传统高炉炼铁流程面临的问题和应对策略

张国良

（江苏沙钢集团有限公司，江苏 张家港 215625）

众所周知，高炉钢作为一个高耗能行业，必须解决资源短缺对正常生产的影响。为此，炼铁行业创新生产体制，改变对化石能源的过度依赖现象，顺应时代发展潮流，积极寻找绿色替代能源，应用低碳绿色钢铁技术。进而实现工业、经济、环境协调可持续发展。

1 高炉炼铁的意义和作用

钢铁的制作工艺喝过程是钢铁工业发展的重要基础，钢铁工业的历史发展贯穿于整个炼铁的流程，钢铁工业最大的特征是高消耗、高污染。当前，我国钢铁生产用铁量约二十吨，原料也接近二十吨，钢铁生产过程中污染的能源和废气占钢铁公司能耗的大部分，并且还会同时间产出大量的废气和有害气体。当前炼铁技术主要采用高炉炼铁，世界钢铁生产大约10亿吨，但是高炉钢的产量不到10万吨，这里面占比重不到百分之一。

2 我国传统高炉炼铁技术发展现状

（1）钢铁排放和烟气治理技术走在世界前列。随着环保政策的日益严厉，部分排放指标远高于发达国家的标准，钢铁排放和烟气治理技术得到了大量的研发和应用，而一些技术和工艺已经进入世界先进行列。如今，不少企业大举注资，重新洗牌环保，尽可能实现“超净排放”，并利用污染天气时政府允许的“不限产、不限产”优惠政策[1]。

（2）高炉炼铁技术具有稳定的进步速度。新中国成立，改革开放以来，高炉生产技术发展迅速。从高炉生产能力、生产规模、操作水平、技术经济指标和高炉产量等方面来看，原料、烧结、焦炭技术都取得了长足的进步和发展。目前，中国的铁产量是世界上最高的，拥有世界上最大的炼铁技术，其中大部分是高炉生产过程。2019年我国高炉铁水产量80.9亿吨，占世界高炉铁水产量的63.3%。

（3）工业化非高炉钢的发展相对缓慢。我国对高炉炼铁技术的研究起步比较早，但近10年的研究开发总量还不够，取得突出突破的成果也不多。现在有一个大型的非鼓风炼钢炼铁工业，如宝武八钢的欧洲冶金反应器，山东墨龙等工艺都来自世界各地的原始技术。

3 高炉炼铁的设备理念阐述以及所面临的现状

高炉为立式圆筒，是高炉炼铁的重要组成部分，焊接在高炉底座和钢板上。内部空间是普通炉腔的形状，分为炉喉、炉体和炉腹三部分。高炉炼铁过程由高炉完成。在炼铁过程中，上料系统通过设备将炼钢所需的原料送入高炉炉顶漏斗，再由上料系统将原料送入高炉内部，密封煤气，起到煤气处理的作用，通过吹风系统将冷空气加热后直接送入高炉。燃料系统被吹扫，反应被磨光，并从风道送到高炉进行内部反应。

3.1 高炉炼铁年均产量不高

当前，我国钢铁企业共有高炉500多座，平均年产量约60万吨。由于当前我国对于钢铁的需求越来越大，所以要重视对高炉相关性能的提高，进而在更大程度上提升钢铁企业的生产效率。

3.2 资源的严重缺乏

由于我国高炉炼铁所需资源是从国外进口的，炼铁原料短缺成为了我国高炉炼铁发展的重要因素之一。所以，必须更高效地利用国内现有资源和进口资源，提高资源使用率，控制相关成本，进而增加了企业的经济效益[2]。

3.3 高炉炼铁过程中能源消耗过大

我国钢铁工业能耗几乎占了全国能源消费总量的十分之一，炼铁工业产量也也占据了大半以上。传统的高炉炼铁消耗大量的能源，在高炉炼铁的发展过程中，必须将落后的炼铁工艺和不合格的高炉替换掉。

3.4 产生的环境污染严重

由于社会经济的快速发展和经济建设的不断深入，钢铁工业也在飞速进步中，由于其污染程度较高，进而对环境的污染也越来越严重。即使当前我国以及出台了很多有关于绿色环保的政策，但只要小部分大型钢铁企业实行了，因为很多企业仍存在技术能力和资金问题，所以仍未能有效减少环境污染。因此，如何积极有效地开发绿色环保地炼铁技术，目前是我国想要解决严重的环境问题的首要前提[3]。

4 改善传统高炉炼铁流程的措施

相关企业要积极运用新技术，实现高炉炼铁的低能消耗、绿色、低碳、长期发展的目标，为解决目前高炉炼铁过程中存在的各种隐患，相关企业应从高炉自身和炼铁技术等多方面着手。

4.1 对于使用原料进行调整

首先是对高炉炼铁炉进行了调整，高炉炼铁炉的质量提高到了新的阶段，新焦、新烧结、新设备的注入。通过合理配置煤炭，可以根据煤炭品种的特点进行配置，减少资金投入，最大限度地提高生产效率。

4.2 合理有效地利用反应物

在高炉炼铁过程中，主要原料是焦炭，焦炭是一种高效易得的还原剂，能在高温下将铁矿石或含铁原料还原成液态生铁。焦炭自身就是可以作为高炉炼铁的燃料。高炉炼铁是传统的炼铁技术。在还原铁的过程中，铁将会被还原成固体铁，并进一步反应生成液体生铁。并且借助特定的设备，很大程度上提升了铁水的产生效率。在高炉中加入燃料时，要监视炉内的焦炭和气体的剩余含量。高炉的温度上升时，铁的还原过程必须确保不受影响。由于焦炭在高炉炼铁过程中的具有一定的还原性，所以在高炉炼铁过程中，焦炭大多是不可或缺的原料，在反应过程中出现铁的浸炭现象是非常正常的。在高炉的使用时，熔炉和品质控制器在转炉炼钢中起着非常重要的作用。高炉可以还原大量的固体铁，从而为铁水的生产提供大量的原料。高炉由于自身具有熔化器的功能，因此，可以对高炉炼铁工艺的进行适当的整改，进行调整影响铁水的相关参数，从而保证高炉生产的铁水质量符合标准。

4.3 调整炉料结构分布

我国高炉炼铁工艺的结构改革无法在短时间内实现。调整高炉结构，实现炼铁工艺源头和工艺的减量化，减少污染物排放总量，消除社会过剩资源和能源，避免气态污染物向固体污染物转化，利用固体废物资源。从国家环保政策对当前炼铁工艺的影响来看，降低烧结矿的利用率，实现高比例工业的冶炼是十分重要的。

4.4 提倡低碳炼铁技术

开发低碳高炉钢，减少了污染排放，降低了能耗，提高了高炉炼钢的技术含量。高炉炼铁技术是一种通用的炼铁方法，具有炼铁效率高、能耗低、钢材使用寿命长等优点。在传统的高炉炼铁工艺中，精矿工艺大大降低了高炉炼铁过程中的热量耗散，提升了能量的转化利用率。为了更大程度上提高高炉炼钢的效率，为了保证炼钢工艺的快速有效运行，从而提高了炼钢能耗效率，降低了炼铁过程的能耗，降低了废钢率。高炉炼铁所需能量的保证必须发挥一定的作用，与此同时富氧煤技术有效地加快了炼铁工艺，提高了生产效率。提高高炉富氧水平对高炉炼铁具有重要意义，因为富氧射流技术可以提高富氧效果。另一方面，氮对环境的影响，增加燃烧速率意味着更高的能量利用率，促进反应，降低物料的负荷，限制污染物的形成，以确保高炉的效率。富氧煤技术的优势主要是能提升高炉炼铁效率，减少装煤的人工成本，提高能量与物料之间的转化率。有效控制废气排放，实现低碳、绿色、减排的可持续发展目标。增减少浪费，降低环保措施成本，0约资源。当前我国高炉的平均使用寿命是十五年左右，大型高炉的平均寿命可以接近二十五年左右。高炉是高炉炼铁的最基础的设备，在减少资源消耗、改善工艺、调整高炉结构等方面具有举足轻重的作用。优化了高炉内部结构，实现了高炉的自我维持。为了彻底解决高炉铁水目前的问题，可以借助调整高炉内部结构来使得铁层厚度加深，进而更有利于应用富氧喷煤技术，使炉内温度提高更迅速。

5 绿色高炉炼铁技术发展趋势

5.1 合理配置综合环保料场

高炉强度技术不应从高炉的尺寸、强度、冶金性能等方面入手，而应从综合环保材料方面入手。针对综合环保物资的重要性和控制性，体现了对钢铁企业采购资源配置水平和优良物资理念的认识。最近，我国建成的一家长流程钢厂采取合理放置了整体环保材料模式。当然，根据每个钢铁厂的面积，有许多因素受到外部条件的限制。同时，企业相关系统中各生产单元的配置也需要合理选择原燃料。

5.2 淘汰相对落后的设备，实现装备大型化和合理化的目标

高炉设备的大型化具有许多优点。首先，里面可以装很多材料，能量转换效率高，能源浪费大幅度减少。其次，大型设备减少了对人力的需求，降低了人力资源成本。三是大型设备符合当前低碳绿色产业的要求，通过降低能耗来减少排放。很明显，小型化高炉的使用是非常明确的，对能源的消耗是非常大的，对化石原料的需求是极大的促进，能源消耗量是极大的增加，是污染物的大量排放和资源的极大浪费。

5.3 积极引进喝运用降低高炉燃料比的技术

从目前的发展趋势看，新能源的开发力度有所加大，但我国钢铁工业仍需依靠煤炭生产能源。此外，废料资源的短缺也变得显著。为了降低高炉的燃耗率，公司首先尝试技术和设备的升级，相关公司安排内部资源，不耽误落后的高炉设备，减少不必要的人员，不断优化生产工艺，利用能源通过先进的技术提高效率。第一，减少碳的使用，在高炉生产过程中，尽量降低高炉的燃烧率，采用新技术提高燃烧效率，减少碳的使用。其次，我国钢铁工业的发展必须要尽可能地独立自主。由于炼铁工业对碳的依赖有助于减少和提供炼铁过程中的燃料，从源头上减少含碳还原剂和还原剂含碳量的角度，减少碳依赖引入了天然气等新能源，从源头上减少污染，降低排放质量。

6 结语

面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术的发展，始终着眼于调整能源结构，从源头出发，减少碳元素的使用和排放，深化我国高炉炼铁的实际问题，环境污染严重，资源短缺问题十分突出。从预热、大型化、设备流线化等多角度重视降低炼铁工序能耗，采用低碳高炉炼铁技术，减少人力资源的投入，促进钢铁工业的可持续发展。