绿色低碳炼铁技术展望

侯向平

陕钢集团汉钢公司炼铁事业部陕西勉县724200

摘要：随着我国经济的快速发展，社会在不断的进步，通过对高炉炼铁的功能解析，以及流程集成与结构优化，论述了面向未来的低碳绿色高炉炼铁技术发展方向，指出高炉精料、炉料合理分布控制、高效长寿、高风温、富氧喷煤、煤气干法除尘等关键共性技术，仍是未来高炉低碳绿色发展的重要技术基础、技术支撑和技术保障。认为现代高炉炼铁要构建动态精准、高效运行的生产体系，以高效率、低成本、低排放为目标，提高生产效率、降低能源消耗、减少环境污染，实现高炉炼铁“高效、低耗、长寿、低碳、绿色”的协同发展目标，着力提高综合技术装备水平，大力发展循环经济，实现低碳绿色制造。

关键词：绿色低碳；炼铁技术；展望

引言

炼铁是钢铁生产流程中重要的一环，目前主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法和等离子法等。由于具有工艺简单、劳动生产率高和综合经济指标良好等优点，可以实现大规模、低成本生产，因此高炉炼铁是当前最主要的炼铁工艺。但是，高炉炼铁需要配套建设烧结（或球团）与炼焦工序，整个生产工艺流程长、能耗高、污染排放大，加之焦煤资源的短缺，使得钢铁行业成为当前资源环境约束条件下常常被诟病的产业之一。因此长期以来，发展绿色低碳炼铁工艺，一直都是钢铁工业技术创新与突破的重要课题。

1低碳绿色高炉炼铁技术的功能解析

高炉炼铁从开始发展至今已有近200年的时间，随着时间的推移，高炉炼铁技术日益提升，已成为我国钢铁制作过程中不可缺少的一项技术，同时在冶金炼铁工艺中属于还原率最高的一项炼铁技术，对我国工业实现可持续发展具有现实意义。高炉炼铁技术的应用原理较为简单，时常应用于铁氧化物还原与钢铁制造者两个方面，在计算机信息技术快速发展的环境下，高炉炼铁技术越来越智能化，其还原效率也明显提升，与以往的操作相比更加简便，对操作的要求不高。现阶段，我国的高炉炼铁技术具有集约化、大型化、长寿化、高效化与集约化的特征，在工程科学发展中，是一项非常重要的技术手段。在科学技术不断提升的背景下，高炉炼铁技术越来越成熟，其功能体系也越来越完整。

2几种炼铁工艺简析

2.1高炉炼铁工艺

从前面的分析可知，增大流体相速度和减小颗粒粒度可以加快反应进程、提高设备产能。因此，气流床反应器更有利于反应过程的快速进行。但是，高炉炼铁工艺流程中，石灰石焙烧、烧结（烧结矿或球团矿）、炼铁等铁前系统的主要反应过程，其反应过程装备都可归类于移动床反应器（石灰回转窑的反应器模型可以看作是一种流体相横向流动的移动床），而焦炉是则真正意义上的固定床。因此，高炉炼铁工艺，无论是高炉本身，还是配套的烧结（球团）、炼焦、石灰窑等工序，其反应速度都是比较慢的，只有通过设备的大型化才能扩大单一装备系统的产能。

2.2高炉精料技术

精料是现代高炉实现高效、低耗、优质、长寿的基础，也是实现高炉生产减量化和耗散最小化的重要措施。一是采用合理炉料结构。高炉炉料结构的优化要遵循资源最优化、技术最优化、经济最优化的原则，注重改善炉料综合冶金性能，开发研究低品质矿高效利用技术，实现资源减量化、利用最佳化和环境友好化。二是改善炉料冶金性能。现代大型高炉精料技术的主要技术内涵是：提高入炉矿品位，入炉矿综合品位达到58%以上，熟料率为80%~85%，采用经济合理炉料结构，降低原料成本；提高焦炭质量，大型高炉焦炭要提高机械强度、热强度和平均粒度，M40≥89%，M10≤6.0%，CSR≥68%，CRI≤25%，平均粒度≥45mm；提高炉料成分和理化性能的稳定性，减少成分和性能的波动，保证高炉生产稳定顺行；开展低品质矿的高效化利用研究，实现资源利用的减量化和最优化。三是采用分级入炉技术。这可以提高煤气利用率，实现铁素资源的最大化利用；可以实现炉料分布的精准控制，提高高炉透气性和煤气利用率，促进高炉顺行，降低燃料消耗。四是应用炉料分布与控制技术。现代大型高炉生产效率高，炉料装入量大，装料设备不仅要满足高炉装料能力，还要满足高炉操作对炉料分布精准控制的要求，实现炉料分级入炉和中心加焦。

2.3熔融还原铁工艺

研究表明，铁浴熔融还原具有比固态、气态还原快得多的优越性。在相同条件下，铁水中溶解碳还原熔融FeO的速度要比固体碳或CO还原优质铁矿石的速度快10～100倍、比900℃的CO还原优质铁矿石的速度快100～1000倍。因此，熔融还原炼铁技术受到广泛关注，已经或正在开发的熔融还原炼铁工艺技术有30多种。根据含铁原料预还原的程度不同，熔融还原炼铁工艺可分为一步法和二步法两类。目前还处于工业试验的一步法工艺有ＲOMELT、CCF、HIsmelt和AUsmelt等。一步法虽然具有流程短、投资少、可以处理高磷铁矿等优点，但也遇到两个困难：一是熔融氧化铁的腐蚀性极强，炉衬寿命很短：二是过程中产生的高温煤气无法有效回用于炼铁，系统热效率不高。二步法熔融还原炼铁工艺中，目前已经实现工业化生产的只有COＲEX和FINEX，另外一些工艺技术如DIOS、ＲESMELT等也完成了工业试验或建成了工业示范装置。二步法工艺系统复杂、设备投资较大。认为，熔融还原装置不仅对原料质量的要求较高，而且由于使用纯氧冶炼使得对炉衬材料质量的要求也高、设备的使用寿命较低，系统投资和运行成本高，在经济性方面熔融还原炼铁工艺与高炉炼铁工艺不具竞争性。

2.4流程集成创新

在社会经济快速发展的环境下，人们的生活、学习与工作环境变化越来越大，同时经济市场的竞争也越来越激烈。在这种环境下，钢铁厂要在同行业中优先获得主导权，进一步提升竞争价值，首先要响应时代发展的实际要求，了解现阶段钢铁市场结构和自身企业运营的实际情况，制定出既符合企业自身运营条件，又能达到目前钢铁市场的标准的一套相对应的方案，为其产品定位的确定提供科学合理的依据，同时也为其生产规模的扩建奠定了一个良好的基础[2]。另外，还要判断钢铁厂整体流程是否符合现代工业发展的需求，同时对其经济性与高效性进行全面考虑，了解钢铁厂实际的生产水平，再根据其产能的情况确定高炉的容积与数量，优化钢铁厂网络结构中的信息流、能量流及物质流，达到其优化标准，必须配置2到3座高炉，以优化钢铁厂整体流程结构为配置基础，应用科学合理的方式完成相关的高炉配置工作，钢铁厂整体流程结构优化条件下的大型化高炉是未来高炉的主要发展方向。

2.5直接还原铁工艺

非高炉炼铁技术是世界冶金发展的重大课题之一，对炼铁节能减排、实现生产过程环境友好、降低炼铁对主焦煤的依赖度有重大意义。非高炉炼铁主要有直接还原炼铁与熔融还原炼铁两大类型。在众多直接还原炼铁工艺中，其反应器大都为竖炉、反应罐、转体炉、回转窑和隧道窑等，反应速度很慢。只有FIOＲ、H－IＲON、NO-VALFEＲ等少数几种工艺采用的是反应速度稍快的流化床，但这些流化床炼铁工艺都存在细粉粒夹带、粘结失流等问题。为避免粘结失流，必须采取较低还原温度和较大气体流速，这反过来又会降低气体利用率、造成流化床中铁矿石的还原速率较低。

结语

综上所述，在社会经济与科学技术快速发展的环境下，钢铁市场的竞争越来越激烈。钢铁企业要实现经济效益与社会效益的可持续发展，需要在钢铁制造的过程中，应用具有低碳绿色、高效、优质低耗作用的技术，而高炉炼铁技术刚好可以满足目前钢铁市场的要求，低碳绿色也是未来高炉炼铁的主要发展方向。

参考文献：

［1］李朋，于庆波，杜文亚等.熔融床煤气化技术研究现状［J］．冶金能源，2010，29（2）：49－53.

［2］王维兴，非高炉炼铁技术要科学评价［J］．中国废钢铁，2015（6）.