一種高爐煉鐵技術探討

高師敏

（四川省達州市經濟和信息化局， 四川 達州 635002）

現行高爐煉鐵技術存在以下不足：使用焦碳為燃料，鐵礦石粉需要經配料，燒結或球團處理后，才能入爐；煉焦，燒結或球團耗能、耗時，其產生的三廢污染環境；爐料在爐內冶煉周期較長，生產效率較低；產品成本較高等。為了克服這些不足，作者利用現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。

1 技術介紹

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%），這四種粉末經計量、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。在高爐爐頂中心處，將料粉垂直向下噴入爐內(噴氣速度60～120 m/s)。料粉被分散成單個顆粒，懸浮在爐內。在高爐原爐氣引出口處安裝的4 個噴煤燃燒器，沿斜下方向，向爐內噴入高溫還原煙氣。火焰溫度1 600～1 800 ℃。（氧化劑為富氧空氣，過剩空氣系數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。在極短時間內，變成液態鐵滴、渣滴落入爐缸。安裝在原高爐風口處的數個噴煤燃燒器，向爐缸內噴入高溫還原煙氣。少許未反應的料粉顆粒，在爐缸內被熔化、還原，同時進行造渣、脫硫等反應。爐缸內的爐渣和鐵水，定時從原高爐的排渣口、排鐵口排出。爐缸內的爐氣，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、低沸點金屬微粒等。這種含塵爐氣，從原高爐另外的4～8 個風口被抽出。經過斜下保溫管道，切線進入再熔爐錐筒內作旋轉運動。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。經靜止。渣、鐵分層。定時出鐵。出渣。爐氣折返向上流入再熔爐下室。下室圓周上數個噴煤燃燒器，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。該爐氣從爐內中央上升，通過縮口進入再熔爐上室。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，發生碳的氣化反應。生成的一氧化碳、氫氣進入爐氣，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%。進入廢氣鍋爐。從廢鍋尾部流出的粗煤氣溫度約400～500 ℃。通過換熱器，干燥料粉。再經過布袋除塵器、電除塵器、脫硫、脫硝等設備凈化處理。得到的凈煤氣儲存于煤氣柜中。柜中的凈煤氣，一部分經升壓后，作料粉、煤粉輸送氣體、噴嘴的下料風氣體、縮口碳粉載氣。其余凈煤氣作為中熱值燃氣使用。再熔爐、廢氣鍋爐產生的過熱蒸汽，一部分作為再熔爐縮口噴吹水蒸氣來源；其余蒸汽可用于發電。大型高爐采用本技術，產生的凈煤氣，可考慮建設IGCC 電站。上述各凈化設備回收的鐵粒、渣粒、粉塵，可從中提取鋅、鉛、鉀、鈉等金屬。剩余的含鐵顆粒，經處理后作為返料入爐。渣、粉塵可作建材原料。本技術需要的氧氣、由原制氧站提供。原高爐的其余風口堵死。大型高爐爐頂處可設置三個（2～6個）料粉噴嘴，選擇4～10 個風口作為爐氣抽出口。選擇4～8 個風口安裝噴煤燃燒器。其余風口堵死。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。流程示意圖見圖1。

圖1 流程示意圖

1.2 主要設備及附屬設施

1.2.1 主要設備組成

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）1 套.噴煤燃燒器（選購）6～10 套。

1.2.2 主要設備

1）高爐爐體。去除現有高爐的上料及爐頂加料設備、爐頂煤氣導出管件、熱風圍管及風口噴吹設備等。新增料粉制備、計量、配料、輸送設備。在爐頂安裝料粉噴嘴裝置。在煤氣導出口、爐缸部分風口安裝噴煤燃燒器。在爐缸部分風口安裝爐氣抽出保溫管道等。現有高爐爐體其它部位的結構、設施等保持不變。

2）再熔爐。再熔爐是一個由爐缸、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構。縮口以下爐壁內襯隔熱層和耐火磚。爐體底部為爐缸。爐缸底面敷設有幾組透氣磚。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。錐筒上部有爐氣進入口。下室爐壁對稱布置有噴煤燃燒器安裝孔。縮口周邊有水蒸氣、碳粉噴入孔。上室有粗煤氣抽出孔、蒸汽包、防爆裝置等。再熔爐結構示意圖見圖2。

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

4）噴嘴。選用帶調風錐中央擴散型噴嘴[1]。該型噴嘴由喉口、風箱、分料錐、調節錐、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。生鐵設計產量80～100 萬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、穩定，直至燃盡等性能。可選擇PW-1 型多煤種管式旋流噴煤燃燒器。

1.2.3 附屬設備、設施

礦粉、煤粉、熔劑粉等的制備、運輸、儲存、配料、干燥、輸送設施。料粉噴嘴配套設施。噴煤燃燒器配套設施。制氧設備、煤氣凈化及煤氣壓縮機（或原有鼓風機）設備。廢氣鍋爐及蒸汽發電機組設施。爐渣、鐵水處理設施。各設備生產運行在線監測、數據傳輸設施。運行計算機調控設施等。

圖2 再熔爐結構示意圖

2 技術特點

利用現有高爐爐體及部分設備、設施。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、燒結礦、球團礦或塊礦。鐵氧化物顆粒在高溫還原氣氛中，在極短時間內完成熔化、還原等冶煉過程。

3 優、缺點

1）優點。高爐煉鐵工藝得到簡化。生產效率較高。煉鐵成本較低。對環境污染較小。高爐使用壽命大幅度延長。

2）缺點。技術的可行性需要論證、試驗。部分設備、設施的改造，需要資金投入。

4 兩種煉鐵技術主要技術經濟指標簡要對比

4.1 三廢和噪音產生工序對比（見下頁表1）

從表1 中可知，高爐采用本技術后，三廢、噪音的產生量可減少70%以上。

表1 三廢和噪音產生工序對照表

4.2 原料加工費和燃料消耗估算

設定條件：燒結礦加工費90 元/t；球團礦加工費40 元/t；礦粉加工費20 元/t；石灰石加工費50 元/t。現行高爐煉鐵技術生產1 t 生鐵消耗1.6 t 燒結礦或球團礦；焦比0.4 t，煤比0.2 t。本技術生產1 t 生鐵消耗1.6 t 料粉；耗煤0.6 t；耗石灰石0.3 t。山西一級冶金焦：2 000 元/t；無煙煤：300 元/t，石灰石：50元/t；兩種煉鐵技術噸鐵原料加工費、燃料消耗估算對比，見表2。

表2 原料加工費、燃料消耗對比表

5 結語

高爐采用本技術煉鐵，在理論上，可以大幅度節能、減排和提高企業經濟效益。在當今資源、環保、市場環境下，我國高爐煉鐵產業需要摸索出一條可持續發展的工藝技術路線。