高爐冶煉煉鐵技術工藝及應用闡述

尹奎升

（河鋼宣鋼煉鐵廠，河北 張家口 075100）

目前，我國鋼鐵行業正處于飛速發展階段，國民的生活水平提高，對鋼鐵的需求量就越來越大。而煉鐵技術，是鋼鐵行業飛速發展的前提?，F階段世界各國基本采用的都是高爐煉鐵方法，高爐煉鐵就是在高爐內按照特定順序加入配好的鐵礦石原料和焦炭，讓原料在其內發生氧化還原反應，去除雜質得到鐵水。由于鐵水比爐渣重量要重，因此爐渣很容易就被排出[1]。高爐煉鐵技術性簡單，生產效率高，因此是世界各國主要的煉鐵工具。但在高爐煉鐵過程中，存在原料比例配比不精準，爐缸熱狀態不穩定等情況，嚴重影響了鐵水產出量，增加了碳素能耗，還加大了成本。針對上述問題，闡述高爐冶煉煉鐵技術工藝及應用。為提高鋼鐵產量提供可靠思路。

1 高爐冶煉煉鐵技術

1.1 設計原料比例

在高爐冶煉煉鐵技術中，需要根據高爐的整體結構、容量、凈化作用以及通風情況來針對性設計加入原料的比例。高爐冶煉煉鐵技術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，從而形成鐵水。在煉鐵時，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，也要根據高爐的大小容量來明確原料比例。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，可以保證高爐內原料充分利用，同時保持反應正常進行。正確加入原材料后，對高爐內進行送風，送風的目的就是為高爐內原料反應加入氧氣，在氧氣充足的條件下，鐵礦石逐漸發生氧化還原反應，逐漸變化為鐵水。在高爐冶煉煉鐵過程中，設計原料比例還有一關鍵性原因，那就是控制爐渣。在加入原料之后，還會讓高爐的熱風爐進行工作，保證高爐內溫度可以正常冶鐵，若原材料比例失衡，不僅會容易影響鐵水的質量，使鐵水中雜質過多，還會出現大量爐渣和有害物質，這些爐渣和有害物質會對空氣和環境造成污染，所以在高爐冶煉煉鐵過程中還需要加入凈化環節[3]。由此可見，在高爐冶煉煉鐵過程中，設計正確的原料比例尤為重要。

1.2 穩定爐缸熱狀態

金屬冶煉過程中，控制正確的高爐溫度對穩定爐缸熱狀態至關重要。穩定爐缸熱狀態，首先需要明確原材料上料和裝料以及送風的物理熱量，這根據上述高爐大小和容量所設計的原料比例來進行判斷，再判斷爐內反應所放出的熱量，通過這兩點來控制高爐的溫度，來穩定爐缸熱狀態。穩定爐缸熱狀態不僅可以穩定爐內原料的熱傳遞，還可以使爐內反應正常脫硫、穩定鐵水溫度。在實際高爐冶鐵煉鐵時，爐缸熱狀態通常以鐵水溫度、鐵水的硫含量和硅含量進行判斷。同時，爐缸熱狀態的影響因素還有原料的種類、原料的濕度、煤噴量以及送風含氧量。當工人在操作過程中改變某一操作指標時，要適當加減高爐溫度，保證各項影響因素比例協調。綜上所述，高爐冶煉煉鐵技術在實施時，穩定爐缸熱狀態尤為重要。

1.3 控制鐵水質量影響參數

鐵水的質量是高爐煉鐵是否成功的重要指標。而多種因素都可以影響鐵水質量，包括高爐質量、原料質量和配比、熱風機送風量和風速、高爐溫度以及爐內壓力等。在高爐冶煉煉鐵過程中，需要通過控制多種鐵水質量影響參數，來保證高爐爐況穩定順行，從而順利完成煉鐵過程。通常高爐在上料和裝料到發生反應的過程具有4-6個小時的滯后，在這段時間里燃料吹噴和風量需要工人根據爐內情況來不斷進行調整。下面根據四個影響參數來具體闡述。第一點為鐵水中的硫含量，硫可以使鐵礦石和焦炭進行反應，并氧化還原為硫化鐵，使鐵變得強度較差并且降低鐵水質量，減弱流動性。因此，鐵水中的硫含量通常需要控制在合理的標準范圍內，通常為0.025%-0.035%之間。第二點為鐵水中的磷含量。鐵水中的磷與硫相同，都為有害元素。鐵水中的磷含量超標，會使原料消耗加重，使高爐過濾系統過濾不夠完全，增加爐渣內的含鐵量。而且磷含量超標還會對高爐造成一定損傷，影響高爐的使用壽命。由此可見，鐵水的磷含量越少，鐵水的質量越高，通常鐵水中的磷含量需要控制在0.15%之內，但是高爐煉鐵無法脫除磷元素，只能在選料和配料時減少入爐的磷含量。第三點為鐵水中的硅含量。硅含量對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，有利于穩定鐵水生產。但鐵水中的硅含量過高的話，會降低鐵水產量并且和硫元素一樣，會使生鐵的強度降低，且在煉鐵過程中容易出現噴濺的情況。對高爐進行送風后，硅元素與高爐內氧氣發生反應，形成氧化硅，而氧化硅會延長高爐冶煉時間，影響鐵水生產效率，也會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。第四點為高爐出鐵溫度，高爐溫度需要隨著煉鐵時間來進行調整，高爐內溫度的高低影響煉鐵是否可以正常運行，高爐溫度過低，則高爐內原料的反應時間過長，增加冶煉時間，還會對生鐵質量產生影響，從而增加冶煉成本。而高爐的出鐵溫度，是鐵水到達煉鋼爐時的溫度。在冶煉過程中，高爐出鐵溫度需要控制在穩定狀態，減少波動。因此，控制高爐出鐵溫度不低于1500攝氏度，同時不高于1650攝氏度。正確控制鐵水質量影響參數，是保證煉鐵有序進行的重要因素之一，以上四點，在高爐冶煉煉鐵技術中是不可忽視的重要因素。

2 高爐冶煉煉鐵技術應用

根據前文表述的高爐冶煉煉鐵技術，本文選用某鋼廠750m3的高爐，選用熱壓含碳球團作為原材料之一。在高爐冶煉過程中，氧氣一般由熱風機送風來輸送，選擇熱壓含碳球團可以使高爐內氧氣更加充足，從而使原材料充分利用，加強鐵水產出量。下圖為高爐冶煉煉鐵流程圖。

圖1 高爐冶煉煉鐵流程圖

根據上述高爐冶煉煉鐵流程圖所示，首先在爐頂進行裝料，在裝料時控制原料比例，并加入熱壓含碳球團，再通過送風系統將磨好的煤粉和含氧風量吹入高爐，爐料進入高爐后與焦炭、煤粉以及煤氣進行一系列的直接還原和間接還原反應。最終形成鐵水和一系列副產品，再經過渣鐵處理系統將渣鐵分離得到質量合格的鐵水，煙氣則通過除塵系統進行凈化再利用。下圖為高爐煉鐵圖。

圖2 高爐煉鐵圖

在高爐冶煉煉鐵過程中，通過控制鐵水質量影響參數，控制鐵水正常產出。首先控制高爐內熱量，高爐內熱量的高低是由兩個方面影響的，一是送風帶入的熱風溫度，二是高爐內氧化還原反應發出的熱量，提高熱風溫度可以使熱量更加充足。在提高熱風溫度后加入一定量的煤粉，同時也可以使煤粉燃燒更加充分，從而提高煤粉的利用率，因此熱風溫度越高，其高爐內能耗越低，同時煉鐵成本就會降低。下表為在熱風溫度分別在800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃時碳素消耗表。

表1 不同溫度下碳素消耗數據表

根據上述表1數據來看，在750m3的高爐內煉鐵，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，在高爐冶煉煉鐵過程中應保證熱風溫度在最高溫度，這樣碳素消耗最低，從而節約煉鐵成本。本次煉鐵，還加入了不同含量的熱壓含碳球團。下表是加入熱壓含碳球團后，鐵水出產量。

表2 加入不同體積熱壓含碳球團鐵水產量表

根據上述表2數據來看，在熱壓含碳球團占比1.5%、2.5%、3.5%、4.5%、5.5%時，鐵水產量分別為1.645t、1.754t、1.875t。1.978t和2.054t。熱壓含碳球團在原料中占比越高，鐵水的產量越多。由此可見，在高爐冶煉煉鐵技術中，加入熱壓含碳球團可以提高煉鐵效率，控制煉鐵成本。

3 結語

為提高鋼鐵產量，提出高爐冶煉煉鐵技術工藝及應用闡述。本文從原料比例、爐缸熱狀態和鐵水質量影響參數等三個角度分析，優化高爐冶煉煉鐵技術。但由于在應用部分測試的次數較少，導致本文還存在一定的局限性。今后應增加測試次數進一步展開研究。為提高鋼鐵產量提供可靠思路。