冶金技术在炼铁高炉中的应用和发展

王锋

（甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司，甘肃 嘉峪关 735100）

我国在20 世纪70 年代末引入发达国家钢铁生产技术和相关设备，经过几十年的发展，我国钢铁生产技术趋于成熟，无论是钢铁生产效率，还是钢铁生产质量，都在不断提高。但在全球提倡绿色环保的当下，为了使我国钢铁行业产品在国际市场中具备竞争力，不仅要提高产量和质量，更要引用绿色环保技术，有效强化高炉炼铁过程材料的利用效率。而在高炉炼铁过程应用先进冶金技术能充分实现这一目的，所以，相关行业人员有必要探究冶金技术的应用与发展。

1 炼铁高炉概述

炼铁过程涉及许多操作，包括加热燃料、供给氧气、处理渣铁等，通常会有大量废气、废渣产生。在我国钢铁冶炼过程中，高炉是较为常见且相对重要的设备。随着我国经济水平，逐渐提升，钢铁资源需求不断加大，这为冶金技术发展带来了促进作用。高炉设备主要是在高温环境下交换气体以实现冶金操作，在冶金环节，高炉设备往往要使用大量燃料以支撑其加热炉料，所以高炉设备一般具有耗能较高的特征。

2 炼铁高炉冶炼发展现状

在我国高炉炼铁技术发展进程中，一直注重引进、学习其他国家先进技术，也大规模采购其他国家先进冶炼装置，这推动着钢铁行业的良性发展。与发达国家相比，我国高炉炼铁领域发展较为落后，还存在一定差距，重点表现在生产效率较低、生产质量较差，所以，在国际市场中，我国钢铁产品竞争力不足，致使钢铁冶炼领域供需处于不平衡的状态。同时，我国炼铁技术以炼铁高炉的应用为主，存在能耗较大的弊端，加之炼铁生产效率不高，因而阻碍着我国钢铁冶炼领域发展。为了充分发挥高炉设备应用价值，可引用冶金技术，以降低钢铁冶炼中对能源的消耗，提高生产效率，响应我国提出的可持续发展要求。

3 常见冶金技术

在冶金技术应用中，主要对炼铁高炉冶炼环节所需要的原料进行加工处理，如矿石等，进而对其中的金属物质进行提炼，并加工制作，最终得到具备金属性的材料。现阶段，钢铁冶炼领域常用冶金技术包括3 种。

3.1 火法冶金

火法冶金技术主要在高温环境下加工制作矿石材料，其目的在于通过物理、化学反应，将坚硬的矿石材料转化为金属物质或化合物。为有效分离矿石材料中涵盖的杂质和金属，要对固态、液态、气态产物进行汇集。在高炉冶铁过程，燃烧燃料是首要操作，其作用在于创设高温环境，并基于化学反应的产生来散发更多热量。在应用火法冶金技术时，首先，要干燥处理相应物料，高效剔除其中水分，在这一环节，可使用气流干燥法，在破碎机中放入物料，运用高温热气流对其进行粉碎，粉碎后的物料接触高温能快速干燥；也可使用圆筒干燥法，这种方法以圆筒干燥窑的应用为主。其次，结合工艺选用合适的焙烧方法，如氧化法、还原法、盐化法、烧结法、挥发法等。

3.2 湿法冶金

湿法冶金技术主要在溶液环境中处理矿石材料。基于这项技术的冶炼过程，对温度要求不高，且流程相对简单。首先，将矿石材料放在相关溶液中浸出，目的在于让矿石材料中的金属物质与溶剂产生化学反应后转变为离子状态；其次，净化处理浸出的矿石材料，通常情况下，在对矿石中的金属物质进行提取时，可能掺杂其他杂质，所以要通过净化方式对这些杂质进行处理。最后，制备金属物质，主要通过化学还原或置换目标物质的方式来获得金属材料。在应用湿法冶金技术时，要结合实际对溶剂进行合理选择，保证矿石放入其中可充分发生反应，针对无法高效处理的矿石材料，应在放入溶剂之前进行化学处理，将其转变为易在溶剂中浸出的化合物形态，以便金属物质的提取。

3.3 电冶金

电冶金技术主要在电能环境中处理矿石材料，以高效提取其中的金属物质。基于这项技术的冶炼过程，加热能源以电力为主，通过电热、电化两种形式将电力转换为热能。其中，电热形式最为常见，具体通过电子热化学溶液对矿石原料进行处理，其本质上是发挥电力能源作用来提供热能动力以支持金属材料制备，这种方式与火法冶金技术类似，但两种技术的热能产生方式不同，且使用中对热能的要求也不同。

4 冶金技术在炼铁高炉中的应用

4.1 喷煤技术

在高炉炼铁过程，焦炭是不可或缺的物质，其可提供充足热能用于高炉炼铁流程。在应用高炉喷煤技术时，要将煤粉从特定风口向高炉内喷吹，这些煤粉的主要作用有2 个，其一是持续供热；其二是促使矿石材料在高炉内发生化学反应。通过喷吹煤粉，能降低炼焦设备运行时间，对应用焦炭与排放废气之间的矛盾问题予以解决。喷煤技术的应用为高炉炼铁领域发展带来了推动作用。根据相关研究表明，以现阶段市场交易价格进行分析，钢铁企业应用1t 煤粉能节约大概1000 元的生产成本。但喷吹煤粉并不代表能减少原材料燃烧，所以，还要加大关注，通过提高喷吹煤粉的应用比例来提供更多热量。具体而言，为了节省生产成本，应强化煤粉的应用效率。而经多次研究实验发现，加强煤粉应用效率的前提是降低煤粉中的渣比。同时，在炼铁高炉冶炼过程中，为保障炼铁技术安全性，合理设计预热环节尤为关键。

在我国炼铁高炉冶炼工艺设计中，喷吹系统最初以串联灌系统的应用为主，后经反复研究，开始运用并联灌系统对其进行取代，且随着研究的发展，逐渐普及应用单管线与分配器结合的炼铁高炉设备。而优化炼铁高炉设备和相关技术后，炼铁过程得到了改善，主要体现在材料应用计量和材料用量控制上。例如，我国宝钢企业通过应用喷煤技术，优化了炼铁高炉设备，进而有效降低了生产成本，改善了产品质量。

4.2 双预热技术

炼铁高炉运行过程通常需要大量能源持续供应以保证炼铁环节对温度的要求。根据研究统计，在炼铁高炉冶炼过程中，大约超过60%的热量都由焦炭和煤粉燃烧进行提供，剩余接近30%的热量来源于化学反应和高炉设备运转产生的热风。但在焦炭和煤粉燃烧过程形成的大量废气，加剧了温室效应，对钢铁企业环保性发展造成制约。所以，钢铁企业应回收利用这些副产煤气，以实现对煤炭资源的高效利用，落实节能减排目标。双预热技术主要是在炼铁高炉内充分混合炼铁过程产生的高温废气和炼铁设备中存在的高温混合气体，以此提供热量，预热高炉内部煤气和助燃空气，使之温度达到300℃以上。

通过应用双预热技术，能有效提高资源利用效率，实现节能减排，这在我国宝钢、鞍钢等多家钢铁企业的应用实践中得到了证实。在炼铁高炉中运用双预热技术，对炼铁过程形成的高温废气以及热风炉烟道废气进行利用，高炉内部的温度甚至能达到1200℃以上。例如，宝钢企业采用了分离型热管式余热回收装置对热风炉进行优化，对其烟道内部废气以及炼铁过程形成的高温废气予以快速收集；采用了分离型肉感对热风炉进行优化，并安装了煤气和空气霜预热器设备；同时，在炼铁高炉投入使用的基础上，增设了空气和煤气自身双预热热风炉，通过运用预热设备和余热回收装置，在炼铁过程提供温度超过1200℃的热风。

在余热回收技术的应用中，要基于炉煤气炉进行快速烧热，其本质上是运用高炉炼铁技术，通过应用炼铁过程形成的废气热量对化学物质热量予以取替。在具体应用时，要将金属热管换热器安装在设备上，预热助燃空气和煤气。这种方式不仅能减少焦炭使用量，还能强化热风炉应用效果，实现对焦煤资源的充分回收和利用。现阶段，我国炼铁高炉冶炼领域应用双预热技术后，对冶炼过程产生废气热量的利用效率在25%左右，经专家学者研究，利用效率还能有效提升。

4.3 干法除尘技术

在高炉炼铁领域，应用的除尘技术类型包括2 种：一是干法除尘技术；二是湿法除尘技术。其中，干法除尘技术又包括2 种形式：一种为高压静电除尘，另一种为布袋除尘。由于布袋除尘方式在应用成本和除尘效率上具有明显优势，所以在我国现阶段高炉炼铁领域应用广泛。与干法除尘技术相比，湿法除尘技术应用较少，其原因在于我国存在缺少水资源的问题，且我国南方地区和北方地区的水资源分布存在差异，并不均匀，所以，我国早在20 世纪80 年代左右开始应用干法布袋除尘技术，至今，这项技术已得到了成熟发展。

在我国刚引入布袋除尘技术时，高炉炼铁领域采用的布袋除尘工艺，以加压煤气吹喷形式为主，由于部分小型炼铁企业资金水平较低、技术水平不足，所以这项技术仅在大型炼铁企业中得到推广应用。但在布袋除尘技术引入初期，由于此项技术仅可在体积处于200 ～300m3的高炉设备中应用，所以并未得到快速普及。直到20 世纪90 年代前后，我国自主研发出对高炉设备无体积要求的布袋除尘技术，即低压煤气脉冲布袋除尘工艺，随后这项技术开始广泛应用于高炉炼铁领域之中。在高炉炼铁行业逐渐发展的背景下，炼铁生产设备规模逐渐增大，其已达到1000m3，我国研发的布袋除尘技术能在这一规模下的炼铁设备中有效应用，且除尘效果良好。近年来，通过深入研究，干法除尘技术已能在体积不超过2600m3的炼铁高炉中应用。

5 冶金技术发展趋势

近年来，我国冶金技术发展对相关专业技术进行了吸取、对工业领域新成就进行了借鉴。第一，行业专家深入研究了冶金热动力学和化学反应等方面，进一步优化了冶金技术，提高了冶金技术的应用效率。第二，行业专业持续深入研究了冶金技术热力供应等方面，更明确地提出了应用冶金技术时对热力供应物质熔渣结构的要求以及对供应物质物理性质的要求。第三，我国结合炼铁企业发展情况，推动了热力学数据库建设，实现了信息化、智能化，有效融合了信息技术和冶金行业。第四，在冶金技术应用中实现了自动化控制，目前，总自动化控制系统已在高炉炼铁领域广泛应用。但在高炉炼铁行业和冶金技术的持续发展中，越来越强的产量效应导致钢铁行业难以处理发展与环境保护的关系，致使两者出现失衡问题，所以现阶段，探究并找到解决这一问题的方法是炼铁行业关注的课题。具体而言，在冶金技术持续研发进程中，要以推动炼铁行业长效发展为重，创造更多环保效益。

5.1 研究氢原料，加强氢原料应用

强化炼铁化学反应效率是优化高炉炼铁技术的关键所在。根据研究表明，在高炉炼铁过程，提高焦炭和矿石材料的比例，且将足够化学催化剂加入其中，能在低温环境和快速运转状态下减少焦炭与矿石材料的反应，以此使炼铁反应效率提升。同时，在高炉炼铁过程，将一定量的氢原料加入化学反应后，能使低温还原速度加快，并减少制备原料时所排放的二氧化碳量，这种方式不仅能提高原料透气性，加快化学反应，还能抑制温室气体排放。

5.2 实现低焦煤，落实无污染目标

为了响应我国绿色环保号召，高炉炼铁行业应注重可持续发展，推动冶金技术绿色发展。而为在高炉炼铁行业普及应用冶金技术，促进高炉炼铁反应技术不断优化，要通过3 种途径来落实绿色发展目标。第一，在我国科学技术快速发展的背景下，引用先进化学反应技术以优化高炉炼铁技术，探索新能源取替现阶段高炉炼铁过程所需焦炭资源和其他会严重污染环境的资源，使高炉炼铁化学反应效率得到有效的提升。第二，在高炉炼铁技术发展进程中，炼焦配套系统也在不断优化，通过对满足行业市场冶炼需求、符合高炉炼铁企业要求的配套方案进行深入研究，有效优化配煤比例，使高炉炼铁过程对焦炭的需求量减少，同时，达到减小碳排放的目的，对工业发展与环境保护之间的关系进行有效维护。第三，强化研究绿色无污染冶金技术，使高炉炼铁过程排放的污染性气体减少，促进高炉炼铁技术绿色发展，落实无污染目标，推动冶金行业可持续发展。

6 结语

现阶段，钢铁冶炼领域常用冶金技术包括火法冶金技术、电冶金技术以及湿法冶金技术。在高炉炼铁行业引用冶金技术，能有效强化高炉炼铁产品质量。但目前，我国高炉炼铁产业发展还存在一定问题，比如，产业不集中、小型企业较多、高炉设备熔炉容积率比例失调等，不仅对产业规模化发展造成影响，还存在资源浪费现象。为解决这些问题，应普及应用冶金技术，对高炉炼铁过程所需焦炭资源进行替代，以实现节能减排，为行业可持续发展带来推动作用。