摘要对我国高炉炼铁生产技术中的若干问题进行了讨论。认为应维持原燃料等操作条件允许的合适高炉冶炼强度，通过大力降低燃料比，实现高炉单炉产量的提高；努力提高风温和喷煤量，降低燃料比，缩小与国际先进水平的差距；努力降低炼铁工序能耗，减少有害气体和烟尘的排放；采取各种成熟的技术措施，把精料维持和提高到适应于高炉大型化和高喷煤量操作所要求的水平。   

关键词 高炉 炼铁生产 燃料比 精料

1提高单炉产量

        长期以来，我国高炉提高单炉产量都是以提高冶炼强度作为手段，这在钢铁基础薄弱时期，无疑起到了迅速提高钢铁产量的良好作用。但到今天，我国的生铁产量已超过了3．3亿t，是否还要继续走高冶炼强度的路线，值得冷静思考。因为高冶炼强度生产也带来很多问题，最明显的就是燃料比偏高(吨铁能耗高)。应该看到，今后较长一段时间内，为提高单炉产量，应维持原燃料等操作条件允许的合适冶炼强度，通过大力降低燃料比，实现单炉产量的提高。这里需要明确一个概念，在高炉生产中，利用系数等于冶炼强度与焦比之商，或者可以说，利用系数等于综合冶炼强度与燃料比的商。在冶炼强度一定的情况下，只要燃料比降低，利用系数就能提高，所以许多专家认为：今后各个企业应该着力于研究并找出适合于本企业具体原燃料、设备等操作条件下的合适冶炼强度，然后采用大力降低燃料比的技术来达到高炉炼铁的高效化，这一观点希望引起大家的讨论。

    在这里还要提出一个问题同大家商榷，就是“高炉有效容积利用系数”这个指标。前面已说过影响有效容积的因素太多，因此利用这个指标来对比不同炉容高炉的生产业绩有很大的片面性。例如：大高炉的利用系数好的2．3～2．6，而中小高炉的利用系数有的达到3．8～4．O，但这并不能说明中小高炉比大高炉更为高效，这是因为炉容不同造成的误导。表1给出了关于这个问题的分析。

    由表1可以看出，大高炉生产的实际业绩炉缸面积利用系数(μ_A)要比中小高炉高，像1 000～3 200m²高炉的μ_A在70 t／ (m²·d)以上，100—300m³级小高炉要到达这样的业绩，它们的有效容积利用系数都要在4．0以上。所以，建议以后不要单纯攀比高炉有效容积利用系数，还要参考单位炉缸面积的出铁量或称高炉炉缸面积利用系数(μ_A)。

    提高单炉产量的必然途径应该是高炉大型化。高炉炉容扩大以后，不仅一座高炉的总产量提高，而且单位炉缸面积产量也提高，燃料比降低，铁水质量提高([Si]低，[S]低，铁水温度高等)，更重要的是劳动生产率大幅度提高。国内外高炉利用大修机会扩容，即使4000 m³级的大型高炉，大修时也可扩容。我国宝钢、鞍钢已经取得成功的经验，例如鞍钢将原来l、2排1000m³以下高炉拆除，大修扩建为2500m³级高炉，宝钢2号高炉大修将进行扩容。

2降低燃料比

    首先，要说明燃料比是指冶炼l t生铁消耗的焦炭和喷吹煤粉的总和，这是国际上通用的概念。我国现在有些地方把过去的综合焦比(焦比+煤比×置换比)看作了燃料比，这在对比国内外生产业绩时就会出现误差。例如宝钢高炉的燃料比为480～498kg／t，而综合焦比就只有450kg/t左右。澄清这个概念，用相同口径与国际先进水平比较，找出差距，降低燃料比尚任重道远。

2．1  高风温

    实现高风温要解决三个问题：一是高温热量的供给；二是避免热风炉炉壳出现晶间应力腐蚀；三是热风炉寿命应该达到25～30年。

    晶间应力腐蚀是由于在很高的拱顶温度下，燃烧产物生成NOx和SOx。许多研究表明，这些反应在温度≥1420℃时开始加剧。燃烧产物中的：NOx、SOx与H₂O相遇生成硝酸和硫酸，导致炉壳腐蚀。尤其炉壳在高应力状态下工作，晶粒之间的腐蚀更为严重。可以认为，晶间应力腐蚀现象是在两个不利条件下出现的：一是高温下形成了NOx和SOx，二是钢壳在高应力的状态下工作。由于热风炉在过高的温度下工作时防止晶间应力腐蚀是有难度的，花费高昂，因此，目前国内外的热风炉操作一般都把热风炉拱顶温度控制在不超过1 400℃的水平上，以尽可能减少NOx和SOx的生成量。这一拱顶温度保证高炉长期的送风温度1 250℃是可行的。因此许多专家认为，我国高炉热风炉的风温目标确定为1250 ℃是合理的，它既反映了当今国内外热风炉的技术水平，又是我们现在经过努力创造条件能够到达的。当然，各企业也可以根据自己的情况在±50℃范围内浮动。

    实现上述高风温目标有如下对策：

    (1)高炉富氧鼓风或热风炉掺烧部分高热值煤气，提高热风炉燃烧的化学热。高炉富氧鼓风不仅可以强化燃烧，提高燃烧带的温度，提高喷煤量，而且可以提高煤气热值。一般提高1％富氧率大约可提高煤气发热值146 kJ／m³左右。转炉吨钢煤气产生量约80Nm³／t，发热值约7500kJ／Nm³。如果把回收的转炉煤气供热风炉使用，热风炉燃烧用煤气的热值大约可提高到3400 kJ／Nm³以上。

    (2)煤气与助燃空气双预热。①增设热风炉预热系统，保证助燃空气获得足够高的预热温度；与此同时，采用成功的煤气换热器预热煤气，由于占地面积大，这只能在新建高炉时才可能实施。②有些专家认为可以增设附加燃烧炉高温预热系统，或增设前置式高效蓄热式换热器。这样做虽然占地面积较小，但在保证获得足够高的预热温度和传热介质性能老化导致传热效率降低方面存在矛盾。总之，煤气和助燃空气的预热已经引起大家的重视，有必要在工业实践中进一步完善。③采用新型高效格子砖减少拱顶温度与风温差值。几十年来，我国热风炉格子砖在不断向加大单位面积的方向发展。20世纪50～60年代使用片砖或方砖，单位加热面积只有20．25 m²／m³；60～80年代使用小型六边形砖，单位加热面积达到30m²／m³；80年代以后，采用了六边形7孔砖，单位面积达到38 m²／m³。这些传统格子砖的缺点是单位加热面积与单位砖重的比值过小，与现代热风炉的操作制度不相适应。近年来，许多高炉采用的小孔径格子砖对提高热风炉的传热效率有良好的效果。从国内外热风炉技术的发展来看，现在我们已有条件设计制造我国自己的格子砖系列，推广应用小孔径格子砖将可以在不增加投资的基础上获得良好的效果。

    (3)合理的热风管道结构设计。热风管道烧红、漏风甚至崩裂已成为我国一些热风炉进一步提高风温的一个障碍。造成这些问题的主要原因有二：一是热风管道设计不合理；二是热风管道，尤其是进风弯管隔热欠佳。因此，必须纠正不合理的热风管道结构设计，加强热风管道的隔热，以适应1 250 ℃高风温提出的更加严峻的要求。

  (4)缩短热风炉的送风时间。缩短热风炉的送风时间是充分利用高温热量的有效措施。国外为了维持高风温，送风时间缩短到30～45 min。为此，必须完善热风炉自动控制系统，首先是完善自动换炉系统，其次是燃烧自动控制系统。

2．2喷吹煤粉技术

    喷吹煤粉的优越性已成为高炉炼铁工作者的共识，因此各企业都在努力提高喷煤量来置换更多的焦炭。但是需要注意的是，提高喷煤量时应考虑自身的冶炼条件，要做到提高喷煤量不降低置换比，使燃料比随喷煤量的增加有所降低。目前有部分企业脱离冶炼条件而片面地提高喷煤量，结果大量未燃尽煤粉进入除尘系统(包括布袋除尘)成为炉尘。煤粉在高炉内的燃烧率、利用率降低，造成了燃料比没有降低，反而升高。表2给出了国内外高炉喷煤实践数据。

  从表2可以看出，高炉生产追求的是低燃料比，大部分国内外高炉焦比300 kg／t(270～340kg／t)左右，煤粉喷吹量120—160 k/t；喷煤率在32％～35％，只有少数高炉喷煤量达到180～200 kg／t，它们的喷煤率在40％一42％。

    一般认为，高喷煤率应该具备如下条件：①焦炭质量高，除了对灰分、硫分、M₄₀、M₁₀的要求外，特别要重视焦炭的热态性能，即反应性(CRI)和反应后强度(CSR)；②渣量小，以200～250 kg/t为宜；③风温高，1200℃以上；④富氧率3％～5％，斯肯索普喷吹粒煤富氧率达到7％一8％；⑤燃烧性能好的混合煤粉挥发分在20％～25％为佳；⑥鼓风湿度低而且稳定，常采用脱湿，使鼓风湿分全年保持在冬季的水平；⑦良好的喷吹作业，如均匀喷吹等；⑧先进的高炉操作和调剂。

    在渣量大于300kg／t，风温在1200℃以下，富氧率l％～3％，鼓风不脱湿，均匀喷吹差的条件下，喷煤量受到限制；相应条件比较好的大高炉，喷煤量150～180 kg／t为宜。随着冶炼条件的改善，实事求是，因厂制宜，然后逐步将喷煤量提高。

3降低能耗，实现环境友好

    炼铁系统的能耗占钢铁工业总能耗的70％左右，单是高炉炼铁的能耗占总能耗的50％，左右。虽然炼铁能耗逐年下降，但还是高于国际先进水平25％一30％左右。要达到吨钢综合能耗的国际水平(即低于650kg标准煤／t)，炼铁系统特别是高炉炼铁要进一步加大节能降耗的力度，要在节流开源方面狠下功夫。炼铁系统每燃烧1t煤炭会产生1．5 tCO₂，冶炼每吨生铁会产生3 kg SO₂；降低炼铁能耗，就会少烧煤炭，就会减少有害气体和烟尘的排放。

3．1  降低吨铁能耗

    焦炭和煤粉的消耗占吨铁能耗的75％左右，所以今后一段时间我们要努力做好降低燃料比的工作，通过实施各种技术措施，努力将燃料比降到500kg／t以下。

    这里要提醒大家注意的问题就是我国炼铁能耗中占吨铁能耗10％左右的吨铁风耗，远高于国际水平。造成这种状况的原因是燃料比高和风机选择不当，在攀比高炉有效容积利用系数的情况下，我国高炉风机能力普遍选得过大，导致长期处于过剩状态，浪费动力能耗，增加生产成本；不仅如此，风机选得过大，与之配套的高炉煤气系统随之过剩，造成浪费。据“高炉炼铁工艺设计规范”编写组的统计，每吨生铁的风耗与燃料比的关系是：

  y=0．0102x²一7．377 1x+2320

式中y——吨铁风耗，m³／t；

    x——燃料比，kg／t。

    应该说大型高炉风机风量与炉容的比值应控制在1．8～2．0，中型高炉可略高，但也不宜超过2．5—3．0。选择风机时要特别注意风机的风压，它必须满足高压操作的要求，至少保证炉顶压力要在0．12 MPa以上，以利用余压发电回收煤气的压力能。

    实际上在高炉强化以后，为满足强化的要求，可以采用富氧提高鼓风的含氧量，脱湿鼓风改善风机吸风条件，以提高风机出力。采用新型送风管道和阀门减少漏风损失也是降低风耗的重要措施。此外，高风温和喷煤都是降低吨铁能耗的有效途径，这里不再赘述。

3．2回收二次能量

    我国高炉炼铁能耗高的原因之一是二次能源回收和利用不够，应该全面展开高炉炼铁二次能量的回收和应用：如采用炉顶煤气余压发电(设计规范中已定为强制性条款)，热风炉烟道废气余热加热煤气和助燃空气，炉顶均压煤气回收，炉渣显热回收等。

    (1)余压发电回收炉顶煤气压力能。这项回收高炉炼铁二次能量的有效措施在我国还没有广泛采用，虽然《钢铁工业产业政策》做出规定，要求与高炉建设同步。但实际上远没有做到，至今只有宝钢(4座)、首钢(5座)、梅山(3座)、武钢(6座)、鞍钢(3座)、马钢(3座)、包钢(1座)，攀钢(1座)等企业的高炉设置了余压发电装置130余套，大部分具备条件的企业尚未设置。余压发电回收二次能量的效果非常好，以宝钢为例，2004年3座高炉的余压发电年发电量为3．6亿kWh，相当于每吨生铁回收电量35．2 kWh，而宝钢高炉每吨生铁的耗电量为54．3 kwh，所以回收电能占消耗电能的64．55％。应当说，高炉煤气清洗采用全干式除尘，对炉顶余压发电大有好处。初步计算，干式除尘能使炉顶余压发电装置多回收36％的能量。因此，今后应将炉顶煤气干式除尘与余压发电配套使用。

    (2)热风炉烟道废气余热回收。目前，热风炉烟道废气余热回收应用于两个方面：作为喷煤制粉系统的干燥介质和输送载体物，也可用作预热煤气和助燃空气。作为制粉系统的干燥介质已广泛采用，节约制粉系统燃烧炉的煤气量，降低了制粉能耗。在烟道设置换热器余热煤气和助燃空气尚未普及。一种观点认为，将热风炉烟道废气提高到500℃左右，然后通过可靠的高效换热器，将煤气和助燃空气双预热到250℃，在全用高炉煤气的情况下，就可以使热风炉拱顶温度达到1400 ℃，在送风周期45 min时，可以稳定地达到1 200℃风温。这就省去了前置换热器或自身预热的大量投资，而且提高了热风炉的热效率。总之，热风炉烟道废气余热利用进行双预热的技术大有发展前途。

4高炉炼铁精料技术

         高炉炼铁是以精料为基础，精料对炼铁技术进步影响很大。随着炼铁产量的增加，高炉大型化和原燃料供应状况的变化，更应该采取各种成熟的技术措施，把精料维持和提高到适应于高炉大型化和高喷煤量操作所要求的水平。

4．1  焦炭

         焦炭作为高炉料柱的骨架，与吨铁渣量一起，决定着料柱的透气性和透液性，也就决定了高炉强化的程度和高置换比下的喷煤量。长期以来，宝钢生产高质量的焦炭，从而保证利用系数达到2．4，炉缸面积利用系数达到67．82 t／ (m²·d)，焦比小于300kg/t，煤比200 kg／t左右，燃料比480～498 kg／t的国际先进水平。近年来焦炭质量比较见表3。

       从表3中看出，近两年来由于煤炭供应紧张，原煤质量下降，造成焦炭质量略有波动，主要是灰分略有升高，硫分也有升高趋势，但在各个企业努力下，焦炭质量仍能维持在相应炉容所要求的水平。

        应当说明，我国适用于高炉炼铁用焦炭的煤炭资源并不充裕，而且分布很不均匀，主要集中在山西(～50％)、安徽(9．84％)和贵州(5．93％)，而且我国炼焦用煤的特点是灰分高、硫低，大部分可选性较差，精煤回收率大多较低，所以我国焦炭的灰分偏高，硫较低，这样的局面不大可能改变。气煤的特点是挥发分高，硫低，可选性较好，但粘结性差，今后炼焦配煤为降低灰分，增加焦炉煤气出率，可能要增加气煤的比例，其所得焦炭具有较好的抗高温、抗碱侵蚀的性能。为使焦炭具备有较高的M₄₀和较低的M₁₀，这就要采取有效措施，如热压、捣固或适当延长结焦时间等。

       还需要说明的是，判别焦炭质量的指标除了常温下的M₄₀和M₁₀外，还需要重视焦炭的反应性(CRl)和反应后强度(CSR)。因为焦炭在炉内劣化过程主要受反应性的影响，反应性较好，即CRI值越高，焦炭劣化程度越大，反应后强度就越低，特别在有碱金属参加的情况下，这种现象更严重。虽然焦炭的质量标准尚未列入CRI和CSR指标，但从生产实践统计资料表明，要保证高炉获得较低的焦比和较高的煤比，及较好的利用系数，许多专家建议：2000m³以上的高炉的CRI宜达到25％以下，而CSR宜控制在65％以上。l 000 m³级及其以下高炉也应保证CRI在28％以下，CSR在60％以上。

4．2烧结矿和球团矿

         我国铁矿石资源虽居世界第6位(可采储量118．36亿t，基础储量213．57亿t)，但大部分是品位低的贫矿(占全部矿石储量的98％)，平均品位只有33％，而世界平均品位44％。所以，需要选矿以获得精矿粉，遗憾的是我国选矿所得产品大部分粒度太粗(比表面积低于1．500 cm²／g)，品位较低(65％以下，极少数达到66％一68％)，长期以来一直用此生产烧结矿。从数量上说，国内所产矿石的供给率在50％左右，也就是说，每年需进口一半的矿石(2005年达到2．75亿t)。进口矿大部分是富块和烧结用富矿粉，而现在已建成的造块设备大部分是烧结机(现有烧结机400余台，总面积接近3万m²，2005年生产烧结矿约3．7亿t)，就总体而言，我国高炉炼铁生产仍然是以烧结矿为主，配合一定比例酸性球团矿或富矿的炉料结构。近两年来，烧结矿质量和烧结生产指标，除品位上因供矿紧张稍有波动外，其他还都有所改善，今后将继续采用成熟的烧结技术，优化配料，厚料层低碳低温的小球烧结，生产低FeO高还原性的SFCA(复合铁酸钙)高碱度烧结矿。需要引起大家注意的是今后要充分发挥已有和新建混匀料场的作用，选用优质石灰等，克服烧结矿质量的波动。

        多年来，我们发展球团矿的建议得到良好响应，相当数量的企业上了球团生产设备，到2005年底球团矿的生产能力可达7000万t以上(2005年的球团矿产量5000万t左右)。目前，球团矿中需要解决的问题是适合于球团生产的矿粉不足。按理说，我国矿石是贫矿，要磨细富选，所得细精矿粉用来生产球团矿，但是由于长期生产的习惯和矿山追求采选的效益，现产精矿粉粒度粗，品位低，SiO₂高，并不适宜于生产优质球团矿。今后的方向是矿山采用细磨深选，使精矿粉比表面积达到1800—2500cm²／g，品位68％以上，SiO₂4％，然后采用链箅机一回转窑(磁精矿)或带式焙烧机(赤精矿)生产优质球团矿。烧结矿生产不足的矿粉用进口的富矿粉来补充，这样做的好处是节能(精矿粉生产球团矿比生产烧结矿节能50％)、环保(CO₂排放量少，粉尘少)、可在远离城市的矿山生产、节省运输能力等，从而满足合理炉料结构70％高碱度烧结矿和30％球团矿的要求。