高炉炼铁低碳化和智能化技术发展现状

周亮亮，张古兴，伊凤永

（河钢集团承钢公司炼铁事业部，河北 承德 067000）

近几年我国飞速发展，钢铁工业对国民经济的促进作用也不容忽视。但是钢铁工业虽然可以促进社会和经济的发展，却也对环境造成了一定程度的污染，随着我国人民环保意识的不断深化，对环境的保护要求也越来越高，减少钢铁制造过程中造成的污染已经迫在眉睫。在钢铁的生产过程中高炉炼铁是主要流程之一更是产生污染的主要步骤。现在钢铁工业中已经出现了许多新技术可以减少高炉炼铁过程中产生的污染，我们需要积极了解并适量采用这些新技术以此来减少炼铁过程中产生的污染，使得钢铁工业能够继续稳定的推动中国社会和经济的发展。本文就介绍一些新技术发展的现状希望可以对减少高炉炼铁过程中的污染、促进高炉炼铁技术的发展有一定帮助。

1 高炉炼铁低碳化技术

1.1 高炉喷吹焦炉煤气技术

高炉喷吹焦炉燃气技术有许多优点：①焦炉燃气是一种比较好的还原剂，且它的还原产物也很环保，不像一氧化碳那样对环境有一定的危害。②焦炉燃气的利用率与能量利用效率都更高。因为焦炉燃气是气体，可以跟物质更剧烈的反应，所以利用率会很高。③喷吹焦炉燃气技术的工艺也更加简单……当使用喷吹焦炉燃气技术时，不仅可以减少焦炭的使用量，而且焦炉燃气中的氢气也是很好的还原剂，所以也可以在一定程度上减少高炉中还原剂的使用量。高炉喷吹焦炉燃气不仅具有节能减排的功效还可以增加产品的产出率。使用焦炉燃气可以让矿产资源的使用量减少，增加生铁的产出量，同时还可以减少二氧化碳的产出量。可以说这是一举两得的好技术，而且喷吹焦炉燃气与传统的喷吹资源的方式相比，原材料的利用率也更高。高炉构造较简单，在冶金炼铁过程中它其实是一个是将含有铁元素的固体还原成液体，利用装置在高炉周围工业反应器，提高液态生铁的速度。正常状态下，冶炼炉在投入到生产过程中，经常会受到能量转换影响，发生燃料消耗过快的现象，炼钢炉的燃料转化器其实是综合了物理显热与化学能作用的一种新型低碳绿色机器，我们的主要目的是为了提高冶炼炉能源转换的效率，为以后氧化物顺利还原提供一个良好条件，下图清晰展示了高炉炼铁技术功能。

图1 高炉炼铁技术的功能解析

1.2 高炉炉顶煤气循环技术

高炉炉顶煤气循环技术是将高炉炉顶煤气进行净化和脱除二氧化碳处理后，把其中的还原成分（一氧化碳和氢气）通过风口或炉身的适当位置重新通入高炉，使碳和氢元素得以重复利用。这是一种减少二氧化碳排放量的好方法。现在世界各国已经提出或者应用此种技术在本国的炼铁工艺中，比如俄罗斯的HRG法，日本的JFE法等等，这些技术都明显提高了高炉炼铁的效率和原料的利用率。我们也应该从本国的实际出发，结合自身能源结构创造出适合自己的炼铁技术，提高高炉炼铁的效能。高炉炉顶煤气循环技术可以通过碳和氢元素的重复利用，达到减少排放二氧化碳的目的。这种通过重复使用元素的技术可以给我们很好的启示，我们也可以通过某些技术来达到重复使用原料的目的，使我们最大限度的利用原料，提高原料的利用率。

2 高炉炼铁的智能化技术

2.1 高炉模拟技术

当前，高炉数学化模拟的关键是数学中的两种建模方法：流体力学和离散元方法。流体力学可以对连续相行为进行描述，离散元方法可以对非连续相行为进行评价。这两种建模方法有效的结合即可对高炉建立正确的数学模型，在这种模型中我们使用流体力学对流体位置进行预测，使用离散元方法对颗粒位置进行求解。这种模型可以使了解高炉内部物质的状态，不仅可以帮助我们使高炉更加稳定，还可以帮助我们通过控制高炉内各种物质的比例使物质可以更好地进行反应，提高原料的利用率和产物的产率。可是这种模拟技术却只是模拟，没有办法在进一步的清晰的了解高炉的内部，这是美中不足的。

2.2 设备自动化技术

设备自动化技术可以减少人工成本的投入以及在一定程度上降低投错原料或者搞错原料比例的概率。自动化也能使炼铁过程更加高效和安全，还可以更加精准的控制高炉中原材料的投入量。设备自动化也推进着钢铁领域朝着现代化，高效化以及精准化不断推进。设备自动化也为未来更换或者引入更好的系统及设备打下了一定的基础。若设备自动化可以与其他智能化技术相互配合一定可以使我国的钢铁工业更快更稳定的发展，甚至可以推动整个行业的发展。

2.3 高炉炼铁自动控制系统

高炉炼铁自动控制系统是通过仪表采集数据，对高炉目前的状态进行预判，从而实现对高炉的全程掌控。这一套系统不仅可以提高高炉的工作效率，降低工作人员的失误率，还优化了高炉炼铁的工艺，并使其操作更加简单。因此高炉炼铁自动化控制系统是一套对高炉炼铁极为有用的系统，其不仅可以使企业减少人工支出，提高炼铁效率，还可以增强企业的竞争力。这套系统也会自动调控高炉，提高原材料的利用率和产品的产出率。当出现异常情况和设备故障时，比如高炉炼铁生产过程中常见的事故：炉缸烧穿时，这套系统会及时提醒操作人员，使问题得到处理，有效避免事故的发生，使高炉更平稳的运行。

3 我国对于高炉智能化技术的应用

为了能更好的制造钢铁，使高炉更平稳的运作，我们可以通过了解高炉内部的情况来达到这一目的，可是该如何“看到”高炉内部呢？我国酒钢集团建立了高炉二级系统，这套系统就可以“看到”高炉内部。2018年5月，高炉二级系统在酒钢炼铁厂进行调试和使用。该系统不仅可以采集和分析高炉内的各种数据，使操作人员更直观的了解高炉的内部情况。还可以监控高炉内各种设备的状态，在事故发生之前进行报警，有效的防范事故的发生，使高炉炼铁的生产过程更加安全。这个系统也推进了酒钢炼钢厂智能化的建设，使高炉能更有效率的平稳工作，使酒钢企业在市场中更有竞争力。

4 结束语

近几年人们的环保意识不断提高，高炉炼铁造成的污染也必须得到重视和处理，希望上文提到的各种新技术能为钢铁工业的从业人员以启发，积极改进我国的高炉炼铁工艺，以节能减排，提高效能为目的，研发新的高炉炼铁技术，提高炼铁原材料和能源的利用率，使炼铁过程中造成的污染越来越少。让钢铁工业这个国民经济基础产业可以更好地持续地为中国经济的发展提供助力。