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1、精品学习资源当代高炉炼铁技术如干问题的熟悉张福明北京首钢国际工程技术有限公司，北京100043摘 要:进入 21 世纪以来，高炉炼铁取得了显著的技术进步；面对当今原燃料资源短缺且价格攀升的现状，应实现钢铁厂结构优化条件下的高炉大型化，通过技术装备水平的提高带 动炼铁技术进展；结合资源和能源的支撑条件，进一步提高精料水平，采纳合理炉料结构，提高焦炭质量；积极采纳燃烧高炉煤气获得高风温技术，推广应用高效长寿顶燃式热风炉及高效格子砖，优化热风炉操作，采纳“无过热 低应力 ”热风管道设计体系，预防热风炉晶间应力腐蚀，以实现热风炉高效长寿的目标；关 键 词： 高炉；炼铁；结构优化；精料；高风温19 世纪
2、初第一次工业革命以后，高炉炼铁工艺经受近200 年的创新进展与不断完善，已成为当今炼铁工艺的主流技术；进入21 世纪以来，高炉炼铁工艺再次受到自然资源短缺、能源供应不足以及环境爱护等方面的制约，面临着较大的进展问题；面对当前严肃的形势和挑战， 21 世纪高炉炼铁如何实现可连续进展，在高效低耗、节能减排、循环经济、低碳冶金、清洁环保等方面取得显著突破，是当今炼铁工作者普遍关注的热点问题；1 高炉大型化与高炉合理容积的确定1 1 国内外高炉大型化的进呈现状高炉大型化和长寿化是当今世界高炉炼铁技术的主要进展趋势，高炉大型化的技术优势主要表达在高效集约、节能减排、低耗环保等方面；大型高炉具有劳动生产效
3、率高、能源消耗低、生产成本低、污染物排放少、环境治理成效好等诸多综合优势，大型高炉更有利于实现高炉低碳冶炼和循环经济，更有利于实现优质铁水生产和高效能源转换；因此， 大型高炉可以有效地提高炼铁工业的综合技术装备水平，具有可连续进展的优势和技术装备竞争力，高炉大型化是实现高炉炼铁“高效、优质、低耗、长寿、清洁”的必由之路；随着装备制造、运算机信息化和新材料产业等相关产业的快速进展，世界范畴的高炉大型化进程加快； 20 世纪 70 岁月，以日本为代表的工业发达国家，相继建成了一批容积5000m3 以上的巨型高炉，引领了国际高炉炼铁大型化进展的潮流；由于大型高炉具有单位投资省、生产效率高和运行成本低
4、等技术经济优势，因此高炉大型化已成为当今国际炼铁技术进展最显著的技术特点；高炉大型化使单座高炉的产量大幅度提高，提高单炉产量就提高了劳动生产率，从而提高了高炉的竞争力；近20 年来，日本运行高炉的数量由1990 年的 65 座削减到 28 座， 高炉数量降低了56 9 ，高炉平均容积由1558m3 提高到4157m3 ，增长幅度达到166 8，平均单炉产量达到350 万 t a1 ；欧洲运行高炉的数量由1990 年的 92 座削减到 2021 年的 58 座，高炉数量降低了37，高炉平均工作容积由1630m3 提高到 2063m3， 增长幅度为 26 6，平均单炉产量由104 万 t a 增加
5、到 154 万 t a，增长幅度为 482 ；日本和欧洲高炉数量及高炉平均容积的演化，基本代表了工业发达国家近20 年高炉大型化的进展进程和现状；20 世纪 90 岁月，中国钢铁工业进展迅猛，钢铁产量连续增长，在高效连铸、高炉喷煤等关键共性技术取得重大突破的同时，中国钢铁厂整体流程结构优化、高炉大型化的发展进程也随之加快；进入21 世纪以来，中国高炉大型化进程加快，重点钢铁企业的高炉构成发生了庞大变化； 2000 年 2000m3 以上的高炉仅有18 座，到 2021 年 2000m3 以上的高炉已进展到 109 座，其中 2000 3000m3 高炉为 74 座， 3000m3 以上高炉为
6、35 座3 ；宝钢、太钢、马钢、本钢、鞍钢鲅鱼圈、首钢迁钢等一批新建的4000m3 级高炉相继投产，首钢京唐2 座5500m3 高炉也分别于 2021 年 5 月和 2021 年 6 月建成投产，沙钢5800m3 高炉于 2021 年 10欢迎下载精品学习资源月建成投产，这些特大型高炉的建成投产，标志着中国高炉大型化已经步入国际先进行列；1. 2 钢铁厂流程结构优化与高炉大型化钢铁厂生产才能的挑选要适应社会进展和市场需求，依据区域需求和钢铁市场结构需求，结合企业实际情形，因地制宜、科学决策，合理确定钢铁厂的产品定位和生产规模；应依据钢铁厂整体流程结构的合理性、高效性、经济性考虑顶层设计，综合考
7、虑轧机组成并评估钢铁厂合理产能，进而再据此确定与之相对应的高炉产能、数量和容积，同时必需兼顾企业投资取向和企业进展的远景目标；国内外高炉炼铁技术进步与高炉大型化进展密不行分，在钢铁厂流程结构优化条件下的高炉大型化，是当代高炉炼铁技术的进展方向；考虑到物质流、能量流和信息流网络结构的优化，一个钢铁厂配置23 座高炉是相宜的挑选，应当以钢铁厂整体流程结构优化为前提，科学合理配置高炉，同时不应片面强调高炉越大越好，盲目攀比第一；对于当代钢铁厂，高炉的功能不仅是通过仍原反应过程而获得优质的炼钢生铁，而且相伴着大量的能量转换和信息的输入输出；因此，应当运用冶金流程工程学理论4 ，从更高、更宽的视野进行分
8、析，也就是从铁素物质流、能量流和信息流等方面，综合评判钢铁厂的流程结构优化和高炉大型化；高炉大型化是钢铁厂流程结构优化的重要内涵，关系到整个钢铁厂的物质流、能量流和信息流淌态运行的优化；在整个钢铁厂生产流程的尺度上，综合考虑钢铁厂物质流、能量流和信息流网络结构优化的高炉大型化，是当代钢铁厂流程结构优化的必定选择；对于高炉产能、数量以及高炉容积的确定，必需因地制宜，不能千篇一律，应统筹考虑钢铁厂流程结构的合理性和高效性，科学确定钢铁厂的产品定位和生产才能；对于已有的钢铁厂，高炉数量和高炉容积的挑选，仍要结合详细条件，综合考虑原燃料条件、物流运输、炼钢、连铸以及轧钢的设备才能和产品结构等各方面因素
9、；笔者认为，推动实施中国高炉大型化，要实现以钢铁厂整体流程结构优化为前提的大型化，既不提倡一个钢铁厂有过多数量的高炉，也不主见高炉越大越好，应当依据钢铁厂流程优化的原就择优确定高炉数量、产能和容积；值得指出的是，高炉产能和容积的确定绝不能不顾钢铁厂流程结构的合理性，而盲目追求所谓的高炉大型化；同时更不能因循守旧、仅顾当前利益而建造数量过多的小型高炉；总而言之，高炉大型化不是简洁的大型 化，是钢铁厂功能、结构、效率协同优化条件下的大型化，不能不顾原燃料条件、生产操作和治理水平，为追求高炉大型化而大型化，实践证明，盲目追求高炉大型化后果适得其反5 ；2 精料技术2. 1 资源和能源条件精料是当代高
10、炉生产实现“高效、低耗、优质、长寿”的基础，是高炉炼铁工艺中最重 要的支撑技术，也是实施高炉生产“减量化 ”的重要措施；进入21 世纪以后，中国钢产量的快速增长导致进口矿石量大幅攀升，由2000 年的 69 90Mt 增长到 2021 的 618 64Mt ，增长了近 8 倍；进口铁矿石生产的生铁量由2001 年的 39增加到2021 年的 62；由此可见，进口铁矿石在中国炼铁工业进展进程中发挥了重要作用；与此同时，中国炼铁工业对进口铁矿石的依靠性日益增加，在国内优质矿石资源短缺、进口铁矿石价格攀升的情形下，使炼铁生产成本大幅度提高；尽管中国煤炭资源丰富，但经济可开采储量不足，2003 年公布
11、的中国煤炭经济可开采储量为 1450 亿 t，优质炼焦煤资源相对短缺，可开采储量为662 亿 t，且分布极不平稳；近年来，不少钢铁企业从国外进口优质主焦煤，主焦煤进口比率正在逐年递增；铁矿石和优质炼焦煤资源的短缺，制约了中国钢铁工业的连续进展；进口矿石和主焦煤价格的大幅攀欢迎下载精品学习资源升，使炼铁制造成本加大，在资源、能源条件制约日益严峻的情形下；高炉炼铁应积极应 对当前形势，通过实施“减量化 ”精料技术，提高资源与能源的利用效率，降低高炉炼铁过程含铁物质和能量的耗散；2 2 采纳合理炉料结构采纳合理炉料结构对当代高炉生产作用重大，是保证高炉生产稳固顺行的关键要素；多年以来，中国高炉炉料结
12、构形成了以高碱度烧结矿为主，适量配加酸性球团和少量块矿的模式；当前，国际上主要产钢国在注意改善入炉矿石冶金性能的同时，提高综合入炉矿品位和成分稳固性，结合矿石资源条件和造块生产工艺，以实现资源减量化和正确化利用为目标，确定经济合理的炉料结构；在优质矿石价格日益攀升的条件下，当前国内外先进高炉炉料结构的一个显著变化趋向，是降低了烧结矿的使用比率，而不同程度地增加了球团矿和块矿使用比率；进入 21 世纪以来，日本和韩国的钢铁厂开头调整高炉炉料结构，将烧结矿比率降低到 66 80，增加了块矿使用比率；日本为了降低原料成本，开发并应用了 MEBIOS 嵌入式铁矿石烧结 等一系列低品质矿石利用技术；近年
13、来，欧洲高炉的炉料结构也发生了显著变化，1990 年烧结矿比率约为80，块矿比率低于10； 2021 年， 欧洲主要产钢国的高炉平均炉料结构为烧结矿66 2，球团矿23 4，块矿104， 烧结矿比率大幅度下降，球团矿使用比率显著提高；荷兰艾莫伊登厂6 号、 7 号高炉的炉料结构为烧结矿44，球团矿 52，块矿 4；瑞典 SSAB 公司的高炉采纳100球团矿； 2021 年末，芬兰罗德洛基厂2 座高炉的炉料结构，由烧结矿70 75、球团矿25 30转变为采纳100球团矿；欧洲仍有部分高炉的块矿使用量已达到20左右；表 1 列出了亚洲部分大型高炉炉料结构，表2 为 2021 年欧洲部分国家高炉炉料
14、结构；毋庸置疑，经济合理的炉料结构是保证当代高炉炼铁技术连续进展的关键要素；在当今条件下，炉料结构的确定要兼顾资源可猎取性、技术可行性和经济性，通过择优比较， 探究相宜企业条件的炉料结构；值得指出，开发低品质矿的利用技术，并不是简洁地降低入炉矿品位，而是采纳新技术实现低品质资源的合理利用；另外仍应提高球团矿使用比 率，球团矿作为优质原料应当进一步扩大使用量；在保证高炉生产稳固顺行的前提下，适度增加块矿比率也可以使炉料成本下降，但这需要统筹考虑块矿比率增加后，对高炉燃料比和帮助原料消耗的影响；企业应建立基于运筹学数学规划的炉料结构优化模型，通过数学模型择优确定合理炉料结构；欢迎下载精品学习资源2
15、. 3 提高焦炭质量焦炭是高炉赖以生存的重要燃料，其在高炉内的骨架作用仍是其他燃料所无法替代；生产实践说明，随着高炉容积的扩大，高炉料柱中的矿焦比增加，焦炭在高炉内停留时间延长，焦炭在高炉内的负荷增加，面且所受到的破旧作用几率更大，因此焦炭在软融带和滴落带的骨架作用更为突出，高炉炼铁对焦炭质量的要求更加提高；特殊是高炉大型化以后 ， 对 焦 炭 质 量 提 出 更 高 的 要 求 ， 焦 炭 不 但 具 有 较 高 的 机 械 强 度 M 40 80 ，M 108 0 ，热反应性 CRI 和反应后强度 CSR 也成为衡量焦炭质量的重要依据；实践表 明，在高炉低燃料比、大喷煤操作条件下，焦炭反应
16、后强度CSR66 ，热反应性 CRI 25，焦炭平均粒度 45mm，这是高炉大喷煤操作的重要保证条件；3 高风温技术3. 1 高风温的意义和作用高炉冶炼所需要的热量，一部分是燃料在炉缸燃烧所释放的燃烧热，另一部分是高温热风所带入的物理热，热风带入的热量越多，所需要的燃料燃烧热就越少；由此可见，提高风温可以显著降低燃料消耗和生产成本；除此之外，提高风温仍有助于提高风口前理论燃烧温度，使风口回旋区具有较高的温度，炉缸热量充足，有利于提高煤粉燃烧率、加大喷煤量，仍可以进一步降低焦比；因此，高风温是高炉实现大喷煤操作的关键技术，是高炉降低焦比、提高喷煤量、降低生产成本的重要技术途径，是高炉炼铁进展史上
17、极其重要的技术进步；高风温技术是一项综合技术，要在整个钢铁厂能量流网络的尺度上进行讨论；高风温对于优化钢铁厂能源网络结构、降低生产成本和能源消耗、实现低品质能源的高效利用、削减 CO 2 排放等都具有重大的现实意义；当前，国内外高风温技术进展水平并不平稳，2021 年中国重点钢铁企业的高炉平均风温为1160，先进高炉的风温已达到1250 1300，技术水平差距很大，进一步提高风温是21 世纪高炉炼铁技术的热点讨论课题；3. 2 获得高风温的技术途径多年以来，中国高炉平均风温始终徘徊在1000 1080， 2001 2021 年的 10 年间， 重点钢铁企业高炉平均风温由1081提高到 1160
18、，风温仅提高了79，可谓步履维艰，高炉风温是中国高炉和国外先进水平差距最大的技术指标；制约风温提高有很多因素，如何突破这些制约条件，达到1200以上的高风温乃是当今中国高炉炼铁的主要技术进展目标；在当前条件下，提高风温应着力解决以下几个关键问题：(1) 讨论应用燃烧高炉煤气获得高风温技术；随着高炉炼铁技术进步，高炉燃料比降欢迎下载精品学习资源低、煤气利用率提高，高炉煤气热值不足3000kJ m3；由于钢铁厂高热值的焦炉煤气和转炉煤气供应不足，热风炉在燃烧单一低热值高炉煤气条件下，导致热风炉理论燃烧温度和拱顶温度不高，很难实现1200高风温；因此采纳煤气、助燃空气高效双预热技术，不但可以回收热风
19、炉烟气余热，削减热量耗散，仍可以有效提高热风炉拱顶温度；在众多的预热技术中，要统筹考虑能量转换效率、技术牢靠性、设备使用寿命等因素，择优选用适用牢靠的双预热技术；首钢京唐5500m3 高炉采纳了煤气预热和助燃空气高温预热组合技术， 利用热管换热器回收烟气余热预热高炉煤气，设置2 座小型热风炉预热助燃空气，使煤气预热温度达到； 200，助燃空气预热温度达到520 600，在燃烧单一高炉煤气条件下，热风炉拱顶温度达到 1420，月平均风温达到1300；这项利用低热值高炉煤气实现1300高风温技术值得推广；(2) 热风炉结构形式的挑选；高炉热风炉是典型的蓄热式加热炉，其工作原理不同于其他的冶金炉窑，
20、是当代钢铁厂燃烧功率最大、能量消耗最高、热交换量最大的单体热工装置；尽管现有的3 种结构热风炉均有实现1250高风温的实绩，但在燃烧工况适应性、气体流淌及分布匀称性、热量利用有效性等方面仍存在差异7；综合考虑热风炉高效长寿和适应性，当代高炉应采纳顶燃式或外燃式热风炉；值得指出的是，近年来顶燃式热风炉取得了重大技术进步，已推广应用于首钢京唐5500m 3 巨型高炉，并取得了突出的应用成效， 月平均风温达到1300；目前，国内开发并应用了各种结构的顶燃式热风炉，成为引领热 风炉高风温技术创新的讨论热点；应当看到，我国热风炉结构多样化将维护较长时期，对于新建或大修改造的高炉应优先采纳顶燃式热风炉技术
21、；(3) 采纳高效格子砖；实践证明，缩小热风炉拱顶温度与风温的差值可以显著提高风温，其主要技术措施是强化蓄热室格子砖与气体之间的热交换；在保持格子砖活面积或格子砖重量不变的条件下，适当缩小格子砖孔径，可以增加格子砖加热面积、提高换热系数而增加热交换量；在热风炉燃烧期，高温烟气可以将更多的热量传递给格子砖，使得烟气温度更低；在热风炉送风期，同样有利于鼓风与格子砖的热交换，使得热风温度更高，热风的温降也更为平缓，在风温保持较高的状态下更加稳固；对于格子砖砖型的挑选需要综合考虑择优确定，并不是格子砖孔数越多、孔径越小就越有利，要综合考虑蓄热室热效 率、蓄热室有效利用率和格子砖使用寿命等各种因素的影响
22、；(4) 优化热风炉操作；优化热风炉燃烧、送风操作，缩小拱顶温度与风温的差值，适当提高烟气温度，是提高风温的主要操作措施；当前，热风炉燃烧操作应进一步优化，合理 设定煤气与助燃空气配比，降低空气过剩系数，保证煤气的燃烧完全；热风炉烟气中残余CO 和 O2 含量应尽可能降低，燃烧初期应实行强化燃烧模式，使拱顶温度快速达到设定数值；燃烧过程中合理调剂煤气和助燃空气，在较低的空燃比下使烟气温度达到设定目标； 依据拱顶温度、烟气温度、烟气含氧量等参数在线调剂煤气和助燃空气，优化热风炉燃烧 操作是当前需要引起重视的问题；优化热风炉燃烧不但可以获得高风温，仍可以降低能源消耗，提高能源转换效率，削减热量耗散
23、；热风炉送风操作也需要改进，4 座热风炉应采纳“两烧两送 ”交叉并联的工作模式，这样可以提高风温约25，同时应尽量削减冷风混风量，使高风温得到充分利用；3 座热风炉采纳 “两烧一送 ”的工作模式，可以适当缩短送风周期、增加换次数，同样应削减冷风混风量；改善热风炉操作一方面应开发应用简便有用的热风炉操作数学模型，采纳数字化、信息化手段提高热风炉操作水平；另一方面应在交叉并联送风技术的基础上，讨论开发热风炉“热交叉并联 ”送风技术，进一步削减冷风混风量，降低风温波动，使高炉获得更加稳固的高风温；3 3 高温热风的输送风温提高以后，高温热风的稳固输送成为制约环节；近年来，不少热风炉的热风支欢迎下载精
24、品学习资源管、热风总管和热风环管显现局部过热、管壳发红、管道窜风、甚至管道烧出事故，热风管道内衬常常显现破旧，极大地限制了高风温技术的进展；因此，优化热风管道系统结构，采纳 “无过热低应力 ”设计体系 8 ，合理设置管道波纹补偿器和拉杆，妥当处理管道膨胀以降低管道系统应力，热风管道采纳组合砖结构，排除热风管道的局部过热和管道窜风；热风炉各孔口在多种工况的恶劣条件下工作，也是制约热风炉长寿和提高风温的薄弱环节；热风炉各孔口耐火材料要承担高温、高压的作用，仍要承担气流收缩、扩张、转向运动所产生的冲击和振动作用；热风出口应采纳独立的环形组合砖构成，组合砖之间采纳双凹凸榫槽结构进行加强，以减轻上部大墙
25、砖衬对组合砖产生的压应力；热风炉的热风出口、热风管道上的三岔口等关键部位均应采纳组合砖结构；热风管道内衬的工作层，应采纳抗蠕变、体积密度较低、高温稳固性优良的耐火材料；绝热层应采纳体积密度低、绝热性能优良的耐火材料，仍应注意合理设计耐火材料膨胀缝及其密封结构；3 4 延长热风炉寿命讨论说明，当热风炉拱顶温度达到 1420 以上时，燃烧产物中的 NO ，生成量急剧上升，燃烧产物中的水蒸气在温度降低到露点以下时冷凝成液态水， NO x 与冷凝水结合形成酸性腐蚀性介质，对热风炉炉壳造成晶间应力腐蚀，降低了热风炉使用寿命，成为制约风温进一步提高的主要限制因素；因此，热风炉一般将拱顶温度掌握在1420以
26、下，旨在降低 NO ，生成量从而有效抑制炉壳晶间应力腐蚀；应实行有效的晶间应力预防措施，延长热风炉使用寿命；通过合理掌握热风炉拱顶温度，抑制热风炉燃烧及送风过程NO ；的大量生成；实行高温区炉壳涂刷防酸涂料和喷涂耐酸喷涂料等防护措施，加强对热风炉炉壳的隔离爱护；采纳细晶粒炉壳钢板，采纳热处理措施排除或降低炉壳制造过程的焊接应 力；对于热风炉高温区炉壳实行保温等综合防护措施，预防热风炉炉壳晶间应力腐蚀的发生，以延长热风炉寿命达到与高炉寿命同步；4 结语(1) 钢铁厂流程结构优化条件下的高炉大型化，是当代高炉炼铁技术进展方向；应依据钢铁厂整体流程结构的合理性、高效性和经济性，综合考虑顶层设计，科学
27、合理确定钢铁厂产能，进而再据此确定高炉的产能、数量和容积；(2) 精料是当代高炉炼铁的重要基础；在当今资源短缺、能源日益匮乏且价格攀升的状况下，必需因地制宜制定相应的精料战略，采纳合理炉料结构，改善焦炭质量，促进低品质资源的高效利用是当前应当着力解决的问题；(3) 提高风温、增大喷煤量、降低燃料消耗是当代高炉炼铁实现可连续进展的重要途径，采纳燃烧低热值高炉煤气实现高风温技术具有宽阔进展前景；采纳高效长寿顶燃式热风炉和高效格子砖，优化热风炉操作，采纳“无过热一低应力”热风管道设计体系，实行预防热风炉晶间应力腐蚀措施，实现高风温热风炉高效长寿的目标；参 考 文 献：1 Takashi Miwa D
28、evelopment of Iron- making Fechnologies in JanpanJJournal of Iron and Steel Research International，2021 ， 16supplement 2： 14 192 Hans Bodo， Michael Peters， Peter Schmoele Iron Makingin Western EuropeC The ChineseSocietyforMetals ， SteelInstituteVDEh， 3rdCSM-VDEhMetallurgical SeminarProceedings Beiji
29、ng ， 2021： 33503 张寿荣进入21 世纪后中国炼铁工业的进展及存在的问题J炼铁， 2021， 311 ： 1 64 殷瑞钰冶金流程工程学第 2 版M 北京：冶金工业出版社，20215 刘云彩炉料条件与巨型高炉建设C 中国金属学会， 2005 中国钢铁年会论文集，北欢迎下载精品学习资源京： 2005：304 3086 张福明，钱世崇，张建，等首钢京唐5500m3 高炉采纳的新技术J 钢铁， 2021， 462 ： 12 177 钱世崇，张福明，李欣，等大型高炉热风炉技术的比较分析J 钢铁， 2021 ， 4610 ：1 68 张福明，梅丛华，银光宇，等首钢京唐5500m3 高炉 BSK 顶燃式热风炉设计讨论J中国冶金， 2021， 223： 27 32欢迎下载