时投资较铜冷却壁大大降低。 高效的传热体系。尽管炉缸采用合理的结构、高强度的冷却系统，但如果炉墙有间隙，传热系统遭到破坏，耐材不能得到有效的冷却，炉缸安全仍然面临严重威胁。 由于耐材和炉壳膨胀很难同步，如果冷却壁和碳砖之间捣打料没有捣实，或者捣打料和碳砖有质量问题，冷却壁和耐材之间出现气隙就在所难免。在气隙存在的情况下，传热体系一旦遭到破坏，耐材就不能得到有效的冷却。要想解决这个问题，须要从冷却壁的安装结构入手。 按照常规设计，冷却壁是固定在炉壳上的，炉壳膨胀和冷却壁完全同步。而现在很多工程采用“无间隙冷却结构”专利技术，将冷却壁挂在炉壳上，设置排斥设施(如弹簧)，通过排斥设施的反力，将冷却壁推向耐材，保证冷却壁在任何时候都与耐材紧密接触，充分发挥其冷却作用。“无间隙冷却结构”技术安装冷却壁时，将冷却壁固定在炉壳上，待碳砖砌筑，宽缝捣料后，适当松开螺母，再焊接封罩，可将冷却壁固定销、灌浆孔和“无间隙冷却结构”统一在一套设备中。 应用节能环保技术，提升竞争力 通过高炉改造，采用高温节能的旋切式顶燃式热风炉、环保底滤炉渣处理工艺、环保节能的卸料车和转载技术等高效、节能、环保技术，可以实现高炉炼铁节能减排、改善环境、提升竞争力的目标。 超高风温热风炉技术。提高高炉鼓风温度，不仅可以降低高炉冶炼的燃料消耗，而且有利于增加喷煤量，降低焦比，对于降低吨铁能耗和生产成本的效果是明显的。近年来，很多高炉入炉风温虽然有所提高，但与先进高炉1250℃左右的风温相比还是有差距的。 在高炉升级改造中，提高风温一般可以采取以下措施：一是将内燃式热风炉改造为旋切式顶燃式热风炉。二是提高废气温度，既能提高热风炉蓄热量，强化换热，又能提高煤气、空气预热后温度，也不增加运行成本，是提高送风温度的最佳措施。改善炉箅子的材质，优化支撑结构，使得炉箅子和支柱能够承受450℃甚至500℃以上的废气温度。三是改进混风方式，将混风管接至助燃空气支管，从燃烧器助燃空气喷口进入热风炉，根据热风出口温度的变化调节混风量。四是改进热风管系结构，采用低应力热风管系。 环保底滤技术。环保底滤高炉炉渣处理技术是一种经济、环保、省地的新型炉渣处理新工艺。环保底滤工艺技术有以下特点：一是蒸汽集中排放，无热水池，及时抽干过滤池，实现无水过滤，炉前和过滤区域无蒸汽，环境好。二是过滤池应用渗透过滤工艺，渣水分离彻底，过滤后渣中含水量低于0.12t/t渣，同时，渣池具有暂时储存功能。三是冷水冲渣，抓渣时过滤池内无冲渣水，显著减少蒸汽排放。四是过滤后的循环水中悬浮物含量低于30mg/m3，系统管道、阀门、水泵等几乎无磨损，过滤系统无运转设备，安全性和作业率高。清水泵电能消耗低，节能效果明显。五是过滤池过滤，抓渣采用桥式抓斗起重机，设备少，故障率低，作业安全、可靠。六是通过提高过滤速度，过滤池面积较常规底滤工艺减少一半;总的占地面积和冷水INBA(因巴法)相当，约650㎡(不含皮带)。七是一次性投资及运营成本低。环保底滤与转鼓法工艺的比较见表2。 环保矿焦槽技术。矿焦槽系统产生的大量粉尘，对环境及工人健康造成严重危害，因此，建议在矿焦槽系统设计中，采用环保卸料车。此外新型高效、节能、环保的原料运输及转载系统，可降低矿焦槽系统除尘能耗，减少环境污染。 现阶段开发的环保卸料车将卸料管和除尘管道分开，减小了除尘通风的阻力，气流顺畅，同时避免了皮带头轮空隙的漏风，最大程度地改善了除尘效果。 新型高效、节能、环保的物料运输及转载系统通过软件模拟设计出控流曲线溜槽，降低了料流速度，减少了成品物料的破损量，减少了粉尘量并减弱了粉尘气流。在除尘密封方面，该系统通过在皮带机头部采用升降式静电吸尘挡帘，采用高效的新型双层密封自降尘导料槽，以及在导料槽系统上增加粉尘阻尼减压器等措施，降低导料槽落料点的风能，降低气压，降低风速，进一步自降尘和降低除尘风量。矿焦槽系统槽下皮带数量多，每条皮带的下料点多且相对集中。新型转载系统适合于几个下料点集中除尘，除尘风量相应降低，环保效果明显改善，运行成本大幅度下降。

我国钢铁工业节能减排具有较大的潜力，尤其是烧结、焦化和炼铁这三大工序，其能耗约占全流程钢铁能耗的70%。 彭岩 曹先常 张玉柱 近年来，国内外对钢铁工业的节能减排日益重视，节能减排技术取得长足的进步，但由于钢铁生产为长流程工序的特点，生产过程中存在大量的连续、半连续、非连续的物质流和能量流，不同工序衔接、能量的智能调配等方面仍存在很大的能量优化空间。而且，一些余热利用效率更高效的余热利用新工艺技术及装备尚未取得关键性突破，没有得到广泛的推广和应用。因此，我国钢铁工业节能减排仍具有较大的潜力，尤其是烧结、焦化和炼铁这三大工序，其能耗约占全流程钢铁能耗的70%。本文主要介绍烧结、焦化和炼铁这三大工序的节能减排技术的发展方向及目前存在的关键技术问题，希望为钢铁节能减排提供新的解决方案。 高效炉冷烧结机余热发电技术 技术发展现状 虽然近年来烧结机余热发电技术取得长足的进步，但由于各种原因，烧结机余热发电装置建成后运行效果差，甚至不到设计指标的50%，虽经设计及运行单位的不断改进，但始终无法全面快速推广。其主要原因是受烧结机现有环（带）冷方式的限制，烧结机余热发电仍存在很多关键性的难题无法彻底解决。余热资源是有限的，高效利用是关键。改进烧结矿环（带）冷却工艺，采用更为高效的竖炉式冷却，提高烧结矿冷却效率和质量，提高烧结余热回收温度，进而提高余热回收效率，是烧结机余热利用技术的发展方向。 工艺系统介绍 高效炉冷烧结机余热发电技术主要分为3个子系统：烧结矿冷却系统、烟风系统和发电系统，工艺流程见图1。 图1 高效炉冷烧结机余热发电工艺流程图 高效炉冷烧结机余热发电技术具有如下优势：一是提高烧结矿冷却质量。冷却炉设计有预存室，有利于烧结矿温度均化和残余挥发分析出，可提高烧结矿强度；冷却炉内冷却为等温差冷却过程，可避免热烧结矿因急冷而易裂，提高烧结矿成品率。二是提高烧结矿余热发电能力。烧结矿温度由700℃冷却至150℃，约有80%的烧结矿显热被冷却空气吸收，烧结矿余热利用率提高60%；获取的余热烟气温度可达600℃左右，烟气品质明显提高；余热发电采用中温中压双压发电系统，朗肯循环效率可提高25%。三是降低烧结矿冷却电耗。其解决了烧结矿冷却过程中的漏风问题，而且提高了冷却空气温升，冷却风量仅为环冷方式的1/3左右，可降低烧结机冷却系统自用电。四是减排效果明显。炉冷技术实现了冷却系统的高效密封，设备均为负压运行，解决了环（带）冷方式存在的粉尘无序排放的问题。五是提高烧结机运转率和发电系统的安全性。新建的烧结矿炉冷系统与现有的环冷系统互为备用，避免了因冷却系统故障而造成的烧结机生产线的停机，提高了烧结机的年运转率；冷却炉设计有预存段，能够避免因烧结机短时停机造成余热参数波动，导致发电系统停机的问题，提高了余热参数的稳定性，从而提高了余热发电系统的运转率和设备安全性。 关键技术问题 高效炉冷烧结机余热发电技术优势明显，是未来发展的主要方向，但就目前来说，仍存在关键技术问题亟须突破。 在基础理论方面，0~150mm宽粒径多孔烧结矿在大空腔内的气固逆流移动床流动与阻力特性，导热、对流和辐射耦合作用下的气固间换热特性机理仍须完善；烧结矿在自重作用下的料仓流动特性尚未明确。 在工艺技术方面，不影响烧结机产量和烧结矿质量的切实有效的炉冷工艺技术方案仍须探索，烧结矿冷却质量、余热获取参数、冷却电耗间的匹配优化技术尚须进一步完善，余热参数与发电系统热力参数的匹配优化尚未明确。 在关键设备方面，高负载、大倾角、高温物料输送装置尚未成熟；大空腔烧结矿竖式冷却炉仍须开发，特别是0~150mm宽粒径连续高温烧结矿在大空腔内的均匀布料问题、大空腔内均匀布风问题亟须解决。 在工程实施方面，新建工程安装、运行不影响烧结机正常生产，降低工程实施费用，提高投资回收效益，这些要求都有待满足。 预期效果 如果该技术存在的关键技术难题取得根本突破，那么不仅可以大幅提高烧结余热回收效率，而且能够提高烧结矿冷却质量，降低污染物排放，经济、社会和环境效益明显。以1条360㎡烧结机配套高效炉冷烧结机余热发电工程为例，钢铁企业每年可对外供电量为12600万千瓦时，可基本满足烧结机生产线用电量，按0.6元/千瓦时电计算，年收入约7560万元，扣除自用电及运行成本约15%，电站总投资1.8亿元，不足3年即可收回成本，项目建成后可减少燃煤电厂消耗约5万吨标准煤（电折算标煤系数为0.404），年可减排CO2约12.6万吨、减排SO2约1600吨。 荒煤气显热高效稳定回收技术 技术发展现状 炼焦过程中所产生的显热资源利用，已成为提高焦炉效率的主要途径之一。前苏联哈尔科夫炼焦厂最早被报道采用水夹套回收热水作为取暖热源；日本新日铁在焦炉上升管中设置夹套管，采用有机工质回收195℃的热能。我国先后开发了导热油夹套管、热管、锅炉等余热回收技术。宝钢针对荒煤气显热回收的难题进行了深入研究，研制了新型上升管换热器，已完成了显热回收利用的方案研究和中试试验工程，具备进一步工程示范的条件。 工艺系统介绍 焦炉荒煤气显热回收工艺系统包括除氧器、除氧水箱、给水泵、循环泵、汽包、加药、取样装置等相关设施。其中汽水工艺流程如图2所示，纯水经过管道先进入除氧器进行除氧，然后通入汽包，液体水进入荒煤气显热回收装置进行荒煤气显热的回收，其产生的汽水混合物进入汽包进行汽水分离，产生的蒸汽被送入蒸汽管网。 图2 焦炉荒煤气显热回收工艺流程示意图 关键技术 焦炉荒煤气显热回收一直是焦化行业节能减排研究热点，其须要解决的主要问题或关键技术包括：复杂工况条件下荒煤气换热计算模型与方法，防腐蚀抗结焦耐高温复合材料技术，狭小空间内上升管换热器强化换热与整体式多重防泄漏结构设计技术，组合式焦炉荒煤气余热回收蒸汽的系统及方法，焦炉上升管换热器在线快速更换技术，下降管换热器显热回收利用关键技术的研究，焦化区域红焦显热、荒煤气显热、烟气余热等能量系统耦合优化节能。 预期效果 宝钢焦炉荒煤气显热回收中试试验研究表明，吨焦回收余热6.8千克标准煤以上，示范工程预计年可回收约8万吨蒸汽，年经济效益为1100万元；扣除自用能耗，年可节约能源约7000吨标准煤。按2013年我国焦炭产量4.76亿吨计算，全部采用上升管高效换热器技术，我国年可节约能源320万吨标准煤左右，年节能效益约48亿元，具有良好的经济效益和社会效益。 高炉熔渣余热回收和资源化利用技术 技术发展现状 国内外对高炉熔渣余热回收和资源化利用技术开展了大量研究，高炉渣水淬—冲渣水余热利用，高炉渣干式粒化—余热发电，高炉渣制备水泥填料、矿渣棉及微晶玻璃工艺等成为高炉渣综合利用的主流技术路线。但迄今为止，高炉熔渣热量回收和气淬成珠技术尚未实现产业化应用。 工艺系统介绍 熔渣余热高效回收与生产玻璃微珠工艺流程图如图3所示。 图3 高炉熔渣余热高效回收与生产玻璃微珠工艺流程图 具体流程如下：高炉熔渣经渣罐倒入中间渣槽，通过特制气淬喷嘴粒化成珠，高温渣珠在气淬成珠室与空气完成初步换热后进入高效换热器。换热后的高温气体经管道进入高效换热器，同时渣珠在高效换热器中进行二次换热后进入微珠储仓，热气体和渣珠与锅炉管中的换热工质换热后进入管道再次循环。上述工艺针对高炉炼铁流程特点，实现高炉熔渣余热的梯级利用，同时生产高附加值的玻璃微珠产品。 高炉熔渣余热高效回收与生产玻璃微珠技术具有如下优势： 一是提高余热回收能力。基于熔渣微珠温度分布特点，换热设备设计为无转动部件，并采用辐射段与对流段相结合的换热形式，同时换热工质参数与微珠参数相匹配，在保障低成本、低动力消耗、高换热效率和可靠性的同时可实现余热梯级高效回收。 二是提高玻璃微珠成珠率。该技术基于高炉熔渣成分特点，针对高炉熔渣成分调整对气淬成珠过程的影响规律，形成高炉熔渣成分调整与高效生产高质量微珠关键技术，实时保证玻璃微珠高成珠率。 三是气淬过程与余热提取过程良好协同。基于炉熔渣温度、喷嘴结构型式、气淬工艺参数、环境温度条件等多因素耦合作用下传热及成珠规律，该技术解决了当前高炉熔渣余热回收难和熔渣冷却产物附加值低的行业难题。 关键技术问题 高炉熔渣余热高效回收与生产玻璃微珠技术实现了高炉熔渣的能源化与资源化深度利用，具有良好的发展前景，但就目前来说，仍存在3个关键技术问题亟须突破。 一是对高炉熔渣气淬成珠过程换热机制与关键技术进行研究，探索高炉熔渣气淬成珠过程的传热规律，基于气淬过程与余热提取过程，科学协同建立高炉熔渣气淬工艺参数优化模型，形成气淬过程高温余热提取关键技术。 二是研发高炉熔渣余热高效回收工艺，开发出高效颗粒换热设备，对高炉熔渣余热高效回收工艺参数进行优化，形成高余热回收率，同时生产玻璃微珠等建材的新工艺设计方法。 三是建设高炉熔渣余热高效回收关键设备研发与中试生产线，完成气淬系统、余热回收系统、气体循环系统及除尘系统的制造、安装，进行中试实验。 预期效果 如果上述关键技术难题得到解决，就能够形成高炉熔渣气淬成珠与余热回收关键技术和装备，为高炉渣热量回收与高附加值利用提供技术支撑。按2015年全国年产高炉渣约2.4亿吨计算，若20%高炉渣利用该课题研究成果，高炉渣热能回收效率按50%计，则每年回收高炉渣余热折合标准煤约120万吨，预期效益折合人民币约9亿元。同时，制备的玻璃微珠产量约0.28亿吨（成珠率按60%），高炉渣高值资源化利用净增利润按100元/吨渣计，预计每年可为国家多创造利润28亿元人民币。项目实施后，每年可节约冲渣新水耗量0.28亿吨左右。 综上所述，钢铁工业作为我国能源消耗大户，节能减排取得了长足的进步，但仍有较大的节能潜力，特别是烧结、焦化、炼铁三大工序。通过对流程工业系统的关键工艺重构、流程再造、系统耦合及参数优化、关键设备研发，突破存在的关键技术和设备问题，形成流程工业节能减排整体解决方案，从而可进一步提高钢铁工业的能源利用效率，降低污染物排放，为钢铁流程工业的可持续发展提供科学保障。

我们在这里论述的几个热处理问题的例子，不是杜撰出来的，都是在实际工作中会遇到的，而且这个现象十分普遍。 1.产品热处理硬度HRC只能是60HRC。59或61HRC都不能接受？ 经常遇到受委托的热处理产品硬度值只能在某一个确定值上，不能有偏差！比如要求热处理硬度达到60HRC，如果热处理之后达到59HRC，或61HRC就视为不合格产品。殊不知，洛氏硬度机的允许偏差还有1HRC呢！ 2.淬火出来的工件没有冷到室温，不能进行回火？ 有些人认为淬火出来后，还没有冷却到室温时，不能进入回火工序。实际上很多钢种，尤其低、中碳钢，其马氏体转变终了点大都高于室温，冷到室温时，反而容易开裂，淬火出来后就可以尽快转入回火工序。 3.淬火出来的工件必须带温回火？ 这种做法是不可取的，要根据钢种的马氏体转变点来决定淬火之后的回火前的入炉温度。为了防止淬火开裂，不能妄加推测，一概而论的采用带温回火的办法。 4.产品退火之后，要放置一周之后，才能热处理淬火？ 个别老板自称有提高模具使用寿命的秘诀！秘诀是什么呢？探其究竟，竟然是要求热处理者做完退火处理之后，不能马上进行淬火回火处理。模具必须在退火和淬火之间要在室温放置一个礼拜时间。说是：释放退火应力！这个道理不知道哪位专家能给于解答？ 5.产品尺寸加工已经全部完成，要求热处理保证不变形？ 有的人为了节省产品加工费用，在热处理之前，把所有的尺寸加工结束，然后去热处理淬火回火。要求热处理者保证在热处理过程中不变形，或者只允许变形量在最后一道冷加工的公差带值内！热处理的过程实质上就是一个组织变形阶段，微观上的变形积累，有谁敢保证不在宏观上表现出来成为尺寸变形呢？ 6.热处理的产品没有硬度？ 很多委托产品外加工的企业，都学会了要求进货检验，既然提出这个要求，那么伙计们就严肃对待了，也去买一台洛氏硬度计回来，放到工厂里，开始对热处理后的产品开始进货检验。这些本无可非议，但是用户总会说热处理产品检验不合格！怎么会呢？明明白白是经过检验合格出厂的，怎么到用户手中就不合格了呢？ 于是紧急派员去处理此事！真是不看不知道，一看吓一跳！原来他们对热处理的产品的脱碳层也不去除（加工余量足够保证加工之后，不会残留脱碳层），就直接在工件表面上面打HRC硬度了！这怎么会有高硬度呢？ 7.热处理工学好铁碳平衡相图就可以了？ 在很多资料中，都说到铁碳平衡相图在热处理中是十分重要的知识，是制定钢铁材料加热工艺的依据，而且指出：尤其是热处理工必须熟练掌握铁碳平衡相图。  铁碳相图是铁碳合金在平衡状态时的组织组成图，而不是获得非平衡的马氏体、贝氏体等组织的转变图。铁碳相图的临界温度参数仅仅局限在碳钢和铸铁，非合金钢和合金铸铁。合金钢和合金铸铁的平衡状态图由于添加了其它合金元素，与铁碳平衡状态图相差还是很大的。 铁碳平衡相图是加热和冷却过程中的速度是及其缓慢的结果，而且又局限于铁碳合金钢种，这个理论状态，是不可能在实际生产中大量运用，实际淬火等热处理加热冷却过程中组织转变都是在一定加热速度和冷却速度下进行的，不是完全达到平衡状态。所以，铁碳平衡相图仅仅是研究热处理、学习热处理的必备基础知识和出发点，而不是直接在热处理工艺过程中运用的相图。 热处理工熟练掌握了铁碳平衡相图知识只是热处理学习的开端，不能达到使用铁碳平衡相图来处理工艺实际问题的境界。 热处理工学好铁碳相图仅仅是具备热处理入门知识之一。 8.退火工件可以形成等轴晶粒？ 在低碳钢退火工艺中，很多人认为可以获得等轴晶粒。实际上，在沸腾钢中容易获得等轴晶粒度。在Al铝镇静钢中是很难达到等轴晶粒组织的。尤其经过冷挤压的变形件退火，晶粒很明显的呈变形挤压组织形态！即使950℃以上的退火温度也难以达到等轴晶粒。 9.硬度越低挤压变形越好，越容易？ 人们的直接思维是：硬度越越低越容易挤压变形。在钢材的挤压工艺中，珠光体球化组织状态变形能力最高，但是这个组织状态比起片状珠光体的硬度一般都高，所以要求挤压件的原始组织是珠光体球化组织的技术要求，而不能采用硬度最低的片状珠光体组织。 10.锻模要求高硬度正确吗？ 在使用热锻模的用户中，很多人喜欢提出高硬度的要求，甚至要求52~55HRC。这个观念是错误的。  这个现象的出现，究其原因，应该是某些不规范的热处理企业在做锻模对外热处理业务时，没有真正按照锻模的服役条件来淬火，而是降低淬火温度、缩短保温时间，仅仅满足用户的硬度要求，这种硬度值看似符合标准（或规范）的锻模硬度范围，由于没有考虑红硬性，在使用时，锻模的抗回火能力差，硬度很快就会降低，用户对这种使用过的锻模再检测时，发现锻模的热处理硬度不高。 锻模的“老板”就动脑筋了：下次热处理时提高硬度要求，结果发现提高硬度的锻模比上一次按照标准、规范选取的硬度值的锻模寿命提高了，于是就很高兴：原来提高硬度就能解决这个问题。他怎么能知道是热处理的厂家或“大师”的无能的热处理水平造成超出标准的硬度反而寿命长的奥秘呢？结果这个问题谬种误传，致使热锻模的技术要求的硬度值一天比一天的高。 在标准的硬度范围内的具有红硬性的热锻模，其寿命是良好的！锻模要求高硬度是不正确的。

钢帘线是制造汽车子午线轮胎骨架的理想材料，主要用于子午胎体、带束层、胎侧增强层和胎圈包布，制成的轮胎适合于车辆在高速状态下行驶，具有载荷大、抓着力好、耐刺扎、寿命长、节油等一系列优点。 近年来，国内汽车、轮胎及钢帘线的发展极为迅速，特别是在我国汽车产销量居全球第一后，钢帘线市场具有很大的潜力。不过，随着汽车工业的迅猛发展，对子午线轮胎的安全性、舒适性和经济性等方面的要求不断提高，钢帘线将加速向高强度、高渗透性等先进技术方向发展，因此也对帘线钢提出了更高的要求。 帘线钢生产现状 目前，世界上主要生产钢帘线用线材的生产厂有德国撒斯特（SKD）、日本新日铁住金（NSCMC）、日本神户（KSL）和韩国浦项（POSCO）等。 钢帘线对于高线厂来说附加值较高，国内多家钢帘线厂在寻找国内的钢帘线用线材供应商，市场需求旺盛。原来依靠日本、德国、意大利等供应钢帘线用线材的厂家对国内供应货源的需求更加强烈。迄今为止，国内主要有宝武集团（宝钢和武钢）、鞍钢等钢厂能生产一些帘线钢，国内一些生产帘线钢的合资企业所使用的坯料还大量依靠进口。国内企业通过引进、消化、吸收国外先进技术，产品质量和技术水平有了显著的提高，在产品质量与国外差别不大的前提下，拥有较强的成本优势。 以宝武集团宝钢为例，宝钢线材产线投产于1999年3月，年设计产能40万吨，以钢帘线、弹簧钢、汽车用冷镦钢及高等级桥梁缆索用钢为主。2010年，宝钢钢帘线生产实现历史突破，全年销量逾12万吨，形成了从72至92钢帘线的全系列生产能力。2011年1月28日，宝钢成功生产出B96LX极高强度钢帘线盘条，标志着宝钢钢帘线制造能力达到国际先进水平，实现了钢帘线盘条产品的全系列覆盖。钢帘线每提高一个等级，汽车轮胎就可以减重10%。因此，提高强度、减轻重量、延长寿命是汽车行业轻量化发展对钢帘线提出的要求。如今，宝钢现已成为世界子午线轮胎生产行业巨头米其林的国内最大钢帘线供应商，并向世界最大的钢帘线、钢丝及制品制造商贝卡尔特稳定供货。 目前，帘线钢的冶炼工艺主要有以下两种：①电炉→二次精炼→连铸或模铸；②高炉→铁水预处理→转炉冶炼→二次精炼→连铸。帘线钢一般不宜采用电炉冶炼，因为其炉料废钢中残留的有害微量元素（镍、铅、铜、铬）会影响到钢的质量。由于钢帘线用成品钢丝的丝径一般都在0.15毫米~0.38毫米，钢中尺寸大于5微米的硬性夹杂（主要是氧化铝）数量较多时，拉拔过程中的断丝率将很高。因此，为减少夹杂物和改变其形态，降低钢丝脆断率，帘线钢必须采用二次精炼。 国内外帘线钢主要采用LF（钢包精炼炉）+VD（真空脱气）或LF+RH（真空循环脱气）法进行精炼，通过采用Si-Mn合金脱氧以及改变精炼渣系，达到控制钢中酸溶铝含量，进而使钢中夹杂物转变为塑性CaO-SiO2-Al2O3夹杂的目的。具体的做法是在转炉出钢时尽量控制下渣量，或者是在出完钢后扒去钢包内的转炉渣，再加入精炼渣。并且，LF与VD或者RH配合使用能有效脱硫，降低钢中氧含量，使夹杂物转变为液相、易聚合上浮的钙铝酸盐。经过钢包炉处理的钢液，杂质元素含量和夹杂水平均有明显改善，能生产硫含量0.0007%~0.003%、氧含量0.0013%~0.0017%、夹杂物0~1.0级的洁净钢。 如何进行帘线钢冶炼技术攻关？ 冶炼技术难点有哪些？ 成分允许波动范围小。碳含量（碳当量）对拔丝影响很大。据统计，碳当量每提高0.01%，断丝率约提高5%。钢帘线盘条的碳含量高、范围窄，一般在0.7%以上。对于高碳钢来说，碳含量与碳当量的稳定精确控制是个难点，需要通过提高转炉出钢的含碳量、LF炉通过增碳剂精确调整碳含量来进行控制。 夹杂物控制严格。在钢帘线加工过程中，单丝直径最小可以拉拔到ф0.15毫米，夹杂物的大小和形态直接决定着考核钢帘线用线材质量的一个最重要指标——拉拔断丝率。控制夹杂物成为炼钢厂冶炼水平的直接体现。现在一些先进钢厂在研究零夹杂的超纯净钢冶炼。冶炼过程中必须严格控制脱氧、精炼，减少钢中的夹杂物含量。另外，用渣洗法进行夹杂物无害化处理，不但可以减少夹杂物的数量，而且可以得到易变形的夹杂物。要合理确定钢水罐、浇注水口的耐火材料来控制外来夹杂物的产生。 免成分偏析。碳、锰偏析一般产生在连铸坯凝固过程中，对高碳钢来说，更容易在心部产生偏析，它会强烈推迟线材轧制时心部珠光体的转变。若冷却速度较快，则形成心部马氏体；若冷却速度较慢，则形成心部渗碳体。这两种组织都会导致线材在拉丝中断裂。采用大方坯连铸技术、电磁搅拌技术、轻压下技术对控制偏析有很大好处。 帘线钢夹杂物影响几何？ 钢帘线是线材制品中的极品，被称为“皇冠上的明珠”。因为钢帘线要被拉至0.15毫米~0.38毫米钢丝并制成绳，拉拔成细丝100千米不允许断头，所以钢帘线的所有生产工序都有较严格的要求，其中对夹杂物的控制最为关键。钢帘线在冷拔和捻股过程中发生断丝，最主要的原因之一是钢中存在硬而不变形的脆性夹杂物。实验表明，夹杂物大于被加工钢丝直径2%就会导致钢丝在冷拉和合股过程中脆性断裂。钢帘线断丝的主要原因有以下几点： 原辅材料有害元素的影响。原辅材料是保证帘线钢质量的前提，入炉铁水、废钢，以及添加的渣料、合金料等均需要对有害元素进行控制。钢帘线用钢除要按规定控制碳、硅、锰成分以外，其他各元素更要严格控制，否则就会导致断丝，如铜含量超标会引起“红脆”等。电炉加入40%废钢，带入的铜元素不能在后道工艺中去除，必须使用优质废钢。钛元素在钢中危害也很大，与氮元素在凝固过程中形成小尺寸、带棱角的、硬脆的氮化钛夹杂（即钛夹杂）。钛夹杂在钢丝拉拔过程中加重模耗，并严重恶化成品的抗疲劳性能。钛元素性质活泼，极易与氧、氮元素发生反应，炼钢残留的少量钛元素也会对成品造成很大的危害，因此必须控制其来源，使用特殊合金及合成渣，将原辅材料中的钛元素限制在最低水平。铝是强脱氧元素，钢液脱氧过程中一旦析出氧化铝夹杂，精炼过程中就无法将它们从钢液中彻底去除。特别是尺寸小于10微米的氧化铝夹杂，要通过常规的精炼工艺从钢液中有效去除是十分困难的。即使将钢液全氧质量分数降低到（5~6）×10-6，材料疲劳断口上仍然发现直径为10微米~20微米的A12O3颗粒。另外，钢中铝元素还会与渣中的二氧化钛发生反应：4A1+3TiO2=3Ti+2A12O3，使渣中的二氧化钛被还原后进人钢液中，不利于钛元素的去除。 全氧含量的影响。氧的控制是冶炼帘线钢的一项非常重要的工作。全氧含量高于夹杂物数量后无论夹杂成分控制得多好，都会导致断丝。 偏析的影响。高碳钢偏析也是影响断丝的一个重要因素。高碳钢偏析高对轧钢组织控制带来不良影响，同时使夹杂物的分布不均，产生断丝。钢帘线用盘条偏析评级≤2级，应达到标准。 气体含量的影响。气体对钢帘线断丝的影响主要是氢和氮的含量。 夹杂物的影响。杂物是影响断丝的主要原因，特别是氧化铝夹杂。 夹杂物如何控制？ 夹杂物形态控制主要依靠精炼渣来实现，但每个钢厂有不同的工艺条件，夹杂物受很多因素制约，如原材料、合金、耐火材料等，所以各厂设备不一样，冶炼方法也不一样。技术人员可以从钢丝断口形貌、断丝入手借助电子探针和图形仪分析夹杂物；同时对LF精炼夹杂物进行有限控制，用电解和金相分析铸坯中的夹杂物可以有效地减少夹杂物对质量的影响。 国际上，帘线钢最常用的标准是皮拉利标准，该标准对夹杂物的要求为：钢中总氧含量≤30×10-6；夹杂物最大尺寸，一般要求<ф15微米，更细的丝及高强度帘线要求夹杂物直径小于钢丝直径的2%；钢中不允许纯氧化铝夹杂存在，复合氧化物夹杂中氧化铝要求质量分数≤50%；夹杂物数量根据不同强度级别、不同钢丝直径的要求，一般要控制在每平方厘米1000个以下。 严格控制钢中铝元素，所有合金、原料中不允许含铝元素，同时要控制渣中碱度（氧化钙/二氧化硅）。当碱度在≤1.0时，渣中氧化铝≤15%可以实现氯元素的微量控制，即能将夹杂物氧化铝控制在20％左右。 但日本研究表明，精炼渣中的氧化钙和二氧化硅与钢中全氧含量有较大关系。当碱度≤1.0时，全氧水平在（20~25）×10-6左右，但实际操作中全氧很难达到这一水平。全氧含量高即夹杂物数量多，这也是影响断丝的重要因素。

经济的发展伴随着能源消耗的快速增长，大量化石燃料的使用给生态环境带来了一系列负面影响。尤其钢铁、有色冶金、建材等高耗能行业，在这些行业的生产过程中，不可避免地会产生大量的中低温余热烟气资源。这部分余热如果没有得到充分利用，而是被白白地排放到了环境中，在破坏大气环境的同时更造成了资源的浪费。冶金烧结工艺就是其中典型的一例，在钢铁生产中，烧结工序的能耗仅次于炼铁，占总能耗的10％～20％。研究开发新技术，充分利用现在工业过程中产生的废气、废热，提高余热资源利用效率和品质已经成为一个重要课题。 中冶北方工程技术有限作为钢铁行业铁前领域重要的设计和研发力量，一直致力于烧结节能减排工艺的改革与创新，以打造绿色烧结为己任，开发了包括烧结烟气循环技术、活性焦烟气综合治理技术、多功能高效环冷机等节能减排技术。这些新工艺、新技术都在实际的工程中得到应用，并取得了良好的效果。而这些新技术的研发，为余热利用技术的研发也奠定了坚实的基础。 满足行业需求，迈出烧结余热发电第一步 钢铁工业烧结余热回收主要有两部分：一部分是烧结机尾部废气余热，另一部分是热烧结矿在冷却机前段空冷时产生的废气余热。这两部分废气所含热量约占烧结总能耗的50%，充分利用这部分热量是提高烧结工艺的效率，显著降低烧结工序能耗的途径之一。 目前，国内烧结废气余热回收利用主要有3种方式：一是直接将废烟气经过净化后作为点火炉的助燃空气或用于预热混合料，以降低燃料消耗，这种方式较为简单，但余热利用量有限，一般不超过烟气量的10%；二是将废烟气通过余热锅炉或热管装置产生蒸汽，并入全厂蒸汽管网，替代部分燃煤锅炉；三是将余热锅炉产生的蒸汽用于驱动汽轮机组发电。 从实现能源梯级利用的高效性和经济性角度来看，最为有效的余热利用途径是余热发电，对烧结矿产生的烟气余热回收，平均每吨成品矿可发电16千瓦时~20千瓦时，折合每吨钢综合能耗可降低约8千克标准煤。目前，我国烧结余热发电机组按余热锅炉形式主要分为4种：单压余热发电技术、双压余热发电技术、闪蒸余热发电技术和带补燃余热发电技术。近年来，纯低温余热发电技术已在建材等行业得到了广泛应用，特别是随着双压、闪蒸发电技术和补汽、凝汽式汽轮机技术获得突破，大大提高了余热回收效率，为钢铁企业烧结余热发电技术的推广创造了条件。 在这种新形势下，经过一段时间的考察、研究等知识储备，中冶北方在2008年设计了第一个烧结余热发电项目，并在之后持续改进和提高余热利用技术及利用率，陆续设计、建设了各类烧结余热利用项目20余个，余热利用效果显著，其中不乏像国内装机容量最大的单台烧结余热发电站——日照钢铁（营口）公司600平方米烧结机余热发电工程这样的优势项目。就这样一步一个脚印，中冶北方逐渐在烧结余热利用领域崭露头角。 依托自主优势，形成系列完整的余热利用技术 随着多项烧结余热工程的投产和应用，中冶北方的余热利用技术日臻成熟，依托打造绿色烧结的技术优势，余热利用成为中冶北方开疆拓土的利器，在冶金节能减排市场收取得显赫战功—— 多功能高效烧结环冷机成套技术与烧结余热利用技术。中冶北方自主研发的多功能高效烧结环冷机成套技术，具有国际领先水平，运用先进的密封技术，极大地降低了烧结环冷机的漏风率，有效提高了环冷机余热锅炉的取风温度，平均增加吨矿发电量2千瓦时。 全密封环冷机成套技术与烧结余热梯级利用技术。传统烧结环冷机，仅一、二段高温段封闭，后续冷却段均为敞开式布置。中冶北方利用全密封环冷机成套技术，可实现烧结环冷机上罩全密封，高温段热风可用于烧结余热发电等利用，中温段热风可用于换热器换热产生热水及低温蒸汽以供采暖等用途，较低温度段热风可以用于烧结矿料的解冻，最大程度梯级利用烧结环冷机余热资源。 烧结机及环冷机一体化余热利用技术。烧结机大烟道余热利用技术是中冶北方的传统优势，而烧结机及环冷机一体化余热利用技术，是将大烟道余热锅炉采用与环冷机余热锅炉一体化设计的方案，将大烟道余热锅炉产生的蒸汽送入环冷机余热锅炉，与环冷机余热锅炉产生的蒸汽共同进入过热器过热，从而产出稳定合格的蒸汽用于汽轮机发电。 落料点取风技术。不同于传统环冷机高参数取风，受料点取风技术是将环冷机高参数取风点前移至环冷机受料点。在取风的同时，切断受料点处的除尘风门。通过对烟道系统的优化设计，实现热风取热和受料点除尘的一体化设计。同时，对环冷机余热锅炉进口烟道做特殊的防护处理，避免增加的粉尘对锅炉过热器受热面的磨损。此技术可避免落料口除尘抢吸热风的情况，减少高品质热能流失，将烧结余热锅炉高参数段进口烟气烟温高于设计参数的时间增加10%，提高锅炉产汽量3%。 主抽风机烧结余热回收三联机系统。此系统是烧结余热能量回收与电动机联合驱动烧结主抽风机的新型能量回收机组，具体由烧结余热汽轮机、变速离合器、烧结主抽风机、同（异）步电动机组成。其将钢铁企业烧结余热回收的能量直接作用在烧结主抽风机轴系上，通过降低电机动电流而达到节能的目的，即通过系统集成提高能量回收效率，节省投资及运行成本。 取风段前移的烧结余热利用系统。在以往余热利用的项目中，当外界温度变化较大时，尤其在北方寒冷地区，在冬季运行时，由于外界温度较低，烧结环冷机余热锅炉的高参数进口烟气温度会有较明显的下降，这是因为环冷机上罩及烟道在冬季散热量远高于夏季，造成烟气温度在冬季明显低于夏季，系统运行参数波动大。在改进的系统中，中冶北方将高、中温取风段隔板前移，虽然取高温段风量相应减小，但由于取风风箱都相对靠近落料口，高温段风温都相应提高；中温段取风位置也相应前移，将原高温段最后一个风箱作为起始取风点，从而使中温段风温较之以前也有一定程度的升高，而总风量仍为原系统的风量；将高温段烟气取风管道做成内保温结构，最大程度地减少散热量，系统运行的冬夏季温差可大幅下降。 竖冷窑余热利用系统。传统的环式冷却工艺漏风率高、显热回收效果差，而竖式冷却窑具有结构简单、设备台套数较少、维护量小、密封效果好等特点。竖式冷却窑可以将烧结矿中的显热回收到70%以上，吨矿冷却风量只有传统冷却工艺所需风量的70%，节省了无效风量的设备投资及运行电耗，同时污染物排放只有传统工艺的70%。另外，竖式冷却窑余热利用技术吨矿发电量在28kWh左右，极大程度提高了发电量。 烧结余热回收利用是钢铁企业开展节能减排、降耗增效的有效措施，也是钢铁企业实现循环经济的必由之路。中冶北方将借此契机，依托自主优势，在保持烧结余热利用领域行业领先地位的前提下，不断研发新技术，稳步发展，以打造绿色烧结为己任， 为钢铁行业的节能环保事业作出更大贡献。