试析炼铁高炉冶金技术的应用

董兴山

（酒钢集团榆中钢铁有限公司，甘肃 兰州 730104）

近年来，我国工业化发展水平不断提高，促进钢铁行业生产规模逐渐扩大。虽然当前我国正向着第三产业发展，但现阶段社会各界对钢铁资源的需求依然只增不减，并且对生产质量也提出了更高要求。现阶段，我国钢铁制造主要以高炉技术为主，但是在该技术实际应用过程中，受各种因素制约容易产生一些问题和隐患，不仅降低钢铁冶炼效率，还会为钢铁产品带来一定质量问题。为了提高冶炼水平，促进我国钢铁行业尽快与国际先进水平接轨，专家和学者试图将冶金技术应用到高炉冶炼技术中[1]，通过实践证明，这种冶炼方法不仅能够切实解决传统冶炼技术中存在的问题，还可以提高钢铁产品生产效率和生产质量。由此可见，对冶金技术在炼铁高炉中的应用以及其发展进行分析，对促进钢铁行业稳定发展而言具有一定现实意义。

1 炼铁高炉冶炼现状

虽然改革开放后我国钢铁行业不断借鉴先进国家冶炼技术，并积极引进现代冶铁设备，在一定程度上扩大了钢铁行业发展规模，但由于起步较晚，所以冶炼水平与发达国家相比仍然存在一定距离，具体体现在钢铁产品生产效率和质量方面。这也使得国际市场降低了对中国钢铁产品的需求量，导致我国钢铁产品冶炼出现供过于求现象。另外，现阶段我国钢铁行业在炼铁过程中普遍采用高炉冶炼技术，由于投入能源较大，冶炼效率较低，所以在一定程度上阻碍了钢铁行业稳定发展。而将冶金技术应用到炼铁高炉中，能够有效解决各种问题，有利于实现钢铁行业持续发展目标。

2 常见的冶金技术

冶金技术是通过多样化方法对能够利用的矿石等原料进行加工处理，并提炼出原材料中的金属物质或金属化合物，而后采用特殊工艺将提取物进行加工制作，从而形成具有金属性质的材料。现阶段在冶炼行业较为常见的冶金技术有以下几种。

2.1 火法冶金技术

所谓火法冶金技术，就是在高温环境对矿石材料进行加工制作，使矿石资源产生物化反应，从而由原始形态转变为金属化合物或金属物质，并汇集在气体、固体、液体等产物中，最终满足矿石资源杂质和金属相互分离的目标。冶金技术在实际应用过程中，通常需要通过燃料燃烧达到一定温度条件，少数也会通过化学反应供应热量。其冶炼过程较为复杂，包括干燥处理、焙解、焙烧、熔炼、精炼以及蒸馏提取等多个环节[2]。

2.2 湿法冶金技术

所谓湿法冶金技术，顾名思义，就是在溶液中对矿石资源进行冶炼。这种冶炼方法通常温度不高，冶炼流程相对简单，首先需要对矿石进行浸出处理，而后将浸出的矿石净化，最后制备金属。具体如下：第一，在矿石浸出过程中，需要合理选择溶剂，将矿石浸入溶剂中，使矿石中的金属与溶剂发生反应，并以离子形态与溶剂相融合。在矿石浸出处理过程中，不可避免会遇到一些处理难度较大的矿石，这就需要技术人员提前对矿石进行预处理，使其形成易于浸出的化合物[3]。第二，由于一些矿石在浸出处理后，部分金属和需要提取的金属同时与溶液混为一体，所以需要通过净化将溶液中的杂质去除，该过程也是净化处理过程。第三，金属制备，主要是采用置换法、还原法等方式，将净化处理后溶液进行处理，从而提取出所需金属。

2.3 电冶金技术

所谓电冶金技术，就是利用电能方式提取矿石中的金属物质。常见的电冶金技术有两种，一种为电化冶金技术，另一种为电热冶金技术。前者主要采用电化反应冶炼金属，需要将矿石中的金属从熔体或溶液中提取出来[4]。后者是通过电能转化热能方式提取矿石中的金属物质。可以看出，电冶金技术与火法冶金技术有一定相似之处，但在操作过程中也存在差异之处，即热能来源不同。

3 冶金技术在炼铁高炉中的应用

3.1 双预热技术在炼铁高炉中的应用

随着科学技术不断进步，越来越多的冶金技术被应用到炼铁高炉中，高炉双预热技术就是其中一种，并取得了显著的应用效果。炼铁高炉在运转过程中离不开热能支撑，其中大部分需要通过燃烧焦炭和煤粉获得，少部分由热风以及炉料化学反应获得。另外，高炉炼铁所需的煤炭资源会有34%左右能量转换为高炉煤气、转炉煤气等副产煤气[5]。众所周知，节能减排已经成为社会发展的大势所趋，钢铁行业作为耗能大户也应该不断向节能减排方向优化，而回收副产煤气，是钢铁行业节能减排的有效措施，也是降低冶炼成本的关键途径。具体来说，高炉双预热技术，就是将高炉煤气燃烧时产生的废气与热风炉烟道产生的废气回收，并将二者相融合作为热源。结合实际应用情况来看，混合后的气体能够将煤气预热到300℃以上。

例如：近年来鞍钢、宝钢等钢铁冶炼企业，在钢铁产品生产过程中就积极采用了高炉双预热技术，取得的高温风温度达到1200℃左右。以宝钢企业钢铁冶炼来说，在3号热风炉采用了分离型热管式双预热装置，4号热风炉采用了分离型热管煤气和空气双预热装置。在钢铁冶炼过程中通过回收预热，将风炉预热到一定温度，这种方式不仅能够充分利用高炉废气，有效节约煤炭资源，还能够优化热炉燃烧情况，有效提高焦炭和高炉使用率。然而，受技术制约，导致高炉双预热技术在实际应用过程中回收废弃预热量较低，仅展总比26%左右，仍然有较大的上升空间，需要专家和学者给予高度重视，不断完善该技术[6]。

3.2 干法除尘技术在高炉冶炼中的应用

高炉除尘技术是钢铁冶炼中较为常见的一种冶金技术，该技术分为两种形式，一种为干法除尘，另一种为湿法除尘。其中干法除尘又分为布袋除尘和高压静电除尘两种，前者应用效率较高，并且具有成本低、效果好优势。众所周知，钢铁冶炼过程需要消耗大量水资源，由于我国水资源较为紧缺，所以为了尽可能降低水资源消耗和浪费，我国在20世纪80年代左右引入干法除尘技术，至今已经经历了几十年发展进程。

高炉干法除尘技术在最初应用时，主要通过煤气加压方式，对大布袋进行反吹，从而达到除尘效果。虽然除尘效果较好，但并不适用于大型高炉企业，这也在一定程度上制约了该技术的进一步推广和应用，所以该技术最初引进时，只常见于200m³～300m³高炉冶炼中。而后随着科学技术不断进步，干法除尘技术也得到了一定优化和完善，一直到20世纪90年代左右，我国研发出了一种适用于大型高炉企业的煤气低压脉冲除尘技术，在滞后的7～8年间，该技术得到了广泛推广和应用，几乎所有新建的1000m³以下的高炉都应用了该技术，促进该技术在推广、应用方面达到质的飞跃。现如今，在科技支撑下，该技术也逐渐向成熟化趋势发展，并且应用范围更加广泛，可以适用于2600m³高炉冶炼中。

3.3 喷煤技术在高炉冶炼中的应用

上文多次提到，高炉冶炼过程中离不开焦炭资源的支撑，其不仅能够为高炉运转提供充足热量，还是矿石处理的主要还原剂。在高炉冶炼过程中应用喷煤技术，主要是将煤粉从高炉风口处吹入，从而达到提供热量的目标，同时充分发挥还原剂功能，如此不仅能够降低高炉铁焦比，还可以在一定程度上减少炼焦设施的使用，同时可以满足节能减排需求，是钢铁行业高炉冶炼中的重要改革。

炼铁高炉在生产过程中，为了减少生产成本，需要深入思考如何能够提高煤粉燃烧率。在长时间理论研究和实际操作过程中可以发现，燃烧精料、降低渣比能够充分满足这一需求，所以在该技术应用过程中，需要合理设计预热工艺，保证炼铁高炉安全生产。

在喷煤技术最初应用过程中，采用的喷吹系统大多为串联罐系统，后随着科技不断进步，并联罐系统应用范围越来越广，并逐渐取代传统串联罐系统。在实际应用过程中，通过不断优化和完善，系统计量与控制精度也越来越精准，其工艺流程包括以下几点：第一，通过适中速度对焦煤进行磨制，使其形成煤粉[7]。第二，回收烟气炉废气和热风炉废气。第三，利用大布袋对煤粉进行收集。第四，采用并连罐系统喷吹煤粉。现阶段，宝钢企业在炼铁高炉生产过程中，就充分利用了喷煤技术，并取得了良好应用效果，在一定程度上节约了生产成本。

4 炼铁高炉冶金技术未来发展趋势

近年来，随着科学技术不断进步，冶金技术得到了相应完善和优化，在一定程度上拓展了其应用范围。但从上文分析可以看出，虽然冶金技术能够提高钢铁生产质量和生产效率，同时能够降低生产成本，满足节能减排需求，但是与发达国家相比仍然存在一定差距，并为真正意义上实现自动控制目标。所以在未来发展中需要专家和学者加大研究力度，从以下方面入手提高冶金技术利用率。

第一，进一步提高高炉炼铁反应速度。想要强化反应能力，就要不断提高冶金技术反应效率。实现该目标的方法有两种：意识保证焦炭与矿石配比科学，使其能够在低温条件下高速还原。第二，适当添加催化剂，以此提高反应速度。

第二，降低焦煤资源使用率。新时期我国坚持贯彻、落实可持续发展战略，钢铁行业作为耗能大户，需要在保证生产效率的同时，尽可能降低煤炭资源依赖程度，从而实现可持续发展目标。为了满足这一需求，需要不断优化炼焦配煤系统，从而扩大炼焦煤源，尽量减少焦比，保证系统能够自动匹配出最佳配煤模型。

第三，开发碳化氢技术。在高炉炼铁该过程中采用碳化氢技术展开低温还原工作，一方面可以优化熔融带透气效果，另一方面可以降低二氧化碳排放量，从而有效提高高炉利用率，达到提高钢铁产品生产质量和生产产量的目标。现如今，碳化氢技术依然处于发展过程中，需要专家和学者不断探索，充分发挥该技术的优势和作用。

5 结语

综上所述，随着我国各行各业对钢铁产品需求量不断增加，钢铁行业也迎来了机遇与挑战并存的发展局面。由于传统高炉炼铁技术需要消耗大量焦煤资源，并且生产效率低，生产产品质量不佳，导致我国钢铁产品在国际范围内竞争压力较低。针对这一问题，本文试图探索冶金技术在高炉炼铁中的应用，旨在为强化我国钢铁行业生产水平奠定基础，使其在国际市场占据一席之地。