高炉冶炼炼铁技术工艺及应用探讨

秦培华+++刘志英

【摘要】：随着机械自动化水平的不断提升，机械制造行业对钢铁的需求量在不断提升，此外汽车、轮船、高层建筑等行业的快速发展进一步提升钢铁需求量的提升。作为钢铁生产的关键过程，高炉冶炼炼铁技术工艺及应用的探讨有着非常重要地位及价值。

【关键词】：高炉冶炼炼铁；工艺流程；工艺实现；发展

引言

炼铁技术作为整个钢铁工业中的关键技术之一，对整个炼铁工程的发展起着重要的作用。而高污染、高耗能、高物耗是我国钢铁生产的主要特征，这个特征在整体炼铁系统中表现最为明显。因此研究分析高炉炼铁技术的工艺流程与应用有着重要的意义。

一、高炉炼铁工艺技术参数

高炉冶炼过程是在一个密闭的竖炉内进行的。高炉冶炼过程的特点是，在炉料与煤气逆流运动的过程中完成了多种错综复杂地交织在一起的化学反应和物理变化，且由于高炉是密封的容器，除去投入（装料）及产出（铁、渣及煤气）外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察。为了弄清楚这些反应和变化的规律，首先应对冶炼的全过程有个总体和概括的了解，这体现在能正确地描绘出运行中的高炉的纵剖面和不同高度上横截面的图像。这将有助于正确地理解和把握各种单一过程和因素间的相互关系。高炉冶炼过程的主要目的是用铁矿石经济而高效率地得到温度和成分合乎要求的液态生铁。为此，一方面要实现矿石中金属元素（主要为Fe）和氧元素的化学分离——即还原过程；另一方面还要实现已被还原的金属与脉石的机械分离——即熔化与造渣过程。最后控制温度和液态渣铁之间的交互作用得到温度和化学成分合格的铁液。全过程是在炉料自上而下、煤气自下而上的相互紧密接触过程中完成的。低温的矿石在下降的过程中被煤气由外向内逐渐夺去氧而还原，同时又自高温煤气得到热量。矿石升到一定的温度界限时先软化，后熔融滴落，实现渣铁分离。已熔化的渣铁之间及与固态焦炭接触过程中，发生诸多反应，最后调整铁液的成分和温度达到终点。故保证炉料均匀稳定的下降，控制煤气流均匀合理分布是高质量完成冶炼过程的关键。

二、高炉炼铁工艺流程

（1）高炉本体。炼铁生产的关键部分就是高炉本体，其是圆筒形设备，主要包括了由钢铁焊接成的炉壳、由耐火砖砌筑成的炉衬、冷却设备、炉型、立柱、炉体框架以及高炉的基础等部分。高炉内部空间就是炉型，其从下至上分成五段，包括了炉缸、炉腹、炉腰、炉身以及炉。在高炉内完成整个炼铁过程。

（2）上料系统。上料系统的工作是把高炉所需要的原燃料，根据一定的比例经过上料设备完整地运送至炉顶受料漏斗内。

（3）装料系统。装料系统的工作是把上料系统运送的炉料，装入炉中，并均匀分布在炉中。该系统也能够起到回收煤气与密封炉顶的作用。

（4）送风系统。送风系统的工作是把鼓风机运送的冷风通过热风炉进行预热处理后送至高炉内。

（5）煤气净化系统。煤气净化系统的工作是净化处理在高炉炼铁过程中所产生的含量偏高的荒煤气，以此得到达标的气体燃料。

（6）渣铁处理设备。渣铁处理系统的工作是把炉中放出的铁和渣，根据相关要求进行处理。

（7）喷吹燃料设备。喷吹燃料设备的工作是把煤进行收集、计量以及磨制后，从风口稳定、均匀地喷至高炉中。

三、高炉冶铁炼铁具体技术工艺的实现

1、焦炭燃烧

一般而言，高炉炼铁时风口前温度可达到1800～1900℃左右，这也是炉内最高温度值，随着炉体上升温度会缓慢下降。由装料系统送入高炉本体中的焦炭，在下落过程中即会逐渐加热，当焦炭到达炉缸风口附近时，遇风口热风充分燃烧而形成二氧化碳并放出大量热量。然后二氧化碳在上升过程中，因氧气的缺乏和大量的焦炭的存在，会继续反应生成一氧化碳和氢气。最终，焦炭燃烧的产物为一氧化碳和少量的氢气，这也是后续工艺中铁氧化物和其它非铁元素的主要还原剂。

2、铁氧化物和非铁元素的还原

高炉内铁氧化物主要有三氧化二铁、四氧化生铁、硫化铁等。各种铁氧化物的还原过程为：一氧化碳在沿炉内上升过程中，与铁矿石接触使铁氧化物还原，其温度多在低于1100℃的范围内进行，然后依次由铁的高氧化物还原为铁的低氧化物，并最终还原为铁。具体还原与分解顺序为：

3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe

矿料内除铁元素以外，通常还包含有锰、硅、磷等非铁元素。这些非铁元素的还原主要依靠一氧化碳或固体碳作为还原剂来进行。以锰元素的还原为例，铁矿石中锰元素多以二氧化锰的形式存在，其还原过程也与铁氧化物还原相类似，具体还原与分解顺序为：

6MnO2→3Mn2O3→2MnO4→6MnO→6Mn

3、去硫工艺

高炉中的硫主要以硫化铁的形式存在于焦炭、矿石、熔剂等炉料中。由于硫元素會造成铁产品具有热脆性，对钢铁质量造成严重影响，因此必须采取去硫处理。具体工艺是在炉料中添加入较多的石灰石，使硫化铁与氧化钙在炉内的高温下生成化学反应，而产生不溶于铁而溶于炉渣的硫化钙，以起到去硫留铁的目的。

四、高炉炼铁技术未来的发展

1、高炉大型化

近年来，我国高炉的大型化有了很大进步。随着高炉大型化，高炉装备水平有了很大提高，装备技术也有长足进步，装备的本地化率不断提高。

在世界上，我国新建大型高炉具有领先的装备水平。在装备技术方面采用了无料钟炉顶、铜冷却壁、高压炉顶、喷煤装置、水渣粒化装置、炉前烟气除尘装置、高温热风炉、富氧鼓风、脱湿鼓风等等装备。

高炉大型化除了对高炉炉内现象进行了更精细的研究外，还必须弄清各种炉内现象，合理控制循环区及死料堆的形成行为、焦炭粉化及产生堆积的行为，这些行为对炉料透气性和下料有重大的影响。进一步有必要寻求重要操作因素以制定合适的送风制度和装料制度。

2、高炉炼铁自动化

（1）可视化高炉

采用新型高精度传感器技术、智能化检测技术、软测量技术、数据处理技术、恶劣环境下的可靠性技术为手段对高炉工艺流程进行在线连续检测，通过数字成像技术，使密闭的高炉成为基于炉内检测，机理及经验模型，数字成像技术的可视化高炉。针对高炉操作稳定，降低生产成本的高炉可视化应用，应首先考虑高炉长寿和原料适应性。

（2）生态高炉

是通过提高炉内反应强度，通过检测及控制提供调整反应强度手段.持续提高喷煤比。通过设置相关检测，调整操作，大力削减污染物排放。包括粉尘、CO、CO2、氮化物和硫化物。为实现生态高炉的目标，高炉自动化需随着高炉炼铁技术的发展，实现控制机能的实施及过程的优化。

（3）低成本高炉

通过合理的检测及自动化设备配置，降低高炉建设成本。通过全集成的自动化控制系统，先进的管理和控制功能，提高劳动生产率，减少定员及维护费用。通过设置相关检测设备及模型及专家系统，优化过程，提高原料适应性。

结语

综上所述，科学技术的日益进步，使得高炉炼铁技术在不断的改进，高炉炼铁技术依然占据着重要的地位。因此相关工作人员还需要进一步改善炼铁系统，使得改善后的炼铁系统能够达到降低投资成本、节约资源、降低能够消耗的效果，全面提高我国钢铁企业在市场上的竞争力，推动我国钢铁行业的可持续性发展。

参考文献

[1]秋关根.黄海平.涂萌萌.高炉炼铁技术的应用与工艺流程探索[M].天津人民出版社.2012.10（05）：160-163

[2]吴良铺.柴燕武.高俊义.分析高炉炼铁技术的具体应用和工艺流[J].沈阳建筑大学学报.2011.23（11）：819-822

[3]周榕.文国玮.刘淑英.研究高炉炼铁技术的应用情况以及工艺流程[J].湖北经济学院学报（人文社会科学版）.2013.02（11）：250-254.endprint