徐明紅

（貴州省化工研究院 貴州 貴陽 550000）

摘要：作為國家的第二大產業，工業在經濟發展中占據了重要地位。伴隨著現代工業的發展，高爐煉鐵技術也要持續改進。高爐煉鐵過程比較復雜，除了要嚴格按照流程進行外，還要加強對創新型技術的運用，以便提高我國的煉鐵能力。基于此，本文采用資料查閱、總結等方式，從高爐煉鐵設備的組成及原理出發，介紹高爐煉鐵系統組成，闡述高爐煉鐵技術工藝、實現路徑及設備維護。合理運用高爐煉鐵技術，可以提高冶鐵效率，保障冶鐵的整體質量，同時也能降低對周圍環境的污染，促進我國鋼鐵行業的高質量發展。

關鍵詞：高爐冶煉；煉鐵技術；工藝；設備維護

0 引言

高爐煉鐵技術是鋼鐵行業的常用技術工藝，具有技術工藝成熟、效率高、污染小等優勢。近年來，隨著鋼鐵行業低排放政策的實施，對高爐煉鐵工藝提出了嚴格的要求，高爐煉鐵要嚴格遵循環保、低碳等原則，這就要求煉鐵技術人員積極探索新型的煉鐵工藝、技術，提高煉鐵生產效率，減少能源的消耗及排放量，助力高爐煉鐵技術工藝的良性發展。本文結合筆者自身經驗，就高爐煉鐵技術工藝及設備維護展開簡要論述，旨在為高爐煉鐵技術工藝的改進提供參考。

1 高爐煉鐵設備組成及原理

1.1 高爐煉鐵設備組成

在冶鐵企業生產鋼鐵的過程中，需要使用很多大型設備，來保證鋼鐵加工、生產等工作的順利進行。高爐煉鐵設備由高爐鼓風機、高爐本體、高爐熱風爐、除塵器等設備組成，除高爐是煉鐵的重要場所外，其他都是輔助系統。一般來講，輔助系統的成本投入是本體成本的 4 ～ 5 倍。在鋼鐵冶煉過程中，高爐和輔助系統相互合作、制約，形成一個完整的生產環境，滿足鋼鐵冶煉的溫度要求^[1]。另外，在煉鐵設備運行中，高爐和輔助系統一直處于運行狀態，除特殊情況、計劃檢修導致的暫停情況外，高爐系統通常在設備達到使用壽命后才能停爐。

1.2 高爐煉鐵原理

熔劑、鐵礦石等燃料經爐頂設備的布料溜槽，按照設定的工藝流程加入高爐內，由高爐下方沿風口引入預熱空氣。在高溫作用下，焦炭和空氣中的氧發生化學反應，生成氫氣和一氧化碳，在爐內上升期間去除鐵礦石中的氧，還原得到鐵；而鐵礦石內尚未還原的石灰石、雜質等，相互結合形成爐渣。先由鐵口排出液態渣鐵，再經撇渣器分離渣鐵，鐵水流入鐵水罐，爐渣排至渣處理系統；最后，經爐頂排出煤氣，除塵凈化處理后作為鍋爐、加熱爐等高爐的燃料。高爐煉鐵生產流程見圖 1。

2 高爐煉鐵系統組成

高爐煉鐵系統主要由上料系統、爐體系統、熱風系統、噴吹系統等組成。

2.1 上料系統

上料系統包括礦槽、篩分設施、焦槽、稱重設施等，其功能主要是按照工藝需求，將高爐燃料按一定比例穩定地輸送至高爐。

2.2 爐頂系統

現如今，我國鋼鐵行業的高爐煉鐵系統主要使用無料鐘爐頂。無料鐘爐頂包括溜槽、料罐、氣密箱等部分，其功能是按設定的流程、布料方式將燃料運輸到高爐內部。

2.3 爐體系統

爐體系統包括爐體冷卻、高爐內襯、爐體檢測、高爐爐殼等設施，煉鐵反應主要在此進行，以便生產出鐵水。

2.4 出鐵場系統

出鐵場系統包括主鐵鉤、風口平臺、開口機、出鐵場平臺等設施，其用途主要是負責出鐵作業、運輸鐵水。

2.5 熱風系統

熱風系統包括熱風輸送管網、熱風爐、空煤氣換熱器等，功能是對高爐所需風進行加熱，一般為1200℃，然后經熱風管網運輸至爐內。

2.6 渣處理系統

渣處理系統包括水渣脫水裝置、水渣堆場、爐渣粒化裝置等，功能是對高爐內的液態渣進行水淬處理，使其成為可重復使用的水淬渣。

2.7 噴吹系統

噴吹系統包括煤粉制備、煤粉噴吹、原煤儲運等設施，功能是按規定將煤粉制成粒徑大小符合要求的顆粒煤，干燥處理后在氣體介質的作用下經高爐風口噴入高爐內部，保證爐內持續高溫，從而得到穩定的鐵液。

3 高爐煉鐵技術工藝及實現路徑

3.1 高爐煉鐵技術工藝

高爐煉鐵技術工藝包括噴煤技術、熱壓含碳球團技術、高爐噴吹廢塑料技術、頂壓和含氧量控制技術等，具體介紹如下。

3.1.1 噴煤技術

噴煤技術應用領域廣泛，通常在高爐風口處向爐內噴煤粉，為冶煉生產提供熱量，確保鋼鐵冶煉生產的順利進行。在傳統的煉鐵生產中，粉煤、焦炭的效果基本相似 ^[2]。實際工作中，以粉煤為原料，有助于減少焦炭用量，提升冶鐵質量。在高爐煉鐵中應用噴煤技術，能夠減輕對企業和周圍環境的污染，提高煉鐵技術含量。

3.1.2 熱壓含碳球團技術

在高品位鐵礦資源日益緊缺的背景下，其價格越來越高，企業的生存壓力也隨之增加。隨著近年來低成本煉鐵原料的生產和應用，熱壓含碳球團技術應運而生。熱壓含碳球團是一種新型的煉鐵原料，具有良好的冶金性能、滲碳性，將其用于高爐煉鐵生產中，不僅能減少能源的使用，提高高爐的熱能利用率，還能增加冶煉產量，實現礦物資源的重復利用和環保目標。熱壓含碳球團的制作流程：先預熱礦粉、煤粉，溫度維持在 100℃ ；后預熱熔劑、泥漿與粉塵，達到溫度要求后將所有物質放在一起攪拌，并將其溫度加熱至 500 ～ 600℃ ；最后對熱壓塊進行熱處理，生成熱壓含碳球團。

結合大量實踐發現，在礦物質燃料中，如果熱壓含碳球團占比超過 31%，鋼鐵產量將會提升 6.5%，殘渣產出量減少 8.0%，同時也會減少每噸鐵的能耗。因此，高爐煉鐵生產時要加強對該原料的應用。但是，熱壓含碳球團也存在一些缺點，即降低渣鐵溫度，影響渣鐵的流動性。鑒于此，在高爐煉鐵生產過程中，為了保證渣鐵溫度適宜，可添加一定數量的熱壓含碳球團，以提高產量，減少燃料損耗，實現最終的節能降耗目標。

3.1.3 高爐噴吹廢塑料技術

在高爐煉鐵工藝中，廢塑料所制成的顆粒、煤粉在噴吹中的作用相似，可取代部分煤粉使用，這樣有助于減少燃料能耗。和煤粉相比，廢塑料顆粒質量較大，其和煤粉混合噴吹時，廢塑料粒子前進速度緩慢，在回旋區的時間也比較長，因此將煤粉、廢塑料顆粒混合噴吹有助于燃料在風口前充分燃燒。

另外，當兩者混合噴吹時，因煤粉質量輕、粒徑小，往往會依附于塑料顆粒外側，在回旋區燃燒時，粒徑小的煤粉會先燃燒，并對塑料進行加熱處理，極大地加快了塑料的燃燒速度 ^[3]。同時，因煤粉多存在于塑料內部，故其在高溫區域停留的時間會比較長，能夠促使煤粉充分、快速地燃燒，提高煤粉燃燒效率。在具體應用中，廢塑料、煤粉的制粒分開進行，而且噴吹系統也相互獨立，廢塑料顆粒、煤粉在高爐風口混合，這樣既能保證混合方案的有效性，又能提高煤粉的燃燒效率。

3.1.4 頂壓和含氧量控制技術

對于鋼鐵冶煉行業而言，高爐爐頂壓力是影響冶煉質量的重要因素。多數情況下，在爐頂可承受的壓力值內，適當增加爐頂壓力，可提高鋼鐵產量。隨著爐頂壓力的不斷增大，爐膛內部煤氣流速降低，壓頭損失也隨之降低，給增加風量創造了條件，并且爐塵吹出物粒度減小，數量減少。同時，隨著煤氣在爐膛停留時間的延長，礦物質和煤氣之間的反應時間也隨之延長，在氧化還原反應下分離出鐵元素，增加鐵液產出量。

考慮到高溫環境會升高爐頂氣壓，為了保證鋼鐵品質，需要嚴格調節高爐頂壓。一般來講，在煉鐵生產過程中，將頂壓控制在最小的范圍，可推動鋼鐵冶煉生產的順利進行。此過程中，礦石、煤氣發生化學反應，隨著高爐使用時間的延長，鐵礦石儲量也隨之增加。這種情況下，單純對爐內氣壓進行控制遠遠不夠，若缺乏足夠的氧氣，不僅會影響燃燒速度和效率，還會對周圍環境產生影響。對此，在礦物質的燃燒過程中，要保證爐內氧氣量充足，這樣有助于提高生產效率，減少污染氣體的排放量。

數據調查顯示 ^[4]，氧氣燃料比提高 1%，鋼鐵產量升高 5%。由此可見，確保爐內氧氣量充足，對鋼鐵冶煉而言非常重要。但前提是燃料、氧氣配比適宜，配比過低、過高都會影響鐵液產量。

3.1.5 其他技術

（1）干法除塵技術。干法除塵技術是冶煉行業常用技術之一，其具有良好的脫硫效果，將其用于高爐煉鐵生產中，可提高煙氣利用率，增強環保效果。

（2）風溫控制技術。高爐煉鐵過程中，風溫控制技術是控制高爐風溫度的主要技術。現階段，高爐風溫多為 1000℃，僅部分企業的高爐風溫為 1200℃，相較于發達國家，我國的高爐風溫仍存在較大的差距。因此，鋼鐵企業要積極研究風溫提升的舉措與技術，可從熱風爐的選擇入手。熱風爐是一種燃燒功率大、能源消耗多的熱交換裝置，雖然其能吹出1200℃以上的熱風，但熱風在爐內的分布并不均勻，其利用率也不是很高。和熱風爐相比，頂燃式熱風爐可吹出 1300℃左右的熱風，并且熱風能在爐內均勻分布。鑒于此，在高溫煉鐵技術的應用過程中，優先選用頂燃式熱風爐。

3.2 高爐煉鐵的實現路徑

3.2.1 去硫工藝

在高爐設備內部，硫的存在會使得鋼材質量降低。一般來講，硫主要存在于焦炭、礦石等熔體中，想要有效改善鋼材質量，就要去除高爐設備內的硫。在高爐煉鐵操作中，可將石灰石放入熔煉爐內，在高溫環境下和硫酸發生化學反應，形成不含鐵的硫酸鈣，從而達到去硫的效果 ^[5]。

3.2.2 焦炭燃燒

在高爐煉鐵中，熔化前的熔化溫度介于 1800 ～1900℃，這是一個臨界值。在鋼材熔化過程中，高爐爐膛內的溫度也隨之降低。在鋼材進入高爐爐膛后，爐膛內的溫度持續升高，并在爐膛內部產生二氧化碳，散發熱量。同時，隨著二氧化碳濃度的升高，其與焦炭、水蒸氣發生反應，生成氫氣和一氧化碳，這是焦炭燃燒過程最重要的還原物質。

3.2.3 提高原材料利用率

原材料利用率和煉鐵成本有著密切的關系，故在煉鐵過程中，要提高對原材料的利用率，減少原材料不必要的浪費。在我國傳統的煉鐵工藝中，普遍存在原材料嚴重浪費的現象，這不僅會浪費原材料，增加生產成本，還會嚴重污染環境。這種形勢下，可在高爐煉鐵中充分燃燒原材料，并通過對高爐結構的合理設計，提高原材料的利用率。主要措施為：高爐煉鐵期間，適當提高爐內壓力，為其提供足夠的氧氣，促使爐內原材料充分燃燒，減少碎渣量，從而提高煉鐵效率，保障鋼材生產品質 ^[6]。

3.2.4 減少生產殘渣

在高爐煉鐵生產中，如果殘渣量過多，說明產品產出量低，這也使得企業生產效率降低。因此，需要合理運用高爐煉鐵技術工藝，有效改善這種情況。在實際的煉鐵工藝中，通過對熱壓含碳球團的燃燒，促使爐內原材料充分燃燒，以減少殘渣形成量。同時，結合高爐煉鐵的優勢，可通過對殘渣的處理，實現可循環利用，從而減少生產成本，降低因殘渣量過多給環境帶來的不良影響。現如今，我國鋼鐵行業不斷提高對高爐煉鐵工藝的要求，這需要鋼鐵企業基于自身情況、生產特征，積極改善和優化煉鐵技術工藝，進而提高高爐煉鐵技術工藝的應用成效，促進鋼鐵企業的高質量發展。

3.2.5 處理爐身結瘤問題

高爐結瘤后，往往會出現階段性的崩料問題，導致鋼鐵產量降低；而且，也會造成高爐內部溫度分布不均勻的情況。分析工作情況得知，高爐結瘤的原因為：礦物質富含大量鋅元素，在高爐煉鐵生產中，由于鋅元素的沉積，造成爐內低溫區結瘤；受各方面影響，爐內軟熔帶發生變化，最終導致爐內結瘤；在高爐停爐噴補期間，高爐形狀也會發生變化，進而出現結瘤的現象。

為了有效處理高爐爐身結瘤的問題，需做好以下工作：

（1）提高高爐溫度，適當調整原材料分布機制，以提高鋼鐵產量。通過該措施的實施，可提高爐內活躍度，確保爐內氣流穩定，從而改善爐內情況。

（2）降低原材料高度，充分暴露整個瘤體，便于精準定位瘤體位置 ^[7]。隨后，對瘤體進行開孔處理，將炸藥放在瘤體內部。該過程中，要采用由上到下的順序炸瘤，炸藥和爐身保持 150mm 左右的距離。此外，在炸瘤過程中，還要避免涼爐情況的出現。

4 高爐煉鐵設備維護策略

4.1 優化基礎送風機制

第一，有效整合設備的基礎富氧狀態數據，對相應數據展開對比分析，保證設備的整體運行狀態符合相關標準。高爐煉鐵設備運行過程中，通常會受到富氧數值的影響，這就需要相關人員做好富氧數值的控制工作，確保設備的整個運行過程合理、科學。加強對設備活躍度數值的審核，適當提升基礎燃燒溫度，保證設備高質量、高效率運行。第二，做好基本風口的處理工作，在選擇基本風口面積時，需結合相關數據全面考慮設備的運行結構，以便保證設備風速符合要求，使鼓風動能保持穩定。一般來講，基本風速為 150 ～ 250m/s，鼓風機動能為 70 ～100kJ/s。

4.2 記錄設備作業與故障

對于每一臺高爐煉鐵設備的運行情況，必須做好全面、客觀的記錄工作，發現故障后分析故障原因，擬定處理方案。同時，加強設備運行狀態的檢修管理，具體來講，基于設備的運行情況給予必要檢修與維護。相較于計劃檢修，狀態維修要制定科學的檢修方案，明確工作量和范圍，便于第一時間發現潛在隱患。在檢修維護過程中，詳細記錄每臺設備的工作情況、故障情況，加強和操作人員的交流，充分掌握每臺設備的運行狀態，便于及時處理潛在的故障隱患 ^[8]。

4.3 用計算機技術監測設備運行情況

相關人員要運用計算機完成設備操作、檢修和維護工作，以便提高工作效率。比如，借助計算機技術建立遠程維修系統，只要用戶登錄該系統，就能遠程實時監測生產；并在設備出現故障后，系統能夠及時發出預警，將故障位置、處理方案反饋給相關人員，從而提高設備故障的處理效率，減少故障給設備運行、產品生產帶來的不良影響。

5 結語

綜上所述，高爐煉鐵設備作為鋼鐵冶煉企業的重要設備，要想保證冶鐵工作的順利開展，提高生產效率與質量，就要做好煉鐵技術工藝優化與設備維護工作。本文對當前的高爐煉鐵技術工藝進行了分析，包括熱壓含碳球團技術、干法除塵技術、頂壓和含氧量控制技術等，有助于提高高爐冶煉強度，減少燃料消耗，減少高爐生產對環境的影響。同時，從焦炭燃燒、減少生產殘渣等方面介紹了高爐煉鐵的實現路徑，闡述了高爐煉鐵設備的維護策略，在確保高爐煉鐵設備高質量運行的前提下，進一步改進煉鐵工藝，促進鋼鐵冶煉企業的可持續發展。

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