高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝及應(yīng)用分析

郭艷軍

（山鋼股份萊蕪公司煉鐵廠，山東 濟(jì)南271104）

隨著我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)等重工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，煉鐵成為目前鋼鐵產(chǎn)業(yè)當(dāng)中重要的工作內(nèi)容之一。利用高爐冶煉技術(shù)，不僅可以使冶煉質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高，同時(shí)還能夠促使整體煉鐵產(chǎn)量及生產(chǎn)效率的提高。對(duì)此，在實(shí)際運(yùn)用高爐煉鐵技術(shù)時(shí)，首先要嚴(yán)格按照冶煉工藝標(biāo)準(zhǔn)完成每一個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，并且在確保鋼鐵產(chǎn)量的前提下，還要最大限度的減少對(duì)環(huán)境造成的污染。對(duì)此，本文主要對(duì)高爐冶煉煉鐵技術(shù)的實(shí)際工藝應(yīng)用進(jìn)行探析，通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，促進(jìn)鋼鐵產(chǎn)量及生產(chǎn)質(zhì)量的進(jìn)一步提升，為重工業(yè)今后的持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 高爐結(jié)構(gòu)介紹

利用高爐煉鐵可以使鋼鐵產(chǎn)出量得到進(jìn)一步的提高，并且可以確保冶煉過(guò)程的安全和質(zhì)量。高爐煉鐵中常見(jiàn)的設(shè)備就是高爐，高爐外形結(jié)構(gòu)多是圓柱形，通常會(huì)設(shè)有不同的冶煉出口、排氣口和進(jìn)風(fēng)口。在進(jìn)行冶煉時(shí)，首先要向高爐內(nèi)輸送鐵原料，在高爐內(nèi)部實(shí)施大量工藝加工，將煉制好的鐵從冶煉出口排出。一般情況下，煉鐵都是在高溫環(huán)境下進(jìn)行，因此，高爐內(nèi)部始終保持較高的溫度。在進(jìn)行高爐冶煉的過(guò)程中，除了高爐，還需要使用到其他一些輔助設(shè)備，來(lái)完成煉鐵操作。高爐當(dāng)中的鐵礦石在高火高溫作用下，其分子結(jié)構(gòu)受到破壞，再利用還原劑將鐵提煉出來(lái)，最后進(jìn)行鐵分離。煉鐵過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定量的鐵碎渣，這時(shí)需要將其從排出口將碎渣排出。

2 高爐冶煉煉鐵技術(shù)的工藝流程

高爐煉鐵生產(chǎn)，其目的就是要借助高爐和其他輔助設(shè)備，從鐵礦石中將鐵液分解出來(lái)。首先就是根據(jù)還原反應(yīng)，將鐵礦石中的鐵元素和其他元素，使用還原劑進(jìn)行氧化還原化學(xué)分離。其次，在熔煉和造渣過(guò)程中，對(duì)還原后的脈石和金屬實(shí)施機(jī)械分離。最后通過(guò)控制穩(wěn)定獲得化學(xué)成分，也就是通過(guò)鐵渣和液體的交互作用，獲得穩(wěn)定的鐵液。高爐冶煉技術(shù)的工藝流程有多個(gè)步驟，具體如圖1所示。

1）上料工藝。上料時(shí)，要根據(jù)高爐的容積來(lái)決定原料礦石的配置比例，不同容積的高爐，其原理配置比例也有著較大差異。

圖1 高爐煉鐵技術(shù)流程圖

2）裝料系統(tǒng)。為了保證高爐當(dāng)中的燃料可以充分燃燒，必須要將配置好比例的礦石原料均勻的放置到高爐內(nèi)，并將高爐頂端密封起來(lái)。

3）送風(fēng)系統(tǒng)。外界冷風(fēng)通過(guò)熱風(fēng)爐、熱風(fēng)機(jī)加熱后，送入到高爐當(dāng)中，給爐內(nèi)燃燒提供充足的氧氣，促使?fàn)t內(nèi)燃料得到充分燃燒。

4）煤氣凈化系統(tǒng)。如果將未經(jīng)處理的燃燒系統(tǒng)直接排除爐外，經(jīng)會(huì)對(duì)空氣環(huán)境造成污染；因此，我們要借助凈化器，將燃燒氣體處理成清潔的燃?xì)?，減少環(huán)境污染。

5）噴吹燃料系統(tǒng)。在高爐冶煉過(guò)程中，均勻的向爐內(nèi)噴灑研磨好的煤粉，確保爐內(nèi)可以持續(xù)高溫，從而得到合格穩(wěn)定的鐵液。

6）鐵渣處理。將沉降后的鐵液和渣滓進(jìn)行分開處理。

3 高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝的應(yīng)用研究

3.1 熱壓含碳球團(tuán)的應(yīng)用

在高爐煉鐵過(guò)程中應(yīng)用熱壓含碳球團(tuán)，不僅可以有效節(jié)能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物資源的再利用，進(jìn)而對(duì)環(huán)境起到保護(hù)作用。經(jīng)大量實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，在礦物質(zhì)燃料里面，熱壓含碳球團(tuán)

的占比達(dá)到31%后，鋼鐵產(chǎn)量會(huì)提高約6.5%，殘?jiān)a(chǎn)出量可降低8.0%左右，并且每噸鐵在冶煉過(guò)程中的能耗也會(huì)有所降低。因此在進(jìn)行高爐煉鐵時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)熱壓含碳球團(tuán)的應(yīng)用。

熱壓含碳球團(tuán)的具體制作過(guò)程：先把煤粉、礦粉分別進(jìn)行預(yù)熱處理，溫度保持在100℃，并分別將粉塵、泥漿和溶劑做好預(yù)熱處理，隨后把以上這些經(jīng)預(yù)熱處理后的物質(zhì)堆放在一起，混合攪拌均勻，并把溫度上調(diào)到500~600℃，再對(duì)這些經(jīng)過(guò)二次加工后的熱壓塊采取熱處理，即可生產(chǎn)出熱壓含碳球團(tuán)。

3.2 爐內(nèi)頂壓、含氧量的控制

對(duì)鋼鐵冶煉來(lái)說(shuō)，高爐爐頂壓力的控制具有十分重要的作用。一般在高爐爐頂可以承受的壓力范圍內(nèi)，加大爐頂壓力，有利于鋼鐵產(chǎn)出量的提高。當(dāng)爐頂壓力增加后，高爐內(nèi)氣體的流動(dòng)性就會(huì)相應(yīng)降低，當(dāng)氣體從排出口排出時(shí)，不會(huì)由于高爐當(dāng)中氣體具有強(qiáng)流動(dòng)性，造成凈化器工作頻率增加，導(dǎo)致較多的煤灰滯留在爐內(nèi)，和其他礦物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。并且，煤氣在爐內(nèi)滯留時(shí)間越長(zhǎng)，煤氣與礦物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間也越長(zhǎng)，這有利于通過(guò)氧化還原反應(yīng)，將更多的鐵元素分離出來(lái)，促使鐵液的產(chǎn)出量有所增加。

這是需要注意的是，在對(duì)爐頂壓力進(jìn)行控制時(shí)，還需要確保爐內(nèi)含氧量達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。

只有爐內(nèi)氧氣量充足采能確保礦物質(zhì)燃料燃燒充分，這樣既能夠有效減少污染氣體的排放，同時(shí)還能確保更多優(yōu)質(zhì)鐵液的產(chǎn)出。據(jù)有關(guān)冶煉研究表明，在相同范圍內(nèi)，氧氣燃料比提高1%，其產(chǎn)量就會(huì)升高大約5%。由此可以看出，確保爐內(nèi)有著充足的氧氣量對(duì)鋼鐵冶煉來(lái)說(shuō)具有極為重要的意義。這里需要注意的是，要控制好爐內(nèi)氧氣和燃料的配比，配比過(guò)高或過(guò)低就會(huì)對(duì)鐵液的產(chǎn)出量造成不良影響。

3.3 保持高風(fēng)溫

就目前我國(guó)高爐煉鐵的實(shí)際狀況來(lái)看，通常高爐冶煉過(guò)程中風(fēng)溫可以控制在1 000℃左右，少部分的鋼鐵企業(yè)能夠?qū)L(fēng)溫控制在1 200℃左右，但同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在著不小的差距。對(duì)此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)如何提高風(fēng)溫的技術(shù)研究。主要從選擇熱風(fēng)爐入手。目前，高爐煉鐵過(guò)程中，熱風(fēng)爐是一種消耗能量最高、燃燒功率最大的熱交換裝置，雖然可以吹出高于1 200℃的熱風(fēng)，但爐內(nèi)氣體分布并不是非常均勻，并且這些熱量在爐內(nèi)的有效利用率不高；而頂燃式熱風(fēng)爐可以吹出溫度高達(dá)1 300℃的熱風(fēng)，并且可以保證爐內(nèi)氣體分布均勻。因此，高溫冶煉煉鐵技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先選擇頂燃式熱風(fēng)爐進(jìn)行使用。

3.4 爐身結(jié)瘤的形成原因和解決方法

高爐結(jié)瘤之后，常會(huì)發(fā)生階段性崩料的情況，并且鋼鐵產(chǎn)出量也要比以往低不少。并且爐內(nèi)各區(qū)域溫度也不夠均衡，會(huì)存在較大差異。導(dǎo)致發(fā)生這些情況的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1）冶煉過(guò)程中，爐內(nèi)礦物質(zhì)原料中鋅元素含量較高。在冶煉結(jié)礦的時(shí)候，由于鋅元素大量沉積，在高爐當(dāng)中的低溫區(qū)域結(jié)成瘤。

2）受虧料線和崩料的影響。這些不良情況的發(fā)生，會(huì)造成爐內(nèi)軟熔發(fā)生較大變化，從而在爐身結(jié)瘤。

3）受爐型變化和原燃料變化等因素影響。結(jié)礦的品質(zhì)優(yōu)劣會(huì)對(duì)鋼鐵實(shí)際產(chǎn)出量以及渣鐵產(chǎn)出量造成一定影響；并且在高爐停爐噴補(bǔ)過(guò)程中，高爐的形狀也會(huì)發(fā)生一定的變化，從而對(duì)高爐結(jié)瘤產(chǎn)生不良影響。

結(jié)瘤的處理方法：第一，盡量提高爐溫，對(duì)原料分布制度進(jìn)行調(diào)整，確保鋼鐵產(chǎn)出量的提升。通過(guò)上述步驟的實(shí)施，促使高爐內(nèi)部活躍，爐內(nèi)氣流保持一定的穩(wěn)定性，在一定程度上對(duì)爐內(nèi)狀況起到改善作用。第二，炸瘤。將料面降低，使得結(jié)瘤全部暴露出來(lái)，精準(zhǔn)定位結(jié)瘤位置，在結(jié)瘤上面開一個(gè)小孔，將炸藥放置在里面。這時(shí)需注意，炸瘤要采用自下而上的方法進(jìn)行，炸藥需要同爐身保持大綱150 mm的距離，并且在整個(gè)炸瘤過(guò)程當(dāng)中，務(wù)必要避免出現(xiàn)涼路情況的發(fā)生。