面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展研究

郭 琼

（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100000）

高炉炼铁工艺应用对于我国工业进程推进、工业化发展具有重要影响，但在过去发展中，高炉炼铁技术能源消耗大、污染排放多的问题普遍存在，低碳绿色高炉炼铁技术发展应用对于此类问题解决具有重要意义。

1 高炉炼铁技术功能

1.1 还原器与渗碳器功能

在高炉运行中，其重要燃料、还原剂是焦炭，属于还原铁氧化物为液态生铁工艺装置。在上升煤气流、下降炉料的相向运动过程中，可以让高炉冶金“三传一反”目标得以实现。高炉高温还原工作是此目标实现的重要前提，在高炉中，骨架具有不可替代特点，在还原时，会有一定生铁渗碳情况出现。

1.2 熔化器与质量调控器功能

高炉可以将优质液态生铁提供给转炉，这是转炉炼钢工作开展的重要前提条件。高炉可以还原固态铁氧化物矿物的铁，其具有熔化器的作用。与此同时，高炉生产方式、还原方式具有连续性、不断性特点，此特点决定高炉是重要铁水供应器，而在炼铁过程中，可以使用调控操作，对铁水质量、成分进行控制，让铁水成分、偏差、温度满足要求，高炉是重要质量调控器[1]。

1.3 消纳固体废弃物功能

高炉炼铁技术具有消纳固体废弃物功能，此功能可以让资源得到充分利用，并起到环境保护效果，具体运行工序包含和高炉具有匹配性的焦化工序、烧结工序、球团工序等，此炼铁系统可以让钢铁厂循环经济目标得以实现。

1.4 能源转化器功能

高炉生产过程中，煤粉、焦炭以及天然气等能源会转化为产出物，包含熔渣、铁水与高炉煤气等，所以，高炉生产技术具有能源转化器功能。现阶段，随着余能回收技术、TRT技术的发展，此种功能效果越发明显。

2 面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展研究

2.1 发展理念

在面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展中，需要朝着提升运行效率、降低运行成本、减少运行排放方向发展，为让协同发展目标得以实现，还应积极提升综合技术装备水平，以为循环经济发展起到促进作用。一方面，应对高炉运行予以科学控制，完成合理生产指标评价体系构建工作；另一方面，应对高炉先进炼铁技术体系予以构建，为高炉平稳运行提供保障[2]。

2.2 流程创新

流程创新是低碳绿色高炉炼铁技术发展的主要措施，只有结合钢铁市场实际需求，联系钢铁企业自身情况，做到因地制宜、实事求是，完成钢铁厂生产规模确定与产品定位工作，才能对流程进行有效创新。在具体工作开展中，首先，应保证流程集成和结构优化，依照高炉生产动态协同运行目标，综合研判、合理取舍技术单元，对其予以动态整合，让程序化协同效果、网络化整合效果得到保证；其次，应积极构建流程网络，摒弃传统高炉设计中的落后理念，让结构、功能和效率得以优化，完成钢铁厂物质流网络系统、能量流网络系统、信息流网络系统构建工作；最后，应对界面技术进行优化，保证生产、调度信息化，在典型界面技术中，包含炼铁—炼钢界面技术、烧结—高炉界面技术、焦化—高炉界面技术等。

2.3 设计创新

低碳绿色高炉炼铁技术发展中，其设计理念、设计方法会得到进一步创新，结合流程工程学理念，在高炉总平面图设计中，其设计结果应体现出平面工艺布置、时间关系、空间关系，保证设定几何空间内的能量、物质得到高效运行。在具体设计工作开展中，应全面遵循紧凑性原则与连续性原则，一方面，应保证其工艺布置高度合理、流程高度集约紧凑，另一方面，应确保物流具有顺畅运行，可以让能源得到高质量使用转换，并控制能量损耗情况。

2.4 技术创新

（1）高炉精料技术。高炉精料技术的发展应用可以让能源消耗得以减少，可以让生产效率得以提升。首先，应保证炉料结构合理性，在高炉炼铁过程中，应落实循环经济理念，融合具有减量化特征技术，让能源利用最优化目标得以实现，与此同时，钢铁企业应对运筹学理论予以积极利用，优化数学模型，保证炉料结构与企业实际情况相符，考量到我国生态环境特点、铁矿石资源特点，在未来发展中，我国应对球团工艺予以大力发展，让球团矿入炉比率得以提升；其次，应对炉料冶金性能予以改善，一方面，应对入炉矿品味、熟料率予以提升，让炉料结构具有高度合理性、经济性，另一方面，应对炉料成分、理化性能稳定性予以提升，让性能波动、成分波动得以减少，除此之外，还应对炉料有害元素予以控制，如锌元素、钠元素、钾元素等；最后，应对炉料分布技术、炉料控制技术予以有效应用，现阶段，大型高炉往往具有较高的生产效率，具有较大的炉料装入量，只有保证炉顶设备可以让高炉装料能力要求得到满足，让分布精准控制要求得到满足，才能起到降低能耗、提升煤气利用率目标。

（2）高炉长寿技术。高炉长寿技术应用可以让高炉使用寿命得到保证，进而提升高炉运行经济效益。

首先，应对高炉操作内型进行优化处理，如为让炉缸铁水环流、破坏作用得到抑制，就可以对死铁层深度予以适当增加，为让富氧喷煤冶炼得以有效开展，就可以对炉缸直径以及炉缸高度予以适当增加，让封口回旋工作条件得以改善，让炉缸冶炼效能得以改善；其次，应对长寿炉体结构予以积极采用，应使用科学炉体长寿结构、科学冷却技术，利用高效铜冷却壁以及冷却系统，让风口上区域构成渣皮自保护动态永久内衬，让高炉寿命得以保证；最后，需要对科学炉缸炉底内衬结构进行优化处理，保证死铁层深度设计合理，在此过程中，可以使用抗铁水溶蚀性相对较好、抗铁水渗透性相对较好的高导热炭砖，与此同时，应对耐火材料技术参数进行科学确认，保证材料使用满足技术要求。

（3）富氧喷煤技术。富氧喷煤技术在未来高炉低碳绿色发展、节能减排发展中应用具有重要意义，以高炉富氧喷煤高风温集成耦合技术为例，该技术应用可以让炉缸封口回旋区工作得以改善，可以让煤粉燃烧率与喷煤量得以提升，让炉腹煤气量得以降低，进而让高炉透气性得以改善，进而减少燃料能耗、二氧化碳排放。值得注意的是，在此类技术发展中，需要对精料指数、长寿性能、操作优化性予以全面考量，保证此类技术具有良好发展效果[3]。

（4）高风温技术。高风温技术发展应用可以让高炉运行焦比得以降低，可以让喷煤量、能源转换效率得以提升。在大型高炉热风炉结构多元发展背景下，结合高风温技术特点，可以将其技术应用归纳为：①使用空气与煤气低温双预热、富化煤气，让风温达到运行要求；②使用预热炉预热，对空气进行助燃，让纯高炉煤气得以燃烧，让风温满足使用要求；③对燃烧过程进行优化，对气流运动规律予以应用，让气流分布更为均匀；④对热风管道系统结构予以优化，使用无过热—低应力设计体系，可以对热风管道波纹补偿器、拉杆结构予以科学设置，让管系应力得以降低，让管道膨胀现象得到有效处理；⑤可以对热风炉操作进行优化处理，对热风炉工作周期予以科学设定，让换热效率得以提升；⑥可以对燃烧过程进行优化，让燃料消耗得以降低，让有害物质排放得以减少[4]。

（5）煤气干法除尘—TRT技术。煤气干法除尘可以让高炉运行效能得以提升，实现节能减排、绿色生产目标。煤气干法除尘—TRT耦合技术的发展、应用可以让高炉炼铁低碳冶炼工作、节能减排工作、能源转换工作得以有效完成，让现代炼铁工业低碳绿色发展目标得以实现。现阶段，我国高炉煤气干法布袋除尘在设计、技术、生产等方面均取得了快速进步，在此基础上，对煤气温度控制技术、脉冲喷吹清灰技术、煤气含尘量在线监测技术、管道系统防腐技术进行研究，可以让技术变得更为成熟，让除尘技术应用体系变得更为完善。

3 结语

综上所述，在未来发展中，低碳绿色高炉炼铁技术设计、理念、流程均会得到一定改变，具体技术应用将会得到有效创新，如高炉精料技术、高炉长寿技术等，进而提升高炉炼铁技术应用水平，拓展高炉炼铁技术应用前景。