一種高爐煉鐵技術(shù)探討

高師敏

（四川省達(dá)州市經(jīng)濟(jì)和信息化局， 四川 達(dá)州 635002）

現(xiàn)行高爐煉鐵技術(shù)存在以下不足：使用焦碳為燃料，鐵礦石粉需要經(jīng)配料，燒結(jié)或球團(tuán)處理后，才能入爐；煉焦，燒結(jié)或球團(tuán)耗能、耗時(shí)，其產(chǎn)生的三廢污染環(huán)境；爐料在爐內(nèi)冶煉周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率較低；產(chǎn)品成本較高等。為了克服這些不足，作者利用現(xiàn)有高爐爐體及部分附屬裝置，稍加改造，提出一種新的高爐煉鐵技術(shù)。

1 技術(shù)介紹

1.1 流程

鐵精粉，煤粉、熔劑粉和處理后的返料粉（粒度-200 目不少于80%），這四種粉末經(jīng)計(jì)量、配料、混合、干燥成為料粉（含水率小于1.0%）。以0.2～1.0 MPa壓力的凈煤氣（溫度20～100 ℃）作為噴嘴的下料風(fēng)。在高爐爐頂中心處，將料粉垂直向下噴入爐內(nèi)(噴氣速度60～120 m/s)。料粉被分散成單個(gè)顆粒，懸浮在爐內(nèi)。在高爐原爐氣引出口處安裝的4 個(gè)噴煤燃燒器，沿斜下方向，向爐內(nèi)噴入高溫還原煙氣?；鹧鏈囟? 600～1 800 ℃。（氧化劑為富氧空氣，過(guò)剩空氣系數(shù)0.75～0.95）四股煙氣形成螺旋式氣流。料粉顆粒在螺旋煙氣流中，迅速被加熱、熔化、還原。在極短時(shí)間內(nèi)，變成液態(tài)鐵滴、渣滴落入爐缸。安裝在原高爐風(fēng)口處的數(shù)個(gè)噴煤燃燒器，向爐缸內(nèi)噴入高溫還原煙氣。少許未反應(yīng)的料粉顆粒，在爐缸內(nèi)被熔化、還原，同時(shí)進(jìn)行造渣、脫硫等反應(yīng)。爐缸內(nèi)的爐渣和鐵水，定時(shí)從原高爐的排渣口、排鐵口排出。爐缸內(nèi)的爐氣，溫度約1 300～1 500 ℃。其主要成分是CO2、CO、H2O、NOx、CH4，N2、H2S、NH4、HCN 等。爐氣中混雜有少許料粉顆粒，以及鐵滴、渣滴，堿金屬、低沸點(diǎn)金屬微粒等。這種含塵爐氣，從原高爐另外的4～8 個(gè)風(fēng)口被抽出。經(jīng)過(guò)斜下保溫管道，切線進(jìn)入再熔爐錐筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。爐氣中密度較大的鐵滴、渣滴，因離心力和重力作用，落入錐筒下部的爐缸里。經(jīng)靜止。渣、鐵分層。定時(shí)出鐵。出渣。爐氣折返向上流入再熔爐下室。下室圓周上數(shù)個(gè)噴煤燃燒器，向斜下方向噴入螺旋式高溫還原煙氣，爐氣再次被卷入螺旋氣流中。爐氣中殘存的料粉顆粒被熔化、還原。生成的鐵滴、渣滴落入爐缸里。為了保持爐缸內(nèi)鐵水溫度，可向鐵水噴入氧氣。剩余的爐氣中還含有少許碳粒等顆粒。該爐氣從爐內(nèi)中央上升，通過(guò)縮口進(jìn)入再熔爐上室。在縮口處，噴入水蒸氣和碳粉（碳粉載氣為凈煤氣，壓力0.5～1.0 MPa）。在高溫（1 200～1 500 ℃）條件下，爐氣中的碳粒與水蒸氣，爐氣中二氧化碳與碳粒等，發(fā)生碳的氣化反應(yīng)。生成的一氧化碳、氫氣進(jìn)入爐氣，使之成為粗煤氣（含φ（CO+H2）＞50%）。從再熔爐上部抽出的粗煤氣溫度為800～1 000 ℃，含塵率0.5%～3.0%。進(jìn)入廢氣鍋爐。從廢鍋尾部流出的粗煤氣溫度約400～500 ℃。通過(guò)換熱器，干燥料粉。再經(jīng)過(guò)布袋除塵器、電除塵器、脫硫、脫硝等設(shè)備凈化處理。得到的凈煤氣儲(chǔ)存于煤氣柜中。柜中的凈煤氣，一部分經(jīng)升壓后，作料粉、煤粉輸送氣體、噴嘴的下料風(fēng)氣體、縮口碳粉載氣。其余凈煤氣作為中熱值燃?xì)馐褂?。再熔爐、廢氣鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽，一部分作為再熔爐縮口噴吹水蒸氣來(lái)源；其余蒸汽可用于發(fā)電。大型高爐采用本技術(shù)，產(chǎn)生的凈煤氣，可考慮建設(shè)IGCC 電站。上述各凈化設(shè)備回收的鐵粒、渣粒、粉塵，可從中提取鋅、鉛、鉀、鈉等金屬。剩余的含鐵顆粒，經(jīng)處理后作為返料入爐。渣、粉塵可作建材原料。本技術(shù)需要的氧氣、由原制氧站提供。原高爐的其余風(fēng)口堵死。大型高爐爐頂處可設(shè)置三個(gè)（2～6個(gè)）料粉噴嘴，選擇4～10 個(gè)風(fēng)口作為爐氣抽出口。選擇4～8 個(gè)風(fēng)口安裝噴煤燃燒器。其余風(fēng)口堵死。原高爐爐缸、再熔爐爐缸排出的鐵水和爐渣，可共用一個(gè)密封溜槽和澄清池。從澄清池中分離鐵水和爐渣。流程示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 流程示意圖

1.2 主要設(shè)備及附屬設(shè)施

1.2.1 主要設(shè)備組成

高爐爐體（改造）1 座；再熔爐（重力除塵器改造）1 座；立式廢氣鍋爐（選配）1 套；噴嘴（選購(gòu)）1 套.噴煤燃燒器（選購(gòu)）6～10 套。

1.2.2 主要設(shè)備

1）高爐爐體。去除現(xiàn)有高爐的上料及爐頂加料設(shè)備、爐頂煤氣導(dǎo)出管件、熱風(fēng)圍管及風(fēng)口噴吹設(shè)備等。新增料粉制備、計(jì)量、配料、輸送設(shè)備。在爐頂安裝料粉噴嘴裝置。在煤氣導(dǎo)出口、爐缸部分風(fēng)口安裝噴煤燃燒器。在爐缸部分風(fēng)口安裝爐氣抽出保溫管道等?，F(xiàn)有高爐爐體其它部位的結(jié)構(gòu)、設(shè)施等保持不變。

2）再熔爐。再熔爐是一個(gè)由爐缸、錐筒、下室、縮口和上室組成的圓柱體容器。爐殼用耐熱鋼板焊接、拼裝而成。上室爐壁為水冷壁結(jié)構(gòu)?？s口以下?tīng)t壁內(nèi)襯隔熱層和耐火磚。爐體底部為爐缸。爐缸底面敷設(shè)有幾組透氣磚。透氣磚上的氧氣輸入管與爐缸下面的氧氣輸送管道連接。爐缸側(cè)壁上有排鐵口和排渣口。爐缸上面是錐筒。錐筒上部有爐氣進(jìn)入口。下室爐壁對(duì)稱布置有噴煤燃燒器安裝孔?？s口周邊有水蒸氣、碳粉噴入孔。上室有粗煤氣抽出孔、蒸汽包、防爆裝置等。再熔爐結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。

3）廢氣鍋爐。根據(jù)高爐運(yùn)行壓力、爐氣溫度和流量等參數(shù)，選配合適的立式廢氣鍋爐。

4）噴嘴。選用帶調(diào)風(fēng)錐中央擴(kuò)散型噴嘴[1]。該型噴嘴由喉口、風(fēng)箱、分料錐、調(diào)節(jié)錐、固定料管等組成。1 080 m3的高爐，可選用投料能力：160～200 t/h的噴嘴。生鐵設(shè)計(jì)產(chǎn)量80～100 萬(wàn)t/a。

5）噴煤燃燒器。選用管式旋流噴煤燃燒器[2]。該燃燒器具有燃燒連續(xù)、穩(wěn)定，直至燃盡等性能?？蛇x擇PW-1 型多煤種管式旋流噴煤燃燒器。

1.2.3 附屬設(shè)備、設(shè)施

礦粉、煤粉、熔劑粉等的制備、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、配料、干燥、輸送設(shè)施。料粉噴嘴配套設(shè)施。噴煤燃燒器配套設(shè)施。制氧設(shè)備、煤氣凈化及煤氣壓縮機(jī)（或原有鼓風(fēng)機(jī)）設(shè)備。廢氣鍋爐及蒸汽發(fā)電機(jī)組設(shè)施。爐渣、鐵水處理設(shè)施。各設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)施。運(yùn)行計(jì)算機(jī)調(diào)控設(shè)施等。

圖2 再熔爐結(jié)構(gòu)示意圖

2 技術(shù)特點(diǎn)

利用現(xiàn)有高爐爐體及部分設(shè)備、設(shè)施。采用礦粉直接入爐煉鐵。使用煤粉為燃料和還原劑，不需要焦碳、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦或塊礦。鐵氧化物顆粒在高溫還原氣氛中，在極短時(shí)間內(nèi)完成熔化、還原等冶煉過(guò)程。

3 優(yōu)、缺點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)。高爐煉鐵工藝得到簡(jiǎn)化。生產(chǎn)效率較高。煉鐵成本較低。對(duì)環(huán)境污染較小。高爐使用壽命大幅度延長(zhǎng)。

2）缺點(diǎn)。技術(shù)的可行性需要論證、試驗(yàn)。部分設(shè)備、設(shè)施的改造，需要資金投入。

4 兩種煉鐵技術(shù)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)簡(jiǎn)要對(duì)比

4.1 三廢和噪音產(chǎn)生工序?qū)Ρ龋ㄒ?jiàn)下頁(yè)表1）

從表1 中可知，高爐采用本技術(shù)后，三廢、噪音的產(chǎn)生量可減少70%以上。

表1 三廢和噪音產(chǎn)生工序?qū)φ毡?/p>

4.2 原料加工費(fèi)和燃料消耗估算

設(shè)定條件：燒結(jié)礦加工費(fèi)90 元/t；球團(tuán)礦加工費(fèi)40 元/t；礦粉加工費(fèi)20 元/t；石灰石加工費(fèi)50 元/t?，F(xiàn)行高爐煉鐵技術(shù)生產(chǎn)1 t 生鐵消耗1.6 t 燒結(jié)礦或球團(tuán)礦；焦比0.4 t，煤比0.2 t。本技術(shù)生產(chǎn)1 t 生鐵消耗1.6 t 料粉；耗煤0.6 t；耗石灰石0.3 t。山西一級(jí)冶金焦：2 000 元/t；無(wú)煙煤：300 元/t，石灰石：50元/t；兩種煉鐵技術(shù)噸鐵原料加工費(fèi)、燃料消耗估算對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2 原料加工費(fèi)、燃料消耗對(duì)比表

5 結(jié)語(yǔ)

高爐采用本技術(shù)煉鐵，在理論上，可以大幅度節(jié)能、減排和提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。在當(dāng)今資源、環(huán)保、市場(chǎng)環(huán)境下，我國(guó)高爐煉鐵產(chǎn)業(yè)需要摸索出一條可持續(xù)發(fā)展的工藝技術(shù)路線。