高炉炼铁十篇

高炉炼铁篇1

关键词: 固态焦炭 渣铁分离 炉料均匀 煤气流分布

高炉是炼铁的专用设备。虽然近代技术研究了直接还原、熔融技术还原等冶炼工艺，但它们都不能取代高炉，高炉生产是目前获得大量生铁的主要手段。近代来高炉向大型化发方向发展，目前世界上已有数座5000立方米以上容积的高炉在生产。我过也已经有4300立方米的高炉投入生产，日产生铁万吨以上，日消耗矿石等近2万吨，焦炭等燃料5千吨。这样每天有数万吨的原、燃料运进和产品输出，还需要消耗大量的水、风、电气，生产规模及吞吐量如此之大，是其他企业不可比拟的。

1高炉炼铁工艺技术参数研究

高炉冶炼过程是在一个密闭的竖炉内进行的。高炉冶炼过程的特点是，在炉料与煤气逆流运动的过程中完成了多种错综复杂地交织在一起的化学反应和物理变化，且由于高炉是密封的容器，除去投入（装料）及产出（铁、渣及煤气）外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况，只能凭借仪器仪表间接观察。为了弄清楚这些反应和变化的规律，首先应对冶炼的全过程有个总体和概括的了解，这体现在能正确地描绘出运行中的高炉的纵剖面和不同高度上横截面的图像。这将有助于正确地理解和把握各种单一过程和因素间的相互关系。高炉冶炼过程的主要目的是用铁矿石经济而高效率地得到温度和成分合乎要求的液态生铁。为此，一方面要实现矿石中金属元素（主要为Fe）和氧元素的化学分离――即还原过程；另一方面还要实现已被还原的金属与脉石的机械分离――即熔化与造渣过程。最后控制温度和液态渣铁之间的交互作用得到温度和化学成分合格的铁液。全过程是在炉料自上而下、煤气自下而上的相互紧密接触过程中完成的。低温的矿石在下降的过程中被煤气由外向内逐渐夺去氧而还原，同时又自高温煤气得到热量。矿石升到一定的温度界限时先软化，后熔融滴落，实现渣铁分离。已熔化的渣铁之间及与固态焦炭接触过程中，发生诸多反应，最后调整铁液的成分和温度达到终点。故保证炉料均匀稳定的下降，控制煤气流均匀合理分布是高质量完成冶炼过程的关键。

2高炉炼铁上料系统

高炉供上料系统由贮矿槽、贮焦槽、槽下筛分、称量运输和向炉顶上料装置等组成。其作用是将来自原料场，烧结厂及焦化厂的原燃料和冶金辅料，经由贮矿槽、槽下筛分、称量和运输、炉料装入料车或皮带机，最后装入高炉炉顶。随着炼铁技术的发展，中小型高炉的强化、大型高炉和无钟顶的出现，对上料系统设备的作业连续性、自动化控制等提出来更高的要求，以此来保证高炉的正常生产。

3高炉炼铁燃料

炼铁的主要燃料是焦炭。烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。因此，铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。

焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在40～45%，铸造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦炭裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂纹多，气孔率高，强度低；而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。

4高炉炼铁原理

炼铁过程实质上是将铁从其自然形态――矿石等含铁化合物中还原出来的过程。

炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。

高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95％以上。

高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石)，从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。

5高炉煤气清洗系统

从高炉炉顶排出的煤气一般汗CO2 15-20%,CO 20-26%，其发热值大于3200KJ/m3，装入高炉的焦炭等燃料的热量约有三分之一通过高炉煤气排出。因此将高炉煤气作为钢铁厂的一部分充分加以利用，在经济上十分重要。一般是将高炉煤气单独使用，或者和焦炉煤气掺合使用，作为热风炉、焦炉、加热炉、发电厂锅炉的燃料。但从炉顶排出的高炉粗煤气含有10-40g/m3的粉尘，具体数值取决与炉料中的粉尘率和炉顶压力、煤气流速，使用富氧等情况。

高炉工作者应努力防止各种事故的发生，保证联合企业的生产进行。目前上料系统多采用皮带上料，电子计算机，工业电视等，但必须保证其可持续作业。高炉从开炉投产到停炉中，此期间连续不间断生产，仅在设备检修或发生时候是才停产。那么我们必须保证各个环节都步步到位，要不必然会影响整个高炉冶炼过程，甚至停产，给企业造成巨大损失。

参考文献；

1. 李士玲主编 炼铁工艺

高炉炼铁篇2

关键词：焦炭 灰分 高风温 喷煤比 低成本战略

我国钢铁产能严重过剩，各家钢企把实施低成本战略作为战略发展第一任务。然而炼铁成本在整个钢铁生产成本中占70%以上，如何降低生铁成本，不仅需要先进的设备和熟练的工艺，还需要优质的原燃料。

1、焦炭在高炉冶炼中的作用

高炉所用的主要燃料是焦炭，焦炭在高炉中的作用：（1）炉料的骨架作用：支撑炉内料拄，提高炉料透气性；（2）提供冶炼能量：与氧气燃烧放热，占炼铁总热量58%；（3）铁矿石的还原剂：碳和碳与氧反应生成的CO；大高炉一定要有高质量焦炭的保证，企业高炉扩容也要以提高焦炭质量为前提，焦炭质量水平决定喷煤比的水平，焦炭质量也决定了炉缸工作状态。

2、焦炭质量对高炉的影响

焦碳质量要求体现在强度、灰份、含硫量、粒度。没有稳定的高质量的焦碳就失去了高炉强化冶炼的基础，焦碳强度尤为重要。

（1）高炉对焦炭质量的基本要求：焦炭成分稳定，灰份

（2）焦炭质量变化对高炉生产的影响见表1：

表1

从表1可看出，M10变化-0.2%，燃料比将变化-7kg/t，比焦炭的其它指标作用都大。所以，我们应十分关注M10的变化。

灰分构成物与焦炭成分的热膨胀性不一致，结焦末期因两者收缩应力不一致而导致焦炭产生裂纹。灰分越大产生的裂纹越多，而且焦炭在高炉中进行二次加热时，由于焦质与灰分的热膨胀性不同，裂纹将扩展加剧，同时部分灰分还被还原导致焦炭结构破坏，使焦炭碎裂粉化，强度降低，焦炭的反应性增加，热强度下降[1]。焦炭灰份中碱金属是主要的有害元素，碱金属使炉料的粉化率增加，降低高炉的透气透液性，碱金属挥发物浸入到烧结矿和焦炭中降低其机械强度，对整体料柱的透气性有很大影响。

焦炭质量不但影响高炉上部透气性和炉况的顺行稳定，对高炉下部和死料柱的透液性及炉缸工作状态的影响更大，因此确保焦炭质量优良、稳定是极其重要的。

（3）提高焦炭质量的技术措施：硬质煤要细破，进行风选，脱除灰分；多配主焦煤、肥煤；煤进行脱湿、混均、捣固；延长结焦时间、有闷炉时间；进行干熄焦、或少水熄焦等等。

3、降低入炉焦比的措施

要保持较好的技术经济指标，焦炭质量是基础，特别是焦炭的反应后强度要保持60%以上，灰分保持在12%以下。

当然，再好的原燃料条件也需要适宜的上下部调剂与之适应，才能取得较好的技术经济指标；反之，如果上下部调剂不到位，再好的原燃料条件也是枉然。

3.1 提高热风温度

随着高炉冶炼低成本战略发展，高风温的使用已经成为降低生铁成本的一件重要武器。可是，使用高风温除了受到高炉炉况能否接受高风温的限制外，高风温能否获得也往往要受到热风炉自身条件的限制。尤其是高炉煤气作为高炉的主要副产品，被下道工序以及居民用户广泛使用，煤气质量不断贫化，这样就给获得高风温造成一定的不利影响。因此，提高热风温度，为高炉的低成本战略保驾护航，达到降低焦比的目的就成为广大炼铁工作者的首要任务。

目前用于提高风温的办法主要有以下三种：第一种是使用混合煤气，通过在高炉煤气中混合转炉煤气或焦炉煤气，达到提高煤气热值，提高热风温度的目的；第二种是通过回收高温烟气预热热风炉助燃空气和煤气，提高进入热风炉的物理热，从而提高热风温度。第三种是同时使用上述两种方法，既混合转炉或焦炉煤气，又通过换热器回收热风炉烟气余热对助燃空气和煤气进行加热，提高热风温度。现在国内多数大中型钢企都采用以上三种方法来提高热风温度，已经取得不错的效果，少数企业已经将热风温度使用到1200℃以上。

各企业为达到高风温的目的使用的方法有：热风炉炉顶采用耐高温的硅砖砌筑、高炉煤气采取干法除尘、热风炉煤气助燃空气双预热、使用耐高风温的热风阀和送风管道，建立合理的热风炉换炉制度等等。

3.2 提高喷煤比，实现节焦降成本

提高喷煤比是炼铁技术发展大方向，可有效低降低炼铁生产成本。增加喷煤比后，燃料比不升高，是检验提高喷煤比效果的标准。如果提高喷煤比，使燃料比升高，除尘灰中含碳量升高。说明多喷的煤粉，没有起到降焦的作用。就不应当增加喷煤比。各企业要结合本单位具体情况（特别是原燃料质量水平），确定合理经济喷煤比数值。[2]

高炉喷吹煤粉是冶金企业优化产业结构，实施低成本战略的主要环节，也是高炉炼铁节焦、降成本的重要措施之一。多喷煤粉，少用焦炭，就可以减少投建焦炉，降低投资成本，减少焦炉对环境产生的污染，而且可以缓解我国主焦煤资源严重短缺的不足，进而大大提高炼铁企业的市场竞争力，实施企业的低成本战略。

4、结语

焦炭质量的提高和高风温的应用不但可以解决居高不下的成本压力，更可以保证炉况的长期稳定顺行，所以各大钢企一直把这两个条件做为基本前提，以使企业得以在严峻的市场形式下生存发展。

参考文献

高炉炼铁篇3

Abstract： With the steel production developing by leaps and bounds in our country， Blast furnace has achieved remarkable progress in various aspects， but it also has the very big gap in the utilization rat of resources and energy and environmental protection. In this article， it puts forward the optimization ratio model of blast furnace according the target of the optimal cost， and it can calculate the optimization ratio scheme of meeting the goal request and also considering reducing resource consumption and environmental pollution. It compares the data of the cost of pig iron， the consumption of ore and the quantity of blast furnace slag which is from before and after of applying the optimization ratio model of blast furnace. The results show that it reduces the cost of tons pig iron， economizes resources， reduces the emissions， and obtains better economic benefits and environmental benefits because of applying the optimization ratio model of blast furnace.

关键词： 高炉炼铁；成本最优；优化配比

Key words： blast furnace；the optimal cost；the optimal ratio

中图分类号：TF5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）13-0047-03

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作者简介：马光银（1991-），男，贵州瓮安人，本科生在读，研究方向为冶金设备管理。

0 引言

我国钢铁生产突飞猛进，在2005年生铁产量达到了3.3040亿吨[1]，远远超过世界钢铁大国历史最高产量，成为世界钢铁生产第一大国。

从我国高炉生产主要技术指标的变化情况来看，我国高炉生产各方面取得了显著进步，但在资源和能源利用率、高炉大型化、提高产业集中度以及环保等方面还有很大差距，有待进一步提高，努力向钢铁强国迈进[1]。

现代高炉的基本炉料有烧结矿、球团矿和天然块矿3种，所谓炉料配比就是指上述3中炉料的搭配[2，3]。含铁炉料的合理搭配使用对控制入炉矿品位，改善原料的冶金性能，促进高炉炉况顺行等有很大的影响；含铁炉料的合理搭配使用可以提高入炉矿品位，使熔剂用量和炉渣量减少，矿石消耗以及单位能量降低等；可以改善原料冶金性能如原料还原性、料柱透气性和造渣性能等；可以促进高炉热制度稳定和高炉炉况顺行，实现高炉“优质、高产、低耗、长寿、环境友好”的生产方针。

炉料配比受到很多复杂因素的影响，与炼铁科学技术进步的发展密切相关的。每个高炉的炉料配比都是根据本企业所能获得自然资源的条件（品级和价格）、铁矿石的冶金性能和物理化学成分，以及高炉炼铁成本等方面因素来进行选择的。对于炼铁企业来说，追求最大的经济效益，并实现环境友好是其最终目标。因此，除了技术方面的因素之外，主要是经济效益的因素影响着高炉炼铁的合理炉料配比[3]。今天我们研究高炉炉料配比的目的在于合理的利用本国和世界的铁矿石资源，使高炉冶炼技术达到最佳状态，最终求得最大限度的降低生铁的成本。

我国高炉炼铁是生铁的主要来源，占总生铁产量的90%以上[4]。对高炉炼铁成本构成进行分析，以及世界铁矿石资源价格上涨的影响，可知炉料搭配是否合理对炼铁工序成本影响很大[5]。而以往对炉料结构的研究大多停留在定性分析，如提出合理的入炉原料就是无熔剂或少熔剂的情况下造出适宜碱度和成分的炉渣、要求具有良好的高温冶金性能，能在高炉内形成合理稳定的软熔带等等。这些定性分析的确是高炉入炉原料研究的原则，但是对于钢铁企业来说，从这些原则中找不到具体的炉料配比[5，6 ]。

基于此类问题，本文以成本最优为目标，提出了高炉优化配矿模型。该模型可快速、准确计算出满足指定约束条件下成本最优又兼顾降低资源消耗和减少环境污染的优化配比方案。高炉优化配矿模型应用于某钢铁企业效果很好，降低了吨铁生产成本，节约了资源，减少了排放，取得较好的经济效益和环境效益。

1 高炉优化配矿数学模型的建立

1.1 高炉优化配矿模型的设计思路 本模型的设计，以原料内部价格为基础，以吨铁成本最低为目标函数，结合高炉炉料结构的相关知识，建立几个约束条件[7，8]，通过优化配料模型计算出成本最优的配料方案。

1.2 优化配矿模型描述 高炉炉料配比优化的目标函数可简化为熟料、生料、燃料（包括焦炭和煤粉）的总费用，使这一总成本费用最低的方案即为最优方案。高炉配矿优化模型是采用线性规划方法，以原料内部价格为基础，优化入炉原料的配比，在满足化学成分约束和炉渣碱度约束等条件下，使高炉炼铁成本费用（即炼铁成本）达到最低。模型中所用原料名称及编号和原料所含成分名称及编号，如表1、表2所示。

1.3 优化配矿计算的数学模型

1.3.1 目标函数 高炉配矿的原料包括烧结矿、球团矿、其他外购铁矿石、焦炭和煤。以内部价格为基础，有供应量限制，一吨生铁的成本最低，即

MinZ=■+■（1）

式中，MinZ 表示吨铁最优成本； x■表示第i种原材料的配比百分比； p■表示第i种原材料的单位内部价格（元/吨）；aij表示第i种原材料的j元素含量百分比；？准表示铁水中的纯铁含量（945，公斤/吨铁水）；λ4表示铁水收得率系数 （0.963）；rjt表示焦比（公斤/吨铁）；rmf表示煤比（公斤/吨铁）。

1.3.2 约束条件 约束条件来自下面几个方面：组分含量下限约束、原料供应量约束、碱度的约束、原料配比百分比的约束等等。

1.3.2.1 组分含量百分比上下限的约束

■■？燮■？燮■j

j=1-15（2）

式中，■j 、■■分别表示第j种组分含量百分比上限和下限。hjt表示焦炭灰分（%）；hmf表示煤粉灰分（%）。

1.3.2.2 原料供应量的约束 生产生铁所消耗的原料应小于等于工厂所能提供的原料量。

■？燮Si i=1-15（3）

rjtQFe？燮1000S16 （4）

rmfQFe？燮1000S17（5）

式中，QFe表示铁产量（吨）；Si表示计划期内第i种原料可供量（吨）。

1.3.2.3 炉渣碱度约束 本模型中采用二元碱度

■？燮■？燮■（6）

式中，■、 ■分别表示碱度上限和下限要求；hsi表示铁水中Si含量（%），初始值0.45。

1.3.2.4 原料配比百分比上下限约束

■■？燮xi？燮■i（7）

■xi=100（8）

xi？叟0（9）

式中，■i、■■分别表示第i种原料配比百分比的上限和下限要求（%）。

2 算例与求解

2.1 算例 根据高炉配矿配比优化模型，求在满足Tfe成分约束和炉渣碱度限制情况下的最经济配比[5]，并计算其炼铁成本。本文数据来源于某炼铁厂的高炉车间实际生产的炉料数据。下表为高炉数据表输入图，原料编号1、3、10、11分别表示烧结矿、球团矿、2种外购铁矿石，原料编号16、17分别为焦炭和煤粉。每种原料的Tfe、SiO2、CaO、P 、S、MgO、Al2O3 化学成分百分含量、原料内部价格和约束限制条件，均在表3中。

2.2 求解 使用本文建立的配比优化模型进行计算，将上述数据代入数学模型中，通过MATLAB软件，可以计算得到以下结果，高炉配矿原料配比及成本如表4所示。

2.3 结果对比与分析 将优化前后矿石配比代入相关公式计算得到高炉炼铁相关数据，如表5。

经表5数据比较分析可知（以日产量2000 t计算）：

①使用本文建立的高炉集成配比优化模型每吨可节约成本为10.12681元。应用配矿配比优化模型后的炼铁成本每天可节约20253.62元，其炼铁生产成本降低效果明显。

②矿石单耗可节约29.798 kg，炼铁矿石原料可节约59596 kg，节约了资源，降低了炼铁资源消耗。

③吨铁炉渣量减少了25.8993 kg，炼铁需处理炉渣量减少51798.6 kg，减少了高炉炼铁炉渣排放，降低了废弃物排放对环境造成的影响。

3 结论与展望

3.1 在满足生铁质量要求的前提下，基于成本最优的配比模型的应用，降低了炼铁生产成本，节约了矿石资源，减少了炼铁生产过程中废弃物的排放，取得较好的经济效益和环境效益。

3.2 当前世界铁矿石资源价格波动较大，该模型可以为钢铁企业选择矿石资源和节约成本，提供理论计算和依据，实现企业战略目标。

3.3 本文从经济角度研究了高炉炉料配比对高炉炼铁生产的影响，后面将就高炉炼铁主要辅料在加入的时间、空间、方式等属性不一样，对主料的资源转化率以及高炉生产资源消耗和环境排放的影响进行研究，以期在最优成本前提下实现高炉主辅料资源转化率提高。

参考文献：

[1]杜鹤桂.我国高炉炼铁生产现状及未来发展分析[J].鞍钢技术，2006，5：1-5.

[2]Kaoru NAKANO；Kohei SUNAHARA；Takanobu INADA . Advanced Supporting System for Burden Distribution Control at Blast Furnace Top [J]. ISIJ International ， 2010， （50）7.

[3]宋延琦，李京社，唐海燕.新兴铸管高炉炉料结构的优化与研究[J]. 烧结球团，2010，35（3）：14-16.

[4]梁中渝.炼铁学[M].北京：冶金出版社，2009.

[5]王炜，薛正良，陈畏林.高炉精料与炼铁成本的关系研究[J].中国冶金，2006，16（5）：41-43.

[6]余方超 ，王炜.高炉精料对炼铁成本的影响[J].安徽冶金科技职业学院学报，2008，18（4）：8-10.

高炉炼铁篇4

【关键词】低成本；高炉炼铁；科学管理；操作

【中图分类号】TF54【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0515-01

近年来，随着炼铁厂的发展，造成炼铁原燃料的资源比较紧缺，炼铁的成本也在大幅度的上升。随着社会市场需求的逐渐变化，面临这个激烈的市场竞争，钢铁企业要想在此占有一席之地，获取更好的经济效益，其必须要优化原料结构、合理循环地利用炼铁副产品、减少其生产成本、提高其生铁质量，真正实现经济利益的最大化。在本文中笔者主要从混合煤粉喷吹、低燃料比的指标控制、高炉灰的回收利用、合理炉料结构等四个方面对低成本高炉炼铁的科学管理和操作进行研究和分析，充分挖掘在节能降耗中高炉炼铁工序的潜能，最大程度地减少高炉炼铁生产所需的成本。

一、控制高炉低燃料比的指标

把某炼铁厂的2200m3高炉连续六个月的操作生产数据进行整理和分析，将炉矿失常、原料波动比较大等一些相关的异常数据扣除，从而得出燃烧比、入炉焦比、利用系数和高炉喷煤之间的关系（如图1所示），通过图一我们可以得出以下几个结论：第一，该高炉喷煤比160kg/tHM时，若提高喷煤比，焦比则呈现一种缓慢升高的趋势；第二，当喷煤比160kg/tHM时，随着喷煤比的提高，其燃料比会逐渐地升高，由此可见，当喷煤比保持在140kg/ tHM—160kg/tHM的时候，燃料比则会达到最低；第三，随着喷煤比的不断升高，其利用系数呈现一种先升高后下降的趋势，当喷煤比保持在150kg/tHM—160kg/tHM的时候，其利用系数是最高的。

此外，本文还对2200m3高炉连续六个月生产指标的数据进行了聚类分析，通过焦比、利用系数、燃料比以及喷煤比等各项指标数据划分成为不同的三种状况（如表一所示），整理分析第二类数据所对应的操作参数，制定最佳的操作目标适宜的操作参数的控制范围（如表2所示），通过后期的实践证明，利用表二所制定的参数控制，其高炉燃料比能够长期稳定在490kg/tHM左右，由此可见，该参数为低成本高炉炼铁生产提供了一个可量化操作的依据。

二、混合煤粉的喷吹

减少高炉炼铁生产成本的一个重要举措就是高炉喷煤，为了提高其喷煤量，可以采取富氧混合煤喷吹法，加强在风口回旋区内煤粉的燃烧率，以此提高其喷吹量，达到减少高炉炼铁成本的目的。

（一）进行混合煤粉喷吹工艺的相关依据

对各种煤粉的爆炸性、燃烧性以及可磨性等各种性能进行试验，根据其试验结果以及以前现场所使用的单一煤种的实际情况，选择烟煤和无烟煤的混合喷吹施工工艺，在实验室不同环境中进行混合煤粉喷吹燃烧性能的试验，其不同配合比条件下混合燃烧率的测定结果主要如图2所示。

通过图2我们可以发现，随着烟煤配比的加大，其混合煤的燃烧率也会显著地提高，当烟煤配比提升到67%的时候，相对于单一无烟煤，其混合煤粉的燃烧率提升了大约60%，特别是无烟煤A和烟煤搭配的时候，混合煤粉的燃烧率将会有更加显著的改善，鉴于这种情况，笔者认为在实施混合煤粉喷吹工艺的时候，2200m3高炉可以采用无烟煤A和烟煤的混合喷吹工艺。

要想进一步提高煤粉的喷吹量，其重要的一个措施就是富氧，如图三所示，对两种不同混合煤的不富氧和富氧进行比较，在3%富氧的情况下其燃烧率大约提升到了3%—4%，由此来进行推算，使用3%富氧加上混合煤粉喷吹可以使高炉喷吹的混合煤量提升到160kg/tHM，当喷煤量从以前的120kg/tHM提升到现在160kg/tHM时，能够降低焦比大约32kg/ tHM，在一定程度上能够显著减少高炉炼铁的成本。

三、优化低成本炉料的结构

随着社会经济的快速发展，高炉原燃料的化学成分、冶金性能以及种类等都发生了变化，为了达到优质、低耗、高产以及低成本等冶炼目的，必须要优化高炉炉料的结构。针对该炼铁厂高炉生产指标的实际情况，在符合入炉原料的冶金性能要求上，制定炉料结构优化的相关方案。

针对当前原燃料的采购价格，制定出符合高炉炼铁需求的最低成本炉料结构方案，为原料采购提供相应的依据，其中高炉原燃料的价格和化学成分主要如表1所示，生产1t生铁需要烧结矿、块矿1、块矿2、块矿3、球团1、球团2、球团3、煤粉以及焦炭等各种不同的原燃料用量。通过计算统计可以得知，最低燃料比时其差数的控制范围应该构建相应的约束条件，其主要有以下几点：第一，产量应该保持在1tHM；第二，炉渣的碱度为1.20±0.05；第三，焦炭负荷在4.7±0.3；第四，渣中的Al2O3质量分数为15.4%±0.5%，MgO质量分数为8.3%±0.5%。

四、高炉灰分类回收利用

要想实现低成本高炉炼铁生产，必须要进行除尘灰的科学管理和回收利用，其主要可以采用以下两种方式：第一，因重力除尘灰中含锌量比较少，可以直接返回烧结配料，而干法布袋除尘灰中的含锌量比较高，需要进行脱锌处理后才能返回烧结配料。第二，综合的回收利用，根据国家高炉炼铁生产的相关处理方法，可以选用浮选法来进行除尘灰中炭粉的回收，接着通过磁选或者重选方法来进一步地回收含铁物料，最后对剩余的尾矿进行提取ZnO的处理，将回收的含铁物料和炭粉再进行烧结原料的循环利用，从而实现低成本高炉炼铁的目标。

参考文献

[1] 郭宪臻，沈峰满，关志民等.低成本高炉炼铁科学化管理与操作[J].材料与冶金学报，2011，10（2）：88-92

高炉炼铁篇5

关键词 高炉；热平衡；节能

中图分类号TF5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）116-0066-02

高炉热平衡是保证高炉热效率，提高高炉热能利用能力以及增加高炉热工特性的重要途径。针对高炉炼铁工艺节能改造的过程中，通过高炉热平衡来分析炼铁工艺中存在的节能缺陷，最终提出针对性的节能措施，是炼铁工艺节能的一个重要方法。

1 某高炉节能改造前概况

根据盖斯定律，在忽略高炉内部的具体反应过程，而只考虑物料进入炉内的状态，并将之作为反应的起点，之后将产出状态作为反应终点，对高炉内部的热平衡状态进行分析计算。在整个反应过程中，热收入项目主要包括风口前碳素燃烧热量的释放、炼铁工艺的直接还原发热（C氧化成CO）、炼铁过程中的间接还原放热（CO 氧化成CO2，H2 氧化成H2O）、热风携带的热量、少量的成渣热以及炉料带入的热量等。而炉内的热释放主要包括脱硫，氧化物的分解，溶剂的分解，炉渣焓、铁水焓、炉顶煤气焓以及冷却水带走的其他热损失。

通过采用对应的热平衡检验方式，得到表1中所示的高炉热平衡计算结果。从表1 的具体数据分析可知，高炉的热收入项目中，碳素氧化热占到高炉热收入总量的77.8%，主要来自高炉的焦炭以及煤粉燃烧发热，因此可以将之作为高炉节能的主要方向。

2 节能改造措施

2.1 优化炉内煤气流速与分布

煤气内部传递给炉内的热量与煤气内部的流速以及气体内部的分布情况存在着直接关系。当煤气量越大时，炉内的煤气流速将增加，热交换量将增加，这时炉料的吸热能力也增强，但是炉内顶部温度的数值变化也增加，煤气带走的热量损失也增大。所以，煤气含量以及流速之间存在着一个最优值。通过使用高压以及超高压的操作方式，增加炉内边缘的矿焦比，将能够有效的提高高炉的热交换效率，同时降低煤气带走的热量，减少由此带来的热量损失。

对于高炉的炉墙处，当煤气量越少时，煤气的流速就越低，这时热交换量就越少，炉内的热负荷量将下降，所造成的热损失将减少。所以，可以在此处采用分装多环布料的方式来提高高炉的边沿矿焦比。不但能够减少煤气量，而且还能够降低煤气的流速，提高煤气与内部炉料的接触时间。

2.2 增加高炉内部炉料的表面积

通过增加高炉料的总表面积，使得气―固之间的接触面积增加，是提高热交换效率以及降低炉顶煤气温度的重要途径。高炉料的总表面积是所有投入炉内表面积的总和，其可以按照颗粒表面积的计算公式计算得到，通常影响高炉料表面积的主要是颗粒的直径。当高炉料总量一定时，若颗粒平均直径越小，则炉料的总表面积将增加，开口空隙度越大，表面积也越大。

当入炉料总量增加时，高炉料的颗粒就越多，炉料的总表面积就越大。但是原料的粒度要远远小于燃料的粒度，所以在同样的炉容条件下，通过控制料线来提高入炉料量是一个有效的措施，增加高炉工作容积、入炉原料量也能够提高高炉的矿焦比。

2.3 提高热传导性能

当采用的炉料导热能力越好时，炉内煤气的传热性能将得到明显改善，炉内的热交换量也得到提高，煤气带走的热量也就越小，造成的热损失也减小。所以，提高品位、矿石的还原性以及增加预还原料的用量等方式都能够有效的改善炉料的导热能力，达到增加炉内热交换量、降低炉顶温度的目的。

同时，当炉墙的导热系数越低时，高炉与外界的热交换量就越少，热损失就也不少。所以，应该确保炉墙渣皮以及高炉墙热面的稳定性与隔热性能。

2.4 使用富氧喷煤技术

通常通过采用富氧喷煤技术，将富氧率提高1%，同时将喷煤量增加至12kg/t～13kg/t， （喷烟煤时增加喷煤量17kg/t～23kg/t），将能够显著的降低焦比。

当高炉生产采用干熄焦时，能够将入炉焦炭含水量降低，将焦比降低2%，这样不但能够提高冶炼的热效率，而且还能够给炼钢厂带来显著的经济效益。

针对当前所普遍采用的富氧喷吹煤粉技术中存在的主要问题――高炉利用喷煤方法达到的焦比极小值难以实现，可以采用喷吹煤气或者焦炉煤气的方式来减少热收入项目中碳素燃烧的放热量，从而达到增加喷吹煤气释放热量，降低焦比的目的。

2.5 充分回收炉渣焓

近些年来，各大钢企都加强炉渣热能回收的方式来提高整个炼铁工艺的热回收效率，实现企业的生产节能，当前所采用的主要途径是：

1） 将回收炉渣中的显热直接生产蒸汽，并将获得的蒸汽发电、供暖；

2） 利用冲渣水直接供应小区采暖系统，同时将渣池中的热水经过沉淀、过滤、加压等一系列处理后同样能够用于供暖，并将回流在渣池中的水进行循环使用。通过这种方式不但能够节省大量的能源，而且还省去了大量的人力、物力；

3）对高炉渣进行干式粒化处理：当前国内外对该种处理方式已经进入到了初步的实际生产应用当中，主要可以分为普通式与流化床式两种方式。

3 改造后的效果

3.1 高炉热稳定性指标优化明显

通过上述系列的改造措施之后，在对高炉内部的热平衡指标进行检验，得到的检测指标如表2所示。

从表3可知，在操作过程中通过适当增加预还原炉料的用量，焦比的幅度有所降低，但是矿石中铁的含氧量在降低至60%之后，焦幅度维持在247.65kg/t的水平。

3.3 风温得到提高

通过降低入炉料当中铁的含氧量将使得高炉的焦比幅度将显著下降，节能效果明显。在实际的操作过程时，在rist图中，通过将操作点P值进行改变，将使得风温水平得到提高，且P点将沿着热平衡线（UV线）向左移动。若热风在900℃～1400℃之间时，这时高炉内的平均比热在1.4245℃.kj/（m3.℃），利用风湿温度变化方程，可以得到这时每提高100℃的干风温度，则焦比将下降16.7kg/t。

参考文献

[1]任海霞.从高炉热平衡分析看炼铁工艺节能方向[J].中国机械，2014（2）.

高炉炼铁篇6

关键词：高炉设计 耐火材料 机理

一、炉衬破坏机理

高炉炉衬的寿命决定高炉一代寿命的长短。高炉内不同部位发生不同的物理化学反应，所以需要具体分析各部位炉衬的破坏机理。

1、 炉底

根据高炉停炉大修前炉底破损状况和生产中炉底温度等检测接过知道炉底破损分为两个阶段，初期是铁水渗入将砖漂浮而形成锅底形深坑，第二阶段是熔结层形成后的化学侵蚀。铁水渗入的条件：一是炉底砌砖承受着液体渣铁、煤气压力、料柱重量的10%～20%；二是砌砖存在砖缝和裂缝。

熔结层中砖与砖已烧结成一个整体，能抵抗铁水的渗入，并且坑底面的铁水温度也较低，砖缝已不再是铁水渗入的薄弱环节了，这时炉衬损坏的主要原因转化为铁水中的碳将砖中的二氧化硅还原成硅，并被铁水所吸收的化学侵蚀。反应方程式如下：

SiO2+2[C]+[Fe]=[FeSi]+2CO

从上述炉底破损机理看出，影响炉底寿命因素：首先是它承受的高压，其次是高温，再次是铁水和渣水在出铁时的流动对炉底的冲刷，炉底的砖衬在加热过程中产生温度应力引起转层开裂，此外在高温下渣铁也对砖衬有化学侵蚀作用，特别是渣液的侵蚀更为严重。

2、炉缸

炉缸下部是盛渣铁液的地方，而且周期地进行聚集和排出，所以渣铁的流动、炉内渣铁液面的升降，大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷是主要破坏因素。高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性，故在高温下化学性渣化，对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素。整个高炉的最高温度区域是炉缸上部的风口带，此处炉衬内表面温度高达1300oC～1900oC，所以砖衬的耐高温性能和相应的冷却措施都是非常重要的。

3、 炉腹

此处距风口带近，故高温热应力作用很大。由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时的冲击力的影响。另外还承受初渣的化学侵蚀。由于初渣中的FeO、MnO以及自由CaO含量较高，初渣中FeO、MnO、 CaO与砖衬中的SiO2反应，生成低熔点化合物，是砖衬表面软熔，在液态渣铁和煤气流的冲刷下而脱落。在实际生产中，往往开炉不久这部分炉衬便被完全侵蚀掉，增加炉衬厚度也无济于事，而是靠冷却壁上的渣皮维持生产。

4 、 炉身

炉身中下部温度较高，故热应力的影响较大，同时也受到初渣的化学侵蚀以及碱金属和锌的化学侵蚀。另外，碳素沉积也是该部位炉衬损坏的一个原因。在炉身上部炉料比较坚硬，具有棱角，下降炉料的磨损和夹带着的大量炉尘的高速煤气流的冲刷是这部位炉衬损坏的主要原因。

5、 炉喉

炉喉受到炉料落下时的撞击作用，故都用金属保护板加以保护，又称炉喉钢砖，即使如此，它仍会在高温下失去强度和由于温度分布不均匀而产生热变形，炉内的煤气流频繁变化时损坏更为严重。

对于大中型高炉来说，炉身部位是整个高炉的薄弱环节，这里的工作条件虽然比下部好，但由于没有渣皮的保护，寿命反而较短。对于中小型高炉，炉缸是薄弱环节，常因炉缸冷却不良、堵铁口泥泡能力小而发生炉缸烧穿事故。

最终决定炉衬寿命的因素有：

1）炉衬质量，是决定炉衬寿命的关键因素，如耐火砖的化学成分、物理性质、外形公差等。

2）砌筑质量，砌缝大小及是否均匀，膨胀缝是否合理，填料是否填实等。

3）操作因素，如开炉时的烘炉质量，正常操作时各项操作制度是否稳定、合理。

4）炉型结构尺寸是否合理，如炉身角炉腹角。

另一方面高炉内也存在着保护炉衬的因素，如合理的冷却设备、渣皮的形成、炉壳的存在，都有助于炉衬的保护，减弱了高温热应力的破坏[6]。

二、 高炉用耐火材料

1、 高炉对耐火材料的要求

根据高炉炉衬的工作条件和破坏机理，砌筑材料的质量对炉衬寿命有重要影响，故对高炉用耐火材料提出以下要求：

1）耐火度要高。耐火度是指耐火材料开始软化的温度。它表示了耐火材料承受高温的能力。

2）荷重软化点要高。将直径36mm高50mm的试样在0.2MPa荷载下升温，当温度达到某一定值时，试样高度突然降低。这个温度就是荷重软化点。荷重软化点能够更确切的评价耐火材料的性能。

3）Fe2O3的含量要低。

4）重烧收缩要小。重烧收缩也称残余收缩，是表示耐火材料升至高温后产生裂纹可能性大小的一种尺度。

5）气孔率要低。气孔率是耐火材料的重要指标之一，在高炉冶炼条件下，如果砖衬材料的气孔率大，则为石墨和锌沉积创造了条件，从而引起炉衬破坏。

2、 高炉常用耐火材料

高炉常用耐火材料主要有陶瓷材料和碳质材料材料两大类。陶瓷质材料包括黏土砖、高铝砖、钢玉砖和不定形耐火材料等；碳质材料包括碳砖、石墨碳砖、石墨碳化硅砖、氮结合碳化硅砖等。

1）黏土砖和高铝砖。

粘土砖是高炉上应用最广泛的耐火砖，它有良好的物理机械性能，化学成分与炉渣相近，不易和渣起化学反应，有较好的机械性能，成本较低。

高铝砖是Al2O3含量大于48%的耐火制品，它比黏土砖有更高的耐火度和荷重软化点，由于Al2O3为中性，故抗渣性较好，但是加工困难，成本较高。

粘土砖和高铝砖的外形质量也非常重要，特别是精细砌筑部位更为严格，有时还需要再磨制加工才能合乎质量要求，所以在贮运过程中要注意保护边缘棱角，否则会降低级别甚至报废。

2）碳质耐火材料

近代高炉逐渐大型化，冶炼强度也有多提高，炉衬热负荷加重，碳质耐火材料具有独特的性能，因此逐渐应用到高炉上来，尤其是炉缸炉底部位几乎普遍采用碳质材料，其它部位炉衬的使用量也日趋增加。碳质耐火材料的特性如下：①耐火度高，碳是不熔化物质在3500oC升华，在高炉冶炼温度下碳质耐火材料不熔化也不软化；②碳质耐火材料具有良好的抗渣性，对酸和碱性炉渣都具有很好的抗蚀能力；③具有高导热性，抵抗热震性好，可以很好的发挥冷却器的作用，有利于延长炉衬寿命；④膨胀系数小，热稳定性好；⑤致命弱点是易氧化，对氧化性气氛抵抗能力差。

3）不定形耐火材料

不定形耐火材料主要要有捣打料、喷涂料、浇注料、泥浆和填料等。按成分可分碳质不定行耐火材料和黏土质不定形耐火材料。耐火泥浆的作用是填充砖缝，将砖黏结成整体。耐火泥浆由散状耐火材料调制而成，它应该有良好的筑炉性能，及良好的流动性、可塑性及保水性，还要有良好的高温性能保证在高温下性能稳定及气孔率低。

不定形耐火材料与成形耐火材料相比，具有成形工艺简单、能耗低、整体性好、抗热震性强、耐剥落等优点；还可以减小炉衬厚度，改善导热性等[6]。

三、结束语

高炉炉衬是按照设计的炉形用耐火材料砌筑而成的。耐火材料直接承受高温作用以及化学侵蚀、炉料和煤气运动的磨损等多种因素的破坏作用，故炉衬结构和耐火材料的材质直接影响到炉衬寿命。耐火材料的选用应与高炉内型部位相配合，与原料条件相适应，与冷却设备配合合理。

参考文献：

［1］李传薪．钢铁厂设计原理．北京：冶金工业出版社，1997

高炉炼铁篇7

关键词：高炉炼铁仿真软件 生产设备 操作 成绩考核

受西宁特殊钢集团有限公司炼铁分厂委托，笔者学校对该企业在岗职工开展了高炉炼铁能力提升培训。本次培训课程内容由配料计算、槽下炉顶、热风炉（燃烧转送风、送风转燃烧）、炉前操作4个模块组成，采用炼铁模拟仿真软件教学，可对高炉炼铁的生产过程进行多次模拟演练，成绩考核通过报表中的数据反映更具体，同时能够及时准确地发现操作不当的位置，与现场实际相结合，边学边练，取得了较好的培训效果。

一、高炉炼铁仿真软件构成

仿真软件由虚拟服务器、控制界面、虚拟界面三部分组成，每人同时操作两台电脑（左虚拟右控制）。虚拟服务器用于选择训练和考核的项目，选定项目开始考核后，系统开始计时，并在结束考核后对超时部分进行扣分处理；控制界面用于完成各模块的实际操作部分，与企业主控室操作画面相似，结束任务提交的同时系统会对此次操作做评分处理，对各环节操作错误项做说明，具体操作步骤可同时查看考核报表。在学员练习的同时，教师可根据报表对相关错误操作予以纠正，并对错误原因进行及时的分析，可避免类似情况再次发生。虚拟界面与企业现场相一致，通过控制界面的操作虚拟界面也相应发生变化，在炉前操作模块中表现更为明显，使得培训过程更为直观、真实。

二、高炉炼铁仿真软件的应用

1.配料计算模块

该模块主要考核学员根据计划中的题目进行配料，系统自带一套题目，在培训中根据企业实际，并与企业技术人员商议后，新增加了一套题目，使原料、入炉品位、矿批质量、焦比、焦丁、煤比、理论出铁量等参数与企业相一致，采用定矿批、焦比计算焦批、负荷的计算方式进行成分的配比计算，以达到目标碱度范围及渣中镁铝比。

2.槽下炉顶模块

该模块主要考核学员上料、下料的操作及各设备的启停操作顺序。其虚拟界面包括皮带虚拟和炉顶虚拟，在上料操作时虚拟界面的皮带会启动，同时会有焦炭或矿石的画面显示；下料操作时虚拟界面中的上料阀、上密封阀会相应启动，布料溜槽也会相应旋转。控制界面由槽下总貌及炉顶总貌组成。槽下总貌操作画面由6条皮带（主皮带、供矿皮带、返矿皮带、焦丁皮带、供焦皮带、碎焦皮带）、4个焦槽、12个矿槽（3杂、2球团、1返矿、6烧结矿）以及每个槽下的给料机、振动筛组成；炉顶总貌操作界面主要由上料罐、上料阀、上密封阀、下料罐、下料阀、下密封阀、旋转布料器、料尺、均压阀及放散阀构成。该模块有效容积为1750m3，采用串罐无钟炉顶，系统自带一套参数。培训时按企业实际增加一组数据，使得焦批、矿批加料、探尺设定、倾角设定、布料圈数与企业相一致，学员面对熟悉的场景，应用起来更加得心应手。

3.热风炉模块

该模块主要考核学员通过对各阀门的操作来完成燃烧转送风的操作以及送风转燃烧的操作。控制界面中各管道的线路、颜色、标志也与现场相一致，尤其对于新上岗的职工更容易理解，不会造成混淆。在生产实际中，如果阀门的启停顺序有误或者充压阀调节不到位、等待时间不充分，都会造成人员伤亡等重大事故。而通过仿真软件的模拟练习，学员可以进行多次尝试，如果各阀门操作顺序有误，系统会给出“非法操作”的提示并相应扣分，学员通过多次练习后再回到工作岗位。

4.炉前操作模块

该模块主要考核学员出铁水口各设备的使用方法及操作顺序，控制界面的炉前界面主要由摆动流嘴、开口机、揭盖机、泥炮组成，操作过程与现场实际相一致，并可通过HMI按钮由鼠标操作改为现场操作画面，再现了实际的工作模式。在练习中可以规避学员的许多不规范操作，例如除尘设备揭盖机的使用，如果揭盖机不在规定的时间段放置于出铁口，那么后续的堵铁口操作就不能顺利进行，而在现场实际中可能对除尘设备使用不到位。

三、小结

此次采用仿真软件培训，与传统的讲授式授课方式相比，更形象、具体、真实，尤其适合于新职工的岗前培训。在工作岗位上，学员只是进行某一工种的重复操作，仿真软件可以进行系统全面地学习，对学员的能力提升起到一定的帮助作用。

高炉炼铁篇8

关键词：高炉；鼓风机；拨风

中钢炼铁1#、4#、5#高炉自2008年投产以来，由于各种原因相继发生鼓风机事故跳闸，造成高炉事故断风，致使高炉风口灌渣事故发生.高炉风口灌渣事故不仅造成更换风口的直接经济损失，如风口设备费和人工费；间接经济损失更惨重，如停产及恢复炉况造成的经济损失。本文详细介绍了中天钢铁1#、4#、5#高炉的自动拨风系统，论述了该系统的设计思想、系统组成、系统运行情况、PLC系统的硬件与软件构成。

1.鼓风机系统配置说明

1#、4#550m3高炉配置鼓风机型号为AV45-12，进口冷风流量2200 m3/min，出口冷风压力0.39MPa，常用冷风压力为0.28--0.29MPa。5#850m3高炉配置鼓风机型号为AV56-13，进口冷风流量3150 m3/min，出口冷风压力0.45MPa，常用冷风压力为0.33--0.34MPa。送风管道通径都为1200mm。

1#高炉鼓风机位于1#高炉鼓风机房，4#、5#高炉鼓风机同在4#高炉鼓风机房，两地相距约200米，中间有一根离心备用鼓风机送风管道相连。（如下图1）

2.拨风系统设计方案

在1#、5#高炉之间增加自动拨风系统一套（因1#高炉与5#高炉工作压力相差较大，1#高炉向5#高炉拨风时，无法满足两个高炉的最低工作压力，因此只能5#高炉向1#高炉拨风），当1#高炉鼓风机故障跳机时，5#高炉鼓风机通过拨风管道自动往1#高炉冷风系统拨风，使1#高炉不至于风口灌渣，并在一段时间内维持较低的生产压力。拨风管道可利用1#高炉离心备用风机冷风管道。

在4#、5#高炉之间增加自动拨风系统一套，当4#或5#高炉其中一台鼓风机故障跳机时，4#、5#高炉鼓风机通过拨风管道自动往对方高炉冷风系统拨风，使故障高炉不至于风口灌渣，并在一段时间

内维持较低的生产压力。（如下图2）

3.控制工艺要求

3.1工作原理

当自动拨风系统投入时，气动快切阀处于关闭状态，电动蝶阀处于打开状态。一旦某一座高炉鼓风机发生故障跳机时，气动快切阀迅速打开（时间为2-3秒），正常高炉鼓风机通过拨风管道向事故高炉送风。拨风结束后，高炉可以选择继续生产，或者通过逐步关闭电动蝶阀、关闭气动快切阀以完成正常休风操作。（如下图3）

3.2控制要求

3.2.1程序控制

由于1#5#和4#5#拨风系统存在局限性，拨风系统的投入与动作需要有一定逻辑连锁。（如下图4）

图4

（1）拨风系统投入条件：PLC运行正常；控制电源运行正常；快切阀关到位；电动阀都开到位；控制画面在投入位

（2）拨风系统动作条件：拨风系统投入正常；拨风风机出口压力最低满足（1#炉160Kp、4#炉180Kp、5#炉180Kp）；被拨风风机条件满足（风机安全运行、风机跳机，两个条件任意一个满足）；逆止阀关到位

3.2.2画面控制

（1）具备投入和试验功能（系统投入后，所以设备在画面上无法控制）；（2）电动阀开关为点动方式控制；（3）显示所以阀门的运行状态；（4）显示出口压力、出口压差的动态数据.

4.拨风系统设备

4.1机械设备

拨风系统主要由工艺管道、两个电动阀、气动快切阀、以及压力测量仪表（此系统利用现有的风机系统出口压力）。组成其中，考虑到拨风时要尽量减少对正常高炉生产的影响，且需要保证一定的拨风流量，原冷风管道为直径Φ1200mm，因此拨风管道直径采取Φ600mm。调节阀为NQ系列电动蝶阀，阀门控制采用电动执行器，型号为QC500-0.5，电源三相四线交流380V，阀门通径Φ600mm，公称压力0.6Mpa，最高工作温度150℃。气动快切阀为710C系列气缸式快速切断阀，电磁阀电源交流220V，开启角度0-90度，阀门通径Φ600mm，公称压力1.6Mpa，动作时间≤3S，最高工作温度150℃，工作气源为压缩空气。

4.2自动化设备

拨风自动化系统是一个独立的系统，配有独立的配电柜，为阀门提供电源和控制系统。自动化系统采用目前较为先进的施耐德QUANTUM系列PLC模块，CPU型号为140CPU651 60，程序扫描速度快（毫秒级），性能稳定可靠，大大提高了系统的准确性。编程软件为UnityProXL3.1，画面组态采用INTOUCH9.5组态软件，界面友好，画面美观。（如下图5及自动化主要设备清单）

图5

表1

5.拨风系统施工与调试

由于各高炉基本上不会同时进行休风停产检修，在拨风系统设备安装、调试过程中，为了使施工不影响高炉的正常生产，必须遵守科学的安装步骤。

5.1设备安装

利用各高炉正常休风的时机，逐个将电动阀门安装于送风管道上，再装上接上临时电源，对设备进行必要的冷态调试。（主要检查阀门密闭情况）。剩余的管道和快切阀经过冷态调试后（安装前），可以在任意时间安排安装（不必待高炉休风时间了）。

所有管道和阀门安装好以后，必须对管道分段逐个打压（打压压力0.6MPa）

5.2电气及自动化调试

利用各高炉正常休风的时机，逐个将拨风所需要的信号（各高炉风机信号）通过硬结点的方式，接入拨风的PLC系统。

经过冷态调试后，对阀门的密闭和关位开位情况基本可以确定。经过PLC程序打点，画面运行调试后，就具备对阀进行系统逐个调试的条件。

经过以上的调试准备工作以后，就可以对整套系统进行带压联动调试，测试系统在正常投入环境下，设备反映时间及拨风效果。（测试环境：5#风机向4#风机拨风；4#炉炉顶压力降至60Kpa；5#炉炉顶压力降至180Kpa；人为停机满足拨风条件）。拨风效果图如下6、图7：

图6 5#炉拨风曲线图

图7 4#炉被拨风曲线图

6.系统运行情况

中钢炼铁1#、4#、5#高炉鼓风机自动拨风系统，经过为期二个月的安装调试，于2009年8月28日正式投入运行。自投运以来，经历了5#炉因变电所线路故障，而引起的跳风机断风，该拨风系统实现了4#炉对5#炉的拨风，避免了高炉风口灌渣事故的发生，为公司挽回了经济损失。

高炉炼铁篇9

关键词：炼铁工艺；优缺点；发展

中图分类号：TF5文献标识码： A

一、钢铁企业炼铁工艺发展现状及问题

近几年随着我国市场经济的快速发展和科学技术的不断进步，钢铁企业高炉炼铁工艺不断优化，具有热效率高、技术完善、设备使用寿命长等优点，同时我国炼铁技术取得了一定的成就，比如提高转炉炉龄，提高转炉作业率，强化供氧技术等等；特别是“十二五”规划以来，我国钢铁企业重视炼铁工艺优化，重点进行节能减排技术的开发，比如滚筒法连续处理工艺等，大力引进先进设备，生铁产量逐年提高，说明我国节能减排工作取得了一定的进展。但是，目前我国钢铁企业炼铁工艺中还是存在一定的问题：

一是我国炼铁工艺的能耗、废弃物回收利用和环境治理等与国家炼铁水平还是有很大的差距。

二是炼铁工艺管理不够规范，比如说辅料、铁合金等的分类管理。

三是当下炼铁中的二氧化碳的排放量高于国际水平，产品质量没达到国际水平。

四是炼铁工艺设计缺乏创新，一定程度上影响了炼铁工艺的使用。

二、高炉炼铁工艺

在当前，主要的钢铁生产都是以高炉流程生产的.高炉流程是现代钢铁生产流程的龙头。因此，就对高炉炼铁工艺的优缺点进行分析：

高炉反应器的优点是热效率高、技术完善，设备已大型化、长寿化，单座高炉年产铁最高可达400万吨左右，一代炉役的产铁量可达5000万吨以上，可以说，没有现代化的大型高炉就没有现代化的钢铁工业大生产。在今后相当长时期内，高炉流程在我国将继续是主要产铁设备，继续占统治地位.我国已完全掌握现代先进高炉技术，单位建设投资和生产成本相对较低.

但目前人们对高炉工艺流程有种种不满:

一是高炉必须要用较多焦炭，而炼焦煤越来越少，焦炭越来越贵；

二是环境污染严重，特别是焦炉的水污染物粉尘排放、烧结的SO:粉尘排放；三是传统炼铁流程长，投资大；

四是从铁、烧、焦全系统看重复加热、降温，增碳、脱碳，资源、能源循环使用率低，热能利用不合理。在炼铁工序的结构优化中重点应抓好高炉流程的优化，高炉流程优化的主要目标是降低能耗，节省资源、改善环保.

近年来炼铁工艺技术取得了重大技术进步，它主要体现在以下几个方面:

①高炉长寿技术，最近十年，炼铁工作者为延长高炉寿命，从注重高炉整体寿命优化设计、精心施工、操作和维护等方面开发了许多新技术和新工艺，取得了显著的效果，先进高炉一代炉役(无中修)寿命可达18年以上。

高炉长寿技术主要体现在全炉体装冷却器(壁)从炉底炉至炉喉全部采用冷却器，无冷却盲区；在风口以上，炉腹、炉腰和炉身下部，软熔带根部上下移动区域使用自我造衬、自我保护无过热的铜冷却壁，在此区域淡化耐材炉衬的作用，依靠在表面形成稳定的可再生的渣皮来保护铜冷却壁；高效冷却设备和优质耐材炉衬的有效匹配，如在高炉炉缸侧壁区域使用热压小块碳砖、优质微孔碳砖配合铸铁冷却壁结构。

②高炉炉型设计理论的新发展:增加炉缸死铁层设计深度(达到炉缸直径的20-30%),减少炉缸内铁水环流对炉缸侧壁的侵蚀。逐步减小高利用系数(炉役平均有效容积利用系数大于2.0)、高煤比(炉役平均喷煤量达150kg/t以上)高炉炉腹角。对富氧大量喷煤强化冶炼的高炉，高炉炉型设计中将炉腹冷却壁放置到风口前中心点向上4X4ft及5X12ft炉腹上两点的连线以外，即可避免冷却壁因高煤比富氧喷吹、高利用强化系数冶炼而过早损坏。

③高炉以煤代焦、降低入炉焦比达到新水平。

④对高炉强化冶炼炉内煤气通过能力限度有了明确的认识。

⑤提高炉顶压力是降低燃料比、焦比及增产的重要手段。

三、炼铁工艺优化的有效措施

1、钢铁企业要加强研究炼铁生产过程中的技术经济问题，特别注重经济效益的研究，应用全面系统的优化方法分析钢铁企业的炼铁工艺，杜绝主观片面的优化判断，加强优化过程中的调查研究，掌握钢铁市场的最新信息，并做出准确科学的优化判断。

2、钢铁企业要坚持精料方针政策，不断提高高炉炼铁原料的质量。根据炼铁工艺中用料杂的特点，关于烧结用矿粉问题上，对于供用量较大的矿点以单烧品位堆料原则供用，对于供用量较小并且矿粉品位相对低的矿点，要专门设立精矿杂配，进行矿粉的二次混配，这样大大提高了烧结矿的碱度以及品位稳定性；在炼铁工序中焦炭供用上，根据焦炭上料系统特点以及焦炭供应量及质量的情况，推行“堆新用旧、供户至炉”的原则，从而保证各高炉焦炭供用的稳定性；炼铁过程中用的酸性料，应用电子称配料实现精确混配的目标，保证了配料粒度组成。对炼铁焦炭入炉上，实行切分后分级入炉工艺，并对二区的烧结矿系统进行优化，实行烧结矿分级入炉，在强度上下功夫，同时要在净料入炉上下功夫。建成球团矿、块矿筛分系统，同时增加烧结矿的冷返矿筛工序，从而入炉粉末率大大下降。

3、提高炼铁工艺基础管理水平。建立、完善炼铁过程中五大体系的管理标准，五大体系包括：标准体系、指标体系、参数体系、成本体系、信息体系。确保随时监控炼铁系统的原料投入、控制参数、指标变化、生产成本以及事件发生，能够及时扼制系统波动。

4、加强焦炭炼焦工艺技术的优化。为降低炼焦的成本，缓解主焦煤短缺的现状，我国焦化界要重视优化配煤的推广。我国钢铁企业炼铁要推广干熄焦炭和捣固焦炭的使用，小的高炉不可片面追求炼铁中焦炭的热性能，而要通过科学有效的方法来降低焦炭用量，如提高喷煤比和降低燃料比的方法就相当有效。

四、现有高炉炼铁流程工艺改进的方向

(一)炼焦工艺的努力方向

拓宽炼焦煤资源,炼焦生产工艺和技术上多元化。如利用捣固炼焦大幅度提高装炉煤的堆密度,从而提高弱粘煤和非炼焦煤炼焦的比例降低焦炭成本、风选破碎配煤工艺、煤调湿等。为了以煤代焦、降低入炉焦比,应强化不提高主焦煤比例条件下进一步提高焦炭的热强度的技术手段研究,进一步降低炼焦工序能耗、控制炼焦污染,建设国内一流清洁生产焦炉。

(二)烧结工艺的努力方向

烧结机是高炉利用铁粉矿低成本炼铁的核心手段,进一步提高烧结利用系数增加烧结矿产能,通过技术创新最大限度地回收烧结环冷机的烟气余热能；通过热烟气循环新技术降低燃料比和烧结烟气及粉尘的排放量；针对烧结生产过程中多种污染排放的严重环境污染问题,通过开发高效、低成本的适合中国特点的持久性有机污染物二恶英、SO2减排的技术措施,通过调整烧结原料有选择地严格限制使用含氯、含油原料等技术措施,采用烟气脱硫等新技术大幅度减少烧结机SO2、二恶英污染物排放量,争取改变烧结机是钢铁厂二恶英、SO2和烟粉尘污染主要源头的丑陋形象,建成世界最清洁生产的烧结厂,提高烧结工艺的生存力。同时要持续研发低成本配矿技术、低SiO2的烧结技术、开发烧结人工智能控制系统。目前烧结机SO2、烟粉尘排放占钢铁企业排放总量的50%~80%。

结语

钢铁企业炼铁工艺优化过程中要重视高炉炼铁工序的优化，使高炉炼铁面向低能化，并要节省炼铁资源、改善炼铁环境。其次，国家要大力提高煤炭界的洗煤技术，将焦煤灰份降到最低，此措施即能减少煤炭的运输量，还能降低运输费用，最重要的是使我国炼铁工艺达到节能减排的目的。最后，要鼓励创新研究，开展非高炉炼铁技术，发展有中国特色的炼铁工艺，促进我国钢铁企业炼铁技术的进步，创造领先世界的新炼铁流程。

参考文献

[1]杨海舟.高炉炼铁工艺中气体流程的建模研究[D].浙江大学,2010.

[2]邓虹峰.炼铁工艺创新对钢铁工业发展的影响[J].冶金经济与管理,2008,01:35-38.

高炉炼铁篇10

主题词：冶金，天然气，焦炭，替代能源，经济效益，分析

一、钢铁企业用能特点

我国能源消费结构中钢铁占18.2%。钢铁工业是耗能大户，每吨钢综合能耗为0.7～0.9t标准煤；联合企业每吨钢消耗电能400～600kw.h。

钢铁生产所用的能源主要有炼焦煤、动力煤、燃料油和天然气等；而钢铁生产工艺主要使用的是焦炭、电力、气体燃料和蒸汽等。在各种燃料中，气体燃料的燃烧最容易控制，热效率也最高，是钢铁厂内倍受欢迎的燃料。钢铁生产的燃料消费成本占总成本的41%，投入的一次能源约有40%转变成为工艺副产煤气，其中焦炉煤气为46%；高炉煤气为45%；转炉煤气为9%。钢铁企业的生产车间基本上都使用各种热值不同的气体燃料，气体燃料在钢铁生产的热能平衡中占有重要地位。天然气中含有大量烃类气体，热值高，经转化后可得到以h2和co为主的还原性气体，供铁矿石还原培烧、高炉喷吹和铁矿石的直接还原等，是气体燃料中最受欢迎的一种。

通常钢铁企业的炼铁系由焦化、烧结、高炉工序组成，&127;所消耗的能源占钢铁生产总能耗的30%以上。特别是要用焦炭。我国的煤炭资源虽然丰富，但是用于冶金的焦煤资源不足，保有储量中焦煤仅占5.9%，而且地理分布不均。焦煤数量不足，质量下降是限制我国钢铁生产发展的薄弱环节。80年代以来重点企业冶金焦炭质量不断下降，近十年中，灰分由13.58%上升到14.58%(比国外高3%～4%)，含硫量由0.66%上升到0.72%。焦炭的质量成了影响我国钢铁生产的重要因素之一。

近年来，国内冶金企业对焦炭的需求使弱粘结性和高挥发份的气、肥等配焦煤在炼焦配比中不断增加，导致焦炭碎焦增多，强度质量下降。炼焦煤中，焦煤干燥无灰基挥发分vdaf＞20.0～28.0%，煤气产率vt=270～310m3/t；肥煤vdaf＞28.0～37.0%，vt=310～410m3/t；气煤vdaf＞37.0%，vt=410～1000m3/t。由此，也使先进的燃气－蒸汽联合循环发电方式在冶金企业得到了较好的应用。这些都为天然气以低成本优势进入冶金市场提供了良好的机遇。

二、天然气与炼铁高炉喷吹技术[3～5]

高炉炼铁是目前钢铁冶炼获得生铁的主要手段。近年来，为缓解优质炼焦煤的不足，发展了综合喷吹技术。高炉可以喷吹气体、液体、固体等各种燃料。气体燃料有天然气、焦炉煤气等。天然气的主要成分是ch4（90%以上），焦炉煤气的主要成分是h2(55%以上)，液体燃料有重油、柴油、焦油等；它们含碳量高，灰分少，发热值高。固体燃料有无烟煤和烟煤，其成分与焦炭基本相同；缺点是灰分高，硫含量高。1981年前，我国重点钢铁企业高炉炼铁大多数喷吹重油，此后政策性改油为煤，目前全部为喷吹煤粉。

为提高炼铁高炉燃料利用率和热效率，降低后续炼钢炉外脱硫等工序成本，目前又发展了炉身喷吹高温还原气体工艺。该工艺是将碳氢化合物燃料先在炉外分解，制成高温（1000℃左右）、还原性强的气体，再从炉腰或炉身下部间接还原激烈反应区喷入高炉，减少高温区的热支出，可以大幅度地降低高炉燃料消耗。国外炼铁高炉喷吹由天然气(150m3/t铁)高温转换的还原气体，使焦比（每炼一吨生铁所需的焦炭量。k=每日燃烧焦炭量/日产生铁，kg/t)降到了300kg/t铁以下，高炉利用系数（每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数。ηv=日产量/有效容积，t/m3.d)提到2.4以上(我国平均600kg/t铁，高炉利用系数1.7)。

前苏联地区因天然气资源丰富，高炉冶炼一般都是喷吹天然气。80年代以来，由于世界天然气的大量开采、有效输送，以及价格相对平稳，使美国、英国、法国等国家的也有相当部分高炉炼铁选用了喷吹天然气工艺。日本钢铁企业高炉炼铁喷吹燃料主要为优质重油，兼有天然气。

现有的各种固体燃料因含有灰分等杂质，气化方法都不能提供合格的冶金还原煤气。以重油为主的液体燃料对部分氧化法在理论上是可行的，但存在较多问题，尚需进一步试验发展。冶金还原煤气的主要气体燃料是天然气、其他还有石油气及焦炉煤气，其转化反应的目的是把ch4变成可利用的co和h2。焦炉煤气的转化尚无定型方法。我国因存在天然气供给问题，使炼铁高炉喷吹高温还原气没有得到很好地发展。无疑，天然气在高炉炼铁中有相当大的市场空间。

三、天然气与钢铁冶炼直接还原技术[5～6]

全世界炼焦煤仅占煤总储量的10%，随着逐年大量开采，储量锐减，价格上涨。据联合国环保组织调查，传统的钢铁工业是严重的污染源，所排放的有害气体（co2、co、nox、so2）造成使全球变暖，海洋扩大的“温室效应”。90年代以来，国内外逾来逾严格的环境污染排放标准，促使企业选择新的生产流程。

世界各国冶金工作者致力于开发用天然气作还原剂，发展了不用焦炭的非高炉直接还原炼铁法（以下简称直接还原法）。将铁矿石在固态还原成海绵铁，也称为直接还原铁dri。

直接还原是在固态温度下进行的，得到的直接还原铁未能充分渗碳而含碳量较低（＜2%），因此海绵铁具有钢的性质，而且实际上也多作为废钢代用品使用。直接还原法具有直接把铁矿石炼成钢的一步法特征。由于直接还原渣铁不能分离，实际生产中直接还原铁仍需要用电炉精炼成钢，但电炉精炼的作用主要是熔化脱出杂质和调整钢的成分，而不是氧化脱碳。由于是直接还原和电炉精炼生产钢，就产生了新的钢铁冶金生产短工艺流程。直接还原对于15×104～30×104t/a特钢厂具有无限的生命力。

直接还原工业化试验起始于20世纪50年代，到60年代后随着天然气的大量开采，1968年美国midrex法成功，直接还原才得到迅速发展。尽管近年来世界钢铁生产一直徘徊在8×108t/a左右，但采用直接还原法的短流程钢铁企业产量自1975年以来，却以平均每年12.31%的速度增长。日本学者认为，2020年直接还原－电炉法将与高炉－转炉法冶炼平分秋色，达到45%以上。

1.直接还原发展的背景

直接还原发展生产海绵铁客观原因有：

（1）世界多数国家严重缺乏焦煤，其中不少国家有优质丰富的铁矿以及天然气和烟煤资源，它们因地置宜地借助本国资

源发展直接还原工厂，如委内瑞拉、印度尼西亚、墨西哥等国有丰富天然气及优质铁矿，主要发展气基竖炉，以1995年统计为准产量达2829×104t/a，占dri总产量的92%。

（2）随着电炉流程生产线的发展，电炉钢产量日益增长，1997年世界钢产量7.8×108t/a，氧气转炉钢产量占57%，电炉炼钢占33%，平炉钢占13%。近年来世界制钢生产中连铸比迅速增长，已占72.7%，钢铁联合企业自产优质废钢减少，发展

（3）近十年来钢铁工业受到高分子材料及硅酸盐材料的竞争，世界钢的总产有停滞不前的趋势，自1988年达到7.83×108t/a 后，始终未有突破。但以质量、性能及品种产品取胜的小型特殊钢厂如雨后春笋，蓬勃发展。电炉钢选择原料，自然更多地选择直接还原铁，如不锈钢厂首先选择低碳粒铁或低碳海绵铁作原料。为发展精品，提高附加值，直接还原低碳海绵铁用于直接生产电工纯铁、铁氧体及工业铁料。

2.气基竖炉直接还原

气基midrex法由供料系统、还原竖炉、烟气处理、天然气处理、天然气重整炉组成。铁矿石经计量后从炉顶布入炉内。经过预热，在还原区与工艺燃料天然气反应，反应约6h即完成冶炼，再由冷空气直接冷至100℃以下，最后产品由炉底排出。冶炼产生废气仍含约70% co＋h2，通过重整炉，加入补充天然气裂化处理，使气体中co＋h2浓度上升到90%～95%，温度为900℃，重新进入竖炉循环使用。其反应式为：

ch4＋h2o co＋3h2（天然气裂化反应）

fe2o3＋3h22fe＋3h2o

fe2o3＋3co2fe＋3co2

气基法的能耗低，效率高，质量好，易操作，作业温度低，产品无需再分选。气基法生产dri对于天然气丰富地区具有生命力。

3.气基 dri法主要指标及技术经济优越性

(1）钢中有害元素sn、sb、as、bi含量大幅度降低，提高了钢材断裂韧性、热加工塑性、冷加工可塑性。

(2)钢中s、p含量降低，提高钢材冲击韧性，降低脆性转变点温度。

（3）缩短电炉精炼期，提高ni、mo等有价元素收得率。

（4）降低钢中[h]及[n]含量。

(5）用dri炼优质合金钢热变形能力良好，适合于作深冲钢板(见表1)。

气基dri指标 表1

.64 38.85 21.47～24.15 21.47 石家庄市 530 济南市 420 合肥市 460 郑州市 455 沈阳市 537 22.18 24.84 40.81 28.32 46.52 长春市 541 大连市 580 哈尔滨市 560 杭州市 560 29.11 32.60 53.56 37.16 61.06 29.52～37.57 26.83 厦门市 810 深圳市 890 南京市 760 广州市 619 注：计算参数：

1.焦炭热值25mj/kg，含灰分12%，含硫0.7%。

2.天然气热值37.26mj/m3。

3、理想焦炭热值价格计算依据：

a.无灰简单升值：+12%；

b.无灰标准升值：+84%（参照国家物价总局1992年11月制定的《最新煤炭出厂价格汇编》提供的计算方法：冶炼用炼焦精煤的灰分与价格的比值为1:7，即每降1%的灰分，价格升值为7%）；

c.无灰无硫升值：在无灰基础上+14%（冶炼还原含硫每增加0.1%，影响效率2%）。

2．炼铁高炉喷吹天然气效益推算

在高炉炼铁过程中，一般说高炉焦硫分每增加0.1%；焦比即升高3～6%，而生铁产量则降低5%。高炉焦灰分每升高1%，焦比约上升1～2%,而生铁产量则降低2%左右。天然气在炼铁高炉中作为部分代焦还原喷吹使用，由于上述因素，国外经验表明高炉系数可由目前的1.7提高到2.4，提高生产效率41.2%（见表3）。