煉鐵高爐冶金技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

張海平

摘 要：改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展，我國的冶金技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，使得冶金煉鐵效率得到了極大的提高，鋼鐵的生產(chǎn)質(zhì)量也有了質(zhì)的飛躍，有效的支撐了我國社會主義事業(yè)的發(fā)展，滿足了經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要。

關(guān)鍵詞：煉鐵高爐；冶金技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展

前言

近年來，我國煉鐵行業(yè)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的帶動下，各方面都取得不錯的進(jìn)步，冶金技術(shù)在煉鐵高爐中的普遍應(yīng)用，更是明顯的提高了經(jīng)濟(jì)效益，不僅促進(jìn)了煉鐵的發(fā)展，還促進(jìn)了煉鐵技術(shù)向節(jié)能環(huán)保方面的發(fā)展，在一定程度上提高了企業(yè)的競爭力，適應(yīng)了經(jīng)濟(jì)市場的環(huán)境變化。因此，對煉鐵高爐中的冶金技術(shù)有必要進(jìn)行總結(jié)和進(jìn)一步研究。

1 冶金技術(shù)及我國高爐煉鐵的發(fā)展概況

從上世紀(jì)70年代末，我國全面引進(jìn)先進(jìn)的鋼鐵生產(chǎn)裝備和技術(shù)開始，到現(xiàn)在發(fā)展了30多年，其技術(shù)日臻完善，提高了鋼鐵生產(chǎn)的效率。進(jìn)入新世紀(jì)以來我國高爐煉鐵利用系數(shù)呈現(xiàn)先升后降的趨勢，顯示出我國鋼材業(yè)由供不應(yīng)求逐漸轉(zhuǎn)向供大于需的局面。并且根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，隨著市場競爭和環(huán)保的需求，我國高爐煉鐵的燃料也出現(xiàn)噴煤比高，焦比和燃料比降低的態(tài)勢。而一些先進(jìn)的高爐煉鐵的燃料比已經(jīng)低于490.00kg/t，焦比將近300kg/t，而高爐煤比則控制在一定的范圍內(nèi)，說明隨著先進(jìn)的冶金技術(shù)大規(guī)模的應(yīng)用于高爐煉鐵，我國高爐煉鐵技術(shù)已經(jīng)有了一個質(zhì)的提升。

冶金技術(shù)主要是指從鐵礦石等礦物中提取金屬及其金屬化合物，然后使用科學(xué)的加工方法將提取出的金屬或其化合物制成具有一定性能的金屬材料的過程和工藝。通常，常見的現(xiàn)代冶金技術(shù)主要有三種，即濕法冶金技術(shù)、電冶金技術(shù)和火法冶金技術(shù)。

首先，濕法冶金技術(shù)是指在溶液里進(jìn)行冶金的過程，其溫度一般要求不高。濕法冶金技術(shù)的步驟主要有：第一，浸出，是指使用能與礦石中金屬反應(yīng)的溶液，對礦石進(jìn)行浸泡反應(yīng)，金屬通常以離子的形式呈現(xiàn)在溶液中，然后提取分離出來的金屬。需要注意的是，在對比較復(fù)雜的礦石提取時，需要對礦石進(jìn)行預(yù)處理，使金屬成為混合物后在進(jìn)行浸出提取。第二，凈化，該過程主要對分離出來的含有金屬的溶液進(jìn)行處理，去除雜質(zhì)的過程。第三，制備金屬，對不含雜質(zhì)的溶液進(jìn)行電離、氧化還原反應(yīng)等方法提取出所需要金屬的過程。

其次，電冶金技術(shù)是指利用電能將所需金屬提取出來的一種方法。電冶金技術(shù)可以分為電熱和電化冶金兩種，電熱冶金主要是指將電能轉(zhuǎn)化為熱能來提取金屬的過程，而電化冶金技術(shù)是指將溶液或熔體中的金屬通過電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行提取。

最后，火法冶金技術(shù)是指利用高溫使的礦石經(jīng)過一些列的物理化學(xué)反應(yīng)提取金屬的過程，該過程主要是根據(jù)不同雜質(zhì)的沸點(diǎn)不同，通過高溫將金屬氣化或液化，從而達(dá)到分離提取目標(biāo)金屬的目的。通常該技術(shù)需要燃料或反應(yīng)放熱提供能量，其過程可以概括為干燥——焙解——焙燒——熔煉——精煉——蒸餾——提取。熱的來源不同是該技術(shù)與電冶金技術(shù)最大的區(qū)別。

2 煉鐵高爐中冶金技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，冶金技術(shù)以廣泛應(yīng)用于煉鐵高爐中，在一定程度上節(jié)約了燃料，保護(hù)了環(huán)境資源，同時還提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前在煉鐵高爐中的冶金技術(shù)主要有以下幾個方面：

2.1 高爐干法除塵

高爐除塵技術(shù)可以分為干法和濕法除塵兩種，通常在干法除塵的過程中需要濕法除塵作為備用。而干法除塵又分為高壓靜電除塵和布袋除塵兩種，其中，布袋除塵的成本低且除塵效果較好，適用于水資源缺乏的地區(qū)。但是，從我國太鋼1200m3高爐于1978年第一次引進(jìn)該技術(shù)后，由于其操作麻煩，便沒有推廣使用。隨著技術(shù)發(fā)展的成熟，我國自主研發(fā)的高爐煤氣低壓脈沖布袋除塵技術(shù)已在2600m3以下的高爐煉鐵中廣泛推廣，使得煉鐵工藝又一次飛躍。目前，我國已經(jīng)解決了高爐開爐、長期休風(fēng)、爐況失常時煤氣的處理等問題，逐漸呈現(xiàn)出濕法除塵被淘汰的趨勢。例如我國京唐5500m3的高爐使用了全干除塵法獲得了成功，并取得了良好的效果。

2.2 高爐噴煤技術(shù)

焦炭是高爐煉鐵的必需品，一方面，焦炭的主要成分碳具有還原作用，可以將礦石中的金屬還原出來，是工業(yè)冶金的重要還原劑；另一方面，需要大量的熱才能發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，焦炭可以提供冶煉過程需要高溫，促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。高爐噴煤技術(shù)的主要目的是降低高爐煉鐵的焦比，以減少煉焦設(shè)施，并保護(hù)環(huán)境。通過高爐噴煤技術(shù)，將煤粉從高爐風(fēng)口吹向高爐內(nèi)，通過使煤粉接觸面積增大，促其充分燃燒，進(jìn)而放出大量的熱，使其在燃燒中直接提供熱量，并起到還原劑作用。該技術(shù)時現(xiàn)代高爐煉鐵的一項重要技術(shù)，通常1t煤粉可以節(jié)約800元的生產(chǎn)成本。

2.3 高爐雙預(yù)熱技術(shù)

煉鐵高爐中的熱量通常來自兩個方面，一是焦炭和煤粉燃燒所釋放的熱量，二是由熱風(fēng)和爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)放熱所提供的，其中，前者是主要的熱量來源，占到80%左右。而在高爐反應(yīng)中，通常煤炭會有30%左右的熱量轉(zhuǎn)換為包括高爐煤氣、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐煤氣等副產(chǎn)煤氣，這是因?yàn)槊禾客ǔ２荒芡耆紵拢虼耍趯?shí)際生產(chǎn)中，對煤氣的回收利用，不僅可以節(jié)能減排，還能降低生產(chǎn)成本。而高爐預(yù)熱技術(shù)就是利用高爐內(nèi)焦炭燃燒所產(chǎn)生的高溫煤氣等廢氣與熱風(fēng)爐煙道的廢氣混合在一起，作為熱源，通常混合廢氣可見煤氣和助燃空氣預(yù)熱至300°C以上。例如寶鋼、昆鋼通過高爐雙預(yù)熱技術(shù)取得了1200°C的高風(fēng)溫，極大的節(jié)約了資源。

3 煉鐵高爐中冶金技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備不斷應(yīng)用在高爐煉鐵中，冶金技術(shù)學(xué)科也呈現(xiàn)出相互交叉的特點(diǎn)，其不斷吸收相關(guān)的專業(yè)知識，并加強(qiáng)了冶金動力學(xué)和反應(yīng)工程學(xué)的研究，從而不斷的促進(jìn)了冶金技術(shù)的發(fā)展。另一方面，冶金技術(shù)也在熱力學(xué)熔渣結(jié)構(gòu)等方面的理論基礎(chǔ)上，建立了智能化熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，強(qiáng)調(diào)了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在高爐煉鐵中的應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)了煉鐵高爐冶金技術(shù)的自動化控制。此外，生態(tài)環(huán)境保護(hù)的觀念也逐漸深入到冶金技術(shù)領(lǐng)域，使得冶金技術(shù)在發(fā)展的同時，兼顧了生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，盡可能降低能耗，實(shí)現(xiàn)利益最大化。因此，在未來的煉鐵高爐中冶金技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，可以做以下思考：

3.1 加強(qiáng)高爐煉鐵反應(yīng)技術(shù)，降低對焦煤的依賴

一方面，不斷地改進(jìn)高爐煉鐵的反應(yīng)技術(shù)，提高反應(yīng)效率，例如通過科學(xué)的研究實(shí)現(xiàn)礦、焦的最佳配比，通過控制不同的溫度促進(jìn)還原反應(yīng)，通過加入新型催化劑，提高反應(yīng)的效率，降低反應(yīng)發(fā)生的條件；另一方面，優(yōu)化煉焦配煤系統(tǒng)，設(shè)計符合生產(chǎn)需求的最佳配煤方案，開發(fā)新的能源，逐步降低高爐煉鐵的焦比，降低對煤焦的依賴程度，減少碳的排放量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

3.2 探索可再生能源無污染的新技術(shù)

例如可以利用碳?xì)浠衔飳ΦV石進(jìn)行低溫還原，不僅可以提高透氣性，還能減少碳氧化合物的排放量，提高高爐能量的利用效率，或者利用氫能聚變或裂變產(chǎn)生大量的熱來代替焦煤等等。目前氫能技術(shù)的利用還出與研發(fā)階段，但是可能成為未來潔凈能源發(fā)展的方向。

4 結(jié)束語

目前，我國煉鐵高爐中的冶金技術(shù)雖然在部分高端領(lǐng)域取得進(jìn)展，但是，整體水平與發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平還是有一定的差距，這就要求我們樹立節(jié)能環(huán)保理念，不斷地研究發(fā)展新的冶金技術(shù)，不斷的推動高爐煉鐵的發(fā)展，提高高爐噴煤的利用率，降低對煤焦的依賴程度，并積極的探索新的能源技術(shù)，以促進(jìn)我國高爐煉鐵冶金技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

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