王瑞
摘要 ：近年来随着环保压力逐年增大，节能减排降低对环境的污染已被提上日程 , 钢铁企业尤其是高炉炼铁更是环境的重要污染源。改良生产工序 , 优化工艺流程是钢铁企业的唯一出路 , 如今高炉炼铁广泛推广和应用先进的操作技术规程，优化高炉炼铁设备 , 达到节能减排的目的。在炼铁节能减排过程中，降低燃料比属于重点内容，对企业节能降耗具有重要意义。另外，还要改善炉料成分和进料工艺 , 对设备进一步改造达到节能提高产量的目的。本文对高炉炼铁几种节能减排措施进行简要的分析。
关键词 ：高炉炼铁 ；燃料比 ；节能减排 ; 炉料成分
我国高炉炼铁使用的传统工艺缺点较多，由于生产过程中需要大量焦炭作为燃料 ,而焦炭燃烧需要释放许多一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等有害气体 , 不但能耗较大，还对生态环境造成较大污染，所以优化生产设备和生产工艺 , 节能减排迫在眉睫。因此，降低高炉燃料比成为冶炼技术工艺的主要发展方向，应充分发挥先进炼铁技术优势，共同建设资源节约、环境友好高炉，促进工业企业的长远稳健发展。另外改善炉料成分和进料工艺 , 对设备进一步改造同样能达到节能提高产量的目的。
1 我国高炉炼铁现状及存在的问题
1.1 高炉炼铁燃料比不能达到预期要求
在钢铁工业飞速发展下，钢铁生产量逐年提升，但炼铁系统能耗也不断提升，占钢铁联合企业总能耗的 70% 左右，与节能减排号召不相符合。因此，应从源头抓起，对降低炼铁燃料比给予高度重视，这就需要明确燃料比的影响因素，才好对症下药。在高炉炼铁期间，所用燃料主要为煤粉、焦炭、焦丁等，入炉焦比和入炉焦丁、喷煤比之和为燃料比。因煤粉和焦炭之间存在差价，且喷煤比受生产环境、煤粉性能等因素影响，各阶段喷煤比均有所区别。可见，喷煤比属于高炉炼铁的主要因素，对生产效益具有较大影响。除此之外，高炉燃料比还受原燃料质量、高炉生产环境、操作技术等因素影响，具体如下。在原燃料管理方面，炼铁所需的烧结矿、焦炭、煤粉等原料质量水平，对原料入炉生产效果产生较大影响，使燃料比难以达到预期 ；高炉操作环境中，如若未能合理调节风温、顶压、富氧和温度等指标，将会导致炼铁环境不达标，进而影响燃料比 ；操作技术方面，高炉上下部能否合理调节、低硅冶炼和碱度控制是否到位，都将影响冶炼强度和燃料比，进而影响生产经济效益。
1.2 传统原料成分和进料方式不合理
作为传统的燃料，进入高炉的焦炭含有大量碳粉 , 一旦块状铁矿石进入高炉时受到碳粉和气流的冲击使铁矿石在还原过程中发生晶形变化，导致块状铁矿石裂开甚至粉碎。大量粉碎的块状铁矿石直接影响高炉内部气流分布和炉料的顺行，从而产生大量有害废气。另外，传统的进料装料方式工艺存在问题 ,需要优化。
1.3 高炉在设计上存在缺陷
目前高炉设备存在设计上的问题 ,原料消耗巨大且废气排放超标。生产出的不合格产品和废气只能当成废品处理 ,造成环境污染和能源浪费。
2 针对问题采取的应对措施
2.1 降低高炉炼铁燃料比的工艺应用
2.1.1 采用精细优质原燃料，降低燃料比
在高炉炼铁阶段，所用原燃料质量对生产效果具有直接影响，这就要求从业者树立精料意识，选取精细优质的原料，如含铁量较高的矿粉，提升烧结冶金水平，达到降低燃料比的目标。大量实践表明，当入炉矿粉质量提升 1% 时，燃料比便会降低 1.5%，生铁产量也会有所提升。但是，当前优质铁矿石的储备量有限，高等级矿石的生产量更是不断降低，市场供不应求，售价相对较高。对此，在炼铁期间考虑到原燃料的成本问题，在确保燃料质量稳定的同时，还要合理调整炼铁焦比、入炉矿中铁所需碱度等指标，当含铁品位从 ±1.0% 下降到 ±0.5% 后，焦比降低 1.0% ；当碱度波动从 ±0.1 下降到 ±0.05，焦比降低 1.3%。在炼铁生产期间，焦炭质量变化属于影响生产效果的重要因素，尤其对喷煤比较高的高炉来说，所产生的影响更为显著。对此，大型高炉生产中，要求热反应控制在 26% 以内，反应后的强度超过 66%，才可减轻焦炭质量变化对炼铁生产效果的不良影响。为检验精料方针的实施效果，以某钢铁厂为例，对 2022 年连续两个月的高炉炼铁生产成果进行记录，其中 1 月份为正常生产，2 月份开始实施精料方针，1月份日产量为2285.15t，焦比为389kg/t，煤比为148.52kg，全月平均品位为56.25，综合燃料比为526.84kg；2月份的日产量为2354.06t，焦比为367kg/t，煤比为155.94kg，全月平均品位为58.43，综合燃料比为503.48kg。根据上述数据结果可知，该厂的平均日产增加68.91t，提升比例为3.02%，焦比下降22kg/t，综合燃料比下降23.36kg。可见，在树立精料意识，使用精细优质原燃料后，不但每日生产量得到提升，还可降低燃料比，与节能减排目标充分符合。
2.1.2 实施高温、加湿鼓风处理
高炉炼铁需要充足的能量支持，其中热风占比16%~19% 之间，与其他能源相比，造价偏低，钢铁厂可充分发挥热风优势，节约生产成本。当热风温度提升到100℃时，可使燃料比下降 15kg/t~25kg/t，并使每吨的喷煤量提升 30kg 左右。可见，提高热风温度对降低炼铁燃料比意义较大，还可使炉内燃料更加透气。在实际应用中，部分钢铁厂采用沙钢 5800m3 高炉的热风系统，尽管提高热风温度可降低燃料比，但还要考虑到安全性问题，不可一味的升温。为消除安全性对风温调节的阻碍，厂内技术人员应实施系统改造，在该领域专家的协助和指导下，通过整体换新热风管道，增加一座热风炉、改造送风管道等方式，将风温可用范围从原本的 1150℃提升到 1220℃，改造后最高可支持 1250℃的热风。部分高炉暂时无法喷煤，如若使用高风温，可发挥加湿鼓风技术的辅助作用，与较高的热风温度联合，不但可提高生铁产量，还可达到降低焦比的目标。无喷吹利用高风温炼铁时，将会使炉内理论燃烧温度提升，加速硅还原，影响高炉运行效率，加湿鼓风的应用可帮助降低风口前的理论燃烧温度。
2.1.3 合理把控冶炼强度
大量实践结果显示，高炉炼铁强度每日不足 1.05t/m3时，提高炼铁强度可使燃料比降低，但若炼铁强度每日超过这一数值，提高炼铁强度将会使燃料比也随之提升。可见，应合理把控冶炼强度，使其每日处于 1.05t/m3 ~1.15t/m3 之前，可确保高炉燃料比始终保持较低水平。当前国内许多大高炉生产时，通常将炼铁强度控制在 1.15t/m3 ·d以内，部分小型高炉的冶炼强度超过 1.50t/m3 ·d，这便是小型高炉燃料比普遍超过大高炉的原因所在。当助燃空气不超过 800℃时，温度每提升 100℃，理论燃烧温度也应随之提升 30℃左右。当煤气预热温度每提升 100℃，理论燃烧温度应增加 50℃，由此提高炉顶温度。在以上数据支持下，可采用热风炉烟道废气预热的方式，加速空气燃烧，提升余热回收量，使热效率得到切实保障，再用回收的热量，提高风温，可使冶炼强度始终处于合理范围。
2.1.4 强化冶炼技术控制
为实现高炉顺利高效生产，降低燃料比，应通过高压技术、综合喷吹等方式，加强冶炼技术控制，促进煤粉的高效燃烧，具体如下。
（1）高压操纵，增加煤气 CO2 含量。当炉内煤气压力超过 0.03MPa 时，说明处于高压状态，顶部煤气压力提升10kPa，产量可增加 1.9%，焦比下降 3% 左右，对低硅铁生产具有促进作用。随着顶部压力值不断提升，当提高到一定数值后，增产效果开始下降。进一步提高顶压后，高炉运行更加顺畅，波动平缓，有助于铁矿石的间接还原。在高压操纵下，可使一氧化碳朝着二氧化碳转变，产生节焦效果。高压环境下，炉内煤气流运行速度下降，可帮助热风量朝着炉料转移，炉尘吹出量也不断下降，TRT 发电量提升。当炉顶煤气压力超过 120kPa 后，应安装 TRT 装置，由该装置回收炉鼓风动能，在煤气干法除尘技术的支持下，可使发电量提升 30% 左右，取得良好的经济效益。
（2）综合喷吹，提高煤粉燃烧率。经过大量喷吹后，炉腹煤气量明显提升，加上焦炭量降低，焦炭自身消耗产生的炉料下降幅度减少，下部压差不断提升。与此同时，许多燃煤粉并未充分燃烧，很容易使料柱堵塞，煤气分布紊乱。对此，可将高风温、富氧鼓风等技术引入进来，以综合喷吹的方式，使燃烧条件得以改善，促进煤粉燃烧率提升，充分替代焦炭，使燃烧得以高效利用，减少资源浪费。在富氧鼓风技术应用下，风口区的理论燃烧温度增加，可弥补喷吹煤粉所需的热补偿。高炉生产期间，以喷煤量为依据，将氧气用量控制在 2%~3% 之间，并在煤粉、风温调整到最佳状态，由此提升煤粉燃烧效率，保证炉内顺利生产。
2 改善炉料成分和进料工艺
2.1 改善炉料成分
通过研究炼铁高炉主要技术经济指标发现，燃料对于工序能耗影响非常大。经过长时间艰苦的探求，反复试验优化和改善炉料结构，发现大幅提高烧结矿碱度可以使矿物组成发生了明显的变化，铁酸钙含量显著增加。由于铁酸钙还原性能好，强度高，大量的铁酸钙存在，可以防止 β-2CaO·SiO2 在冷却时产生粉化现象。随着碱度的提高和总黏结相升高，软化开始温度和软化终了温度降低，还原度增加，炉内所承受的压差逐渐提高。从而管道形成风压冒尖等炉况现象得以减少和杜绝，减少了块状铁矿石裂开和粉碎情况。高炉内部气流分布和炉料的顺行得到改善，从而产生大量减少有害废气。另外 对入炉块状矿石全部实行预筛选分拣，确保进入炉里的矿石含粉率小于 4%,并且对于进料进行二次筛分，在进入高炉料仓之前再进行一次预处理 , 同时继续加强槽下筛分管理，通过采用双层棒条自动清理机烧筛代替原有的梳齿筛等设备改造，以及采用控制料流、及时清理筛面等措施降低入炉产生的粉末。目前高炉入炉粉末基本控制在 3%~4% 左右。由于调整炉料结构，实现经济效益最大化 , 使得用价格较低的原料代替高价球团矿直至全部取消球团的炉料结构，大幅度提高块矿比例直至 30%。
2.2 改善进料工艺
逐步摸索中小矿批分装工艺在高炉上的应用，这种方法有利于矿石均匀分布，对于稳定上部气流和改善软熔带透气性效果显著 ,并且分装还可以减少炉料分布中的界面效应，促进炉况的稳定顺行和焦比的降低。生矿配比已达到 25%，入炉综合焦比下降到了 490kg/t 以下，中小矿批分装在节能降耗中起到了重要作用。通过对高炉热流检查和分析确保合适的冷却强度，使高炉炉墙上形成一层稳定的保护性渣皮，延长高炉稳定运行寿命 ,进一步节能降耗。
空气热流本身也反映了该部位煤气气流的发展状况和炉墙黏结情况，从其变化中反映出炉况的发展趋势，这样就可以提前采取措施避免炉况的进一步恶化，对高炉操作起到预警作用。逐步推广使用了无水炮泥，彻底消除了潮铁口、浅铁口及抗侵蚀差的情况 ；利用高炉大修将炉前主沟由以前的捣打主沟改造成为储铁式浇注主沟，通过这一改造，不但降低成本 50％之多，而且降低了炉前工的劳动强度，减少了炉前事故 ；同时铁水罐中的含渣量明显降低，也为炼钢生产创造了有利条件。
3 在优化进料的同时对设备进行改造达到节能提高产量的目的
炉型设计上降低高炉高径比，扩大炉缸容积，满足富氧大喷吹要求 ；高炉本体选材上满足高强度冶炼。炉缸引进陶瓷杯砌体，风口以上全部采用高铝砖，冷却壁增高到炉身中部 ；设备选型上适合高强度冶炼。增加料斗容积，逐步采用无钟炉顶布料系统，计算机自动控制，传动全部采用为液压系统，增加了系统运行的稳定性和安全性，符合提高炉顶压力对炉顶耐压的要求。除尘系统将箱体内部由大布袋内滤加压反吹改造成为小布袋外滤氮气脉冲反吹，过滤负荷满足了工艺要求，高炉热风炉改造完成后，风温提高 100 多度。高炉喷煤是炼铁系统结构优化的中心环节，是国内外炼铁生产技术发展的大趋势，同时也是降低工序能耗，减少生产过程中环境污染的重要手段。该系统采用中速磨制备煤粉、一次收粉技术、并罐、直接喷吹技术、高效粗粉分离器，烟煤安全喷吹检测装置，长寿喷枪技术，新型流化器等新技术。高炉采用远红外炉顶成像技术，通过炉顶成像技术能够在生产过程中一定程度上实现了炉内操作的可视化，可以观察炉内煤气流分布及变化情况，根据情况及时调整高炉操作参数，为炉况长期稳定顺行提供了有力的帮助。
节能也包括循环运用热量，在完全燃烧后从燃烧气体 中回收热量，通常约 300℃。还可以用循环利用废气固体 , 在金属冶炼过程中，通常会产生大量类似炉渣的固体残渣 , 随着高炉炼铁工艺的不断创新和发展，通过对金属冶炼过程中产生的固体废弃物的合理利用，不仅可提高资源的利用效率，而且可最大限度地减少废弃物的排放，对钢铁企业实现可持续发展的目标具有重要的现实意义。
4 结语
综上所述，在钢铁厂运行中，降低高炉燃料比可减少生产成本，同时改善进料成分和工艺 , 优化高炉设备与节能减排的环保要求相符。从业者应立足实际，明确燃料比的关键影响因素，深刻认识到喷煤比、原燃料质量、高炉生产环境、操作技术与燃料比降低的关系，并自觉树立精料意识，通过实施高温加湿鼓风技术、加强冶炼强度把控、强化冶炼技术控制等措施，以此降低燃料比，实现节能减排。