高爐煉鐵低碳化和智能化技術發展現狀

周亮亮，張古興，伊鳳永

（河鋼集團承鋼公司煉鐵事業部，河北 承德 067000）

近幾年我國飛速發展，鋼鐵工業對國民經濟的促進作用也不容忽視。但是鋼鐵工業雖然可以促進社會和經濟的發展，卻也對環境造成了一定程度的污染，隨著我國人民環保意識的不斷深化，對環境的保護要求也越來越高，減少鋼鐵制造過程中造成的污染已經迫在眉睫。在鋼鐵的生產過程中高爐煉鐵是主要流程之一更是產生污染的主要步驟。現在鋼鐵工業中已經出現了許多新技術可以減少高爐煉鐵過程中產生的污染，我們需要積極了解并適量采用這些新技術以此來減少煉鐵過程中產生的污染，使得鋼鐵工業能夠繼續穩定的推動中國社會和經濟的發展。本文就介紹一些新技術發展的現狀希望可以對減少高爐煉鐵過程中的污染、促進高爐煉鐵技術的發展有一定幫助。

1 高爐煉鐵低碳化技術

1.1 高爐噴吹焦爐煤氣技術

高爐噴吹焦爐燃氣技術有許多優點：①焦爐燃氣是一種比較好的還原劑，且它的還原產物也很環保，不像一氧化碳那樣對環境有一定的危害。②焦爐燃氣的利用率與能量利用效率都更高。因為焦爐燃氣是氣體，可以跟物質更劇烈的反應，所以利用率會很高。③噴吹焦爐燃氣技術的工藝也更加簡單……當使用噴吹焦爐燃氣技術時，不僅可以減少焦炭的使用量，而且焦爐燃氣中的氫氣也是很好的還原劑，所以也可以在一定程度上減少高爐中還原劑的使用量。高爐噴吹焦爐燃氣不僅具有節能減排的功效還可以增加產品的產出率。使用焦爐燃氣可以讓礦產資源的使用量減少，增加生鐵的產出量，同時還可以減少二氧化碳的產出量。可以說這是一舉兩得的好技術，而且噴吹焦爐燃氣與傳統的噴吹資源的方式相比，原材料的利用率也更高。高爐構造較簡單，在冶金煉鐵過程中它其實是一個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反應器，提高液態生鐵的速度。正常狀態下，冶煉爐在投入到生產過程中，經常會受到能量轉換影響，發生燃料消耗過快的現象，煉鋼爐的燃料轉化器其實是綜合了物理顯熱與化學能作用的一種新型低碳綠色機器，我們的主要目的是為了提高冶煉爐能源轉換的效率，為以后氧化物順利還原提供一個良好條件，下圖清晰展示了高爐煉鐵技術功能。

圖1 高爐煉鐵技術的功能解析

1.2 高爐爐頂煤氣循環技術

高爐爐頂煤氣循環技術是將高爐爐頂煤氣進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）通過風口或爐身的適當位置重新通入高爐，使碳和氫元素得以重復利用。這是一種減少二氧化碳排放量的好方法。現在世界各國已經提出或者應用此種技術在本國的煉鐵工藝中，比如俄羅斯的HRG法，日本的JFE法等等，這些技術都明顯提高了高爐煉鐵的效率和原料的利用率。我們也應該從本國的實際出發，結合自身能源結構創造出適合自己的煉鐵技術，提高高爐煉鐵的效能。高爐爐頂煤氣循環技術可以通過碳和氫元素的重復利用，達到減少排放二氧化碳的目的。這種通過重復使用元素的技術可以給我們很好的啟示，我們也可以通過某些技術來達到重復使用原料的目的，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

2.1 高爐模擬技術

當前，高爐數學化模擬的關鍵是數學中的兩種建模方法：流體力學和離散元方法。流體力學可以對連續相行為進行描述，離散元方法可以對非連續相行為進行評價。這兩種建模方法有效的結合即可對高爐建立正確的數學模型，在這種模型中我們使用流體力學對流體位置進行預測，使用離散元方法對顆粒位置進行求解。這種模型可以使了解高爐內部物質的狀態，不僅可以幫助我們使高爐更加穩定，還可以幫助我們通過控制高爐內各種物質的比例使物質可以更好地進行反應，提高原料的利用率和產物的產率。可是這種模擬技術卻只是模擬，沒有辦法在進一步的清晰的了解高爐的內部，這是美中不足的。

2.2 設備自動化技術

設備自動化技術可以減少人工成本的投入以及在一定程度上降低投錯原料或者搞錯原料比例的概率。自動化也能使煉鐵過程更加高效和安全，還可以更加精準的控制高爐中原材料的投入量。設備自動化也推進著鋼鐵領域朝著現代化，高效化以及精準化不斷推進。設備自動化也為未來更換或者引入更好的系統及設備打下了一定的基礎。若設備自動化可以與其他智能化技術相互配合一定可以使我國的鋼鐵工業更快更穩定的發展，甚至可以推動整個行業的發展。

2.3 高爐煉鐵自動控制系統

高爐煉鐵自動控制系統是通過儀表采集數據，對高爐目前的狀態進行預判，從而實現對高爐的全程掌控。這一套系統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。因此高爐煉鐵自動化控制系統是一套對高爐煉鐵極為有用的系統，其不僅可以使企業減少人工支出，提高煉鐵效率，還可以增強企業的競爭力。這套系統也會自動調控高爐，提高原材料的利用率和產品的產出率。當出現異常情況和設備故障時，比如高爐煉鐵生產過程中常見的事故：爐缸燒穿時，這套系統會及時提醒操作人員，使問題得到處理，有效避免事故的發生，使高爐更平穩的運行。

3 我國對于高爐智能化技術的應用

為了能更好的制造鋼鐵，使高爐更平穩的運作，我們可以通過了解高爐內部的情況來達到這一目的，可是該如何“看到”高爐內部呢？我國酒鋼集團建立了高爐二級系統，這套系統就可以“看到”高爐內部。2018年5月，高爐二級系統在酒鋼煉鐵廠進行調試和使用。該系統不僅可以采集和分析高爐內的各種數據，使操作人員更直觀的了解高爐的內部情況。還可以監控高爐內各種設備的狀態，在事故發生之前進行報警，有效的防范事故的發生，使高爐煉鐵的生產過程更加安全。這個系統也推進了酒鋼煉鋼廠智能化的建設，使高爐能更有效率的平穩工作，使酒鋼企業在市場中更有競爭力。

4 結束語

近幾年人們的環保意識不斷提高，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能為鋼鐵工業的從業人員以啟發，積極改進我國的高爐煉鐵工藝，以節能減排，提高效能為目的，研發新的高爐煉鐵技術，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。讓鋼鐵工業這個國民經濟基礎產業可以更好地持續地為中國經濟的發展提供助力。