高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝及應(yīng)用闡述

尹奎升

（河鋼宣鋼煉鐵廠(chǎng)，河北 張家口 075100）

目前，我國(guó)鋼鐵行業(yè)正處于飛速發(fā)展階段，國(guó)民的生活水平提高，對(duì)鋼鐵的需求量就越來(lái)越大。而煉鐵技術(shù)，是鋼鐵行業(yè)飛速發(fā)展的前提?，F(xiàn)階段世界各國(guó)基本采用的都是高爐煉鐵方法，高爐煉鐵就是在高爐內(nèi)按照特定順序加入配好的鐵礦石原料和焦炭，讓原料在其內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，去除雜質(zhì)得到鐵水。由于鐵水比爐渣重量要重，因此爐渣很容易就被排出[1]。高爐煉鐵技術(shù)性簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，因此是世界各國(guó)主要的煉鐵工具。但在高爐煉鐵過(guò)程中，存在原料比例配比不精準(zhǔn)，爐缸熱狀態(tài)不穩(wěn)定等情況，嚴(yán)重影響了鐵水產(chǎn)出量，增加了碳素能耗，還加大了成本。針對(duì)上述問(wèn)題，闡述高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝及應(yīng)用。為提高鋼鐵產(chǎn)量提供可靠思路。

1 高爐冶煉煉鐵技術(shù)

1.1 設(shè)計(jì)原料比例

在高爐冶煉煉鐵技術(shù)中，需要根據(jù)高爐的整體結(jié)構(gòu)、容量、凈化作用以及通風(fēng)情況來(lái)針對(duì)性設(shè)計(jì)加入原料的比例。高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝主要在高爐中加入原料，利用高爐的熱原理，原料在高爐中形成反應(yīng)，從而形成鐵水。在煉鐵時(shí)，首先需要上料，但由于高爐的容量不同，所以大小也不一致，因此需要先明確高爐的大小容量，再分配上料的分量[2]。其次需要將高爐冶煉煉鐵的原料按照特定的順序加入高爐中，也要根據(jù)高爐的大小容量來(lái)明確原料比例。在高爐的爐頂按照特定順序加入已配好的鐵礦石原料和焦炭，此道工藝，可以保證高爐內(nèi)原料充分利用，同時(shí)保持反應(yīng)正常進(jìn)行。正確加入原材料后，對(duì)高爐內(nèi)進(jìn)行送風(fēng)，送風(fēng)的目的就是為高爐內(nèi)原料反應(yīng)加入氧氣，在氧氣充足的條件下，鐵礦石逐漸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，逐漸變化為鐵水。在高爐冶煉煉鐵過(guò)程中，設(shè)計(jì)原料比例還有一關(guān)鍵性原因，那就是控制爐渣。在加入原料之后，還會(huì)讓高爐的熱風(fēng)爐進(jìn)行工作，保證高爐內(nèi)溫度可以正常冶鐵，若原材料比例失衡，不僅會(huì)容易影響鐵水的質(zhì)量，使鐵水中雜質(zhì)過(guò)多，還會(huì)出現(xiàn)大量爐渣和有害物質(zhì)，這些爐渣和有害物質(zhì)會(huì)對(duì)空氣和環(huán)境造成污染，所以在高爐冶煉煉鐵過(guò)程中還需要加入凈化環(huán)節(jié)[3]。由此可見(jiàn)，在高爐冶煉煉鐵過(guò)程中，設(shè)計(jì)正確的原料比例尤為重要。

1.2 穩(wěn)定爐缸熱狀態(tài)

金屬冶煉過(guò)程中，控制正確的高爐溫度對(duì)穩(wěn)定爐缸熱狀態(tài)至關(guān)重要。穩(wěn)定爐缸熱狀態(tài)，首先需要明確原材料上料和裝料以及送風(fēng)的物理熱量，這根據(jù)上述高爐大小和容量所設(shè)計(jì)的原料比例來(lái)進(jìn)行判斷，再判斷爐內(nèi)反應(yīng)所放出的熱量，通過(guò)這兩點(diǎn)來(lái)控制高爐的溫度，來(lái)穩(wěn)定爐缸熱狀態(tài)。穩(wěn)定爐缸熱狀態(tài)不僅可以穩(wěn)定爐內(nèi)原料的熱傳遞，還可以使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)正常脫硫、穩(wěn)定鐵水溫度。在實(shí)際高爐冶鐵煉鐵時(shí)，爐缸熱狀態(tài)通常以鐵水溫度、鐵水的硫含量和硅含量進(jìn)行判斷。同時(shí)，爐缸熱狀態(tài)的影響因素還有原料的種類(lèi)、原料的濕度、煤噴量以及送風(fēng)含氧量。當(dāng)工人在操作過(guò)程中改變某一操作指標(biāo)時(shí)，要適當(dāng)加減高爐溫度，保證各項(xiàng)影響因素比例協(xié)調(diào)。綜上所述，高爐冶煉煉鐵技術(shù)在實(shí)施時(shí)，穩(wěn)定爐缸熱狀態(tài)尤為重要。

1.3 控制鐵水質(zhì)量影響參數(shù)

鐵水的質(zhì)量是高爐煉鐵是否成功的重要指標(biāo)。而多種因素都可以影響鐵水質(zhì)量，包括高爐質(zhì)量、原料質(zhì)量和配比、熱風(fēng)機(jī)送風(fēng)量和風(fēng)速、高爐溫度以及爐內(nèi)壓力等。在高爐冶煉煉鐵過(guò)程中，需要通過(guò)控制多種鐵水質(zhì)量影響參數(shù)，來(lái)保證高爐爐況穩(wěn)定順行，從而順利完成煉鐵過(guò)程。通常高爐在上料和裝料到發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程具有4-6個(gè)小時(shí)的滯后，在這段時(shí)間里燃料吹噴和風(fēng)量需要工人根據(jù)爐內(nèi)情況來(lái)不斷進(jìn)行調(diào)整。下面根據(jù)四個(gè)影響參數(shù)來(lái)具體闡述。第一點(diǎn)為鐵水中的硫含量，硫可以使鐵礦石和焦炭進(jìn)行反應(yīng)，并氧化還原為硫化鐵，使鐵變得強(qiáng)度較差并且降低鐵水質(zhì)量，減弱流動(dòng)性。因此，鐵水中的硫含量通常需要控制在合理的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，通常為0.025%-0.035%之間。第二點(diǎn)為鐵水中的磷含量。鐵水中的磷與硫相同，都為有害元素。鐵水中的磷含量超標(biāo)，會(huì)使原料消耗加重，使高爐過(guò)濾系統(tǒng)過(guò)濾不夠完全，增加爐渣內(nèi)的含鐵量。而且磷含量超標(biāo)還會(huì)對(duì)高爐造成一定損傷，影響高爐的使用壽命。由此可見(jiàn)，鐵水的磷含量越少，鐵水的質(zhì)量越高，通常鐵水中的磷含量需要控制在0.15%之內(nèi)，但是高爐煉鐵無(wú)法脫除磷元素，只能在選料和配料時(shí)減少入爐的磷含量。第三點(diǎn)為鐵水中的硅含量。硅含量對(duì)于高爐煉鐵工藝有利處也有弊處，鐵水中硅含量高可以除去鐵水的硫元素，有利于穩(wěn)定鐵水生產(chǎn)。但鐵水中的硅含量過(guò)高的話(huà)，會(huì)降低鐵水產(chǎn)量并且和硫元素一樣，會(huì)使生鐵的強(qiáng)度降低，且在煉鐵過(guò)程中容易出現(xiàn)噴濺的情況。對(duì)高爐進(jìn)行送風(fēng)后，硅元素與高爐內(nèi)氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成氧化硅，而氧化硅會(huì)延長(zhǎng)高爐冶煉時(shí)間，影響鐵水生產(chǎn)效率，也會(huì)與磷元素一樣使高爐造成一定的損傷。因此，鐵水中的硅元素一般要控制在0.45%-0.75%之間。第四點(diǎn)為高爐出鐵溫度，高爐溫度需要隨著煉鐵時(shí)間來(lái)進(jìn)行調(diào)整，高爐內(nèi)溫度的高低影響煉鐵是否可以正常運(yùn)行，高爐溫度過(guò)低，則高爐內(nèi)原料的反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加冶煉時(shí)間，還會(huì)對(duì)生鐵質(zhì)量產(chǎn)生影響，從而增加冶煉成本。而高爐的出鐵溫度，是鐵水到達(dá)煉鋼爐時(shí)的溫度。在冶煉過(guò)程中，高爐出鐵溫度需要控制在穩(wěn)定狀態(tài)，減少波動(dòng)。因此，控制高爐出鐵溫度不低于1500攝氏度，同時(shí)不高于1650攝氏度。正確控制鐵水質(zhì)量影響參數(shù)，是保證煉鐵有序進(jìn)行的重要因素之一，以上四點(diǎn)，在高爐冶煉煉鐵技術(shù)中是不可忽視的重要因素。

2 高爐冶煉煉鐵技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)前文表述的高爐冶煉煉鐵技術(shù)，本文選用某鋼廠(chǎng)750m3的高爐，選用熱壓含碳球團(tuán)作為原材料之一。在高爐冶煉過(guò)程中，氧氣一般由熱風(fēng)機(jī)送風(fēng)來(lái)輸送，選擇熱壓含碳球團(tuán)可以使高爐內(nèi)氧氣更加充足，從而使原材料充分利用，加強(qiáng)鐵水產(chǎn)出量。下圖為高爐冶煉煉鐵流程圖。

圖1 高爐冶煉煉鐵流程圖

根據(jù)上述高爐冶煉煉鐵流程圖所示，首先在爐頂進(jìn)行裝料，在裝料時(shí)控制原料比例，并加入熱壓含碳球團(tuán)，再通過(guò)送風(fēng)系統(tǒng)將磨好的煤粉和含氧風(fēng)量吹入高爐，爐料進(jìn)入高爐后與焦炭、煤粉以及煤氣進(jìn)行一系列的直接還原和間接還原反應(yīng)。最終形成鐵水和一系列副產(chǎn)品，再經(jīng)過(guò)渣鐵處理系統(tǒng)將渣鐵分離得到質(zhì)量合格的鐵水，煙氣則通過(guò)除塵系統(tǒng)進(jìn)行凈化再利用。下圖為高爐煉鐵圖。

圖2 高爐煉鐵圖

在高爐冶煉煉鐵過(guò)程中，通過(guò)控制鐵水質(zhì)量影響參數(shù)，控制鐵水正常產(chǎn)出。首先控制高爐內(nèi)熱量，高爐內(nèi)熱量的高低是由兩個(gè)方面影響的，一是送風(fēng)帶入的熱風(fēng)溫度，二是高爐內(nèi)氧化還原反應(yīng)發(fā)出的熱量，提高熱風(fēng)溫度可以使熱量更加充足。在提高熱風(fēng)溫度后加入一定量的煤粉，同時(shí)也可以使煤粉燃燒更加充分，從而提高煤粉的利用率，因此熱風(fēng)溫度越高，其高爐內(nèi)能耗越低，同時(shí)煉鐵成本就會(huì)降低。下表為在熱風(fēng)溫度分別在800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃時(shí)碳素消耗表。

表1 不同溫度下碳素消耗數(shù)據(jù)表

根據(jù)上述表1數(shù)據(jù)來(lái)看，在750m3的高爐內(nèi)煉鐵，在溫度最低800℃下，碳素消耗一般為435~480kg/t，在溫度最高1500℃下，碳素消耗一般為252~268kg/t，并且可以看出，在800℃到1500℃中，隨著溫度的升高，碳素消耗在降低。因此，在高爐冶煉煉鐵過(guò)程中應(yīng)保證熱風(fēng)溫度在最高溫度，這樣碳素消耗最低，從而節(jié)約煉鐵成本。本次煉鐵，還加入了不同含量的熱壓含碳球團(tuán)。下表是加入熱壓含碳球團(tuán)后，鐵水出產(chǎn)量。

表2 加入不同體積熱壓含碳球團(tuán)鐵水產(chǎn)量表

根據(jù)上述表2數(shù)據(jù)來(lái)看，在熱壓含碳球團(tuán)占比1.5%、2.5%、3.5%、4.5%、5.5%時(shí)，鐵水產(chǎn)量分別為1.645t、1.754t、1.875t。1.978t和2.054t。熱壓含碳球團(tuán)在原料中占比越高，鐵水的產(chǎn)量越多。由此可見(jiàn)，在高爐冶煉煉鐵技術(shù)中，加入熱壓含碳球團(tuán)可以提高煉鐵效率，控制煉鐵成本。

3 結(jié)語(yǔ)

為提高鋼鐵產(chǎn)量，提出高爐冶煉煉鐵技術(shù)工藝及應(yīng)用闡述。本文從原料比例、爐缸熱狀態(tài)和鐵水質(zhì)量影響參數(shù)等三個(gè)角度分析，優(yōu)化高爐冶煉煉鐵技術(shù)。但由于在應(yīng)用部分測(cè)試的次數(shù)較少，導(dǎo)致本文還存在一定的局限性。今后應(yīng)增加測(cè)試次數(shù)進(jìn)一步展開(kāi)研究。為提高鋼鐵產(chǎn)量提供可靠思路。