高炉炼铁技术工艺及应用分析

高炉炼铁技术工艺及应用分析

吴诚诚  肖美英  黄欣力

陕钢集团汉钢公司    陕西省汉中市    724200

摘要：高炉炼铁的生产通常由高炉及其他附属设施完成。高炉主体即熔炼生铁主体装置，是一种竖立型圆筒形竖炉，用钢结构加防火材料砌筑而成，主要包括炉基、炉壳、炉衬、冷却装置及高炉框架。高炉上部还有炉顶装料系统及煤气引出管道，下部有送风装置、渣口及铁口。高炉炼铁的主要工序为：高炉冶炼时，矿石中的铁等金属元素通过还原剂进行还原反应，称为还原工艺。把铁氧化物还原成液态铁水，并从脉石中分离出来，这就是熔炼及造渣流程。最后调节温度并与液体渣铁作用，可得到化学成分满足炼钢或铸铁要求的液态铁水。高铁冶炼炼铁全过程均在高炉中完成，铁矿石温度升高至一定极限时，材料首先软化，然后熔融滴落，发生铁渣分离。在与已经熔化的铁、渣及固体炭接触时，会发生一连串化学反应，最终通过调整铁液成分、控制温度，达到需求指标，将生铁及炉渣定时排出高炉。

关键词：高炉炼铁技术；工艺；应用

1高炉炼铁工艺流程

高炉炼铁过程从炉顶到最终完成分为四个阶段：一是合理物料搭配，二是相适应的参数匹配，三是合理的操作调整和四是辅助设备的运行。第一步：装料系统是根据高炉冶炼强度调整物料配比，严格控制所需物料，避免原料和能源的浪费，节约成本。第二步：装料保证了原料在高炉中能够均匀分配和充分利用。第三步：在高炉操作过程中需要向燃料供给O2，使其充分燃烧。因此，将空气由高炉鼓风机经热风炉加热到一定温度，再由送风装置送入高炉。第四步：从环保的角度而言，最为关键。高炉炼铁过程中产生的荒煤气，其中含尘较大，只有经过净化除尘系统，才能有效降低对环境的污染，同时进行有效利用。但一些企业为了获得更高的利润，往往把注意力放在前三个阶段上，而忽略了可持续发展的第四步。这是因为只有前三个阶段才能为企业带来真正看得见、摸得着的利益，净化烟气不仅不能为企业增加收入，而且还要为此投入大量的资金。除此之外，冶炼的第一步就是选用高品质的原料和高质量的燃料，钢材产量与其所用的原燃料质量密切相关，与整个工业生产中的环境问题密切相关。高质量的钢铁原材料对于改善生产和降低环境质量具有重要意义。首先，好的燃料比其他燃料能耗低，在熔炼过程中，会降低燃料比。其次，目前高炉均使用高碱度烧结矿加酸性球团等熟料，通过整粒、烧结，高温焙烧，形成强度高、结构稳定、还原性好的熟料，有利于高炉高冶强生产。第三，优质焦炭可以提高冶炼效率。

2高炉炼铁的工艺结构

高炉炼铁的工艺结构包括装料、高炉本体、热风炉、铁口和炉顶等控制系统以及运输、辅助系统等。其中，上料控制系统由筛分装置、称重装置、输送带机和布料系统等结构组成；高炉本体系统由高炉炉衬、冷却装置、炉体检测设施、操作控制、高炉炉壳和支撑框架结构等部件组成。按照不同的工艺设置，设置布料以完成不同原料进入高炉。一般采用鼓风系统将空气加压提供一定的风量，经热风炉加热至1200℃以上，高温高压风量通过热风管道送入高炉。其重要部分包括热风炉、空气烟气换热器、助燃风机和热风燃烧管道输送管线。喷煤系统是将喷吹煤粉经加热炉完全干燥后，通过磨机制粉形成细小的煤粉粒度，使用氮气或压缩空气将煤粉送入高炉，降低焦炭的消耗。炉渣处理系统通常用于高炉炼铁生产的处置和回收，一般用于建筑水泥材料。

3高炉冶炼炼铁技术工艺与应用

3.1喷煤技术

喷煤技术的应用领域十分广泛，通常会在高炉风口位置向高炉内部喷入煤粉，从而为冶炼整个流程提供源源不断的热量，以保证冶炼需要的热量。在常规的炼铁工艺中，焦炭和粉煤都起到发热剂、渗碳剂、还原剂的作用，但焦炭还有料柱骨架的作用，同时焦炭制备工艺复杂，环保压力大，成本比煤粉高出1000元左右。在实践中，采用粉煤代替部分焦炭使用，可以降低焦炭的消耗，降低成本。同时通过该技术的应用，可以降低对环境的影响，提高冶炼技术的技术含量。

3.2控制炉内顶压与含氧量

在给定的承压区间中，冶炼强度会伴随高炉顶压的提高而上升。同样煤气流速会伴随顶压提高而下降。一般状况下，煤气出口不会产生高速的煤气流。与此同时，延长了炉内煤气停留时间与还原持续时间，炉内高温煤气与矿料的化学反应更加彻底，矿石中的铁成分得以彻底还原，更利于获得符合要求与高效率的铁水。但合理控制顶压是关键的前提条件，以保证空气浓度符合要求。富氧技术也是提高高炉鼓风燃烧充分性的关键，同时可以减少空气总量，冶炼工作效率相应增强。在确定限度区间内，铁水产量与富氧率成正比，由此可见提高富氧率方面对高炉冶炼工作效率增强的重要性。一般高炉富氧率控制在5%～8%最好，太多或过低的比率均会减低生产率。

3.3顶压与含氧量的控制技术

在钢铁行业中，炉顶的压力是影响铁水生产质量的关键因素。在炉顶所能接受的压力下，增加炉顶的压力，对增加铁水产量是有益的。随着炉顶压力的增大，高炉内部的煤气流速也随之下降，因此，在煤气除尘净化时，并不会因为高炉内部的流速过高而影响净化效率，从而使大量的灰渣在炉缸中停留，与其他矿物发生化学反应。另外，随着高炉煤气在炉内停留时间的延长，高炉煤气与矿物的反应也会延长，从而促进煤气利用率的提高，冶炼效率的提高。由于高温导致高炉顶部的压力非常高，为了确保高炉的铁水品质，必须对高炉的顶压进行严格的调节。在这一期间，煤气与矿石发生了反应，随着炉龄的增加，铁矿石的产出也随之增加。但光靠控制炉内的压力还远远不够，如果没有足够的O2，会导致燃烧不彻底，从而导致未熔融渣铁存积炉缸，降低冶炼效率。这就要求在整个燃烧期间，尽量保持充足的O2，提高生产效率。

3.4处理炉身结瘤

高炉生产过程中，发生崩料状况的影响因素较多，其中高炉炉身结瘤因素也不可忽略。而且高炉结瘤后还会降低高炉煤气的合理分布，高炉生产率也相应降低。因此，必须定时监测高炉炉身温度的变化。产生高炉结瘤的主要各种因素，与原燃料的锌负荷高或大量堆积的锌元素、因软熔带改变而造成的产生亏料线或崩料现象、和原燃料及炉型改变等问题直接相关。在高炉冶炼过程中存在的减风、休风等异常情况，炉内冶炼条件随之改变，也会对结瘤状况形成一些负面影响。在发生炉身结瘤状况后，首先适当地增加炉内温度，以实现对热能利用和煤气流的调整，最终消除炉身结瘤。

3.5热压含碳球团技术

采用热压含碳球团法进行高炉冶炼，既可以节约能源，又可以回收矿石，从而达到环保的目的。通过大量的生产试验，我们可以得出结论，当含碳球在矿物燃料中的比例为31%时，可以铁水产量增加6.5%，废品的排放量减少8.0%。同时，还可以减少熔炼时的能源消耗量。热压含碳颗粒的制备方法为：将煤粉和矿粉加热，然后将粉末、泥浆和溶剂加热，并混合在一起，加热到500～600℃，就可以得到一种热压含碳球团。

3.6控制冶炼过程中的碱金属富集

在高炉制造过程中，碱性金属浓缩物与高温环境中的高炉炉衬进行化学反应，炉内炭砖的硬度降低，甚至会导致砖衬熔融并黏结粉料。如果冶金过程中存在连续高温的现象，则导致高炉的冶金环境中的碱金属富集，及时采取调整参数进行排碱，以防止碱金属的大量富集破坏高炉耐材，影响高炉整体寿命。碱金属的循环富集主要是：碱金属蒸汽部分在炉衬里存留下来，经过高温后，再次产生碱性金属蒸汽，形成循环富集性危害。

4结论

总而言之，高炉炼铁工艺在现代钢铁行业中起着重要的作用，增强了高炉炼铁工艺的过程管理，节省能源，减少排放和智能升级，从而有助于高炉炼铁的开发。目前，中国正在进行高炉炼铁工艺的数字化转型和升级。将来，随着更多的信息技术以及新材料的开发和应用，高炉冶金将在智能、绿色和整合的方向发展，并进一步优化生产效率，做到全面的能源消耗降低。

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