高爐煉鐵低碳化和智能化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

周亮亮，張古興，伊鳳永

（河鋼集團(tuán)承鋼公司煉鐵事業(yè)部，河北 承德 067000）

近幾年我國飛速發(fā)展，鋼鐵工業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)作用也不容忽視。但是鋼鐵工業(yè)雖然可以促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，卻也對(duì)環(huán)境造成了一定程度的污染，隨著我國人民環(huán)保意識(shí)的不斷深化，對(duì)環(huán)境的保護(hù)要求也越來越高，減少鋼鐵制造過程中造成的污染已經(jīng)迫在眉睫。在鋼鐵的生產(chǎn)過程中高爐煉鐵是主要流程之一更是產(chǎn)生污染的主要步驟。現(xiàn)在鋼鐵工業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了許多新技術(shù)可以減少高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的污染，我們需要積極了解并適量采用這些新技術(shù)以此來減少煉鐵過程中產(chǎn)生的污染，使得鋼鐵工業(yè)能夠繼續(xù)穩(wěn)定的推動(dòng)中國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。本文就介紹一些新技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀希望可以對(duì)減少高爐煉鐵過程中的污染、促進(jìn)高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展有一定幫助。

1 高爐煉鐵低碳化技術(shù)

1.1 高爐噴吹焦?fàn)t煤氣技術(shù)

高爐噴吹焦?fàn)t燃?xì)饧夹g(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)：①焦?fàn)t燃?xì)馐且环N比較好的還原劑，且它的還原產(chǎn)物也很環(huán)保，不像一氧化碳那樣對(duì)環(huán)境有一定的危害。②焦?fàn)t燃?xì)獾睦寐逝c能量利用效率都更高。因?yàn)榻範(fàn)t燃?xì)馐菤怏w，可以跟物質(zhì)更劇烈的反應(yīng)，所以利用率會(huì)很高。③噴吹焦?fàn)t燃?xì)饧夹g(shù)的工藝也更加簡單……當(dāng)使用噴吹焦?fàn)t燃?xì)饧夹g(shù)時(shí)，不僅可以減少焦炭的使用量，而且焦?fàn)t燃?xì)庵械臍錃庖彩呛芎玫倪€原劑，所以也可以在一定程度上減少高爐中還原劑的使用量。高爐噴吹焦?fàn)t燃?xì)獠粌H具有節(jié)能減排的功效還可以增加產(chǎn)品的產(chǎn)出率。使用焦?fàn)t燃?xì)饪梢宰尩V產(chǎn)資源的使用量減少，增加生鐵的產(chǎn)出量，同時(shí)還可以減少二氧化碳的產(chǎn)出量。可以說這是一舉兩得的好技術(shù)，而且噴吹焦?fàn)t燃?xì)馀c傳統(tǒng)的噴吹資源的方式相比，原材料的利用率也更高。高爐構(gòu)造較簡單，在冶金煉鐵過程中它其實(shí)是一個(gè)是將含有鐵元素的固體還原成液體，利用裝置在高爐周圍工業(yè)反應(yīng)器，提高液態(tài)生鐵的速度。正常狀態(tài)下，冶煉爐在投入到生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)受到能量轉(zhuǎn)換影響，發(fā)生燃料消耗過快的現(xiàn)象，煉鋼爐的燃料轉(zhuǎn)化器其實(shí)是綜合了物理顯熱與化學(xué)能作用的一種新型低碳綠色機(jī)器，我們的主要目的是為了提高冶煉爐能源轉(zhuǎn)換的效率，為以后氧化物順利還原提供一個(gè)良好條件，下圖清晰展示了高爐煉鐵技術(shù)功能。

圖1 高爐煉鐵技術(shù)的功能解析

1.2 高爐爐頂煤氣循環(huán)技術(shù)

高爐爐頂煤氣循環(huán)技術(shù)是將高爐爐頂煤氣進(jìn)行凈化和脫除二氧化碳處理后，把其中的還原成分（一氧化碳和氫氣）通過風(fēng)口或爐身的適當(dāng)位置重新通入高爐，使碳和氫元素得以重復(fù)利用。這是一種減少二氧化碳排放量的好方法。現(xiàn)在世界各國已經(jīng)提出或者應(yīng)用此種技術(shù)在本國的煉鐵工藝中，比如俄羅斯的HRG法，日本的JFE法等等，這些技術(shù)都明顯提高了高爐煉鐵的效率和原料的利用率。我們也應(yīng)該從本國的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合自身能源結(jié)構(gòu)創(chuàng)造出適合自己的煉鐵技術(shù)，提高高爐煉鐵的效能。高爐爐頂煤氣循環(huán)技術(shù)可以通過碳和氫元素的重復(fù)利用，達(dá)到減少排放二氧化碳的目的。這種通過重復(fù)使用元素的技術(shù)可以給我們很好的啟示，我們也可以通過某些技術(shù)來達(dá)到重復(fù)使用原料的目的，使我們最大限度的利用原料，提高原料的利用率。

2 高爐煉鐵的智能化技術(shù)

2.1 高爐模擬技術(shù)

當(dāng)前，高爐數(shù)學(xué)化模擬的關(guān)鍵是數(shù)學(xué)中的兩種建模方法：流體力學(xué)和離散元方法。流體力學(xué)可以對(duì)連續(xù)相行為進(jìn)行描述，離散元方法可以對(duì)非連續(xù)相行為進(jìn)行評(píng)價(jià)。這兩種建模方法有效的結(jié)合即可對(duì)高爐建立正確的數(shù)學(xué)模型，在這種模型中我們使用流體力學(xué)對(duì)流體位置進(jìn)行預(yù)測，使用離散元方法對(duì)顆粒位置進(jìn)行求解。這種模型可以使了解高爐內(nèi)部物質(zhì)的狀態(tài)，不僅可以幫助我們使高爐更加穩(wěn)定，還可以幫助我們通過控制高爐內(nèi)各種物質(zhì)的比例使物質(zhì)可以更好地進(jìn)行反應(yīng)，提高原料的利用率和產(chǎn)物的產(chǎn)率。可是這種模擬技術(shù)卻只是模擬，沒有辦法在進(jìn)一步的清晰的了解高爐的內(nèi)部，這是美中不足的。

2.2 設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)

設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)可以減少人工成本的投入以及在一定程度上降低投錯(cuò)原料或者搞錯(cuò)原料比例的概率。自動(dòng)化也能使煉鐵過程更加高效和安全，還可以更加精準(zhǔn)的控制高爐中原材料的投入量。設(shè)備自動(dòng)化也推進(jìn)著鋼鐵領(lǐng)域朝著現(xiàn)代化，高效化以及精準(zhǔn)化不斷推進(jìn)。設(shè)備自動(dòng)化也為未來更換或者引入更好的系統(tǒng)及設(shè)備打下了一定的基礎(chǔ)。若設(shè)備自動(dòng)化可以與其他智能化技術(shù)相互配合一定可以使我國的鋼鐵工業(yè)更快更穩(wěn)定的發(fā)展，甚至可以推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。

2.3 高爐煉鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)

高爐煉鐵自動(dòng)控制系統(tǒng)是通過儀表采集數(shù)據(jù)，對(duì)高爐目前的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐的全程掌控。這一套系統(tǒng)不僅可以提高高爐的工作效率，降低工作人員的失誤率，還優(yōu)化了高爐煉鐵的工藝，并使其操作更加簡單。因此高爐煉鐵自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一套對(duì)高爐煉鐵極為有用的系統(tǒng)，其不僅可以使企業(yè)減少人工支出，提高煉鐵效率，還可以增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。這套系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)調(diào)控高爐，提高原材料的利用率和產(chǎn)品的產(chǎn)出率。當(dāng)出現(xiàn)異常情況和設(shè)備故障時(shí)，比如高爐煉鐵生產(chǎn)過程中常見的事故：爐缸燒穿時(shí)，這套系統(tǒng)會(huì)及時(shí)提醒操作人員，使問題得到處理，有效避免事故的發(fā)生，使高爐更平穩(wěn)的運(yùn)行。

3 我國對(duì)于高爐智能化技術(shù)的應(yīng)用

為了能更好的制造鋼鐵，使高爐更平穩(wěn)的運(yùn)作，我們可以通過了解高爐內(nèi)部的情況來達(dá)到這一目的，可是該如何“看到”高爐內(nèi)部呢？我國酒鋼集團(tuán)建立了高爐二級(jí)系統(tǒng)，這套系統(tǒng)就可以“看到”高爐內(nèi)部。2018年5月，高爐二級(jí)系統(tǒng)在酒鋼煉鐵廠進(jìn)行調(diào)試和使用。該系統(tǒng)不僅可以采集和分析高爐內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，使操作人員更直觀的了解高爐的內(nèi)部情況。還可以監(jiān)控高爐內(nèi)各種設(shè)備的狀態(tài)，在事故發(fā)生之前進(jìn)行報(bào)警，有效的防范事故的發(fā)生，使高爐煉鐵的生產(chǎn)過程更加安全。這個(gè)系統(tǒng)也推進(jìn)了酒鋼煉鋼廠智能化的建設(shè)，使高爐能更有效率的平穩(wěn)工作，使酒鋼企業(yè)在市場中更有競爭力。

4 結(jié)束語

近幾年人們的環(huán)保意識(shí)不斷提高，高爐煉鐵造成的污染也必須得到重視和處理，希望上文提到的各種新技術(shù)能為鋼鐵工業(yè)的從業(yè)人員以啟發(fā)，積極改進(jìn)我國的高爐煉鐵工藝，以節(jié)能減排，提高效能為目的，研發(fā)新的高爐煉鐵技術(shù)，提高煉鐵原材料和能源的利用率，使煉鐵過程中造成的污染越來越少。讓鋼鐵工業(yè)這個(gè)國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)可以更好地持續(xù)地為中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供助力。