论传统高炉炼铁流程面临的问题和应对策略

2019-01-03张永升张古兴伊凤永

中国金属通报 2019年5期

张永升，张古兴，伊凤永

（河钢股份有限公司承德分公司，河北承德 067002）

随着科学技术的进步，高炉炼铁技术也有了进一步发展，但是传统高炉炼铁过程中消耗了大量能源，对企业效益和环境资源都造成了严重损害。人们在生产和发展过程中越来越重视技术创新和环境保护，所以针对现阶段的高炉炼铁流程进行改革和完善有着重要的现实意义。

1 高炉炼铁的意义和作用

炼铁的流程和工艺是钢铁行业发展的基础，其贯穿整个炼铁的过程中，钢铁产业最大的特点是高消耗、高污染，尤其是在炼铁的过程中投入的资源和产生的污染物最明显。目前每生产1吨铁就要消耗20吨左右的原材料，并且炼铁过程中消耗的能源以及排放的污染物约占钢铁企业消耗能源总量的一半以上，同时产生大量的废弃物和有害气体。而目前炼铁的方式主要仍以高炉炼铁为主，全球每年钢铁产量数十亿吨，其中非高炉炼铁的方式产量不到1万吨，占比不足1%。

2 我国高炉炼铁发展的现状

随着我国社会经济的发展以及相关政策的支持，钢铁产业获得了极大的资产投入，从而推动了行业的发展，预计到2020年左右会渐渐趋于平稳发展。地方区域的炼铁能力是衡量我国钢铁产量增长率的主要指标，目前全国范围内的钢铁产量都较高，并且具有较好的质量，除了西藏地区受地理因素影响不具备炼铁的能力，钢铁生产主要集中于沿海地区，由于政策的扶持和经济贸易的繁荣，这些发达地区对钢铁的需求量更大，约占了全国钢铁总量的一半以上。钢铁在日常的使用中范围广泛，钢铁本身也有着成本收益高、可回收性强、需求量大等特点，钢铁在经济发展中已经成为一种必不可少的材料。我国钢铁行业的崛起和飞速发展，从侧面反映了我国经济的发展，也催动了高炉炼铁技术的发展和普及。过去我国的钢铁生产工厂基本是通过政府主管来进行行政系统的分类，改革开放以来慢慢放开。而随着钢铁行业的开放，钢铁企业也如雨后春笋一样迅速发展，比较明显的就是高炉数量的大幅增加。

3 高炉炼铁的设备和流程

高炉是一个类似于竖直的圆筒设备，是高炉炼铁的重要部分，它由高炉基础与钢板焊接而成，其内部空间成为炉型，分为炉喉、炉身、炉腰和炉腹等，高炉炼铁的全部炼铁过程都是由高炉完成的。炼铁过程中上料系统将炼铁所需的原材料通过设备送到高炉顶的漏斗中，然后由装料系统将原材料送入高炉内部，并且起到密封、处理煤气的作用，然后由送风系统将冷风加热以后直接送入高炉内部，喷吹燃料系统将反应物进行研磨以一定的量从风口一起送入高炉内进行反应。

4 传统高炉炼铁面临的问题

（1）高炉年均产量不高。目前我国钢铁企业中的高炉总数量约有500多座，平均产量约每年60万吨，而随着社会对钢铁需求量的提高，必须要对高炉的结构进行改进以此提高钢铁企业的生产效率。

（2）资源的缺乏。由于我国高炉炼铁所需要的资源需要从国外进口，因此炼铁材料的缺乏已经成为影响我国高炉炼铁发展的重要因素之一，所以要对国内现有的资源和外来进口资源进行更加高效的利用，从而提高资源的利用，提高企业的经济效益。

（3）高炉炼铁过程中能源消耗过大。前面提过，我国钢铁行业消耗的能源约占了全国能源总消耗量的10%，而其中炼铁产业就占了6成以上，传统的高炉炼铁对于能源的消耗是非常大的，所以在高炉炼铁的发展过程中必须要淘汰落后的炼铁工艺以及不合格的高炉。

（4）环境污染。随着社会经济的发展以及建设的深入，钢铁行业也在不断的发展，但是由于本身的高污染性，钢铁行业对环境的危害也越来越明显，因此国家已经开始出台政策规定要求做好绿色生产，但是基本上只有一些大型钢铁企业能够在生产过程中实现绿色环保的生产，其他的企业由于技术实力和资金问题仍然没有有效的降低对环境的污染，因此如何发展低碳、绿色的高炉炼铁技术是解决日趋严重的环境问题的主要途径。

5 改进高炉炼铁流程的措施

积极引用新的技术，实现高炉炼铁低能耗、绿色、低碳、持久的发展，有利于解决当前高炉炼铁过程中存在的种种问题，因此要从高炉本身和炼铁技术等多个方面入手。

（1）原料的调整。首先对于高炉炼铁的炉料应当进行调整，随着新的焦化、烧结和球团设备的投入，高炉炼铁炉料的品质已经上升到了一个新的台阶。而通过合理的配煤，根据煤种的特点进行调配，还能够进一步降低资金的投入，达到生产效益最大化的。

（2）有效利用反应的产物。在高炉炼铁的过程中，主要的原材料是焦炭，因此焦炭是有效易得的还原剂，可以在高温下将铁矿石或者含铁原料还原为液态的生铁。而焦炭本身也可以作为高炉炼铁的燃料，高炉炼铁是一种传统的炼铁工艺，在还原铁的过程中，先将铁还原为单质的固态铁，然后将其进一步反应得到液态的生铁，通过一定的装置处理，提高液态铁的生成效率。在向高炉内部加入燃料的时候，要对焦炭和炉内的气体进行监控。在对高炉的温度进行升温时，必须要保证还原铁的过程不受影响，由于焦炭在高炉炼铁的过程中具有的还原性，因此往往是必要的材料，所以对于反应过程中发生的铁渗碳情况是比较正常的。在高炉的使用过程中，熔化器和质量调控器对于转炉炼钢有着非常重要的作用，高炉能够还原出大量的固态的铁，从而为生产液态铁提供了大量的原材料，所以高炉本身就有熔化器的效果，所以通过对高炉炼铁流程的调整，能够控制影响铁水的相关参数，从而确保生产的铁水符合要求。

（3）提倡低碳炼铁技术。发展绿色低碳的高炉炼铁有助于减少污染的排放，降低能源的消耗，提高高炉炼铁的技术含量。高炉精料技术是一种常见的方法，其优点在于拥有很高的炼铁效率，同时对于能源的消耗较低，钢铁使用年限长等。在目前的传统高炉炼铁过程中，精料技术能够极大的降低高炉炼铁的过程中热量的散失，提高能源的转化率和利用率。想要提高高炉炼铁的效率，确保炼铁流程快速、有效的执行，就必须要提高能源的使用，因此提高能源的利用率，减少炼铁过程中能源的浪费，降低无用功率的占比，对于确保高炉炼铁所需的能源有着积极的作用。而富氧喷煤技术可以有效促进高炉炼铁的进程，提高产量和效率，富氧率的提高对于高炉炼铁而言有着重要意义，富氧喷煤技术能够提高富氧率，从而提高焦炭、煤粉的燃烧效率，一方面充分的燃烧使得材料能够完全反应生成完全氧化物，降低部分氧化物如一氧化氮对环境的影响，另一方面燃烧率的提高意味着更高的能源利用率，既促进了反应又降低了物料的投入，在确保高炉炼铁效率的前提下最大限度的限制了污染物的形成。富氧喷煤技术的优点主要在于提高了高炉炼铁的效率，降低了投入的成本，提高能源和材料的转换率；有效控制了废气的排放，确保了低碳、绿色、减排目标的实现；可以提高喷煤量，加速高炉炼铁的反应过程；产生更少的废弃物，降低了环境治理的成本花费，节约了资源。目前高炉的平均使用年限大约15年左右，大型的高炉甚至能达到25年，高炉作为高炉炼铁的基本设备，如果能够有效的延长其使用寿命，那么对于节约资源、改进工艺以及调整高炉结构都大有裨益。主要可以采用优化高炉的内部结构，使高炉可以自我维护。而为了解决高炉炉缸内部铁水问题，可以改变高炉结构，加深死铁层，这么做还可以促进富氧喷煤技术的应用，更快的使炉内升温。