高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝及應(yīng)用探析

張仲新 門樹(shù)柏

摘要：經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，需要工業(yè)進(jìn)步的支持。在工業(yè)進(jìn)步帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也需要意識(shí)到工業(yè)污染對(duì)于環(huán)境整體帶來(lái)的破壞性。讓工人能夠簡(jiǎn)單了解高爐冶鐵的過(guò)程，這樣才能夠做好每一個(gè)控制指標(biāo)含義的分析，在節(jié)約能源、提高產(chǎn)量的同時(shí)，還能夠減少對(duì)環(huán)境帶來(lái)的污染。本文針對(duì)高爐冶煉煉鐵技術(shù)進(jìn)行分析，同時(shí)闡述其實(shí)際的工藝應(yīng)用，希望能夠滿足高爐冶煉煉鐵的實(shí)際要求。

關(guān)鍵詞：高爐冶煉；煉鐵；工藝；應(yīng)用

對(duì)于鋼鐵行業(yè)而言，煉鐵技術(shù)非常關(guān)鍵，基于高爐設(shè)備的高爐煉鐵就成為生產(chǎn)鋼鐵不可忽視的一個(gè)環(huán)節(jié)。因?yàn)槠鋵?duì)于環(huán)境污染較少，在企業(yè)追求利潤(rùn)的同時(shí)，對(duì)于高爐冶煉煉鐵技術(shù)的探究，不僅能夠滿足可持續(xù)發(fā)展的需求，同時(shí)也能滿足企業(yè)家對(duì)于利潤(rùn)的追求，能夠達(dá)到共贏的局而。因此，如何才能夠有效地運(yùn)用高爐冶煉煉鐵技術(shù)，就成為工業(yè)生產(chǎn)之中需要我們重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。

一、高爐冶鐵煉鐵技術(shù)簡(jiǎn)說(shuō)

（一）高爐結(jié)構(gòu)介紹

一直以來(lái)，煉鐵需要高爐結(jié)構(gòu)的支持。高爐本身是呈現(xiàn)出豎立的圓柱形，其上端主要是用于裝料以及煤氣的出風(fēng)口，下端則是空氣與鐵排出的出口。由于高爐本身是由耐高溫以及耐火材料打造的，所以，在高爐煉鐵的實(shí)際過(guò)程中，就需要配合其余的輔助設(shè)備，才能完成相對(duì)應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程[1]。

（二）工藝概述

高爐煉鐵生產(chǎn)主要是依靠高爐本體以及對(duì)應(yīng)的輔助設(shè)備來(lái)完成的。其中，冶煉生鐵的主要設(shè)備是高爐主體，通過(guò)耐火材料直接堆砌成為豎立的圓筒形爐體，具體的組成見(jiàn)圖1所示。

高爐冶煉煉鐵的目的在于，將鐵礦石直接高效經(jīng)濟(jì)地分解成為液態(tài)的生鐵。在進(jìn)行冶煉的過(guò)程中，首先需要通過(guò)還原劑與氧元素之間的化學(xué)反應(yīng)，將鐵元素與其余非鐵元素實(shí)現(xiàn)相互的分離，也就是所謂的還原過(guò)程；其次，通過(guò)機(jī)械操作，將已經(jīng)還原的金屬與脈石相互分離，也就是熔化與造渣的過(guò)程；最后，通過(guò)液體渣鐵以及溫度的有效控制，通過(guò)相互的作用，就可以直接獲取穩(wěn)定合格的鐵液[2]。

二、高爐冶煉面臨問(wèn)題及挑戰(zhàn)

（一）低碳和環(huán)保挑戰(zhàn)

在當(dāng)前的大環(huán)境下，鋼鐵行業(yè)的發(fā)展也而臨瓶頸，尤其是在全球環(huán)境口益惡化，氣候變暖的大背景下，鋼鐵行業(yè)的節(jié)能、減排以及低碳就成為重要的問(wèn)題。在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)中，煉鐵作為重要的流程，當(dāng)前各項(xiàng)能耗的指標(biāo)不夠理想，這樣就會(huì)直接影響鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也會(huì)破壞環(huán)境。基于整體的角度來(lái)分析，高爐冶煉煉鐵所而臨的主要問(wèn)題就是低碳與環(huán)保發(fā)展。就太鋼、寶鋼等企業(yè)而言，擁有超大型的高爐，燃料指標(biāo)已經(jīng)滿足國(guó)際一流水平的要求，但是從另一個(gè)層而上看，很多鋼鐵企業(yè)達(dá)不到這樣的標(biāo)準(zhǔn)，反映出高爐冶煉技術(shù)處于發(fā)展不平衡的狀態(tài)下[3]。

（二）能源與資源競(jìng)爭(zhēng)

目前，高爐冶煉主要足以焦炭為主，但是焦炭資源的緊缺，卻成為高爐冶煉煉鐵技術(shù)發(fā)展面臨的問(wèn)題，對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展高爐技術(shù)也會(huì)帶來(lái)一定的限制。隨著高爐技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，國(guó)內(nèi)的大型回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)技術(shù)也得到一定的普及與發(fā)展，這樣就推動(dòng)鋼鐵企業(yè)大幅度提升了對(duì)超高堿度燒結(jié)礦以及高比例酸性球團(tuán)爐料結(jié)構(gòu)使用的可能性，以滿足高產(chǎn)量與低能耗的要求。

（三）高爐技術(shù)的變遷

針對(duì)高爐冶煉冶煉煉鐵技術(shù)而言，高產(chǎn)、長(zhǎng)壽、優(yōu)質(zhì)與低耗是主要的冶煉目標(biāo)，就相互對(duì)立的角度來(lái)進(jìn)行分析，高產(chǎn)與低耗之間難免會(huì)出現(xiàn)矛盾。在進(jìn)行鋼鐵冶煉的時(shí)候，需要質(zhì)量較好的貼水，這樣才能夠增加鋼鐵企業(yè)整體的效能，同時(shí)也能夠滿足高附加值生產(chǎn)的需求?？傮w來(lái)說(shuō)，想要推動(dòng)高爐冶煉煉鐵技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展，高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)就成為其基礎(chǔ)，同時(shí)也能滿足鋼鐵企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力的全面提升。

三、高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝的應(yīng)用

（一）熱壓含碳球團(tuán)的應(yīng)用

利用熱壓含碳球團(tuán)在高爐煉鐵之中，不但可以滿足節(jié)能的需求，實(shí)現(xiàn)礦物資源的再利用，同時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)?；趯?shí)驗(yàn)研究，一旦熱壓含碳球團(tuán)在礦物燃料之中的比例達(dá)到31%，那么就會(huì)有6.5%的鋼鐵產(chǎn)量增加，同時(shí)殘?jiān)牧繒?huì)減少8.1%，降低lOOkg/thm的焦比。另外，煉鐵的實(shí)際能耗也會(huì)降低7.1%。在熱壓含碳球團(tuán)制作中：第一，粉礦以及煤粉直接預(yù)熱到100℃，同時(shí)，泥漿、粉塵以及溶劑等都需要做好相對(duì)應(yīng)的預(yù)熱處理。第二，在滿足預(yù)熱的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的相互混合，并且將其攪拌均勻。之后，直接將溫度提升到500-600℃。第三，在完成第二步加工之后，就可以直接獲取熱壓塊，并且基礎(chǔ)這一基礎(chǔ)來(lái)開(kāi)展熱處理，就可以直接獲取熱壓含碳球團(tuán)。

（二）合理的控制爐內(nèi)頂壓、含氧量

就鋼鐵冶煉來(lái)說(shuō)，需要高爐爐頂壓力的支持。一般情況下，在規(guī)定的承壓范圍中，增大爐項(xiàng)壓力，有利于鋼鐵產(chǎn)量的進(jìn)一步提升。在壓力增加之后，會(huì)降低實(shí)際的氣體流動(dòng)，從排出口將氣體排出之后，也不會(huì)帶來(lái)太強(qiáng)烈的氣體流動(dòng)，這樣有利于增加實(shí)際的工作量。并且，煤灰在爐內(nèi)也可以實(shí)現(xiàn)與礦料之間的相互反應(yīng)。因?yàn)槊簹庠诟郀t之中的停留時(shí)間被延長(zhǎng)了，這樣就會(huì)增大接觸的時(shí)間，直接還原礦物質(zhì)之中的鐵元素，讓鐵液的產(chǎn)量得到進(jìn)一步的提升。但是需要注意，控制好壓力，需要確保氧氣含量達(dá)標(biāo)。在氧氣進(jìn)行重組的過(guò)程中，需要確保燃燒的充分性，這樣就能降低污染氣體的實(shí)際排放量，同時(shí)也能夠確保產(chǎn)出更多滿足要求的鐵液。同時(shí)，就相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，在一定的界限范圍之中，提升1%的氧氣燃料比，就會(huì)提升5%左右的產(chǎn)量。不難看出，爐內(nèi)重組的氧氣含量，對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)有著重要的意義。從實(shí)際操作看，燃料與氧氣之間的比值最好是能夠控制在4%-5%之間，比例偏高或者是比例偏低，都會(huì)影響產(chǎn)量。

（三）保持高風(fēng)溫

就目前的實(shí)際情況，熱風(fēng)爐本身所傳輸?shù)娘L(fēng)溫一般都要求能夠保持在1000℃左右，部分的鋼鐵企業(yè)會(huì)提升到1200℃，但與發(fā)達(dá)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)依舊存在一定的差距，所以需要提升風(fēng)溫。這里所考慮的是熱風(fēng)爐的合理選擇。目前，高鐵的冶煉過(guò)程中，熱風(fēng)爐是燃燒功率最大的、消耗能量最高的熱交換裝置。熱風(fēng)爐有蓄熱式的熱風(fēng)爐及頂燃式的熱風(fēng)爐兩種。部分企業(yè)所選擇的是蓄熱式熱風(fēng)爐，雖然其吹出來(lái)的高風(fēng)溫已經(jīng)超過(guò)1200℃，但是在爐內(nèi)氣體的分布不夠均勻，并且熱量在高爐之間實(shí)際的利用效率也不是很高。頂燃式的熱風(fēng)爐能夠滿足1300℃的溫度要求，同時(shí)在爐內(nèi)也能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的氣體分布。因此，可以考慮頂燃式熱風(fēng)爐的實(shí)際使用[4]。

（四）爐身結(jié)瘤的形成與處理

高爐結(jié)瘤之后，就會(huì)存在階段性的崩料情況，并且相比以往，氣流更加不穩(wěn)定，同時(shí)鋼鐵產(chǎn)量也會(huì)有所降低。宣鋼高爐就有上述的情況出現(xiàn)。另外，對(duì)高爐進(jìn)行檢測(cè)，其標(biāo)高28米的爐內(nèi)溫度，明顯要比其他的位置低100℃左右。這一種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因在于：第一，爐內(nèi)原料之中存在較高的鋅負(fù)荷，因此，在使用燒結(jié)礦的時(shí)候，就會(huì)有鋅元素的沉積，并且還會(huì)有結(jié)瘤出現(xiàn)在低溫區(qū)域之中。第二，虧料線以及崩料帶來(lái)的影響。這一種不良情況的出現(xiàn)主要是因?yàn)檐浫蹘С霈F(xiàn)一定的變化，導(dǎo)致結(jié)瘤出現(xiàn)在爐身上。第三，爐型和原燃料出現(xiàn)了變化。由于燒結(jié)礦本身存在品位上的差異，所以，會(huì)帶來(lái)實(shí)際的影響。并且，通過(guò)了停爐補(bǔ)噴的處理，相對(duì)應(yīng)地就會(huì)改變高爐的實(shí)際形態(tài)，這樣也會(huì)影響到爐身實(shí)際的結(jié)瘤情況。對(duì)于結(jié)瘤：首先，進(jìn)一步提升爐溫度，這樣可以滿足鋼鐵的熱量要求，也能夠調(diào)整布料。以此來(lái)滿足爐缸對(duì)于活躍度的要求，也能夠讓氣流相對(duì)的穩(wěn)定，在一定程度上實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)情況的改善。其次，炸瘤。通過(guò)降低料面之后，就可以將結(jié)瘤完全暴露出來(lái)，然后確定好具體的結(jié)瘤位置，在結(jié)瘤上面開(kāi)一個(gè)小孔來(lái)添置炸藥。不過(guò)在這一個(gè)過(guò)程中，需要通過(guò)從下到上的方式來(lái)進(jìn)行炸瘤處理，并且爐身與炸藥之后應(yīng)該保持150mm的距離。不過(guò)，整個(gè)炸瘤過(guò)程中，還需要防范出現(xiàn)爐涼的問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，本文針對(duì)高爐冶煉煉鐵工藝以及其實(shí)際的應(yīng)用進(jìn)行分析，就是希望通過(guò)對(duì)其具體的關(guān)鍵環(huán)節(jié)加以控制，能夠?qū)窈蟮膶?shí)際生產(chǎn)產(chǎn)生一定的幫助與借鑒，同時(shí)也能夠進(jìn)一步提升我國(guó)的高爐冶煉煉鐵技術(shù)水平。