面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術發展研究

郭 瓊

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100000）

高爐煉鐵工藝應用對于我國工業進程推進、工業化發展具有重要影響，但在過去發展中，高爐煉鐵技術能源消耗大、污染排放多的問題普遍存在，低碳綠色高爐煉鐵技術發展應用對于此類問題解決具有重要意義。

1 高爐煉鐵技術功能

1.1 還原器與滲碳器功能

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

1.2 熔化器與質量調控器功能

高爐可以將優質液態生鐵提供給轉爐，這是轉爐煉鋼工作開展的重要前提條件。高爐可以還原固態鐵氧化物礦物的鐵，其具有熔化器的作用。與此同時，高爐生產方式、還原方式具有連續性、不斷性特點，此特點決定高爐是重要鐵水供應器，而在煉鐵過程中，可以使用調控操作，對鐵水質量、成分進行控制，讓鐵水成分、偏差、溫度滿足要求，高爐是重要質量調控器[1]。

1.3 消納固體廢棄物功能

高爐煉鐵技術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，并起到環境保護效果，具體運行工序包含和高爐具有匹配性的焦化工序、燒結工序、球團工序等，此煉鐵系統可以讓鋼鐵廠循環經濟目標得以實現。

1.4 能源轉化器功能

高爐生產過程中，煤粉、焦炭以及天然氣等能源會轉化為產出物，包含熔渣、鐵水與高爐煤氣等，所以，高爐生產技術具有能源轉化器功能。現階段，隨著余能回收技術、TRT技術的發展，此種功能效果越發明顯。

2 面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術發展研究

2.1 發展理念

在面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術發展中，需要朝著提升運行效率、降低運行成本、減少運行排放方向發展，為讓協同發展目標得以實現，還應積極提升綜合技術裝備水平，以為循環經濟發展起到促進作用。一方面，應對高爐運行予以科學控制，完成合理生產指標評價體系構建工作；另一方面，應對高爐先進煉鐵技術體系予以構建，為高爐平穩運行提供保障[2]。

2.2 流程創新

流程創新是低碳綠色高爐煉鐵技術發展的主要措施，只有結合鋼鐵市場實際需求，聯系鋼鐵企業自身情況，做到因地制宜、實事求是，完成鋼鐵廠生產規模確定與產品定位工作，才能對流程進行有效創新。在具體工作開展中，首先，應保證流程集成和結構優化，依照高爐生產動態協同運行目標，綜合研判、合理取舍技術單元，對其予以動態整合，讓程序化協同效果、網絡化整合效果得到保證；其次，應積極構建流程網絡，摒棄傳統高爐設計中的落后理念，讓結構、功能和效率得以優化，完成鋼鐵廠物質流網絡系統、能量流網絡系統、信息流網絡系統構建工作；最后，應對界面技術進行優化，保證生產、調度信息化，在典型界面技術中，包含煉鐵—煉鋼界面技術、燒結—高爐界面技術、焦化—高爐界面技術等。

2.3 設計創新

低碳綠色高爐煉鐵技術發展中，其設計理念、設計方法會得到進一步創新，結合流程工程學理念，在高爐總平面圖設計中，其設計結果應體現出平面工藝布置、時間關系、空間關系，保證設定幾何空間內的能量、物質得到高效運行。在具體設計工作開展中，應全面遵循緊湊性原則與連續性原則，一方面，應保證其工藝布置高度合理、流程高度集約緊湊，另一方面，應確保物流具有順暢運行，可以讓能源得到高質量使用轉換，并控制能量損耗情況。

2.4 技術創新

（1）高爐精料技術。高爐精料技術的發展應用可以讓能源消耗得以減少，可以讓生產效率得以提升。首先，應保證爐料結構合理性，在高爐煉鐵過程中，應落實循環經濟理念，融合具有減量化特征技術，讓能源利用最優化目標得以實現，與此同時，鋼鐵企業應對運籌學理論予以積極利用，優化數學模型，保證爐料結構與企業實際情況相符，考量到我國生態環境特點、鐵礦石資源特點，在未來發展中，我國應對球團工藝予以大力發展，讓球團礦入爐比率得以提升；其次，應對爐料冶金性能予以改善，一方面，應對入爐礦品味、熟料率予以提升，讓爐料結構具有高度合理性、經濟性，另一方面，應對爐料成分、理化性能穩定性予以提升，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，應對爐料分布技術、爐料控制技術予以有效應用，現階段，大型高爐往往具有較高的生產效率，具有較大的爐料裝入量，只有保證爐頂設備可以讓高爐裝料能力要求得到滿足，讓分布精準控制要求得到滿足，才能起到降低能耗、提升煤氣利用率目標。

（2）高爐長壽技術。高爐長壽技術應用可以讓高爐使用壽命得到保證，進而提升高爐運行經濟效益。

首先，應對高爐操作內型進行優化處理，如為讓爐缸鐵水環流、破壞作用得到抑制，就可以對死鐵層深度予以適當增加，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，應對長壽爐體結構予以積極采用，應使用科學爐體長壽結構、科學冷卻技術，利用高效銅冷卻壁以及冷卻系統，讓風口上區域構成渣皮自保護動態永久內襯，讓高爐壽命得以保證；最后，需要對科學爐缸爐底內襯結構進行優化處理，保證死鐵層深度設計合理，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熱炭磚，與此同時，應對耐火材料技術參數進行科學確認，保證材料使用滿足技術要求。

（3）富氧噴煤技術。富氧噴煤技術在未來高爐低碳綠色發展、節能減排發展中應用具有重要意義，以高爐富氧噴煤高風溫集成耦合技術為例，該技術應用可以讓爐缸封口回旋區工作得以改善，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，進而讓高爐透氣性得以改善，進而減少燃料能耗、二氧化碳排放。值得注意的是，在此類技術發展中，需要對精料指數、長壽性能、操作優化性予以全面考量，保證此類技術具有良好發展效果[3]。

（4）高風溫技術。高風溫技術發展應用可以讓高爐運行焦比得以降低，可以讓噴煤量、能源轉換效率得以提升。在大型高爐熱風爐結構多元發展背景下，結合高風溫技術特點，可以將其技術應用歸納為：①使用空氣與煤氣低溫雙預熱、富化煤氣，讓風溫達到運行要求；②使用預熱爐預熱，對空氣進行助燃，讓純高爐煤氣得以燃燒，讓風溫滿足使用要求；③對燃燒過程進行優化，對氣流運動規律予以應用，讓氣流分布更為均勻；④對熱風管道系統結構予以優化，使用無過熱—低應力設計體系，可以對熱風管道波紋補償器、拉桿結構予以科學設置，讓管系應力得以降低，讓管道膨脹現象得到有效處理；⑤可以對熱風爐操作進行優化處理，對熱風爐工作周期予以科學設定，讓換熱效率得以提升；⑥可以對燃燒過程進行優化，讓燃料消耗得以降低，讓有害物質排放得以減少[4]。

（5）煤氣干法除塵—TRT技術。煤氣干法除塵可以讓高爐運行效能得以提升，實現節能減排、綠色生產目標。煤氣干法除塵—TRT耦合技術的發展、應用可以讓高爐煉鐵低碳冶煉工作、節能減排工作、能源轉換工作得以有效完成，讓現代煉鐵工業低碳綠色發展目標得以實現。現階段，我國高爐煤氣干法布袋除塵在設計、技術、生產等方面均取得了快速進步，在此基礎上，對煤氣溫度控制技術、脈沖噴吹清灰技術、煤氣含塵量在線監測技術、管道系統防腐技術進行研究，可以讓技術變得更為成熟，讓除塵技術應用體系變得更為完善。

3 結語

綜上所述，在未來發展中，低碳綠色高爐煉鐵技術設計、理念、流程均會得到一定改變，具體技術應用將會得到有效創新，如高爐精料技術、高爐長壽技術等，進而提升高爐煉鐵技術應用水平，拓展高爐煉鐵技術應用前景。