2018炼铁技术系统的物质流与能量流探讨

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　　摘要：本文从炼铁系统的物质流和能源流两个方面出发，对炼铁系统所消耗的能源和资源情况进行了详细分析。
　　关键词：炼铁系统 能源流 物质流
　　近年来，全球气温开始变暖，对自然环境和人类生活造成了严重影响。钢铁行业生产和运行的过程中所产生的能源消耗，废弃排放是致使全球气温升高的主要原因，因而受到了社会的广泛关注。钢铁联合企业中，炼铁系统的能耗和二氧化碳的排放对气温影响最为严重。碳素是炼铁系统消耗的主要能源，而碳素在燃烧过程中会释放大量CO2。因此，为了保证人类拥有健康美好的生活环境，为了建设节约型社会，必须提高炼铁系统的能源效率。
　　一、炼铁系统的物质流和能源流之间的相互关系
　　根据相关学者和专家的研究表明，能源流和物质流实质上既相互对立和制约，又相互统一和联系。首先，从物质流角度分析，在整个钢铁生产过程中，物质流始终与能源流相伴而存在。而从能源流角度而言，在生产钢铁的过程中，能源流却没有伴随着物质流的整个生产状态，一部分能源流在某些因素的影响下，往往脱离了物质流，进行独立的运作。
　　在炼铁系统中，能源流和物质流同样也存在着以上所阐述的关系特点。该系统存在着两个端口，一个是输入端，另一个是输出端。通常情况下，在系统输出端，液态高炉渣和铁水可以有效承载一部分的能量输出。同时，通过输出端口，大量的废气、废烟、以及高炉煤气能够带着相关能量以独立的能量流形式进行有效输出。在系统的输入端，焦粉、铁矿粉、焦炭、熔剂、煤粉以及鼓风都不在统一系统中，而是相互分离的。而在系统生产和运行过程中，它们又能够相互作用和影响。生产铁水是通过高炉完成的，而对铁矿粉进行造块是通过烧结工序完成的。
　　二、探讨炼铁系统的物质流和能源流
　　2.1 烧结工序
　　烧结主要是通过物理变化将粉状的物料转化为块状。其中，烧结工序加工的主体是铁素流，在此过程中，碳素流是一种能量流，所发挥的作用仅仅是为铁素流的生产加工提供适宜的温度。同时，在这个加工过程中，碳素流转化过程和燃烧情况与二氧化碳的排放和能量的利用效率密切相关。
　　在烧结工序中，能量流和物质流也存在着既相互联系又相互独立的关系。其中铁矿粉、点火煤气、焦粉和熔剂在烧结工序的输入端是相互分离的，然而在具体的烧结过程中，他们又开始相互影响和作用，发生反应，进行燃烧，为铁矿粉的造块而服务。在烧结工序的输出端，经过烧结变成红热状态的物质对部分能量的输出进行着承载。同时，能量在大量烧结废气的夹带下从端口输出，它们的输出是以独立形式进行的。为了更好的对资源进行利用以及节约资源，减少对环境的污染和破坏，应该利用余热锅炉对烧结矿所带的热能和烧结废气所带的热能进行转换，使其变成蒸气。同时，也可以利用汽轮机来实现其转换，使其变成电力，进行回收利用。
　　2.2 高炉炼铁工序
　　高炉炼铁也就是将相关造铁物质在高温下进行冶炼。在钢铁制造总体流程中，该环节是资源、物质流通量以及能源消耗最多的环节之一。在该过程中，从炉顶装料开始，高炉炼铁整个生产过程的物质流和能量流中的含铁原料以及焦炭等物料就通过炉顶布料器进入高炉，然后利用热风炉对空气进行预热，再然后通过风口将预热后的空气吹入高炉。在空气作用下，粉煤和焦炭在高炉中进行着燃烧，在燃烧的过程中，这些物质会发生反应形成一氧化碳和氢气。而这两种物质由于自身具有较轻的特点，因而会在炉内上升，上升过程中又会与块矿、烧结矿、球团矿等含铁的原料发生还原反应。在还原反应中，铁氧化物被还原成铁水，然后排出高炉，而铁矿石中的一些杂质则会在此过程中进入炉渣，最终也会排出高炉。同时，可以对在该工序中产生的大量高炉煤气进行除尘处理，然后将其作为锅炉、风炉以及加热炉等的燃料使用，从而达到废物利用目的，并有效提高了能源的利用效率和使用效率。
　　高炉炼铁过程中，物质流和能量流的相互关系与烧结工序大致相同。也就是说，在高炉的输出端，大部分能量在铁水和液态状高炉渣的承载下有效得到了输出。同时，热能、动能和化学能在大量高炉煤气的带动下以独立的形式从输出端口输出。而在高炉的输入端，煤粉、烧结矿以及鼓风也是相互分离。在高炉内部，它们又会发生一定联系和反应，又会进行相互作用。例如：烧结矿、煤粉、鼓风以及焦炭通过相互作用，会发生燃烧反应，燃烧升温又会发生还原反应等。
　　三、炼铁系统二氧化碳排放探讨
　　当前社会形势下，工业的飞速发展特别是钢铁行业的发展加大了二氧化碳的排放量，而二氧化碳大量的存在于空气中给人类社会造成了巨大的危害和影响。钢铁生产和加工过程中，二氧化碳主要是燃烧大量能源而引起的。据相关统计，能源消耗中所排放的二氧化碳比例占据了整个钢铁工业排放二氧化碳总量的百分之九十以上。同时，炼铁系统中所消耗 能量又占据着钢铁企业能耗总量的百分之六十以上，因此，炼铁系统所排出二氧化碳总量超过了企业总量的百分之五十。由此可以看出，钢铁联合企业治理能耗的重点在于优化和提高炼铁的能耗效率。
　　四、减少能耗的主要途径
　　炼铁系统的能量流能为炼铁系统的物质流提供充足的热量，保证铁水的生产顺利进行，同时能量流在铁水生产过程中还会产生大量的二次能源。其中，炼铁系统中，只有小部分的能量流脱离物质流而独立运行，大部分能量流始终随着物质流运行。烧结工序中，为了提高减少铁素物质流在工序中的消散，提高烧结矿的成品率，需从各个钢铁企业能源实际出发，对烧结矿的返矿率进行降低，对烧结的废弃物进行再利用，对资源进行循环使用，提高资源利用效率。同时，目前钢铁企业减排二氧化碳的主要方法在于对炼铁系统的能源消耗进行有效控制。
　　五、结束语
　　根据以上分析，在全世界倡导节能减排的基础上，全国范围内的各个工业企业特别是对耗能巨大，排放废气和废物巨多的钢铁企业来说，必须对此引起高度重视。炼铁系统的工作环节作为炼铁生产中的重要环节，相关企业必须控制对其能源的使用效率，尽量做到资源的有效利用。
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