高炉冶炼炼铁技术工艺及应用探析
关键词：高炉冶炼；炼铁；工艺；应用
对于钢铁行业而言，炼铁技术非常关键，基于高炉设备的高炉炼铁就成为生产钢铁不可忽视的一个环节。因为其对于环境污染较少，在企业追求利润的同时，对于高炉冶炼炼铁技术的探究，不仅能够满足可持续发展的需求，同时也能满足企业家对于利润的追求，能够达到共赢的局面。因此，如何才能够有效地运用高炉冶炼炼铁技术，就成为工业生产之中需要我们重点关注的一个问题。
一、高炉冶铁炼铁技术简说
（一）高炉结构介绍
一直以来，炼铁需要高炉结构的支持。高炉本身是呈现出竖立的圆柱形，其上端主要是用于装料以及煤气的出风口，下端则是空气与铁排出的出口。由于高炉本身是由耐高温以及耐火材料打造的，所以，在高炉炼铁的实际过程中，就需要配合其余的辅助设备，才能完成相对应生产过程[1]。
（二）工艺概述
高炉炼铁生产主要是依靠高炉本体以及对应的辅助设备来完成的。其中，冶炼生铁的主要设备是高炉主体，通过耐火材料直接堆砌成为竖立的圆筒形炉体，具体的组成见图1所示。
高炉冶炼炼铁的目的在于，将铁矿石直接高效经济地分解成为液态的生铁。在进行冶炼的过程中，首先需要通过还原剂与氧元素之间的化学反应，将铁元素与其余非铁元素实现相互的分离，也就是所谓的还原过程；其次，通过机械操作，将已经还原的金属与脉石相互分离，也就是熔化与造渣的过程；最后，通过液体渣铁以及温度的有效控制，通过相互的作用，就可以直接获取稳定合格的铁液[2]。
图1 现代化高炉内型结构图1.炉底的耐火材料；2.炉壳；3.侵蚀线；4.炉喉钢砖；5.炉顶封盖；6.炉体砖衬；7.冷却壁；8.镶砖冷却壁；9.炉底炭砖；10.水冷管；11.光面冷却壁二、高炉冶炼面临问题及挑战
（一）低碳和环保挑战
在当前的大环境下，钢铁行业的发展也面临瓶颈，尤其是在全球环境日益恶化，气候变暖的大背景下，钢铁行业的节能、减排以及低碳就成为重要的问题。在钢铁企业生产中，炼铁作为重要的流程，当前各项能耗的指标不够理想，这样就会直接影响钢铁企业的发展，同时也会破坏环境。基于整体的角度来分析，高炉冶炼炼铁所面临的主要问题就是低碳与环保发展。就太钢、宝钢等企业而言，拥有超大型的高炉，燃料指标已经满足国际一流水平的要求，但是从另一个层面上看，很多钢铁企业达不到这样的标准，反映出高炉冶炼技术处于发展不平衡的状态下[3]。
（二）能源与资源竞争
目前，高炉冶炼主要是以焦炭为主，但是焦炭资源的紧缺，却成为高炉冶炼炼铁技术发展面临的问题，对于进一步发展高炉技术也会带来一定的限制。随着高炉技术的持续发展，国内的大型回转窑球团技术也得到一定的普及与发展，这样就推动钢铁企业大幅度提升了对超高碱度烧结矿以及高比例酸性球团炉料结构使用的可能性，以满足高产量与低能耗的要求。
（三）高炉技术的变迁
针对高炉冶炼冶炼炼铁技术而言，高产、长寿、优质与低耗是主要的冶炼目标，就相互对立的角度来进行分析，高产与低耗之间难免会出现矛盾。在进行钢铁冶炼的时候，需要质量较好的贴水，这样才能够增加钢铁企业整体的效能，同时也能够满足高附加值生产的需求。总体来说，想要推动高炉冶炼炼铁技术的持续进步与发展，高产、低耗、优质的生产就成为其基础，同时也能满足钢铁企业综合竞争力的全面提升。
三、高炉冶炼炼铁技术工艺的应用
（一）热压含碳球团的应用
利用热压含碳球团在高炉炼铁之中，不但可以满足节能的需求，实现矿物资源的再利用，同时，也能够实现对环境的保护。基于实验研究，一旦热压含碳球团在矿物燃料之中的比例达到31%，那么就会有6.5%的钢铁产量增加，同时残渣的量会减少8.1%，降低100kg/thm的焦比。另外，炼铁的实际能耗也会降低7.1%。在热压含碳球团制作中：第一，粉矿以及煤粉直接预热到100℃，同时，泥浆、粉尘以及溶剂等都需要做好相对应的预热处理。第二，在满足预热的基础上，实现物质的相互混合，并且将其搅拌均匀。之后，直接将温度提升到500-600℃。第三，在完成第二步加工之后，就可以直接获取热压块，并且基础这一基础来开展热处理，就可以直接获取热压含碳球团。
（二）合理的控制炉内顶压、含氧量
就钢铁冶炼来说，需要高炉炉顶压力的支持。一般情况下，在规定的承压范围中，增大炉顶压力，有利于钢铁产量的进一步提升。在压力增加之后，会降低实际的气体流动，从排出口将气体排出之后，也不会带来太强烈的气体流动，这样有利于增加实际的工作量。并且，煤灰在炉内也可以实现与矿料之间的相互反应。因为煤气在高炉之中的停留时间被延长了，这样就会增大接触的时间，直接还原矿物质之中的铁元素，让铁液的产量得到进一步的提升。但是需要注意，控制好压力，需要确保氧气含量达标。在氧气进行重组的过程中，需要确保燃烧的充分性，这样就能降低污染气体的实际排放量，同时也能够确保产出更多满足要求的铁液。同时，就相应的计算结果来看，在一定的界限范围之中，提升1%的氧气燃料比，就会提升5%左右的产量。不难看出，炉内重组的氧气含量，对于实际的生产有着重要的意义。从实际操作看，燃料与氧气之间的比值最好是能够控制在4%~5%之间，比例偏高或者是比例偏低，都会影响产量。
（三）保持高风温
就目前的实际情况，热风炉本身所传输的风温一般都要求能够保持在1000℃左右，部分的钢铁企业会提升到1200℃，但与发达国家的标准依旧存在一定的差距，所以需要提升风温。这里所考虑的是热风炉的合理选择。目前，高铁的冶炼过程中，热风炉是燃烧功率最大的、消耗能量最高的热交换装置。热风炉有蓄热式的热风炉及顶燃式的热风炉两种。部分企业所选择的是蓄热式热风炉，虽然其吹出来的高风温已经超过1200℃，但是在炉内气体的分布不够均匀，并且热量在高炉之间实际的利用效率也不是很高。顶燃式的热风炉能够满足1300℃的温度要求，同时在炉内也能够实现均匀的气体分布。因此，可以考虑顶燃式热风炉的实际使用[4]。
（四）炉身结瘤的形成与处理
高炉结瘤之后，就会存在阶段性的崩料情况，并且相比以往，气流更加不稳定，同时钢铁产量也会有所降低。宣钢高炉就有上述的情况出现。另外，对高炉进行检测，其标高28米的炉内温度，明显要比其他的位置低100℃左右。这一种现象出现的主要原因在于：第一，炉内原料之中存在较高的锌负荷，因此，在使用烧结矿的时候，就会有锌元素的沉积，并且还会有结瘤出现在低温区域之中。第二，亏料线以及崩料带来的影响。这一种不良情况的出现主要是因为软熔带出现一定的变化，导致结瘤出现在炉身上。第三，炉型和原燃料出现了变化。由于烧结矿本身存在品位上的差异，所以，会带来实际的影响。并且，通过了停炉补喷的处理，相对应地就会改变高炉的实际形态，这样也会影响到炉身实际的结瘤情况。对于结瘤：首先，进一步提升炉温度，这样可以满足钢铁的热量要求，也能够调整布料。以此来满足炉缸对于活跃度的要求，也能够让气流相对的稳定，在一定程度上实现炉内情况的改善。其次，炸瘤。通过降低料面之后，就可以将结瘤完全暴露出来，然后确定好具体的结瘤位置，在结瘤上面开一个小孔来添置炸药。不过在这一个过程中，需要通过从下到上的方式来进行炸瘤处理，并且炉身与炸药之后应该保持150mm的距离。不过，整个炸瘤过程中，还需要防范出现炉凉的问题。
四、结语
总而言之，本文针对高炉冶炼炼铁工艺以及其实际的应用进行分析，就是希望通过对其具体的关键环节加以控制，能够对今后的实际生产产生一定的帮助与借鉴，同时也能够进一步提升我国的高炉冶炼炼铁技术水平。
参考文献
[1]王天来.浅谈高炉冶炼炼铁技术[ J].价值工程，2013（35）：76-77.
[2]曲文涛.炼铁高炉冶炼中的几种化学反应与工艺技术[ J].科技创业家，2013（10）：42.
[3]项钟庸，银汉，王筱留，邹忠平.高炉节能减排指标与冶炼强度的讨论[ J].钢铁技术，2013（01）：2-9.
[4].京唐大高炉冶炼技术达国内领先水平[ J].电气应用，2012（24）：72.
责编/马铭阳