試析煉鐵高爐冶金技術(shù)的應(yīng)用

董興山

（酒鋼集團(tuán)榆中鋼鐵有限公司，甘肅 蘭州 730104）

近年來，我國工業(yè)化發(fā)展水平不斷提高，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。雖然當(dāng)前我國正向著第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但現(xiàn)階段社會各界對鋼鐵資源的需求依然只增不減，并且對生產(chǎn)質(zhì)量也提出了更高要求。現(xiàn)階段，我國鋼鐵制造主要以高爐技術(shù)為主，但是在該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，受各種因素制約容易產(chǎn)生一些問題和隱患，不僅降低鋼鐵冶煉效率，還會為鋼鐵產(chǎn)品帶來一定質(zhì)量問題。為了提高冶煉水平，促進(jìn)我國鋼鐵行業(yè)盡快與國際先進(jìn)水平接軌，專家和學(xué)者試圖將冶金技術(shù)應(yīng)用到高爐冶煉技術(shù)中[1]，通過實(shí)踐證明，這種冶煉方法不僅能夠切實(shí)解決傳統(tǒng)冶煉技術(shù)中存在的問題，還可以提高鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。由此可見，對冶金技術(shù)在煉鐵高爐中的應(yīng)用以及其發(fā)展進(jìn)行分析，對促進(jìn)鋼鐵行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展而言具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 煉鐵高爐冶煉現(xiàn)狀

雖然改革開放后我國鋼鐵行業(yè)不斷借鑒先進(jìn)國家冶煉技術(shù)，并積極引進(jìn)現(xiàn)代冶鐵設(shè)備，在一定程度上擴(kuò)大了鋼鐵行業(yè)發(fā)展規(guī)模，但由于起步較晚，所以冶煉水平與發(fā)達(dá)國家相比仍然存在一定距離，具體體現(xiàn)在鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)效率和質(zhì)量方面。這也使得國際市場降低了對中國鋼鐵產(chǎn)品的需求量，導(dǎo)致我國鋼鐵產(chǎn)品冶煉出現(xiàn)供過于求現(xiàn)象。另外，現(xiàn)階段我國鋼鐵行業(yè)在煉鐵過程中普遍采用高爐冶煉技術(shù)，由于投入能源較大，冶煉效率較低，所以在一定程度上阻礙了鋼鐵行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。而將冶金技術(shù)應(yīng)用到煉鐵高爐中，能夠有效解決各種問題，有利于實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

2 常見的冶金技術(shù)

冶金技術(shù)是通過多樣化方法對能夠利用的礦石等原料進(jìn)行加工處理，并提煉出原材料中的金屬物質(zhì)或金屬化合物，而后采用特殊工藝將提取物進(jìn)行加工制作，從而形成具有金屬性質(zhì)的材料。現(xiàn)階段在冶煉行業(yè)較為常見的冶金技術(shù)有以下幾種。

2.1 火法冶金技術(shù)

所謂火法冶金技術(shù)，就是在高溫環(huán)境對礦石材料進(jìn)行加工制作，使礦石資源產(chǎn)生物化反應(yīng)，從而由原始形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩衔锘蚪饘傥镔|(zhì)，并匯集在氣體、固體、液體等產(chǎn)物中，最終滿足礦石資源雜質(zhì)和金屬相互分離的目標(biāo)。冶金技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常需要通過燃料燃燒達(dá)到一定溫度條件，少數(shù)也會通過化學(xué)反應(yīng)供應(yīng)熱量。其冶煉過程較為復(fù)雜，包括干燥處理、焙解、焙燒、熔煉、精煉以及蒸餾提取等多個環(huán)節(jié)[2]。

2.2 濕法冶金技術(shù)

所謂濕法冶金技術(shù)，顧名思義，就是在溶液中對礦石資源進(jìn)行冶煉。這種冶煉方法通常溫度不高，冶煉流程相對簡單，首先需要對礦石進(jìn)行浸出處理，而后將浸出的礦石凈化，最后制備金屬。具體如下：第一，在礦石浸出過程中，需要合理選擇溶劑，將礦石浸入溶劑中，使礦石中的金屬與溶劑發(fā)生反應(yīng)，并以離子形態(tài)與溶劑相融合。在礦石浸出處理過程中，不可避免會遇到一些處理難度較大的礦石，這就需要技術(shù)人員提前對礦石進(jìn)行預(yù)處理，使其形成易于浸出的化合物[3]。第二，由于一些礦石在浸出處理后，部分金屬和需要提取的金屬同時與溶液混為一體，所以需要通過凈化將溶液中的雜質(zhì)去除，該過程也是凈化處理過程。第三，金屬制備，主要是采用置換法、還原法等方式，將凈化處理后溶液進(jìn)行處理，從而提取出所需金屬。

2.3 電冶金技術(shù)

所謂電冶金技術(shù)，就是利用電能方式提取礦石中的金屬物質(zhì)。常見的電冶金技術(shù)有兩種，一種為電化冶金技術(shù)，另一種為電熱冶金技術(shù)。前者主要采用電化反應(yīng)冶煉金屬，需要將礦石中的金屬從熔體或溶液中提取出來[4]。后者是通過電能轉(zhuǎn)化熱能方式提取礦石中的金屬物質(zhì)。可以看出，電冶金技術(shù)與火法冶金技術(shù)有一定相似之處，但在操作過程中也存在差異之處，即熱能來源不同。

3 冶金技術(shù)在煉鐵高爐中的應(yīng)用

3.1 雙預(yù)熱技術(shù)在煉鐵高爐中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，越來越多的冶金技術(shù)被應(yīng)用到煉鐵高爐中，高爐雙預(yù)熱技術(shù)就是其中一種，并取得了顯著的應(yīng)用效果。煉鐵高爐在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中離不開熱能支撐，其中大部分需要通過燃燒焦炭和煤粉獲得，少部分由熱風(fēng)以及爐料化學(xué)反應(yīng)獲得。另外，高爐煉鐵所需的煤炭資源會有34%左右能量轉(zhuǎn)換為高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣等副產(chǎn)煤氣[5]。眾所周知，節(jié)能減排已經(jīng)成為社會發(fā)展的大勢所趨，鋼鐵行業(yè)作為耗能大戶也應(yīng)該不斷向節(jié)能減排方向優(yōu)化，而回收副產(chǎn)煤氣，是鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的有效措施，也是降低冶煉成本的關(guān)鍵途徑。具體來說，高爐雙預(yù)熱技術(shù)，就是將高爐煤氣燃燒時產(chǎn)生的廢氣與熱風(fēng)爐煙道產(chǎn)生的廢氣回收，并將二者相融合作為熱源。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況來看，混合后的氣體能夠?qū)⒚簹忸A(yù)熱到300℃以上。

例如：近年來鞍鋼、寶鋼等鋼鐵冶煉企業(yè)，在鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)過程中就積極采用了高爐雙預(yù)熱技術(shù)，取得的高溫風(fēng)溫度達(dá)到1200℃左右。以寶鋼企業(yè)鋼鐵冶煉來說，在3號熱風(fēng)爐采用了分離型熱管式雙預(yù)熱裝置，4號熱風(fēng)爐采用了分離型熱管煤氣和空氣雙預(yù)熱裝置。在鋼鐵冶煉過程中通過回收預(yù)熱，將風(fēng)爐預(yù)熱到一定溫度，這種方式不僅能夠充分利用高爐廢氣，有效節(jié)約煤炭資源，還能夠優(yōu)化熱爐燃燒情況，有效提高焦炭和高爐使用率。然而，受技術(shù)制約，導(dǎo)致高爐雙預(yù)熱技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中回收廢棄預(yù)熱量較低，僅展總比26%左右，仍然有較大的上升空間，需要專家和學(xué)者給予高度重視，不斷完善該技術(shù)[6]。

3.2 干法除塵技術(shù)在高爐冶煉中的應(yīng)用

高爐除塵技術(shù)是鋼鐵冶煉中較為常見的一種冶金技術(shù)，該技術(shù)分為兩種形式，一種為干法除塵，另一種為濕法除塵。其中干法除塵又分為布袋除塵和高壓靜電除塵兩種，前者應(yīng)用效率較高，并且具有成本低、效果好優(yōu)勢。眾所周知，鋼鐵冶煉過程需要消耗大量水資源，由于我國水資源較為緊缺，所以為了盡可能降低水資源消耗和浪費(fèi)，我國在20世紀(jì)80年代左右引入干法除塵技術(shù)，至今已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年發(fā)展進(jìn)程。

高爐干法除塵技術(shù)在最初應(yīng)用時，主要通過煤氣加壓方式，對大布袋進(jìn)行反吹，從而達(dá)到除塵效果。雖然除塵效果較好，但并不適用于大型高爐企業(yè)，這也在一定程度上制約了該技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，所以該技術(shù)最初引進(jìn)時，只常見于200m3～300m3高爐冶煉中。而后隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，干法除塵技術(shù)也得到了一定優(yōu)化和完善，一直到20世紀(jì)90年代左右，我國研發(fā)出了一種適用于大型高爐企業(yè)的煤氣低壓脈沖除塵技術(shù)，在滯后的7～8年間，該技術(shù)得到了廣泛推廣和應(yīng)用，幾乎所有新建的1000m3以下的高爐都應(yīng)用了該技術(shù)，促進(jìn)該技術(shù)在推廣、應(yīng)用方面達(dá)到質(zhì)的飛躍。現(xiàn)如今，在科技支撐下，該技術(shù)也逐漸向成熟化趨勢發(fā)展，并且應(yīng)用范圍更加廣泛，可以適用于2600m3高爐冶煉中。

3.3 噴煤技術(shù)在高爐冶煉中的應(yīng)用

上文多次提到，高爐冶煉過程中離不開焦炭資源的支撐，其不僅能夠為高爐運(yùn)轉(zhuǎn)提供充足熱量，還是礦石處理的主要還原劑。在高爐冶煉過程中應(yīng)用噴煤技術(shù)，主要是將煤粉從高爐風(fēng)口處吹入，從而達(dá)到提供熱量的目標(biāo)，同時充分發(fā)揮還原劑功能，如此不僅能夠降低高爐鐵焦比，還可以在一定程度上減少煉焦設(shè)施的使用，同時可以滿足節(jié)能減排需求，是鋼鐵行業(yè)高爐冶煉中的重要改革。

煉鐵高爐在生產(chǎn)過程中，為了減少生產(chǎn)成本，需要深入思考如何能夠提高煤粉燃燒率。在長時間理論研究和實(shí)際操作過程中可以發(fā)現(xiàn)，燃燒精料、降低渣比能夠充分滿足這一需求，所以在該技術(shù)應(yīng)用過程中，需要合理設(shè)計預(yù)熱工藝，保證煉鐵高爐安全生產(chǎn)。

在噴煤技術(shù)最初應(yīng)用過程中，采用的噴吹系統(tǒng)大多為串聯(lián)罐系統(tǒng)，后隨著科技不斷進(jìn)步，并聯(lián)罐系統(tǒng)應(yīng)用范圍越來越廣，并逐漸取代傳統(tǒng)串聯(lián)罐系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過不斷優(yōu)化和完善，系統(tǒng)計量與控制精度也越來越精準(zhǔn)，其工藝流程包括以下幾點(diǎn)：第一，通過適中速度對焦煤進(jìn)行磨制，使其形成煤粉[7]。第二，回收煙氣爐廢氣和熱風(fēng)爐廢氣。第三，利用大布袋對煤粉進(jìn)行收集。第四，采用并連罐系統(tǒng)噴吹煤粉。現(xiàn)階段，寶鋼企業(yè)在煉鐵高爐生產(chǎn)過程中，就充分利用了噴煤技術(shù)，并取得了良好應(yīng)用效果，在一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本。

4 煉鐵高爐冶金技術(shù)未來發(fā)展趨勢

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，冶金技術(shù)得到了相應(yīng)完善和優(yōu)化，在一定程度上拓展了其應(yīng)用范圍。但從上文分析可以看出，雖然冶金技術(shù)能夠提高鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時能夠降低生產(chǎn)成本，滿足節(jié)能減排需求，但是與發(fā)達(dá)國家相比仍然存在一定差距，并為真正意義上實(shí)現(xiàn)自動控制目標(biāo)。所以在未來發(fā)展中需要專家和學(xué)者加大研究力度，從以下方面入手提高冶金技術(shù)利用率。

第一，進(jìn)一步提高高爐煉鐵反應(yīng)速度。想要強(qiáng)化反應(yīng)能力，就要不斷提高冶金技術(shù)反應(yīng)效率。實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的方法有兩種：意識保證焦炭與礦石配比科學(xué)，使其能夠在低溫條件下高速還原。第二，適當(dāng)添加催化劑，以此提高反應(yīng)速度。

第二，降低焦煤資源使用率。新時期我國堅持貫徹、落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，鋼鐵行業(yè)作為耗能大戶，需要在保證生產(chǎn)效率的同時，盡可能降低煤炭資源依賴程度，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。為了滿足這一需求，需要不斷優(yōu)化煉焦配煤系統(tǒng)，從而擴(kuò)大煉焦煤源，盡量減少焦比，保證系統(tǒng)能夠自動匹配出最佳配煤模型。

第三，開發(fā)碳化氫技術(shù)。在高爐煉鐵該過程中采用碳化氫技術(shù)展開低溫還原工作，一方面可以優(yōu)化熔融帶透氣效果，另一方面可以降低二氧化碳排放量，從而有效提高高爐利用率，達(dá)到提高鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)產(chǎn)量的目標(biāo)。現(xiàn)如今，碳化氫技術(shù)依然處于發(fā)展過程中，需要專家和學(xué)者不斷探索，充分發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢和作用。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國各行各業(yè)對鋼鐵產(chǎn)品需求量不斷增加，鋼鐵行業(yè)也迎來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的發(fā)展局面。由于傳統(tǒng)高爐煉鐵技術(shù)需要消耗大量焦煤資源，并且生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量不佳，導(dǎo)致我國鋼鐵產(chǎn)品在國際范圍內(nèi)競爭壓力較低。針對這一問題，本文試圖探索冶金技術(shù)在高爐煉鐵中的應(yīng)用，旨在為強(qiáng)化我國鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)水平奠定基礎(chǔ)，使其在國際市場占據(jù)一席之地。