當(dāng)代高爐煉鐵技術(shù)若干問題的探索與思考

王學(xué)萍

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代煉鐵方法有很多種，在我國，高爐煉鐵使用的最多的方法就是這種方法，同時(shí)也是鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。這種方法是在古代的豎爐煉鐵基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，并引用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，在以往的基礎(chǔ)上改良革新得到的新的煉鐵法。這種煉鐵方法由于工藝簡單，耗費(fèi)原材料較小，產(chǎn)出率較高，所以一經(jīng)發(fā)明立刻得到推廣使用，甚至占據(jù)世界鐵總產(chǎn)量的95%以上。

1 當(dāng)代高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)代高爐煉鐵技術(shù)主要由高爐本體和諸如供料設(shè)備、送風(fēng)設(shè)備、噴吹設(shè)備、煤氣處理設(shè)備、渣鐵處理設(shè)備等輔助設(shè)備共同組成。當(dāng)高爐在生產(chǎn)的時(shí)候，會(huì)先從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣熔劑等，然后將經(jīng)過預(yù)熱的空氣從位于爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入。并利用高溫下碳和氧經(jīng)過燃燒生成的一氧化碳和氫氣在爐內(nèi)上升過程中，除去鐵礦石中的氧元素，還原得到鐵。這個(gè)時(shí)候?qū)挸鰜淼蔫F水放出，將鐵礦石中不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣通過另一個(gè)渣口排出，并將整個(gè)煉鐵過程中產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料循環(huán)利用。

2 當(dāng)代高爐煉鐵技術(shù)存在的不足

2.1 廢鋼煉鐵技術(shù)的不足

當(dāng)代高爐煉鐵技術(shù)采用廢鋼納入高爐的方式，以期構(gòu)建一個(gè) “燒結(jié)礦+球團(tuán)礦+塊礦+廢鋼”的概念，并把它作為不斷提升高爐煉鐵技術(shù)競爭實(shí)力的重要措施。這種方式中由于廢鋼成本低，可以長期供應(yīng)，因此價(jià)格比較低，所以受到很多企業(yè)的歡迎。廢鋼是一種含金屬鐵的物料，這種金屬鐵在高爐中煉鐵可以極大地減少CO2的排放量，實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的環(huán)保性創(chuàng)新。也因?yàn)檫@一特點(diǎn)，我國的很多鋼鐵廠也會(huì)用這種廢鋼材料來煉鐵，一方面節(jié)約成本，減少支出，提高經(jīng)濟(jì)效益；另一方面適應(yīng)節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)，對(duì)我國青山綠水計(jì)劃做出貢獻(xiàn)。

但這種方法在實(shí)踐中被很多鋼鐵廠變相利用，甚至許多廠采用質(zhì)量極差的廢鋼從這種材質(zhì)來增加產(chǎn)量降低成本，而與此同時(shí)，也導(dǎo)致鋼鐵質(zhì)量極度下降，長此發(fā)展下去，會(huì)嚴(yán)重影響到鋼鐵行業(yè)的正常發(fā)展，進(jìn)而造成鋼鐵相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的中斷，影響到國家建設(shè)和國計(jì)民生的方方面面。

2.2 煉鐵的返礦量依然較高

數(shù)據(jù)顯示國外先進(jìn)企業(yè)的燒結(jié)礦已經(jīng)達(dá)到140kg/t的水平。在一些國家甚至可以將高爐槽下的返礦全部加入高爐，實(shí)現(xiàn)零返礦量的目標(biāo)。對(duì)于我國而言，一些企業(yè)的總返礦量高達(dá)500kg/tFe～800kg/tFe，難以實(shí)現(xiàn)無返礦煉鐵，究其原因，是我國高爐煉鐵中接收顆粒礦的能力不夠高，我國高爐可允許的鐵料粒度下限是0.2mm，難以接納大量小于5mm的顆粒礦。煉鋼過程中，隨著對(duì)高爐內(nèi)部現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的深入和監(jiān)測控制手段的完善，對(duì)于原料條件和地區(qū)差異等條件，他們都可能影響到高爐煉鐵的質(zhì)量和效率這些在高爐煉鐵工藝中對(duì)于高爐操作整體水平的改善都有影響。

2.3 部分煉鐵工人職業(yè)素養(yǎng)有待提升

原燃料質(zhì)量會(huì)在很大程度上影響到高爐運(yùn)行指標(biāo)，通過原燃料質(zhì)量的影響以及在高爐操作者的作用下，高爐運(yùn)行就具有很多不確定因素，這就要求現(xiàn)代高爐操作者要具備較高的操作水平。在理論知識(shí)儲(chǔ)備方面，現(xiàn)代高爐操作者要對(duì)冶金物理化學(xué)知識(shí)有一個(gè)系統(tǒng)的掌握，還要對(duì)高爐冶煉過程的原理、高爐運(yùn)行中各種現(xiàn)象有較為深刻的認(rèn)識(shí)，熟知他們的本質(zhì)特征和關(guān)聯(lián)特征，此外對(duì)于高爐運(yùn)行在實(shí)際操作中的各種突發(fā)狀況，要有充分的認(rèn)識(shí)，對(duì)其控制手段的兩面性也有一個(gè)較為清晰的認(rèn)識(shí)。然而現(xiàn)實(shí)生活中，不少高爐操作者對(duì)此方面的專業(yè)教育知識(shí)較為缺少，在經(jīng)過系統(tǒng)的、專業(yè)的技能培訓(xùn)之后，才會(huì)逐漸成為一名合格的高爐作者。同時(shí)，不少工廠并沒有重視對(duì)在崗高爐操作者的技能技術(shù)培訓(xùn)，學(xué)員同樣對(duì)于學(xué)院擴(kuò)展專業(yè)的相關(guān)高爐煉鐵知識(shí)，以及與之相關(guān)的現(xiàn)代技術(shù)的運(yùn)用也較為生疏。因此其職工的專業(yè)素養(yǎng)難以得到保障，這對(duì)于高爐煉鐵實(shí)踐的發(fā)展是一個(gè)較為重要的制約因素。

3 當(dāng)代高爐煉鐵技術(shù)改進(jìn)方向

3.1 改進(jìn)廢鋼煉鐵技術(shù)

筆者認(rèn)為，針對(duì)當(dāng)代高爐煉鐵技術(shù)中存在的不足之處，筆者認(rèn)為應(yīng)該改進(jìn)廢鋼煉鐵技術(shù)，將廢鋼納入高爐爐料系統(tǒng)中，從科學(xué)化的高爐煉鐵工藝來看，要加強(qiáng)對(duì)廢鋼的質(zhì)量鑒定和種類區(qū)分，確定一些廢鋼可以達(dá)到高爐煉鐵的質(zhì)量要求，進(jìn)而加以科學(xué)規(guī)范的運(yùn)用，不斷實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵過程中廢鋼利用的最優(yōu)化。并且總結(jié)這一標(biāo)準(zhǔn)，形成行業(yè)規(guī)范固定下來，作為高爐煉鐵廢鋼利用標(biāo)準(zhǔn)，真正提升廢鋼的利用率，為高爐煉鐵節(jié)約成本，提升質(zhì)量，不斷增加高爐煉鐵的行業(yè)競爭力。

3.2 實(shí)現(xiàn)全焦入爐降低煉鐵返礦量

將焦化生產(chǎn)的全部焦炭及焦?fàn)t煤氣全部用于高爐這就屬于全焦入爐，這樣的煉鐵方法可以實(shí)現(xiàn)焦炭成本的最小化。在這種工作中，主要是將焦粉入爐和焦?fàn)t煤氣噴吹。筆者通過研究認(rèn)為，如果焦粉能在高爐中得到充分的使用，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的最大化。在焦粉入爐的操作中，要將焦粉進(jìn)行篩分，將焦粉中大顆粒的部分混入爐中的鐵料混合，從高爐爐頂加入，將其中的粉末部分加到噴吹原煤中，在制粉、噴吹系統(tǒng)的共同作用下與煤粉一起噴入高爐。經(jīng)研究，筆者認(rèn)為將焦?fàn)t煤氣用在高爐噴吹上的優(yōu)勢條件很明顯：一來具有較高的能量利用率，充分發(fā)揮高含氫量這一優(yōu)點(diǎn)來對(duì)高爐還原過程進(jìn)行改善，從而使高爐中固體燃料效果明顯；二來由于高爐混噴焦?fàn)t煤氣的噴吹量比較大，而且具備靈活的調(diào)節(jié)能力，可以實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)化。

3.3 優(yōu)化高爐煉鐵流程

高爐煉鐵流程是一個(gè)極其復(fù)雜的過程，其中包括焦化、造塊、高爐熱風(fēng)爐、高爐本體、高爐噴煤、煤氣凈化、渣鐵處理這些復(fù)雜的工序。通過高爐煉鐵流程的優(yōu)化來不斷提升各個(gè)工序之間的匹配程度，以便實(shí)現(xiàn)煉鐵效果的最佳化。在高爐復(fù)合噴吹的這一程序中，通過風(fēng)口噴吹來實(shí)現(xiàn)高爐燃料的輸入，高爐復(fù)合噴吹是根據(jù)爐中資源條件的變化，進(jìn)一步改變噴吹物料的排列組合，其目的是實(shí)現(xiàn)高爐噴吹的最佳效果，這是代表著高爐噴吹技術(shù)一個(gè)新的發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵流程中在噴吹和工序優(yōu)化結(jié)合兩道工序的一個(gè)重要內(nèi)容。在高爐混噴方面，我國的技術(shù)發(fā)展仍然有很大的潛力，在混噴燃料的種類方面也有很多的選擇，除了混噴焦?fàn)t煤氣之外，天然氣、焦油、廢塑料、廢油等這些物質(zhì)都可以成為混噴的選擇。在現(xiàn)代高爐技術(shù)發(fā)展中，具備一個(gè)靈活的混噴系統(tǒng)已經(jīng)是不言而喻的，可以進(jìn)一步體現(xiàn)其適應(yīng)不同時(shí)期不同燃料條件的能力，進(jìn)而持續(xù)保持最佳的噴吹效果。除此之外，高爐煉鐵流程中還需要剩余工序的協(xié)同配合。例如如何有效回收爐渣顯熱、如何高效實(shí)現(xiàn)高爐熱礦熱焦入爐等，這些工序在理論與實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中都有較大的差距，因此需要相關(guān)研究者深入一線實(shí)踐，密切合作生產(chǎn)。

4 結(jié)語

一個(gè)國家的重工業(yè)基礎(chǔ)無疑非鋼鐵行業(yè)莫屬，它也是一個(gè)國家綜合國力和工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。我國鋼鐵行業(yè)在實(shí)踐中面臨產(chǎn)能過剩的不利局面，國內(nèi)鋼材轉(zhuǎn)化率不斷降低，鋼鐵企業(yè)的虧損現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)也勢在必行，面對(duì)這樣的背景，高職院校對(duì)于煉鐵設(shè)計(jì)課程的改進(jìn)有著重大的研究意義。本文筆者通過提出創(chuàng)造性的建議，對(duì)高爐煉鐵工藝進(jìn)行闡釋，雖然無法預(yù)知這一技術(shù)的發(fā)展前景，但高爐工藝已取得的巨大優(yōu)勢，加上持續(xù)的革新探索，將使高爐煉鐵工藝在高效節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性上保持競爭力，同時(shí)也使高職院校培養(yǎng)一大批專業(yè)性的鋼鐵職業(yè)工人，促進(jìn)鋼鐵行業(yè)專業(yè)化、和高效率的發(fā)展。