降低高爐煉鐵燃料比的技術工藝研究

郭艷軍

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠， 山東 濟南 271104）

據調查統計顯示，冶金行業中的煉鐵系統的能源消耗量占據能源總消耗量的70%左右，可見，煉鐵系統在冶金生產全過程占據始終占據著主導位置。而燃料比作為表征煤化程度的一個重要指標，比值越高，能源消耗量越大，比值越低，能源消耗量也將大幅降低，因此，降低燃料比是冶金企業實現節能減排的一條有效路徑。

1 降低高爐煉鐵燃燒比的重要意義

高爐利用系數作為衡量高爐煉鐵生產率的一項重要技術經濟指標，利用系數的數值越高，代表高爐的生產率越高，給企業創造的經濟效益也就越高，而高爐利用系數的計算公式是冶煉強度與煉鐵燃料比的比值，要想提升高爐的利用系數數值，可以采取提高冶煉強度或者降低燃料比的方法。但是提高冶煉強度需要企業配備大功率風機，以增加高爐進風量，這不僅給冶金企業增加了經濟負擔，同時，也大幅增加了能源消耗量，這與節能降耗的國家大政方針相背離，也不利于企業的長遠發展。比如以大型高爐為例，噸鐵消耗的風量一般在1 200 m3以下，燃燒1 kg標準煤需要2.5 m3的風量，而鼓風機產生1 m3的風量則需要消耗0.85 kg 的標準煤，這樣一來，煉鐵燃料比就大幅升高，反而對高爐利用系數的提升產生不利影響。因此，出于綜合經濟指標與節能降耗等多方面因素的考慮，冶金企業應當采取降低燃料比的方法，以提升高爐的利用系數，為冶金企業的產能提高、效益增長保駕護航。

2 降低高爐煉鐵燃料比的技術工藝

2.1 實現高風溫，提高噴煤比

高爐煉鐵所需熱量來自于爐內燃料燃燒時釋放的熱量以及鼓風機吹入的風熱，如果鼓風機吹入的風熱越高，煤粉的燃燒率就越高，燃料比將大幅下降，同時，噴煤比得到提升，不但節省了大量燃料，而且也減少了投入成本[1]。經過實際驗證，風溫每升高100 ℃，高爐煉鐵燃料比就會降低 15～25 kg/t，風口理論燃燒溫度也將提高70 ℃。由此可見，提高爐內風溫能夠使爐內的軟熔區間變窄，高軟融帶下降，改善高爐料的透氣性，是冶金企業實現節能減排、降本增效一項重要的技術工藝。

2.2 提升原料質量，采用精料工藝

高爐煉鐵的精料工藝可以用九個字來形容，即：高、熟、凈、勻、小、穩、少、好、低。“高”是指選取的鐵礦石品位要高，燒結礦與球團礦的強度要高，燒結礦的堿度要高。“熟”是指熟料，就是將鐵礦粉制成強度高、冶金性能好的塊狀料，主要包括燒結礦熟料與球團礦熟料。“凈”是將球團礦中小于5 mm 的粉礦篩除干凈，以提高冶煉強度。“勻”是指燒結礦的粒度要保持均勻，粒度直徑介于6～50 mm 之間。“小”是指嚴禁大塊徑的燒結礦入爐，入爐的燒結礦粒度要小、要均勻。“穩”是指入爐原燃料的物理與化學性能相對穩定。“少”是指鐵礦石中的有害雜質要少，尤其是K、Na 的含量必須嚴格予以控制。“好”是指鐵礦石應當具有良好的化學還原性、軟化性以及較好的熔滴性。“低”是指燒結礦中氧化鐵的含量要低，以確保燒結礦具有良好的還原性。

目前，隨著冶金行業生產經營規模的不斷擴大，大型高爐的保有量日漸增多，因此，對焦炭熱反應性與反應后的強度提出了更高的要求，其中焦炭的熱反應性CRI≤26%，反應后的強度CSR≥66%，這就需要冶金企業在高爐冶煉過程中應當嚴格控制。經過實際應用驗證，貫徹和實施精料方針，是降低煉鐵能耗與生產成本的重要舉措。

2.3 提高爐頂壓力，降低爐內壓差

在高爐煉鐵過程中，如果提高爐頂壓力，能夠使高溫煤氣在爐內的滯留時間延長，而鐵礦石與煤氣之間的接觸時間就會增加，在這種情況之下，爐內礦料所需要的熱量值就會增加，進而加速礦料之間的化學還原反應速度。同時，提高爐頂壓力還能有效降低高溫煤氣流的流動速度，使煉鐵流程中產生的爐塵吹出量大幅減少，進而增加煤氣流在爐內的溫度，這就大大減少了燃料用量。以爐頂壓力提高10 kPa為例，高爐煉鐵能夠增產1.9%，焦比下降3%左右，對煉制低硅鐵具有較好的效果。另外，采用增壓技術工藝后，能夠加速一氧化碳向二氧化碳的化學反應速度，對降低煉鐵燃料比起到積極的助推作用[2]。

2.4 提高煤氣中二氧化碳含量

提高煤氣中二氧化碳的含量能夠加快鐵礦石的間接還原反應速度，當煤氣中二氧化碳的含量提高0.5 個百分點，煉鐵燃料比將下降10 kg/t，主要實現措施是優化爐內煤氣流分布，合理布料，使鼓風吹入的熱風所帶有的熱量及時傳遞給爐料，以提升鐵礦石之間的間接還原度。對于冶金企業來說，可以采用無料鐘爐頂裝料設備，使布料形式呈現出多樣化，在上料時，應保證球團礦與塊礦分布在爐內的中間環帶，以減少小焦塊對煤氣流分布和中心死焦柱透氣、透液性的影響。如果高爐的容積為2 000 m3，爐內煤氣二氧化碳的含量需要達到22%～24%。

2.5 提高鼓風富氧率

提高富氧率既可以提高高爐煉鐵產量，而且能夠大幅降低燃料比。由于入爐風量的減少以及鼓風氧氣濃度的增加，爐體內煤氣中的一氧化碳濃度增加，進而提升了單位體積與單位生鐵的爐腹煤氣的熱能以及化學能，達到了節能降耗的目的。據實踐操作驗證，當鼓中的富氧率每提高1%時，高爐煉鐵的燃料比就會下降0.5%，而煉鐵產量將增加4.76%，這就大大降低了噸鐵的熱損耗，同時，富氧能夠有效抑制爐內煤氣的產出量，隨煤氣帶走的熱量損失也相應減少。但是，值得注意的是如果鼓風富氧率提升到上限值時，應會被爐腹內煤氣量上限值所牽制，如果在這種情況下繼續增加富氧率，則不會產生增產的效果，因此，富氧率的增加值一般控制在4%～5%左右。

2.6 降低鼓風濕度，提高爐內溫度

受到晝夜溫差與季節變化溫差的影響，鼓風中的水分含量也會發生不同的變化，導致高爐內的爐溫波動幅度較大，影響產品質量。因此，采取降低鼓風濕度的工藝方法，能夠有效改善高爐內環境，提高爐內溫度，有效降低煉鐵燃料比，同時，對提高產品質量也具有一定的促進作用。據有關資料顯示，鼓風濕度每降低1 g/m3時，高爐煉鐵燃料比就相應降低0.8～1.0 kg/t 左右，尤其對晝夜溫差較大的地區來說，燃料比的降低幅度更加顯著。

2.7 采用低硅冶煉工藝

采用低硅冶煉工藝能夠有效降低燃料比以及生產成本，同時，能夠滿足少渣冶煉的需要，降低高爐鐵水中的含硅量也是脫磷工藝的必要技術條件。低硅冶煉工藝可以借助于以下幾方面來實現，第一是控制硅的來源，減少爐料中二氧化硅的含量，減少煤與焦炭中的灰分。第二是有效抑制鐵水的吸硅量，由于鐵水吸硅的過程主要在爐內滴落帶完成，因此，可以采用控制爐料結構與軟熔帶高度等方法，減少鐵水的吸硅量。第三是加快高爐缸的脫硅反應速度，主要針對爐渣內堿性度與氧化鎂含量的調整，對鐵水中二氧化硅的活性度進行有效控制，以達到低硅冶煉的目的。

3 結語

降低高爐煉鐵燃料比的技術工藝類型較多，而采取的這些技術工藝措施都是以節能降耗、節本增效為最終目的，因此，對于冶金企業來說，在高爐冶煉過程中，應當不斷優化技術工藝流程，創新工藝方法，并積極借鑒先進的技術工藝，在降低煉鐵燃料比的同時，為企業創造更多的經濟效益與社會效益，促進企業健康可持續發展。