鋼鐵廠能源

鋼鐵生產(chǎn)需用的能源，種類(lèi)繁多，主要有以下幾種：①煤。其中有煉焦煤，用于煉制焦炭，供高爐冶煉使用，副產(chǎn)焦?fàn)t煤氣。煙煤、無(wú)煙煤用于高爐噴吹，用作加熱爐、鍋爐的燃料。②燃料油。用作平爐、加熱爐的燃料和高爐噴吹燃料。冶金工廠常用的燃料油是重油、減壓渣油、裂化渣油，有時(shí)也加混一部分柴油或輕質(zhì)油。使用時(shí)應(yīng)注意化學(xué)成分，發(fā)熱值和物理性能（包括粘度、比重、比熱、凝固點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)等）。③輕柴油。用于須嚴(yán)格控制加熱溫度的加熱爐。④天然氣。發(fā)熱值高，含雜質(zhì)少是冶金工業(yè)的一種理想燃料。主要成分是甲烷、乙烷、丙烷等低級(jí)烴類(lèi)，另外還含有一定數(shù)量的氮、二氧化碳等惰性氣體，有的還含有硫化氫及氦等稀有氣體。天然氣可作為高發(fā)熱值煤氣單獨(dú)使用，也可與其他煤氣混合使用,用作平爐、加熱爐等的燃料,也可用作高爐噴吹的燃料。⑤液化石油氣。用途同天然氣，但多作后備能源。⑥高爐煤氣。用作高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、加熱爐和鍋爐的燃料。高爐煤氣發(fā)熱量低，多與焦?fàn)t煤氣混合使用。⑦焦?fàn)t煤氣。用作焦?fàn)t本身和加熱爐等的燃料，也可作民用燃料。⑧轉(zhuǎn)爐煤氣。國(guó)外雖普遍安裝回收轉(zhuǎn)爐煤氣的設(shè)備，但因經(jīng)濟(jì)原因，多數(shù)工廠把回收煤氣燃燒放散，未加利用。日本的鋼鐵廠已把回收的煤氣加以利用，中國(guó)有的鋼鐵廠也進(jìn)行回收利用。轉(zhuǎn)爐煤氣常與其他煤氣混合使用。⑨發(fā)生爐煤氣。在鋼鐵廠中，如果高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣不足，可用發(fā)生爐煤氣補(bǔ)充。發(fā)生爐煤氣是固體燃料（如煙煤、無(wú)煙煤或焦炭）在煤氣發(fā)生爐中與氧化劑(常用的是空氣和水蒸氣的混合物)相互作用產(chǎn)生的氣體燃料。發(fā)生爐煤氣主要用于軋鋼加熱爐、煉鋼平爐。要求煤氣燃燒溫度高或火焰黑度大的用戶(hù)(如某些加熱爐和平爐)可就近制造發(fā)生爐熱煤氣使用。一般用爐則用經(jīng)過(guò)凈化的冷煤氣。⑩電力。既作為電熱，如用于煉鋼電爐、熱處理爐等，也作為動(dòng)力，如用于軋鋼機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵以及其他機(jī)械的電機(jī)傳動(dòng)。(11)蒸汽。既作為熱源用于采暖、加熱，也作為動(dòng)力源，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)帶動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，還用于煤氣管道的吹掃，高爐爐頂?shù)拿芊獾取?12)壓縮空氣。多用作自動(dòng)控制的動(dòng)力源和氣動(dòng)裝置，也用于高爐噴吹燃料。

能源使用 能源的選用，因情況而異，主要原則是：①應(yīng)能在要求的期間內(nèi)按質(zhì)、按量、按時(shí)供應(yīng)；②應(yīng)能滿(mǎn)足工藝技術(shù)要求;③經(jīng)濟(jì)合理,即能源費(fèi)用在產(chǎn)品成本中占合理的比例。鋼鐵生產(chǎn)的能耗與許多因素有關(guān)，為研究分析這些因素的綜合影響，采用“噸鋼能耗”指標(biāo)。其含義為：從焦化、燒結(jié)到軋制成成品為止，配套生產(chǎn)每噸粗鋼所消耗的能量。單位是噸標(biāo)準(zhǔn)煤/噸粗鋼（標(biāo)準(zhǔn)煤按每公斤發(fā)熱值為7000千卡計(jì)算）。綜合噸鋼能耗的計(jì)算，包括煉鋼本工序的能耗，煉鋼用各項(xiàng)原料（如生鐵、廢鋼、石灰）和相繼工序(如連鑄、軋鋼)的相應(yīng)能耗以及鋼鐵企業(yè)內(nèi)輔助生產(chǎn)部門(mén)（如采礦、選礦、耐火材料、機(jī)修等）的有關(guān)能耗。

為了便于各企業(yè)間相互對(duì)比，中國(guó)把只包括煉焦、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵、煉鋼、軋鋼等主要生產(chǎn)工序和廠內(nèi)運(yùn)輸?shù)哪芎囊?guī)定為噸鋼可比能耗。也就是說(shuō)，指標(biāo)內(nèi)不包括企業(yè)內(nèi)輔助生產(chǎn)部門(mén)的能耗。

噸鋼能耗和各工序能耗與工藝流程、原料條件、設(shè)備條件、操作水平、設(shè)備維修水平有關(guān)，還與全廠的管理水平有關(guān)。因此噸鋼能耗是一個(gè)鋼鐵廠的主觀和客觀因素的反映。任何一個(gè)因素的變化，都會(huì)引起噸鋼能耗的增減。70年代世界主要工業(yè)國(guó)的平均噸鋼能耗都在 1噸標(biāo)準(zhǔn)煤以下。中國(guó)80年代初，重點(diǎn)企業(yè)噸鋼可比能耗平均為1.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

投入鋼鐵廠的能量，一部分為有效利用，另一部分則以不同形式，如熱煙氣、冷卻水、高溫爐渣、爐壁散熱等形式損失掉。如采取余熱利用措施，可以降低噸鋼能耗。能量有效利用的部分所占的比重，各鋼鐵廠相差甚大，一般只有總輸入能量的30～40%。70年代先進(jìn)的鋼鐵廠可達(dá)到50%左右，可見(jiàn)鋼鐵廠的余熱利用的潛力很大。圖1

節(jié)能技術(shù) 鋼鐵廠生產(chǎn)工藝復(fù)雜，使用能源種類(lèi)繁多。為了節(jié)約能源，首先必須充分理解能源結(jié)構(gòu)的實(shí)際組成，了解輸入能量、副產(chǎn)能量、損失能量以及每一生產(chǎn)過(guò)程的確切的熱平衡，以便確定生產(chǎn)各種產(chǎn)品的單位能耗，并找出每一生產(chǎn)過(guò)程中的能量損失原因。還需要對(duì)操作所得的實(shí)際數(shù)值和技術(shù)計(jì)算值加以對(duì)比，并評(píng)價(jià)有關(guān)節(jié)能的基本因素，從而制定切實(shí)可行的節(jié)能規(guī)劃。鋼鐵廠的節(jié)能途徑，主要有下列三個(gè)方面：

改進(jìn)生產(chǎn)工藝 有效利用能源的途徑之一是生產(chǎn)方法和各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的工藝改革。例如：改用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼代替平爐煉鋼可以大量降低煉鋼工序能耗。煉鋼多用廢鋼作原料,降低鐵鋼比,可以大幅度降低能耗。高爐煉鐵提高礦石入爐品位，每提高含鐵量1%，生產(chǎn)1噸生鐵一般可降低焦比 5～10公斤。另一重要途徑是改善熱工制度，通過(guò)提高燃燒效率，掌握合適溫度等來(lái)促進(jìn)能源的有效利用。例如：使用氧量計(jì)控制最優(yōu)的燃料空氣比，使用計(jì)算機(jī)控制各種燃燒爐和板坯在較低溫度下出爐等。

降低能源損失 生產(chǎn)流程的合理化是降低能源損失的關(guān)鍵，這方面包括：減少生產(chǎn)工序，把多工序的工藝直接連接起來(lái)或者改變?yōu)檫B續(xù)高速的生產(chǎn)工藝。主要技術(shù)措施舉例如下：①增加連鑄生產(chǎn)的比例。連鑄和初軋相比，每噸鋼約可節(jié)能量 0.15×10千卡，即節(jié)能65%。②采用熱錠裝入均熱爐。在熱錠溫度為800℃,熱錠率為95～98%的條件下噸鋼熱耗可降至 (0.14～0.16)×10千卡/噸。③熱板坯直接裝入加熱爐。連鑄或軋成的坯料于熱態(tài)裝入加熱爐，可節(jié)能(0.05～0.1)×10千卡/噸。④擴(kuò)大直接軋制的范圍，取消中間加熱的方法。

回收損失的能量 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中損失的能量一般約占總輸入能量的66%，其中廢氣占13%，冷卻水占 16%，固體顯熱占13%，散熱損失占 24%。設(shè)法回收損失的能量加以利用，是節(jié)能潛力很大的一個(gè)方面。例如：①板坯冷卻鍋爐。板坯離開(kāi)板坯軋機(jī)時(shí)具有0.16×10千卡/噸的顯熱。安裝板坯冷卻鍋爐設(shè)備,節(jié)約的能量約為板坯生產(chǎn)過(guò)程消耗總能量的25%。②干法熄焦。每干熄1噸焦約可回收0.36×10千卡熱量，還能提高焦炭質(zhì)量，減少環(huán)境污染。③回收熱風(fēng)爐廢氣的顯熱。利用熱風(fēng)爐廢氣顯熱，預(yù)熱燃燒用的空氣，可節(jié)約大量熱能。④直接利用高溫爐排氣的顯熱。把溫度高達(dá)900℃ 的冶金爐排氣送到爐溫較低的干燥爐里作為熱源。⑤汽化冷卻。汽化冷卻法已在高爐、轉(zhuǎn)爐、加熱爐等方面得到廣泛應(yīng)用。冷卻用水量只需水冷時(shí)的1～2%。⑥采用廢熱鍋爐回收冶金爐廢氣顯熱。許多冶金爐廢氣溫度較高，采用廢熱鍋爐可以回收大量廢氣顯熱，用以生產(chǎn)蒸汽或其他形式的熱介質(zhì)。⑦降低副產(chǎn)煤氣的放散率。高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等，有時(shí)放散燒去。主要產(chǎn)鋼國(guó)家的高爐和焦?fàn)t煤氣的放散率都控制在3%以下。此外，高壓高爐煤氣膨脹渦輪機(jī)發(fā)電也有發(fā)展。

為了合理使用和節(jié)約能源，現(xiàn)代化的鋼鐵廠設(shè)有一個(gè)能源中心，對(duì)全廠能源進(jìn)行集中管理。

參考書(shū)目

A Technological Study on Energy in the Steel >Industry,International Iron & Steel Institute,Brussels,1976.2100433B

內(nèi)容介紹

《鋼鐵廠設(shè)計(jì)原理》上冊(cè)以高爐煉鐵車(chē)間設(shè)計(jì)及煉鐵車(chē)間設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)備選型為主要內(nèi)容，還編入了煉鐵原料加工車(chē)間設(shè)計(jì)概論、鋼鐵廠設(shè)計(jì)概論及鋼鐵廠廠房建筑概論?！朵撹F廠設(shè)計(jì)原理》下冊(cè)將敘述煉鋼車(chē)間設(shè)計(jì)原理及其他內(nèi)容。本書(shū)系高等學(xué)校鋼鐵冶金專(zhuān)業(yè)教材。通過(guò)教學(xué)，使學(xué)生了解鋼鐵廠設(shè)計(jì)基本知識(shí)，掌握鋼鐵廠主要設(shè)備工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算與設(shè)備選型。

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1856年后，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼等大規(guī)模煉鋼技術(shù)，鋼鐵產(chǎn)量激增；到19世紀(jì)后期，逐漸形成規(guī)模巨大的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，鋼鐵廠的廠房建筑便具有自己的特點(diǎn)。19世紀(jì)末，中國(guó)在湖北建立第一座鋼鐵廠──漢陽(yáng)鐵廠。20世紀(jì)50年代以來(lái)，中國(guó)開(kāi)始自行設(shè)計(jì)、建造年產(chǎn)百萬(wàn)噸以上的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。廠址選擇和總平面布置　選擇鋼鐵廠廠址，應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸條件，盡量接近原料產(chǎn)地或市場(chǎng)，并有充足的能源、水源供應(yīng)。廠區(qū)的總平面布置應(yīng)根據(jù)工藝流程、運(yùn)輸手段和當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。生產(chǎn)作業(yè)線應(yīng)避免交叉，力求短捷。能源供應(yīng)、給水排水、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、機(jī)電維修，以及行政管理、生活福利、環(huán)境保護(hù)等有關(guān)建筑要統(tǒng)籌規(guī)劃，全面安排。在考慮廠區(qū)和生活區(qū)同城市的關(guān)系時(shí)，應(yīng)注意解決環(huán)境污染等問(wèn)題。設(shè)計(jì)要點(diǎn)　鋼鐵廠主要車(chē)間大都為熱加工車(chē)間，多采用單層廠房（見(jiàn)工業(yè)建筑），廠房高、面積大、跨度大、廠房?jī)?nèi)的吊車(chē)起重量大，操作頻繁。例如純氧頂吹轉(zhuǎn)爐車(chē)間的多層跨間高度可達(dá)60～70米，大型軋鋼車(chē)間的鋼坯庫(kù)跨度可達(dá)42米，跨數(shù)有多達(dá)10個(gè)連跨，橫向長(zhǎng)度達(dá)200米以上；火車(chē)由廠房側(cè)面駛?cè)胲?chē)間，所需柱距為30～42米，300噸左右轉(zhuǎn)爐柱距為28～36米，350噸轉(zhuǎn)爐煉鋼注錠吊車(chē)的起重量達(dá)530/115/30噸。鋼鐵廠主要車(chē)間大部分采用鋼結(jié)構(gòu)，也有采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的。因此，在廠房設(shè)計(jì)中，對(duì)屋頂、天窗、墻體和建筑防護(hù)等方面要作重點(diǎn)考慮。①屋頂。煉鐵、煉鋼、軋鋼車(chē)間的屋頂，按坡度可分為三種。第一種是1/2至1/3的大坡度屋頂，美國(guó)、加拿大、法國(guó)、英國(guó)、意大利等采用較多。這種屋頂空間大而有利于通風(fēng)、散熱、排水，且不易積灰；但屋頂占據(jù)空間過(guò)大，建多跨、連跨廠房比較困難，不便于施工維修；有天溝時(shí)易漏水，如設(shè)橫向天窗，避風(fēng)性能較差。第二種是坡度為1/5至1/6的中等坡度屋頂，大多采用小尺寸的壓型鋼板或鋁合金板作屋面。這種屋頂克服了大坡度屋頂?shù)娜毕荩?jié)約材料，布置靈活；但存在著積灰問(wèn)題；單坡也不宜過(guò)長(zhǎng)，否則中間要增加排水點(diǎn)。第三種是坡度為1/10、1/20、1/50的小坡度屋頂，大多采用小尺寸壓型鋼板或鋁合金板以及卷材屋面，日本、聯(lián)邦德國(guó)、蘇聯(lián)、中國(guó)等許多國(guó)家采用最多。小坡度可以最大限度地采用外排水，避免由于天溝漏水所引起的各種事故，而且外形整齊，構(gòu)造簡(jiǎn)化，便于施工維修，節(jié)省投資（見(jiàn)圖）。②天窗。主要功能是通風(fēng)散熱。玻璃天窗易損、易污，已逐步為帶擋雨板的通風(fēng)天窗加局部固定采光帶或采光罩所代替，天窗的設(shè)置應(yīng)根據(jù)工藝的安排、熱源的位置和特點(diǎn)、天窗的性能等來(lái)確定，并考慮有足夠的通風(fēng)面積和避風(fēng)要求。為加強(qiáng)熱源區(qū)的排放效果，避免熱量任意擴(kuò)散，可設(shè)排氣罩和抽風(fēng)機(jī)。③墻體。墻體材料的發(fā)展趨勢(shì)是輕質(zhì)、大型化、預(yù)制裝配化，并有耐火、防水、保溫、隔熱等性能和良好的外觀。墻體的形式可根據(jù)車(chē)間特點(diǎn)和地區(qū)條件，采取封閉式、敞開(kāi)式、半敞開(kāi)式。進(jìn)風(fēng)洞口標(biāo)高應(yīng)盡量降低，以取得良好的通風(fēng)效果。敞開(kāi)式的進(jìn)風(fēng)洞口應(yīng)考慮防雨措施；封閉式的進(jìn)風(fēng)洞口則采用垂懸窗較多。在許多國(guó)家，采光洞口的材料都采用透明或半透明的塑料或玻璃鋼取代玻璃，以減少污染，便于清洗，防止破碎。④建筑防護(hù)。對(duì)受熱溫度達(dá)100℃以上的鋼筋混凝土構(gòu)件，以及直接受到火焰或熔渣噴濺的部位，都應(yīng)采取隔熱保護(hù)措施。軋鋼車(chē)間酸洗間、充電間、油庫(kù)等存在液相腐蝕和氣相腐蝕，均應(yīng)遵照防腐蝕規(guī)程進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)。此外，鋼鐵廠主要車(chē)間內(nèi)部及其附近的大氣中含有大量腐蝕性氣體和金屬氧化物粉塵，這些物質(zhì)與水蒸氣混合后具有酸性或堿性腐蝕作用，在采用薄壁鋼結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)有防護(hù)涂層。鋼鐵廠建筑還要妥善處理撞擊、振動(dòng)、噪聲的影響，以及由于大面積地面超載和鍛錘連續(xù)沖擊而引起的地基不均勻沉陷等問(wèn)題。 2100433B

2018年11月15日，合肥鋼鐵廠列入第二批國(guó)家工業(yè)遺產(chǎn)名單。