高炉冶炼炼铁技术工艺及应用阐述

2021-06-28尹奎升

中国金属通报 2021年8期

尹奎升

（河钢宣钢炼铁厂，河北张家口 075100）

目前，我国钢铁行业正处于飞速发展阶段，国民的生活水平提高，对钢铁的需求量就越来越大。而炼铁技术，是钢铁行业飞速发展的前提。现阶段世界各国基本采用的都是高炉炼铁方法，高炉炼铁就是在高炉内按照特定顺序加入配好的铁矿石原料和焦炭，让原料在其内发生氧化还原反应，去除杂质得到铁水。由于铁水比炉渣重量要重，因此炉渣很容易就被排出[1]。高炉炼铁技术性简单，生产效率高，因此是世界各国主要的炼铁工具。但在高炉炼铁过程中，存在原料比例配比不精准，炉缸热状态不稳定等情况，严重影响了铁水产出量，增加了碳素能耗，还加大了成本。针对上述问题，阐述高炉冶炼炼铁技术工艺及应用。为提高钢铁产量提供可靠思路。

1 高炉冶炼炼铁技术

1.1 设计原料比例

在高炉冶炼炼铁技术中，需要根据高炉的整体结构、容量、净化作用以及通风情况来针对性设计加入原料的比例。高炉冶炼炼铁技术工艺主要在高炉中加入原料，利用高炉的热原理，原料在高炉中形成反应，从而形成铁水。在炼铁时，首先需要上料，但由于高炉的容量不同，所以大小也不一致，因此需要先明确高炉的大小容量，再分配上料的分量[2]。其次需要将高炉冶炼炼铁的原料按照特定的顺序加入高炉中，也要根据高炉的大小容量来明确原料比例。在高炉的炉顶按照特定顺序加入已配好的铁矿石原料和焦炭，此道工艺，可以保证高炉内原料充分利用，同时保持反应正常进行。正确加入原材料后，对高炉内进行送风，送风的目的就是为高炉内原料反应加入氧气，在氧气充足的条件下，铁矿石逐渐发生氧化还原反应，逐渐变化为铁水。在高炉冶炼炼铁过程中，设计原料比例还有一关键性原因，那就是控制炉渣。在加入原料之后，还会让高炉的热风炉进行工作，保证高炉内温度可以正常冶铁，若原材料比例失衡，不仅会容易影响铁水的质量，使铁水中杂质过多，还会出现大量炉渣和有害物质，这些炉渣和有害物质会对空气和环境造成污染，所以在高炉冶炼炼铁过程中还需要加入净化环节[3]。由此可见，在高炉冶炼炼铁过程中，设计正确的原料比例尤为重要。

1.2 稳定炉缸热状态

金属冶炼过程中，控制正确的高炉温度对稳定炉缸热状态至关重要。稳定炉缸热状态，首先需要明确原材料上料和装料以及送风的物理热量，这根据上述高炉大小和容量所设计的原料比例来进行判断，再判断炉内反应所放出的热量，通过这两点来控制高炉的温度，来稳定炉缸热状态。稳定炉缸热状态不仅可以稳定炉内原料的热传递，还可以使炉内反应正常脱硫、稳定铁水温度。在实际高炉冶铁炼铁时，炉缸热状态通常以铁水温度、铁水的硫含量和硅含量进行判断。同时，炉缸热状态的影响因素还有原料的种类、原料的湿度、煤喷量以及送风含氧量。当工人在操作过程中改变某一操作指标时，要适当加减高炉温度，保证各项影响因素比例协调。综上所述，高炉冶炼炼铁技术在实施时，稳定炉缸热状态尤为重要。

1.3 控制铁水质量影响参数

铁水的质量是高炉炼铁是否成功的重要指标。而多种因素都可以影响铁水质量，包括高炉质量、原料质量和配比、热风机送风量和风速、高炉温度以及炉内压力等。在高炉冶炼炼铁过程中，需要通过控制多种铁水质量影响参数，来保证高炉炉况稳定顺行，从而顺利完成炼铁过程。通常高炉在上料和装料到发生反应的过程具有4-6个小时的滞后，在这段时间里燃料吹喷和风量需要工人根据炉内情况来不断进行调整。下面根据四个影响参数来具体阐述。第一点为铁水中的硫含量，硫可以使铁矿石和焦炭进行反应，并氧化还原为硫化铁，使铁变得强度较差并且降低铁水质量，减弱流动性。因此，铁水中的硫含量通常需要控制在合理的标准范围内，通常为0.025%-0.035%之间。第二点为铁水中的磷含量。铁水中的磷与硫相同，都为有害元素。铁水中的磷含量超标，会使原料消耗加重，使高炉过滤系统过滤不够完全，增加炉渣内的含铁量。而且磷含量超标还会对高炉造成一定损伤，影响高炉的使用寿命。由此可见，铁水的磷含量越少，铁水的质量越高，通常铁水中的磷含量需要控制在0.15%之内，但是高炉炼铁无法脱除磷元素，只能在选料和配料时减少入炉的磷含量。第三点为铁水中的硅含量。硅含量对于高炉炼铁工艺有利处也有弊处，铁水中硅含量高可以除去铁水的硫元素，有利于稳定铁水生产。但铁水中的硅含量过高的话，会降低铁水产量并且和硫元素一样，会使生铁的强度降低，且在炼铁过程中容易出现喷溅的情况。对高炉进行送风后，硅元素与高炉内氧气发生反应，形成氧化硅，而氧化硅会延长高炉冶炼时间，影响铁水生产效率，也会与磷元素一样使高炉造成一定的损伤。因此，铁水中的硅元素一般要控制在0.45%-0.75%之间。第四点为高炉出铁温度，高炉温度需要随着炼铁时间来进行调整，高炉内温度的高低影响炼铁是否可以正常运行，高炉温度过低，则高炉内原料的反应时间过长，增加冶炼时间，还会对生铁质量产生影响，从而增加冶炼成本。而高炉的出铁温度，是铁水到达炼钢炉时的温度。在冶炼过程中，高炉出铁温度需要控制在稳定状态，减少波动。因此，控制高炉出铁温度不低于1500摄氏度，同时不高于1650摄氏度。正确控制铁水质量影响参数，是保证炼铁有序进行的重要因素之一，以上四点，在高炉冶炼炼铁技术中是不可忽视的重要因素。

2 高炉冶炼炼铁技术应用

根据前文表述的高炉冶炼炼铁技术，本文选用某钢厂750m³的高炉，选用热压含碳球团作为原材料之一。在高炉冶炼过程中，氧气一般由热风机送风来输送，选择热压含碳球团可以使高炉内氧气更加充足，从而使原材料充分利用，加强铁水产出量。下图为高炉冶炼炼铁流程图。

图1 高炉冶炼炼铁流程图

根据上述高炉冶炼炼铁流程图所示，首先在炉顶进行装料，在装料时控制原料比例，并加入热压含碳球团，再通过送风系统将磨好的煤粉和含氧风量吹入高炉，炉料进入高炉后与焦炭、煤粉以及煤气进行一系列的直接还原和间接还原反应。最终形成铁水和一系列副产品，再经过渣铁处理系统将渣铁分离得到质量合格的铁水，烟气则通过除尘系统进行净化再利用。下图为高炉炼铁图。

图2 高炉炼铁图

在高炉冶炼炼铁过程中，通过控制铁水质量影响参数，控制铁水正常产出。首先控制高炉内热量，高炉内热量的高低是由两个方面影响的，一是送风带入的热风温度，二是高炉内氧化还原反应发出的热量，提高热风温度可以使热量更加充足。在提高热风温度后加入一定量的煤粉，同时也可以使煤粉燃烧更加充分，从而提高煤粉的利用率，因此热风温度越高，其高炉内能耗越低，同时炼铁成本就会降低。下表为在热风温度分别在800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃时碳素消耗表。

表1 不同温度下碳素消耗数据表

根据上述表1数据来看，在750m³的高炉内炼铁，在温度最低800℃下，碳素消耗一般为435~480kg/t，在温度最高1500℃下，碳素消耗一般为252~268kg/t，并且可以看出，在800℃到1500℃中，随着温度的升高，碳素消耗在降低。因此，在高炉冶炼炼铁过程中应保证热风温度在最高温度，这样碳素消耗最低，从而节约炼铁成本。本次炼铁，还加入了不同含量的热压含碳球团。下表是加入热压含碳球团后，铁水出产量。

表2 加入不同体积热压含碳球团铁水产量表

根据上述表2数据来看，在热压含碳球团占比1.5%、2.5%、3.5%、4.5%、5.5%时，铁水产量分别为1.645t、1.754t、1.875t。1.978t和2.054t。热压含碳球团在原料中占比越高，铁水的产量越多。由此可见，在高炉冶炼炼铁技术中，加入热压含碳球团可以提高炼铁效率，控制炼铁成本。