面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展研究

郭 瓊

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100000）

高爐煉鐵工藝應(yīng)用對于我國工業(yè)進(jìn)程推進(jìn)、工業(yè)化發(fā)展具有重要影響，但在過去發(fā)展中，高爐煉鐵技術(shù)能源消耗大、污染排放多的問題普遍存在，低碳綠色高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展應(yīng)用對于此類問題解決具有重要意義。

1 高爐煉鐵技術(shù)功能

1.1 還原器與滲碳器功能

在高爐運(yùn)行中，其重要燃料、還原劑是焦炭，屬于還原鐵氧化物為液態(tài)生鐵工藝裝置。在上升煤氣流、下降爐料的相向運(yùn)動過程中，可以讓高爐冶金“三傳一反”目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。高爐高溫還原工作是此目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要前提，在高爐中，骨架具有不可替代特點(diǎn)，在還原時(shí)，會有一定生鐵滲碳情況出現(xiàn)。

1.2 熔化器與質(zhì)量調(diào)控器功能

高爐可以將優(yōu)質(zhì)液態(tài)生鐵提供給轉(zhuǎn)爐，這是轉(zhuǎn)爐煉鋼工作開展的重要前提條件。高爐可以還原固態(tài)鐵氧化物礦物的鐵，其具有熔化器的作用。與此同時(shí)，高爐生產(chǎn)方式、還原方式具有連續(xù)性、不斷性特點(diǎn)，此特點(diǎn)決定高爐是重要鐵水供應(yīng)器，而在煉鐵過程中，可以使用調(diào)控操作，對鐵水質(zhì)量、成分進(jìn)行控制，讓鐵水成分、偏差、溫度滿足要求，高爐是重要質(zhì)量調(diào)控器[1]。

1.3 消納固體廢棄物功能

高爐煉鐵技術(shù)具有消納固體廢棄物功能，此功能可以讓資源得到充分利用，并起到環(huán)境保護(hù)效果，具體運(yùn)行工序包含和高爐具有匹配性的焦化工序、燒結(jié)工序、球團(tuán)工序等，此煉鐵系統(tǒng)可以讓鋼鐵廠循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

1.4 能源轉(zhuǎn)化器功能

高爐生產(chǎn)過程中，煤粉、焦炭以及天然氣等能源會轉(zhuǎn)化為產(chǎn)出物，包含熔渣、鐵水與高爐煤氣等，所以，高爐生產(chǎn)技術(shù)具有能源轉(zhuǎn)化器功能。現(xiàn)階段，隨著余能回收技術(shù)、TRT技術(shù)的發(fā)展，此種功能效果越發(fā)明顯。

2 面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展研究

2.1 發(fā)展理念

在面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展中，需要朝著提升運(yùn)行效率、降低運(yùn)行成本、減少運(yùn)行排放方向發(fā)展，為讓協(xié)同發(fā)展目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)積極提升綜合技術(shù)裝備水平，以為循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到促進(jìn)作用。一方面，應(yīng)對高爐運(yùn)行予以科學(xué)控制，完成合理生產(chǎn)指標(biāo)評價(jià)體系構(gòu)建工作；另一方面，應(yīng)對高爐先進(jìn)煉鐵技術(shù)體系予以構(gòu)建，為高爐平穩(wěn)運(yùn)行提供保障[2]。

2.2 流程創(chuàng)新

流程創(chuàng)新是低碳綠色高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展的主要措施，只有結(jié)合鋼鐵市場實(shí)際需求，聯(lián)系鋼鐵企業(yè)自身情況，做到因地制宜、實(shí)事求是，完成鋼鐵廠生產(chǎn)規(guī)模確定與產(chǎn)品定位工作，才能對流程進(jìn)行有效創(chuàng)新。在具體工作開展中，首先，應(yīng)保證流程集成和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，依照高爐生產(chǎn)動態(tài)協(xié)同運(yùn)行目標(biāo)，綜合研判、合理取舍技術(shù)單元，對其予以動態(tài)整合，讓程序化協(xié)同效果、網(wǎng)絡(luò)化整合效果得到保證；其次，應(yīng)積極構(gòu)建流程網(wǎng)絡(luò)，摒棄傳統(tǒng)高爐設(shè)計(jì)中的落后理念，讓結(jié)構(gòu)、功能和效率得以優(yōu)化，完成鋼鐵廠物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、能量流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)建工作；最后，應(yīng)對界面技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保證生產(chǎn)、調(diào)度信息化，在典型界面技術(shù)中，包含煉鐵—煉鋼界面技術(shù)、燒結(jié)—高爐界面技術(shù)、焦化—高爐界面技術(shù)等。

2.3 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

低碳綠色高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展中，其設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法會得到進(jìn)一步創(chuàng)新，結(jié)合流程工程學(xué)理念，在高爐總平面圖設(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)體現(xiàn)出平面工藝布置、時(shí)間關(guān)系、空間關(guān)系，保證設(shè)定幾何空間內(nèi)的能量、物質(zhì)得到高效運(yùn)行。在具體設(shè)計(jì)工作開展中，應(yīng)全面遵循緊湊性原則與連續(xù)性原則，一方面，應(yīng)保證其工藝布置高度合理、流程高度集約緊湊，另一方面，應(yīng)確保物流具有順暢運(yùn)行，可以讓能源得到高質(zhì)量使用轉(zhuǎn)換，并控制能量損耗情況。

2.4 技術(shù)創(chuàng)新

（1）高爐精料技術(shù)。高爐精料技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用可以讓能源消耗得以減少，可以讓生產(chǎn)效率得以提升。首先，應(yīng)保證爐料結(jié)構(gòu)合理性，在高爐煉鐵過程中，應(yīng)落實(shí)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，融合具有減量化特征技術(shù)，讓能源利用最優(yōu)化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，與此同時(shí)，鋼鐵企業(yè)應(yīng)對運(yùn)籌學(xué)理論予以積極利用，優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，保證爐料結(jié)構(gòu)與企業(yè)實(shí)際情況相符，考量到我國生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)、鐵礦石資源特點(diǎn)，在未來發(fā)展中，我國應(yīng)對球團(tuán)工藝予以大力發(fā)展，讓球團(tuán)礦入爐比率得以提升；其次，應(yīng)對爐料冶金性能予以改善，一方面，應(yīng)對入爐礦品味、熟料率予以提升，讓爐料結(jié)構(gòu)具有高度合理性、經(jīng)濟(jì)性，另一方面，應(yīng)對爐料成分、理化性能穩(wěn)定性予以提升，讓性能波動、成分波動得以減少，除此之外，還應(yīng)對爐料有害元素予以控制，如鋅元素、鈉元素、鉀元素等；最后，應(yīng)對爐料分布技術(shù)、爐料控制技術(shù)予以有效應(yīng)用，現(xiàn)階段，大型高爐往往具有較高的生產(chǎn)效率，具有較大的爐料裝入量，只有保證爐頂設(shè)備可以讓高爐裝料能力要求得到滿足，讓分布精準(zhǔn)控制要求得到滿足，才能起到降低能耗、提升煤氣利用率目標(biāo)。

（2）高爐長壽技術(shù)。高爐長壽技術(shù)應(yīng)用可以讓高爐使用壽命得到保證，進(jìn)而提升高爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。

首先，應(yīng)對高爐操作內(nèi)型進(jìn)行優(yōu)化處理，如為讓爐缸鐵水環(huán)流、破壞作用得到抑制，就可以對死鐵層深度予以適當(dāng)增加，為讓富氧噴煤冶煉得以有效開展，就可以對爐缸直徑以及爐缸高度予以適當(dāng)增加，讓封口回旋工作條件得以改善，讓爐缸冶煉效能得以改善；其次，應(yīng)對長壽爐體結(jié)構(gòu)予以積極采用，應(yīng)使用科學(xué)爐體長壽結(jié)構(gòu)、科學(xué)冷卻技術(shù)，利用高效銅冷卻壁以及冷卻系統(tǒng)，讓風(fēng)口上區(qū)域構(gòu)成渣皮自保護(hù)動態(tài)永久內(nèi)襯，讓高爐壽命得以保證；最后，需要對科學(xué)爐缸爐底內(nèi)襯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化處理，保證死鐵層深度設(shè)計(jì)合理，在此過程中，可以使用抗鐵水溶蝕性相對較好、抗鐵水滲透性相對較好的高導(dǎo)熱炭磚，與此同時(shí)，應(yīng)對耐火材料技術(shù)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)確認(rèn)，保證材料使用滿足技術(shù)要求。

（3）富氧噴煤技術(shù)。富氧噴煤技術(shù)在未來高爐低碳綠色發(fā)展、節(jié)能減排發(fā)展中應(yīng)用具有重要意義，以高爐富氧噴煤高風(fēng)溫集成耦合技術(shù)為例，該技術(shù)應(yīng)用可以讓爐缸封口回旋區(qū)工作得以改善，可以讓煤粉燃燒率與噴煤量得以提升，讓爐腹煤氣量得以降低，進(jìn)而讓高爐透氣性得以改善，進(jìn)而減少燃料能耗、二氧化碳排放。值得注意的是，在此類技術(shù)發(fā)展中，需要對精料指數(shù)、長壽性能、操作優(yōu)化性予以全面考量，保證此類技術(shù)具有良好發(fā)展效果[3]。

（4）高風(fēng)溫技術(shù)。高風(fēng)溫技術(shù)發(fā)展應(yīng)用可以讓高爐運(yùn)行焦比得以降低，可以讓噴煤量、能源轉(zhuǎn)換效率得以提升。在大型高爐熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)多元發(fā)展背景下，結(jié)合高風(fēng)溫技術(shù)特點(diǎn)，可以將其技術(shù)應(yīng)用歸納為：①使用空氣與煤氣低溫雙預(yù)熱、富化煤氣，讓風(fēng)溫達(dá)到運(yùn)行要求；②使用預(yù)熱爐預(yù)熱，對空氣進(jìn)行助燃，讓純高爐煤氣得以燃燒，讓風(fēng)溫滿足使用要求；③對燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，對氣流運(yùn)動規(guī)律予以應(yīng)用，讓氣流分布更為均勻；④對熱風(fēng)管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化，使用無過熱—低應(yīng)力設(shè)計(jì)體系，可以對熱風(fēng)管道波紋補(bǔ)償器、拉桿結(jié)構(gòu)予以科學(xué)設(shè)置，讓管系應(yīng)力得以降低，讓管道膨脹現(xiàn)象得到有效處理；⑤可以對熱風(fēng)爐操作進(jìn)行優(yōu)化處理，對熱風(fēng)爐工作周期予以科學(xué)設(shè)定，讓換熱效率得以提升；⑥可以對燃燒過程進(jìn)行優(yōu)化，讓燃料消耗得以降低，讓有害物質(zhì)排放得以減少[4]。

（5）煤氣干法除塵—TRT技術(shù)。煤氣干法除塵可以讓高爐運(yùn)行效能得以提升，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)目標(biāo)。煤氣干法除塵—TRT耦合技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用可以讓高爐煉鐵低碳冶煉工作、節(jié)能減排工作、能源轉(zhuǎn)換工作得以有效完成，讓現(xiàn)代煉鐵工業(yè)低碳綠色發(fā)展目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)階段，我國高爐煤氣干法布袋除塵在設(shè)計(jì)、技術(shù)、生產(chǎn)等方面均取得了快速進(jìn)步，在此基礎(chǔ)上，對煤氣溫度控制技術(shù)、脈沖噴吹清灰技術(shù)、煤氣含塵量在線監(jiān)測技術(shù)、管道系統(tǒng)防腐技術(shù)進(jìn)行研究，可以讓技術(shù)變得更為成熟，讓除塵技術(shù)應(yīng)用體系變得更為完善。

3 結(jié)語

綜上所述，在未來發(fā)展中，低碳綠色高爐煉鐵技術(shù)設(shè)計(jì)、理念、流程均會得到一定改變，具體技術(shù)應(yīng)用將會得到有效創(chuàng)新，如高爐精料技術(shù)、高爐長壽技術(shù)等，進(jìn)而提升高爐煉鐵技術(shù)應(yīng)用水平，拓展高爐煉鐵技術(shù)應(yīng)用前景。