冶金技术在炼铁高炉中的应用和发展.pdf

2 山西冶金 S HAN XI ME n L L UR GY To t a l 1 32 No ． 4，2 01 l 文章编号 1 6 7 2 1 1 5 2 2 0 1 1 0 4 - 0 0 8 0 0 2 冶金技术在炼铁高炉中的应用和发展 杜 二冬 唐山不锈钢有限责任公司， 河北唐山0 6 3 1 0 5 摘要 通过研究冶金技术在炼铁高炉中的应用， 提 出高炉炼铁中几项具体的技术成果， 最后对冶金技术及高 炉炼铁的发展趋势进行展望。 关键词 冶金技术炼铁工 艺高炉 中图分 类号 TF l l l 文献标识码 A 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 一O 6 1 冶金技术的概述 冶金技术是指从矿石中提取金属及其金属化合 物，然后再使用各种加工方法将金属或金属化合物 制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。现代 冶金技术主要包括火法冶金、湿法冶金以及电冶金 三种技术。 1 ． 1 火法冶金 在高温条件下进行的冶金过程就是火法冶金。 矿石在高温下经过一系列的物理和化学变化 ，由原 始的形态转变为另一种形态的化合物或单质，并且 集中在气体、 液体或固体产物中， 从而达到使目标金 属与其他的杂质分离的 目的。火法冶金技术所需要 的热能通常是依靠燃烧燃料来供给的，但也有通过 化学反应来供给的。 火法冶金的过程 干燥一焙解一 焙烧熔炼精炼蒸馏一提取。 1 ． 2 湿法冶金 在溶液 中进行的冶金过程就是湿法冶金 ，湿法 冶金的温度一般都不高。 湿法冶金的过程 浸 出一净 化一制备金属。浸出过程是使用适 当的溶剂对矿石 进行处理 ， 使需要提取 的金属与溶剂反应 ， 从而以离 子的状态进人溶液的过程。对于某些 比较难以浸出 的矿石， 需要在浸出前进行预处理， 使其成为易于浸 出的某种化合物。净化过程是由于部分金属同需要 提取的金属一同进入 了溶液 ，在溶液 中将这些杂质 去除的过程 。制备金属是使用 电积、 还原、 置换等方 法从净化液 中提取出 目标金属的过程。 1 ． 3 电冶金 利用电能提取金属的方法就是电冶金 。电冶金 作者简介 杜二冬 1 9 8 1 一 ， 男 ， 于唐山不锈钢有限责 任公司炼铁部高炉一车问主控室从事高炉工艺及控制工作 ， 助理工程师 。T e l 1 3 5 0 3 3 7 8 0 0 8 ， E ma i l z x m 7 6 6 1 6 3 ． c o rn 可分为电化冶金和 电热冶金 。电化冶金是利用电化 学反应 ，将需要的金属从溶液或者是熔体 中提取出 来。 电热冶金是将电能转化为热能进行冶金的过程 ， 其与火法冶金的区别仅仅在于热能的来源不同⋯。 2 冶金技术在炼铁高炉 中的具体应用 2 ． 1 高炉干法除尘 高炉除尘技术 主要有干法除尘和湿法 除尘 两 种 ， 而干法除尘又分为高压静 电除尘和布袋除尘， 其 中布袋除尘运行成本较低且效果较好 。为适合水资 源缺乏这一国情 ，我国于 2 0世纪 8 0年代引进 了高 炉干法布袋除尘技术 ， 至今已有 3 O年的历史Ⅲ 2 ] 。 高炉干法布袋除尘技术在引进初期 ，普遍采用 的是加压煤气反吹大布袋除尘工艺 ，高炉干法布袋 除尘技术在大型高炉企业并未得到较好 的推广 ， 因 为当时只有 2 0 0 ～ 3 0 0 m 的高炉可以采用此技术。经 过近 2 O年 的经 验总结和技 术改进 ， 2 O世 纪 9 0年 代 ，我国 自主研发 了高炉煤气低压脉冲布袋除尘技 术 ，此项技术在短短七八年时间里已经推广应用到 几乎全部新建的 1 0 0 0 m 以下 的高炉上 ，使炼铁工 艺发生了质的飞跃。 近年来 ， 干法除尘技术的发展更 为成熟，现在 2 6 0 0 m 3 以下的炼铁高炉都可应用此 项技术。 2 ． 2 高炉喷煤技术 焦炭是高炉冶炼的必需品 ，它为冶炼过程提供 热量 ， 同时是铁矿石的还原剂。 高炉喷煤技术是从高 炉风 口向炉内喷吹煤粉 ，在高炉 中直接起提供热量 和还原剂的作用 ， 从而使高炉炼铁焦 比降低 ， 同时减 少了炼焦设施， 降低了炼焦生产对环境的污染程度， 是现代高炉冶炼的一项重大革命。 按当前市场价格， 使用 1 t 煤粉可降低炼铁生产成本约 8 0 0 元⋯ 3 。 在炼铁高炉生产中，首要关注的是如何提高煤 2 0 1 1 年第 4期 杜二冬 冶金技术在炼铁高炉中的应用和发展 粉的燃烧率和降低燃料比， 实现经济喷煤。 长时间研 究和实践经验告诉我们， 精料和降低渣比是高煤比、 低燃料 比生产的基础 ，预热工艺设计是安全生产的 保障。 早期的喷吹系统多为串联罐系统 ，后来逐渐被 并联罐系统取代，单管路 分配器的结构也变得普 及。 经过不断实践， 系统的计量和控制精度得到显著 改善。 如今经典的工艺流程为 中速磨制粉～热风炉 废气 烟气炉一大布袋收粉～并联罐一直接喷吹一 单管喷吹 分配器。 以宝钢高炉为代表， 经过喷煤技 术的改革的炼铁高炉在生产状况 、成本控制都有一 定的改善。 2 ． 3 高炉双预热技术 炼铁高炉所需能源有 7 8 ％是由焦炭和煤粉燃烧 提供的 ， 剩下的则由热风和炉料化学反应热提供。 高 炉炼铁过程中所用的煤炭有 3 4 ％的能量会转换为副 产煤气 包括高炉煤气、 焦炉煤气、 转炉煤气 。 回收 利用副产煤气是节能减排的重要手段 ，是降低生产 成本的有效措施。双预热技术就是利用高炉煤气燃 烧产生的高温废气与热风炉烟道废气的混合气体作 为热源， 混合气体可将煤气和助燃空气预热至3 0 0℃ 以上 [ 引。 宝钢、 昆钢、 鞍钢等多家企业在炼铁高炉中应用 了双预热技术后都 取得 了 1 2 0 0℃以上 的高风温。 宝钢 3 号热风炉使用分离型热管式余热回收双预热 装置， 4 号热风炉使用分离型热管煤气、 空气双预热 器装置 ；济钢第二炼铁厂 1 号高炉投产后即使用顶 燃式空气 、 煤气 自身双预热热风炉， 也得到了 1 2 0 0℃ 以上的外送热风。 采用余热回收技术 ，使用转炉煤气进行烧热风 炉 ， 利用高炉废气热代替化学热 ， 以热管 金属 换 热器预热助燃空气或煤气 ， 有效节约了焦炭 ， 改善 了 热风炉燃烧工况， 提高了焦炭利用率和高炉炼铁率。 目前 ，我国炼铁业在高炉双预热技术 中回收利用的 废气余热仅为 2 5 ． 8 ％，以热力学定律为基础的计算 和分析表明， 此值具有极大的提升空间。 3 冶金技术及高炉炼铁的发展趋势 近年来，冶金技术不断地汲取相关专业技术的 新成就， 加强冶金动力学和冶金反应工程学的研究 ， 从而不断充实、 深化冶金技术_ 5 ] 。 在冶金技术的热力 学熔渣结构及物性等方面的研究也在不断地深入 ， 并且建立起了智能化热力学数据库，加强计算机的 应用，逐步实现了对高炉炼铁中冶金技术的自动控 制 ， 实现了系统的最优化。冶金技术的不断发展 ， 相 应 的生态环境的保护也逐渐地成为了热 门话题 ， 因 此研究冶金技术的同时 ，也应该同步加强生态环境 保护的研究 。 3 ． 1 加强高炉炼铁反应技术 高炉炼铁反应技术的加强关键在于提高反应效 率。 提高反应效率的方法主要有 实现矿石与焦炭的 最恰当配比， 在低温、 高速中还原； 通过添加催化剂， 提高反应的效率。 3 ．2 降低对炼焦煤资源的依赖度 在工业炼铁生产过程中， 扩大炼焦煤源， 降低焦 比， 降低对优质炼焦煤资源的依赖度， 通过炼焦配煤 优化系统 ，自动优化出适合于炼铁生产需求的最佳 配煤模型。 3 ． 3 探索氢利用技术 利用碳化氢进行低温还原，不仅可以改善熔融 带的透气性 ， 还能减少二氧化碳的排放量 ， 提高高炉 的功能。 目前氢利用技术的道路仍在不断探索中⋯。 4 结语 随着冶金技术生产柔性化、连续化和高速化的 不断实现 ， 其在资源 、 能源的利用方面也得到了不断 的完善。 伴随着相关产业中新技术、 新设备及新工艺 的开发 ， 冶金技术在高端领域也得到了一定的发展 。 虽然冶金技术 的发展不断地 推动着炼铁 高炉的生 产， 但是 目 前我国的炼铁高炉生产仍然存在较多的 问题 ， 如产业集 中度低 ， 小企业多； 高炉数量多， 但是 平均炉熔普遍偏小 ；大多数企业对能源的二次回收 利用不足； 高炉喷煤的利用水平不高， 与世界现今水 平仍存在较大差距。 参考文献 [ 1 ] 刘祥官， 刘芳． 高炉炼铁过程优化与智能控制系统[ M] ．北京 冶金工业出版社 ，2 0 0 3 2 2 9 2 3 6 ． [ 2 ] 陈达士． 最新高炉炼铁新工艺、 新技术、 新标准实用手册 [ M] ． 北京 冶金工业 出版社， 2 0 0 7 2 4 4 2 5 6 ． [ 3 郝素菊， 蒋武锋，方觉扁炉炼铁设计原理[ M] ．北京 冶金工业 出版社， 2 0 0 3 7 9 8 1 ． [ 4 ] 陈伟庆． 冶金工程实验技术 [ M] ．北京 冶金工业出版社，2 0 0 4 。 4 4 - 5 9 ． [ 5 ] 郝素菊， 蒋武锋， 赵丽树，张维彬．高炉炼铁 5 0 0问[ M] ．北京 化 学工业 出版社， 2 0 0 8 1 5 8 1 6 2 ． [ 6 ] 项钟庸， 王筱留． 高炉设计炼铁工艺设计理论与实践[ M] ．北 京 冶金工业出版社， 2 0 0 7 3 6 2 3 6 5 ． 编辑 胡玉香