炼铁高炉冶金技术的应用

炼铁高炉冶金技术的应用

张立民

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摘要：在市场经济环境下，我国钢铁生产规模不断扩大，为推进钢铁工业发展、满足钢铁产品需求提供了有力保障。近年来，虽然我国炼铁高炉冶金技术发展速度较快，但从高炉炼铁现状来看，仍然存在燃料比过低、喷煤比过高、废气排放量大、能源消耗量大等问题，亟需采用先进的高炉冶金技术解决上述问题，推进炼铁高炉冶金技术朝着低焦煤、无污染、可再生、智能化的方向发展。

关键词：炼铁高炉；冶金技术；应用

一、常见的冶金技术

(一)电冶金技术

该技术利用电能提取矿石中的金属，常见的电冶金技术包括：第一，电化冶金技术。利用电解液发生的电解反应，可有效提取矿石内部金属，电解液包括熔盐电解液、水溶电解液。第二，电热冶金技术。利用电能加热矿石提取金属，可减轻金属提取中的烧损程度。常见的电热冶金技术包括电阻-电弧熔炼技术、离子熔炼技术。其中，电阻-电弧熔炼技术，可利用炉料和电极产生的电阻热量熔炼出矿石中的金属。离子熔炼技术则利用等离子弧提供热能，使矿石在高温状态下提炼金属。

(二)火法冶金技术

该技术在高温条件下，可促使矿石由固体状态转变为化合物与单质状态，去除化合物中的杂质，提取出矿石中的金属材料。在火法冶金技术中，需利用燃料燃烧获取热量，为矿石的物理变化和化学反应提供能量。火法冶金技术操作流程为：干燥→焙烧→精炼→蒸馏→提取。下面对其中的关键技术进行分析：干燥处理。一般采用圆筒干燥处理法或气流干燥处理法，彻底去除物料中的水分。其中，圆筒干燥处理法利用回转圆筒干燥窑快速干燥物料。气流干燥处理法利用高温热气流，对破碎机内部的物料进行涡流粉碎，使物料粉碎后呈现悬浮状态，与高温气流充分接触，快速去除物料水分；焙烧处理。焙烧技术包括氧化焙烧、盐化焙烧、还原焙烧、烧结处理等技术，在火法冶金技术的实际应用中，以氧化处理和还原处理技术应用最为广泛；精炼处理。采用化学方法或物理方法去除矿石中的杂质，其中，化学方法为碱性反应、氧化反应等，物理方法为熔析方法、精馏方法等。

(三)湿法冶金技术

该技术在溶液内部冶炼矿石中的金属，需提前浸出处理、净化处理矿石，无需高温冶炼条件。湿法冶金技术要点如下：一是浸出处理。优选浸出溶剂，在溶剂内完全浸入矿石，促使金属与溶剂发生化学反应，以离子形态与溶剂融合。当处理浸出难度大的矿石资源时，需对矿石进行预处理，降低浸出难度。二是净化处理。采用净化处理技术去除溶液中的杂质，可为提取高纯度金属做好准备。三是金属制备。一般采用还原法、置换法二次处理净化后的溶液，提炼出金属材料。

二、炼铁高炉冶金工艺概述

（一）焦炭燃烧

高炉风口前温度上升到1800～1900℃，利用上料设备和装料设备将焦炭送入高炉本体，在焦炭下落时受高温影响逐步加热。当焦炭下落到炉缸风口处时，风口前高温会促使焦炭充分燃烧，释放出大量热量，生成二氧化碳气体。二氧化碳在上升时因缺氧，会反应生成一氧化碳和少量氢气，用于后续工艺流程中的铁氧化物还原。

（二）铁氧化物还原

在高炉炼铁过程中，生成三氧化二铁、四氧化三铁、硫化铁等铁氧化物。在炉温低于1100℃时，铁矿石接触到一氧化碳还原剂后，会逐步完成铁的还原过程，先由三氧化二铁还原为四氧化三铁，再由四氧化三铁还原为氧化铁，再由氧化铁还原为铁；在铁矿石内，除含有丰富的铁元素外，还包含少量的锰、磷、硅等元素，非铁元素接触一氧化碳后，会生成相应的金属，如铁矿石中的二氧化锰还原成锰的过程为：二氧化锰→三氧化二锰→四氧化锰→氧化锰→锰。

（三）去硫工艺

高炉炼铁中采用的炉料本身含有一定量的硫化铁，硫元素会提高铁的热脆性，降低钢铁冶炼质量。在采用去硫工艺时，需在炉料中加入石灰石，促使氧化钙与硫化铁发生化学反应，生成硫化钙。因硫化钙不溶于铁，故此容易去除。

三、炼铁高炉冶金技术的应用

(一)干法除尘技术

1. 干法除尘技术的应用现状

在炼铁高炉冶金过程中，除尘技术的应用范围较广，可分为干法、湿法两种除尘方法。其中，干法除尘分为布袋除尘技术和高压静电除尘技术，布袋除尘技术的应用率相对较高，具有操作简便、成本低、除尘效果好、降低水资源消耗量的应用优势。在最初应用干法除尘技术时，可采用煤气加压法反吹处理大布袋，达到除尘效果。

2. 干法除尘技术的应用优势

应用干法除尘系统后，烟气含尘量可降至10mg/m3，满足相关规定要求不超过100mg/m3含尘量的排放标准。干法除尘技术可降低煤气中的粉尘磨损性，煤气被回收后，可通过煤气加压风机将煤气输送出去，保证干性粉尘不会对煤气加压风机造成过度磨损，从而降低设备的维修成本，延长设备的使用寿命。干法除尘系统运行过程中的耗电量不足湿法除尘系统的1/2，仅为6.2kwh/t，可达到良好节电效益。干法除尘系统的总循环水量仅为湿法除尘系统的1/3，且湿法除尘系统需配置污泥处理系统，会增加运行成本。干法除尘系统运行中，通过冷却器作用产生净煤气和极少量污水，无需配置污泥处理系统，可达到节能减排的效果。与湿法除尘系统相比，干法除尘系统的水处理费用仅为湿法除尘系统水处理费用的6%左右。干法除尘系统回收粉尘可实现再利用，再利用途径包括两种，一种是就地压块处理粉尘，重新投入旋转炉内。另一种是将粉尘输送到烧结厂重复利用。干法除尘系统的日常维护与操作要求相对较高，需要对工作人员进行专业培训，确保其掌握操作技能。

(二)双预热技术

1. 双预热技术的应用现状

高炉双预热技术是炼铁高炉冶金技术中应用最为广泛的技术，主要通过燃烧焦炭与煤粉获取热能，支撑炼铁高炉运行。在高炉炼铁过程中，34%的煤炭资源能量可转换为副产煤气，如转炉煤气、高炉煤气等。在节能减排背景下，高炉炼铁要有效回收利用副产煤气，降低冶炼成本，而高炉双预热技术可以满足节能减排的要求。

2. 双预热技术的应用要点

从高炉双预热技术的应用现状来看，回收废气预热量占比为26%左右，表明回收利用率偏低，仍有较大的技术提升空间。在应用双预热技术时，应注意以下几方面：利用烟气余热对热风炉空气和煤气余热，仅可提高介质温度200℃左右，高炉风温度提升幅度不高，需同时采用其他辅助手段才能达到1200℃的高风温条件。应用燃烧炉双预热技术虽然能解决烟气余热回收问题，提供一定热源，促使煤气与空气预热达300℃。但是，从实际的操作情况来看，长期在高温环境下运行的金属管式换热器会缩短使用寿命，增加维护成本。应用双预热技术可提高空气温度，但在送风期间会发生蓄热室内部热量透支现象，导致高炉送风持续时间较短，进而引发较大的风温波动。

三、结语

综上所述，我国炼铁高炉冶金技术得到快速发展，可大幅提升炼铁质量，实现对资源的高效利用。在炼铁高炉冶金过程中，要在采用干法除尘技术、双预热技术、高炉喷煤技术等关键技术的基础上，持续研究环保型、智能型技术，推进炼铁技术与智能制造相结合，有效降低高炉炼铁中的能源消耗和污染物排放，达到节能减排的生产要求。

参考文献

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