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關鍵詞：非高爐煉鐵 直接還原 熔融還原 非焦煤

一、引言

目前，生鐵主要來源于高爐冶煉產品，高爐煉鐵技術成熟，具有工藝簡單，產量高，生產效率大等優點。但其必須依賴焦煤，而且其流程長，污染大，設備復雜。因此，世界各國學者逐漸著手研究和改進非高爐煉鐵技術。

二、非高爐煉鐵工藝

非高爐煉鐵是指以鐵礦石為原料并使用高爐以外的冶煉技術生產鐵產品的方法。在當今焦煤資源缺乏，非焦煤資源豐富的情況下，非高爐煉鐵以非焦煤為能源，不但環保，而且省去了燒結、球團等工序，縮短了流程。因此非高爐煉鐵一直被認為是一種環保節能、投資小、生產成本低的生產工藝。非高爐煉鐵可分為直接還原煉鐵工藝和熔融還原煉鐵工藝兩種。

1.直接還原煉鐵工藝

直接還原煉鐵工藝是一種以天然氣、煤氣、非焦煤粉為能源和還原劑，在鐵礦石軟化溫度下，將鐵礦石中鐵氧化物還原成鐵的生產工藝。據統計直接還原冶煉工藝多達40余種，大部分已經實現了大規模工業化生產[1]。目前，直接還原煉鐵工藝主要有氣基直接還原、煤基直接還原兩大類。

1.1氣基直接還原

氣基直接還原是指用CO或H2等還原氣體作還原劑還原鐵礦石的煉鐵方法。具有生產效率高、容積利用率高、熱效率高、能耗低、操作容易等優點，是DRI（directly reduced iron）生產最主要的方法，約占DRI總產量的90%以上[2]。氣基直接還原代表工藝有HYL反應罐法、Midrex-豎爐法、流化床法等[3]。

HYL反應罐法是由墨西哥希爾薩（HojalataYLamina，HYLSA）公司于20世紀50年代初開發的，其工業化標志著現代化直接還原的開始。HYL反應罐法具有作業穩定，設備可靠等優點，但其作業不連續，還原氣利用差，能耗高及產品質量不均勻。隨后HYLSA公司將反應罐組整合成了一座豎爐，實現了工藝的連續化，同時明顯提高了生產熱效率和生產率。經改進的HYL法即是HYL-III法。

Midrex-豎爐法與HYL-III法相似，也是采用的是連續性豎爐作業方式，具有污染較小，能耗低等優點。Midrex-豎爐法是氣基DRI生產技術的主導工藝，也是最大的直接還原流程，全球約70%的DRI產量是利用Midrex-豎爐生產工藝。為提高對燃料的適應性，Midrex公司把Corex與Midrex工藝聯合使用，開發了煤制氣-豎爐法，年產量超過了180萬噸，目前在印度有一座在正常運行。

流化床法采用鐵礦粉，省去了造塊過程，加快了反應速率，降低了成本，提高了生產率。流化床流程法發展了近70年，曾開發過H-IRON，NU-IRON和HIB、NOVALFER及FIOR法[4]131-135，但由于無法解決工藝復雜，投資大，原料要求高，粉料易粘結，能耗高等問題均退出了歷史舞臺。目前全球還在生產的流化床流程只有FINMET法，共有4套FINMET裝置在運行，總產能220萬t/a，是繼MIDREX、ENERGIRON和SL-RN法之后的第四大直接還原流程法。

1.2煤基直接還原工藝

煤基直接還原是指以煤為主要能源，在高溫下將鐵礦石還原成金屬鐵的工藝。由于80%的氣基直接還原工藝必須依賴于天然氣，因此在天然氣資源有限，煤資源豐富的國家和地區，以煤作為還原劑發展還原鐵技術已成為近期及將來發展的趨勢。煤基直接還原代表工藝有回轉窯法、轉底爐法、隧道窯法等。

回轉窯法產鐵量占全世界的煤基直接還原法總產量的95%以上。2010年，全球由煤基回轉窯法生產的DRI約為1812萬噸，占DRI總產量的25.70%。回轉窯法包括SL-RN法、CODIR法、DRC法、TDR法、ACCAR法[4]135-141，其中SL-RN法是生產能力和產量最大的煤基直接還原工藝，產量占總回轉窯法的60%以上。回轉窯技術成熟，以非焦煤為能源，并可以直接使用煤炭，非常適合非焦煤豐富，天然氣缺乏的地區發展。不過還存在生產率低，能耗高等亟待解決的技術問題。

與回轉窯法相比，轉底爐法規模就要小的多。但該法具有反應速度快、流程簡單、投資低、原料適應性廣的優點，特別在處理冶金廢棄物以及保護環境等方面顯示出很大的優越性和潛力。最早的轉底爐工藝是INMETCO和Fastmet工藝，主要用于含鐵廢棄物的冶煉，當時獲得了很好的經濟效益，但產出的鐵含有脈石和灰分，導致在煉鋼過程中渣量增加，減少鋼產量。隨后，美國Midrex公司開發了Fastmelt工藝，實現了渣鐵分離，明顯提高了海綿鐵的質量。20世紀90年代日美聯合又開發了Itmk3工藝，解決了轉底爐對原料品位的苛求，被命名為“第三代煉鐵法”。

隧道窯法也是一種重要的煤基直接還原法。與轉底爐法相比，具有設備簡單，操作容易，產品質量好等優點，但由于產能小、熱損失大、能耗高、勞動生產率低等技術經濟原因，國外已不再用它生產煉鋼用DRI，而是用于粉末冶金還原鐵粉生產的一次還原工序。

2.熔融還原煉鐵工藝

熔融還原工藝以煤、粉礦進行冶煉，無需煉焦、燒結、球團等工序，使煉鐵流程簡化，是煉鐵技術的重要發展方向。根據含鐵原料預還原的程度不同，熔融還原煉鐵工藝可分為一步法和二步法兩類。

2.1一步法

熔融還原法的研究開發工作開始于20世紀20年代，當時，該流程大多是在一個反應器中一步完成全部熔煉過程，所以稱之為“一步法”。一步法有Dored法、Retored法、CIP法等[5]，但由于這些方法存在著爐渣FeO含量過高、能耗大等技術問題均被淘汰。

2.2二步法

為了解決一步法出現對爐襯的強腐蝕及能量回收率低等難題，70年代國外開發出了“二步法”熔融還原技術，所謂二步法就是將還原過程分解為固體狀態的預還原和熔融狀態的終還原兩個階段，并分別在兩個反應器中進行[6]。二步法是一種新式的熔融還原流程，其綜合了高爐煉鐵、直接還原和煉鋼技術的精華，能有效地利用熔融氧化鐵碳熱還原產生大量焦爐煤氣及反應熱，減少了能量的損耗，同時采用煤作為能源，擺脫了昂貴的焦煤的束縛，大大降低了成本。

目前二步法主要以COREX[7]為代表。COREX法不使用焦煤，成本低，實現了能源的綜合循環利用，該技術具有流程短、污染低等優點，是世界鋼鐵工業的前沿高新技術，是對傳統高爐煉鐵技術的一次革命。不過COREX過程有兩個問題亟待解決：即如何最大限度地利用高濃度CO+H2的尾氣和如何徹底擺脫焦煤的依賴。此外COREX產鐵規模相對小，設備運行復雜。但在目前的環保壓力和國際上焦煤資源稀缺的情況下，COREX法具有很大的前途。此外還有FASTMELT、REDSMELT、FINMET等新技術[8]也已形成了生產能力。

三、非高爐煉鐵技術的前景

當前，鋼鐵行業發展迅速，同時也正面臨著嚴峻的形勢：高爐原燃料質量劣化，技術經濟指標下滑，生產利潤下降，焦煤價格飆升。作為鐵冶煉主體工藝流程的高爐不僅依賴焦煤而且對環境污染嚴重，因此經濟環保的非高爐煉鐵將成為鋼鐵工業發展的重要方向。

DRI不僅是廢鋼的替代品，也是煉制優鋼和特鋼的高級爐料。如今廢鋼的短缺及其質量的下降，很大程度上促使了DRI生產的發展。2011年世界DRI產量高達7332萬噸，同比增長4.2%，作為生產DRI的非高爐工藝將具有很大的前途。

非高爐煉鐵工藝具有以非焦煤為能源，對原料和燃料適應性強；工藝過程可控性好，能耗低，污染小，可減輕鋼鐵工業的環境和資源壓力等一系列優點，非高爐煉鐵技術必會引起世界范圍的重視。目前非高爐煉鐵技術還處于起步階段，具有廣闊的發展空間，幾年后非高爐工藝必將會陸續的實現工業化。

四、結論

高爐煉鐵依然是現代鐵冶煉的主導流程，其產量大，產品質量高，是全球主要生鐵的主要來源。所以，加強完善高爐煉鐵技術，是改善鋼鐵工業能源結構、緩解我國主焦煤資源短缺矛盾的重要手段。

非高爐煉鐵是鋼鐵工業擺脫對焦煤能源的依賴和發展短流程鋼鐵生產的重要途徑，是實現復合礦、難選礦綜合開發利用的有效方法。發展非高爐煉鐵工藝是鋼鐵工業的重要前沿技術和發展方向，也是調整鋼鐵工業及鋼鐵產品結構，實現循環經濟和可持續發展，保護環境的重要環節之一。

盡管非高爐煉鐵工藝目前其技術還不夠成熟，無法與傳統的高爐煉鐵工藝相抗衡，但隨著其工藝的逐步發展與完善，必將對整個鋼鐵行業的發展產生深遠影響。

參考文獻

[1]杜俊峰，袁守謙.積極發展直接還原鐵DRI生產技術應對21世紀電爐廢鋼緊缺的挑戰[J].工業加熱，2002（2）：1-2.

[2]慶，徐小鋒.潤磨強化磁鐵礦球團一步法直接還原工藝及機理研究[J].鋼鐵，2007，42（10）：6-10.

[3]王定武.幾種非高爐煉鐵技術現狀及其發展[N].世界金屬導報，2010（010）：1-4.

[4]方覺.非高爐煉鐵工藝與理論[M].2.北京：冶金工業出版社，2010.

[5]周藝發，展渝生.煤基熔融還原煉鐵新工現狀評述[C].2006年中國非高爐煉鐵會議論文集，上海，2006：42-56.

[6]趙沛，郭培民基于低溫快速預還原的熔融還原煉鐵流程[J].鋼鐵，2009，44（12）：13-16.

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【關鍵詞】高爐煉鐵；配料；球團礦；燒結礦

一、高爐爐料的合理配置

燒結礦、球團礦和天然富礦是高爐的基本爐料，合理的爐料搭配即充分有效的利用全球鐵礦資源，從而使得高爐冶煉技術得到優化，最終達到節約資源，降低成本的效果。優化高爐的爐料結構是實現高爐強化冶煉的根本保證。合理的爐料結構可以提高爐料的還原性，使得高爐冶金性能的各項指標如軟熔滴落、還原后粉化和膨脹性等得以改善。優化高爐的爐料結構是有效降低鋼鐵生產成本的有效途徑。現階段，我國高爐的爐料結構主要有三種結構形式：高堿度燒結礦配加部分酸性球團礦、高堿度燒結礦配加部分塊礦和酸性球團礦、酸性球團礦配加少部分高堿度燒結礦。除了依靠改進天然富礦、燒結礦和球團礦之間的成分配搭以達到優化爐料結構的目的外，作為爐料中重要組成部分的燒結礦、球團礦，其自身的配料優化也是改善高爐爐料結構、提高高爐經濟效益的有效方法和途徑。

二、高爐燒結礦的配料

（1）燒結礦配料中溶劑的堿度要大于1.8，若其堿度低于1.8則會阻礙鐵酸鈣系形成固結相，從而影響到燒結礦的質量。（2）燒結礦需要較高的鐵品位，TFe大于/等于60%，Sio2小于4.5%。這樣可以幫助高爐煉鐵實現高噴煤、低渣比和低焦比的目的，提高經濟效益。（3）燒結礦應保持較低的FeO含量小于5%，若FeO含量過高則會降低燒結礦的還原性，降低高爐冶煉過程中的煤氣的利用率，使得焦炭的能耗增加。由于我國在冶煉燒結礦時其燃料的粒度不夠細致、成分比重過多，且磁鐵精礦也被大量的用于冶煉之中，因而在我國現階段不少鋼鐵企業在生成燒結礦時以高FeO含量來增強燒結礦的強度，這種燒結礦不僅還原性差，而且其抗磨性和抗壓性都會很差，致使燒結礦的質量不穩定。合理的燒結礦混勻礦配料中要注重對礦粉種類的選擇，應當盡量選用巴西的鐵礦鐵礦粉，其不僅鐵品位高而且擁有較高的燒結性能。雖然與澳大利亞相比，巴西礦石的運費較高，但巴西粉與澳粉相比其結構要致密很多，而在燒結混合料中，致密型礦石與燒結礦的還原性呈正比例的關系，巴西礦粉是我國提高燒結礦品位的首選鐵礦。同時，燒結原料中應當采用國產精礦搭配進口礦粉，達到平衡Al2O3和控制高爐爐渣中Al2O3和SiO2水平的作用。但由于國內精礦的鐵品位平均在62%左右，鋼鐵企業應特別注重選礦廠選礦的品位。依據我國現有的高爐工藝水平，燒結礦的理想水平應當滿足含SiO2大于等于4%；爐渣重量在300千克左右，所含Al2O3小于16%。

三、球團礦的配料

（1）選用的鐵精礦應具有低Sio2含量和高鐵品位，其中

Sio2小于3.5%，TFe大于/等于65%。這樣配比的球團礦有利于減少高爐冶煉的爐渣量。（2）球團礦中添加適量的鎂，這樣不僅可以增強高爐爐渣的流動性而且還可以解除高爐冶煉過程中的低溫還原粉化和膨脹狀況。當前我國球團礦在產量和質量上都有待提升，高爐冶煉所用的球團礦以進口為主，如若可以利用國內生產的鐵精礦冶煉球團礦則可以極有效的優化我國的高爐爐料結構，從而達到節約生產成本，提高經濟效益的目的。球團礦的配料應當以國產高品位的精礦粉為首選，激勵選礦工廠引用先進的選礦方法以改善精礦品位，在礦山完成球團礦的生產。如此一來不僅可以提高礦山的經濟效益還可以最大限度的節約生產資源，減少環境污染。目前我國球團礦配料依舊主要進口于巴西，其南部為片狀結構的鏡鐵礦，w（TFe）為98.0%；其北部為赤鐵礦，w（TFe）為66.80%。據大量實踐證明，國產磁精礦搭配巴西進口精礦在較高焙燒溫度的條件下進行球團礦的生產可以有效的提高球團礦的含鐵品位。

四、總結

要實現高爐煉鐵的合理配礦，必然要以高質量的爐料為基礎。由于高爐爐料多呈散狀物料形態，且其冶煉過程又是一個不間斷的過程，因而原料的冶金性能特別是其質量的穩定性和均勻性是保障鋼鐵品質的重要前提。為了實現優質鐵礦的產生，降低生產成本，提高冶煉指標，除了優化爐料結構、優化爐料配料以外，還應實現高爐設備大型化和電子化。各企業應當依據其自身的高爐生產工藝和原料條件推進爐料結構和爐料配料構成，以實現使得企業整體效益最大化。

參 考 文 獻

[1]李杰，王杏娟，劉然，呂慶，張金福.石鋼馬來西亞粉燒結性能[J].河北理工大學學報（自然科學版）.2011（1）

[2]李杰，呂慶.石鋼燒結配加馬來西亞粉燒結性能的研究[J].河北冶金.2011（5）

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關鍵詞：擺動流嘴； 高爐煉鐵；應用

中圖分類號：TF53 文獻標識碼：A

高爐爐前設備能否持續、高效、安全工作直接影響到煉鐵的生產效率與鋼鐵行業的發展。擺動流嘴是煉鐵大中型高爐出鐵場的專用設備，一般安裝在出鐵場下面，其作用是把經鐵水溝流出的鐵水注入出鐵場平臺下的任意一個鐵水罐中。因擺動流嘴故障不能準確及時地把鐵水注入出鐵場平臺下的鐵水罐中，將造成跑鐵水、燒鐵水罐、燒鐵軌等事故，迫使高爐出鐵人員全壓堵鐵口，危險因素很大，因此保證擺動流嘴設備的正常使用成為高爐安全穩定運行的重要條件。

1 擺動流嘴作用

現代冶煉的型高爐的出鐵量大，采用傳統出鐵場單線鐵路排鐵水罐的方式，存在的主要問題是鐵溝長，罐位多，出鐵場面積也大。導致爐前出鐵工作量大，而且造成基建投資也增加很多。因此擺動流嘴在當代高爐中得到廣泛應用。擺動流嘴安裝在出鐵場鐵水溝下面，其作用是把經鐵溝流出的鐵水，轉換到左右任意方向，注入出鐵場平臺下的鐵水罐車中。同傳統把鐵水經鐵水、流嘴直接流入各鐵水罐車的鐵水處理方法相比，擺動流嘴具有下列優點：

縮短了鐵溝長度，優化了生產現場布置，減少了基建投資；減少了在現場高溫、粉末條件作業，降低了工人的勞動強度；減少了了修補鐵溝的作業，提高了爐前鐵水運輸能力，使高爐車間和鐵路布置更為簡化。

2 擺動流嘴的組成

萊鋼擺動流嘴主要由傳動裝置、鏈傳動、橫粱裝置、指示盤等組成。擺動流嘴的主要規格如下：包含擺動流嘴、擺動托架、傳動裝置及電控整套設備，流嘴總長？3800mm（可調整），擺動角度±8°最大±16°（可調）；運行時間13～16s，支鐵溝流 嘴溝底高度為8.00m。

擺動流嘴的特點是：

（1）驅動裝置采用電機傳動，對高溫環境較為安全可靠；

（2）設有鏈條傳動，以便在驅動裝置發生故障時，不影響高爐出鐵；

3爐前擺動流嘴系統改造

3.1設備現狀

爐前擺動流嘴是爐前最關鍵的設備，它的使用狀況的好壞直接影響著高爐出鐵。它是由氣馬達、擺線針輪減速機、差動聯軸器、渦輪渦桿減速機、連桿及流槽組成（見圖一）。有氣動和手動兩種傳動方式，手輪通過鏈條連接在差動聯軸器上。如果氣動系統出現故障，可用手動備用。

3.2 改造原因

雖然擺動流嘴以氣動為主，手動備用。并且氣動系統運行十分可靠，但是氣動系統一旦出現停氣或氣壓不穩、氣動系統出現故障等，用手動操作，需轉動400多轉擺動溜嘴才能到位，不但工人勞動強度高，而且擺動流嘴轉速太慢，不能實現出鐵倒罐，甚至出現鐵水外溢燒壞鐵軌的重大事故，給高爐安全運行帶來很大的隱患。因此，對擺動流嘴系統進行改造非常急迫，采用電動控制代替手動控制。這樣氣動系統有問題時，可用電動帶動擺動流嘴，確保擺動溜嘴安全。

3.3實施過程及原理

由于活塞式氣動機的轉速是800r/min，擺線減速機傳動比I=11，差動聯軸器動力傳動比I=1.103，手動時I=10.7。因此推算過程如下：

氣動一級減速后的轉速為v1，則v1=800/11=72.72r/min

氣動二級減速后的轉速為v2，則v2=72.72/1.103=65.93r/min

經過兩次減速后，差動聯軸器輸出軸轉速為65.93r/min。又因為差動聯軸器手動時I=10.7，設手輪轉速為v，則v/10.7=65.93 r/min，即：v=705.45 r/min。

因此，選轉速在705.45r/min左右的電機，經查手冊，選擇了3KW，8級的電機，型號為Y132M-8 3KW，轉速為710r/min。由于電機轉速與所需轉速相差不大，因此采用電機直接帶動鏈條傳動。制動器選擇的是YWZ-200/25，主要備件到貨后，利用開爐期間把爐前四個擺動流嘴的手動部分全部改造成電動部分，如圖二所示。

4 改造效果及效益分析

4.1 在改造后設備投入運行以來，電動部分工作正常，解決了氣壓不穩或氣動系統有問題不能正常使用的情況，更重要的是避免了設備故障的發生。改造成本低，設備維護簡單，操作容易，大大減輕了爐前工的勞動強度。有效的避免了，鐵水外溢的現象的發生，從而避免了燒毀鐵路道軌的重大安全事故的發生。

4.2 效益分析

（1）因氣壓不穩造成的生鐵產量的損失

每月因氣壓不穩至少造成兩次減風，每次減風影響產量350噸計，每年影響生鐵產量為：

1×350×12=4200噸

（2）因氣動系統故障造成的生鐵產量的損失

按每月擺動溜嘴出現一次故障，造成單鐵口出鐵，每次停機檢修4人，每月將影響生鐵產量為：

2100/24×4=350噸

每年少產鐵350×12=4200噸

由以上數據可以得知，通過擺動流嘴的結構設計優化，設備產能得到明顯提升。

結語

本文主要介紹了擺動流嘴高爐煉鐵技術中的應用及其重要性。闡述了擺動流嘴存在的問題，并提出了解決方案。通過采用電動控制代替手動控制。這樣氣動系統有問題時，可用電動帶動擺動流嘴，確保擺動溜嘴安全好用。設備經改造后，運行穩定，產能得到有效提升。

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[關鍵詞]高爐本體 內燃式熱風爐 頂燃式熱風爐

中圖分類號：TP393.08 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）46-0305-01

前言

高爐冶煉是鋼鐵生產中的重要環節。這種方法是由古代豎爐煉鐵發展、改進而成的。盡管世界各國研究發展了很多新的煉鐵法，但由于高爐煉鐵技術經濟指標良好，工藝簡單，生產量大，勞動生產率高，能耗低，這種方法生產的鐵仍占世界鐵總產量的95%以上。

1 高爐本體的發展變化分析

橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內砌耐火磚內襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹 、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技 術經濟指標良好，工藝 簡單 ，生產量大，勞動生產效率高，能耗低等優點，故這種方法生產的鐵占世界鐵總產量的絕大部分。高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳，在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧、硫、磷，還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質（主要為脈石SiO？）和石灰石等熔劑結合生成爐渣（主要為CaSiO3等），從渣口排出。產生的煤氣從爐頂排出，經除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產品是生鐵，還有副產高爐渣和高爐煤氣。

2 熱風爐的發展變化分析

現代熱風爐是一種蓄熱式換熱器，熱風爐供給高爐的熱量約占煉鐵生產耗熱的四分之一。高風溫是高爐最廉價、利用率最高的能源，風溫每提高100℃，可降低焦比4%-7%，產量提高2%。 熱風爐工作原理：借助煤氣燃燒將熱風爐格子磚燒熱，然后將冷風通入格子磚，冷風被加熱。自從使用蓄熱式熱風爐以來，其基本原理至今沒有改變，而熱風爐的結構、設備及操作方法卻有了重大改進。由最早的內燃式熱風爐發展到外燃式熱風爐，再到頂燃式熱風爐，其中經歷很多變化，分析情況大致如下：

2.1 內燃式熱風爐

內燃式熱風爐是最早使用的一種形式，由考貝發明，故又稱考貝蓄熱式熱風爐，包括燃燒室、蓄熱室兩大部分，并由爐基、爐底、爐襯、支柱等結構

2.2 外燃式熱風爐

外燃式熱風爐是由內燃式熱風爐演變而來，它的燃燒室設于蓄熱室之外，在兩個室的頂部以一定的方式連接起來，按連接的方式不同，外燃式熱風爐可分為四種：地得式，考伯斯式，馬琴式和新日鐵式。

外燃式熱風爐的優點是取消了燃燒室與蓄熱室的隔墻，使燃燒室和蓄熱室各自獨立，從根本上解決了溫差、壓差所造成的砌體破壞。與內燃式相比，外燃式結構穩定，此外它受熱均勻，結構上都有單獨膨脹的可能，穩定性大大提高。

2.3 頂燃式熱風爐

頂燃式熱風爐，就是指燃燒器安裝在熱風爐爐頂，在拱頂空間燃燒，不需專門的燃燒室，又稱無燃燒室式熱風爐。將煤氣直接引入拱頂空間燃燒，為了在短時間里，保證煤氣與空氣很好的混合完全燃燒，需采用燃燒能力大的短焰或無煙燒嘴。燒嘴向上傾斜25？，由切線方向相對引入燃燒，火焰呈旋渦狀流動。頂燃式熱風爐吸收了內燃式。外燃式熱風爐的優點并克服了它們的一些缺點。

3 上料設備的發展變化分析

將爐料直接送到高爐爐頂的設備稱為上料機。對上料機的要求是：要有足夠的上料能力，不僅能滿足正常生產的需要，還能在低料線的情況下很快趕上料線。為滿足這一要求，在正常情況下上料機的作業率一般不應超過70%；工作穩妥可靠；最大程度的機械化和自動化。

上料機主要有料罐式、料車式和皮帶機上料三種方式。料罐式上料機是上行重罐下行空罐，如果速度快，則吊著的料罐就會擺動不停，所以上料能力低，高爐早已不再采用。新建的大型高爐，多采用皮帶機上料方式。

3.1 料車式上料機

料車式上料機一般由三部分組成：料車、斜橋和卷揚機。

（1）料車

一般每座高爐兩個料車，互相平衡。料車容積大小則隨著高爐容積增大而增大，一般為高爐容積的0.7%～1%。為了制造維修方便，我國料車的容積有：2.0 M3、4.5M3、6.5M3和9M3 幾種。隨著高爐強化，常用增大料車容積的方法來提高供料能力。

（2）斜橋

斜橋大都采用桁架結構，其傾角取決于鐵路線路數目和平面布置形式，一般為55O ～65O 。設兩個支點，下端支撐在料車坑的墻壁上，上端支撐在從地面單設的門型架子上，頂端懸臂部分和高爐沒有聯系，其目的是使結構部分和操作部分分開。有的把上支點放在爐頂框架上或爐體大框架上，在相接處設置滾動支座，允許斜橋在溫度變化時自由位移，消除了框架產生的斜向推力。 為了使料車上下平穩可靠，通常在走行軌上部裝護輪軌。為了使料車裝得滿些，常將料車坑內的料車軌道傾角加大到60°左右。

（3）卷揚機

卷揚機是牽引料車在斜橋上行走的設備。在高爐設備中是僅次于鼓風機的關鍵設備。要求它運行安全可靠，調速性能良好，終點位置停車準確，能夠自動運行。料車卷揚機系統主要由驅動電機、減速箱、卷筒、鋼絲繩、安全裝置及控制系統組成。

3.2 皮帶式上料機

近年來，由于高爐的大型化，料車式上料機已不能滿足高爐生產需要，如一座3000 m3的高爐，料車坑會深達5層樓以上，鋼絲繩會粗到難以卷曲的程度，故新建的大型高爐和部分中小型高爐都采用了皮帶機上料系統，因為它連續上料，可以很容易地通過增大皮帶速度和寬度，滿足高爐要求。

4 煤粉噴吹設備的發展變化分析

高爐噴煤就是將原煤磨制成合適粒度的煤粉，利用壓縮氣體釋放時的動能，把煤粉送進高爐各個風口，以替代相當量的焦炭參與高爐冶煉過程。煤粉噴吹主要設備如下：

4.1 混合器

混合器是將壓縮空氣與煤粉混合并使煤粉啟動的設備，由殼體和噴嘴組成。混合器的工作原理，是利用從噴嘴噴射出的高速氣流所產生的相對負壓將煤粉吸附、混勻和啟動的。噴嘴周圍產生負壓的大小與噴嘴直徑、氣流速度以及噴嘴在殼體中的位置有關。混合器可分為噴射混合器、流化罐混合器、沸騰式混合器三種形式。

（1）噴射混合器：多用于多管路下出料噴吹形式，其特點是結構簡單，價格便宜，壽命長，但煤粉混合濃度低，而且濃度不均勻。

（2）流化罐混合器：外觀呈罐形，內設水平流化板，下為氣室，特點在于結構復雜，造價高，但可以通過風二次調節煤粉濃度，適用于濃相噴吹，易實現煤量自動控制。

（3）沸騰式混合器：特點在于殼體底部設有氣室，上面為沸騰板，通過沸騰板壓縮空氣提高氣、粉混合效果。

4.2 分配器

單管噴吹必須設置分配器，煤粉由設在噴吹罐下部的混合器供給，經噴吹總管送入分配器。目前使用效果較好的分配器有瓶式、盤式和錐形分配器。

（1） 瓶式分配器。結構復雜而且噴吹介質和煤粉在分配器內易產生渦流，阻力大，易積粉。

（2） 盤式分配器。具有較高的分配精度，煤粉和介質沿固定流向流入，損阻小，不積粉，分配均勻。

（3） 錐形分配器。呈倒錐形，中心有分配錐。煤粉由下部進入分配器。由于錐式分配器和盤式分配器的內壁噴鍍耐磨材料，其壽命大大提高，滿足生產要求，所以應用廣泛。

4.3 噴煤槍

噴煤槍是高爐噴煤系統的重要設備之一，由耐熱無縫鋼管制成，直徑15-25mm。根據噴吹介質不同分為兩種，噴吹壓縮空氣的為普通型噴煤槍，噴吹氧氣的為氧煤槍。

5 結語

高爐冶煉是鋼鐵生產工業的一項非常重要的環節，其中煉鐵設備又是高爐煉鐵的主要內容，其發展一直為人們所研究討論。本文在查閱大量的資料文獻的基礎上列舉了煉鐵設備的其中幾種稍加分析。

參考文獻

[1] 鄭金星.煉鐵工藝與設備. 2011.1.1

篇5

關鍵詞：高爐 長壽 強化冶煉

1、前言

新建一座大型高爐或對一座大型高爐進行改造性大修，耗資多達上億元。因而高爐使用壽命直接關系到鋼鐵工業的經濟效益。隨著世界各國鋼鐵工業技術的進步，高爐長壽技術已經取得了顯著成果，工業發達的國家的高爐壽命普遍能達到10-15年，有的甚至可以達到20年。相比較而言，我國高爐的長壽水平與國外先進水平還有一定的差距。以唐鋼煉鐵廠為例，自建設大高爐以來，沒有一座高爐的壽命超過10年。從降低生產成本以及推動煉鐵技術進步兩方面來講，如何采取有效手段，延長高爐使用壽命還需要我國煉鐵工作者不斷去探索和研究。

2、影響高爐長壽的主要因素

高爐的長壽不僅僅是高爐本體長壽，還包括生產主體和輔助系統的整體長壽，任何一個環節出現嚴重破損，都會影響高爐壽命。高爐能否長壽主要取決于以下因素的綜合效果：高爐采用的長壽技術、良好的施工水平、穩定的高爐操作工藝管理和優質的原燃料條件以及有效的爐體維護技術。這四者缺一不可，但高爐采用的長壽技術是基礎，如果基礎不好，要想通過改善高爐操作和強化爐體維護等措施來獲得長壽是十分困難的，而且還要以投入巨大的維護資金和損失產量為代價。本文重點討論與高爐本體壽命相關的主要因素。

2.1高爐爐型設計與內襯結構

通過總結高爐破損機理和高爐反應機理，當今高爐都采用了優化爐型的設計理念，兼顧高爐原料條件以及操作制度的差異，使設計爐型更接近于操作爐型，從而獲得較理想的冶煉效果。目前高爐發展的趨勢是矮胖型，實踐證明隨著Hu/D值的合理降低，更易獲得爐況的長期穩定順行以及技術指標的改善。通過理論計算以及對多個大型高爐的數據統計，認為2500-4000m3間的大型高爐Hu/D值在2.52-2.23之間較為合理。

鑒于高爐生產特點，耐火磚不僅要承受高溫熱裂作用和煤氣、爐料的沖刷磨損，還要受到堿金屬的腐蝕以及爐腹下部渣鐵水的沖刷腐蝕，因此在選擇耐火磚襯時，要充分考慮高爐各部位的工作條件和耐火磚侵蝕機理。爐身中上部可選用耐磨和致密性好的耐火材料，爐身中下部的壽命主要依靠冷卻壁的長期穩定工作來維持，一些采用銅冷卻壁的高爐，甚至采用了無內襯的結構。

2.2冷卻技術裝備

上世紀90年代以前高爐爐體的冷卻設備普遍使用的是銅冷卻板和鑄鐵冷卻壁，由于銅冷卻板屬于點式冷卻，具有操作爐型不規則、爐殼開孔多、易漏煤氣等缺點，在爐腹、爐腰至爐身中下部高熱負荷區域逐漸被銅冷卻壁取代，鑄鐵冷卻壁在新建大型高爐上使用較少。銅冷卻壁的優點是具有良好的導熱性、抗熱震性和耐高熱流沖擊性，能在其熱面形成穩定的渣皮， 即使高爐操作過程中發生渣皮脫落， 也能在短時間內形成新渣皮保護冷卻壁，這種特性是其他常規冷卻器所不能比擬的。實踐證明銅冷卻壁作為一種無過熱冷卻器， 其使用壽命可以達到20-30 年。通過不斷改進與完善，現在冷卻器的冷卻介質以軟水為主，軟水密閉循環冷卻技術已經成為我國大型高爐冷卻系統的主流發展模式。為實現高爐各部位的同步長壽，我國近年來新建或大修后的高爐，都采用全爐體冷卻技術裝備，從爐底至爐喉全部采用冷卻器，實現了高爐生產無冷卻盲區。

2.3爐身部位長壽控制

實踐證明，強化冶煉條件下的爐身中上部塊狀區域的長壽維護關鍵措施不是冷卻而是高爐內煤氣流的控制。而高爐內煤氣流的合理分布是通過上下部的合理調劑來實現的，如精料方針、裝料制度、風口的布置等。在生產過程中通過建立爐缸活性指數概念，可以改變送風制度以外的操作條件來增加爐缸活躍程度，使得爐缸初始煤氣流分布及中上部煤氣流再分布更加合理，保證爐況順行，以延長爐身中上部壽命。

爐腹、爐腰至爐身下部是高爐長壽薄弱環節，此區域為高爐工作條件最惡劣的區域之一，是軟熔帶和滴落帶交匯區域，是爐料、渣鐵和煤氣流多相運動最復雜的部位。任何耐火材料都不能完全起到保護層的作用，只有通過強化冷卻，形成穩定均勻的渣皮才能保證爐身中下部的長壽。目前此部位的主流冷卻設備以銅冷卻壁為主，實踐證明，銅冷卻壁屬于無過熱冷卻器，完全可以實現自我造襯、自我保護，大大延長了爐腹爐腰以及爐身下部區域的使用壽命。

2.4爐底、爐缸結構

爐底爐缸的壽命決定高爐的一代爐役壽命，在高爐生產中如果全部內襯保持在低溫狀態，就能夠減緩或防止侵蝕，延長爐缸爐底的使用壽命。所以爐缸爐底耐材質量和結構設計的合理性非常重要。從最初的高鋁磚或粘土磚無冷卻爐缸爐底，到大塊焙燒炭磚和高鋁磚結合的有冷卻綜合爐底，爐缸爐底耐火材料的導熱性、耐氧化性及強度性能逐漸提高。目前國際上常用的爐缸設計體系以美國UCAR公司為代表的“導熱法”（熱壓碳磚法）和以法國SAVOIE公司為代表的“耐火材料法”（陶瓷杯法）為主，國內的許多大型高爐都在使用。部分高爐將這兩種設計體系組合在了一起，即熱壓碳磚-陶瓷杯組合爐缸內襯技術，有些高爐取得了較好的效果，如搬遷前的首鋼1#高爐（2563m3），也有一部分高爐使用效果一般，如唐山某煉鐵廠的1#高爐第三代爐役期，開爐僅四年，由于爐缸碳磚侵蝕較嚴重，不得不提前大修對爐缸部位進行重新砌筑，給企業造成了較大的經濟損失。所以這種碳磚-陶瓷杯組合爐襯是否完全適用當前的強冶煉條件需要繼續觀察。

受條件限制，爐缸爐底的磚襯侵蝕后其殘余厚度無法監測和修復，出現侵蝕后傳統的做法是內部鈦礦護爐和外部灌漿修補，現在不少高爐建立了爐缸爐底溫度在線監測，可以把監測數據通過數學模型解析轉換成爐墻耐火材料殘余厚度畫面，直觀地展示了爐襯殘余厚度和1150℃等溫線（面），使爐缸爐底侵蝕程度處于受控狀態，在線監測技術的應用避免了爐役后期爐缸爐底燒穿等重大事故地發生。

2.5鐵口布置方式

鐵口的布置方式影響高爐的渣鐵排放，而高爐能否及時排凈渣鐵又會影響高爐的穩定順行和指標優化，進而影響高爐壽命。隨著高爐容積擴大，渣口數量減少或取消渣口，鐵口數量在增多.大高爐一般有2～4個鐵口，有的高爐為節省投資，將多個鐵口布置在一個出鐵場或高爐的同一側，即在180°范圍內布置2～3個出鐵口。這類布置，雖然可以節約開支。但是對高爐冶煉及壽命均有不利影響。高爐不能完全出凈渣鐵，留在爐內的爐渣，靠近鐵口的一側，渣面接近鐵口水平。而遠離鐵口的一側渣面較高。如果鐵口布置在同一側，爐內的爐渣分布必然不均勻。當爐況不太正常，特別是爐溫低時，由于爐渣粘稠，從滴落帶下降的鐵滴，穿過渣層的速度不同必然影響到爐料均勻下降及煤氣流均勻分布，由此導致局部方向煤氣流發展。過分發展的煤氣流形成高爐“管道行程”，從而破壞爐襯的完整性，影響高爐壽命。

3、結語

（1）我國大型高爐的長壽技術已取得長足進步，通過采用高爐綜合長壽技術，部分高爐壽命已經達到10年以上，與國際先進水平的差距正在縮小。

（2）如何開拓思路，在高強度冶煉條件下做好高爐長壽維護工作，實現高爐無中修一代壽命達到15 年以上是我國煉鐵工作者需要攻克的重要課題。

（3）國內高爐使用的部分長壽技術源于對國外長壽技術的直接借鑒或消化吸收，我國自主研發的高爐長壽技術較少，需要我國的煉鐵工作者在創新性上有所突破。

參考文獻：

[1]張壽榮.武鋼高爐長壽技術.北京：冶金工業出版社，2009

[2]金覺生.寶鋼高爐長壽技術的開發應用，煉鐵，2005，（1）

篇6

關鍵詞:高爐設備 維檢 解體

高爐是煉鐵的專用設備。雖然近代技術研究了直接還原、熔融技術還原等冶煉工藝,但它們都不能取代高爐,高爐生產是目前獲得大量生鐵的主要手段。高爐生產是可持續的,他的一代壽命從開爐到大修的工作日一般為7-8年,有的已達到十年或十年以上。高爐煉鐵具有規模大、效率高、成本低等諸多優勢,隨著技術的發展,高爐正朝著大型化、高效化和自動化邁進。

1、我國鋼鐵工業生產現狀

近代來高爐向大型化發方向發展,目前世界上已有數座5000立方米以上容積的高爐在生產。我國也已經有4300立方米的高爐投入生產,日產生鐵萬噸以上,日消耗礦石等近2萬噸,焦炭等燃料5千噸。這樣每天有數萬噸的原、燃料運進和產品輸出,還需要消耗大量的水、風、電氣,生產規模及吞吐量如此之大,是其他企業不可比擬的。

2、加入世貿對我國鋼鐵經濟的影響

鋼鐵工業是人類社會活動中占有著極其重要的地位,對發展國民經濟起著極其重要的作用。無論工業、農業、交通、建筑及國防均離不開鋼鐵。一個國家的鋼鐵生產水平,就直接反映了這個國家的科學技術發展和人民的生活水平。

3、高爐的主要組成部分

高爐爐殼:爐殼的作用是固定冷卻設備,保證高爐砌體牢固,密封爐體,有的還承受爐頂載荷、熱應力和內部的煤氣壓力,有時要抵抗崩料、坐料甚至可能發生的煤氣爆炸的突然沖擊,因此要有足夠的強度。

爐喉:高爐本體的最上部分,呈圓筒形。爐喉既是爐料的加入口,也是煤氣的導出口。它對爐料和煤氣的上部分布起控制和調節作用。

爐身:高爐鐵礦石間接還原的主要區域,呈圓錐臺簡稱圓臺形,由上向下逐漸擴大,用以使爐料在遇熱發生體積膨脹后不致形成料拱,并減小爐料下降阻找力。爐身角的大小對爐料下降和煤氣流分布有很大影響。

爐腰:高爐直徑最大的部位。它使爐身和爐腹得以合理過渡。由于在爐腰部位有爐渣形成,并且粘稠的初成渣會使爐料透氣性惡化,為減小煤氣流的阻力,在渣量大時可適當擴大爐腰直徑,但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關系,比值以取上限為宜。爐腰高度對高爐冶煉過程影響不很顯著,一般只在很小范圍內變動。

爐腹:高爐熔化和造渣的主要區段,呈倒錐臺形。為適應爐料熔化后體積收縮的特點,其直徑自上而下逐漸縮小,形成一定的爐腹角。爐腹的存在,使燃燒帶處于合適位置,有利于氣流均勻分布。

爐缸:高爐燃料燃燒、渣鐵反應和貯存及排放區域,呈圓筒形。出鐵口、渣口和風口都設在爐缸部位,因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物理和化學侵蝕最劇烈的部位,對高爐煤氣的初始分布、熱制度、生鐵質量和品種都有極重要的影響。

爐底:高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力,而且受到1400～4600℃的高溫、機械和化學侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命。只有砌體表面溫度降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度,并且表面生成渣皮（或鐵殼）,才能阻止其進一步受到侵蝕,所以必需對爐底進行冷卻。通常采用風冷或水冷。目前我國大中型高爐大都采用全碳磚爐底或碳磚和高鋁磚綜合爐底,大大改善了爐底的散熱能力。

爐基:它的作用是將所集中承擔的重量按照地層承載能力均勻地傳給地層,因而其形狀都是向下擴大的。高爐和爐基的總重量常為高爐容積的10～18倍（噸）。爐基不許有不均勻的下沉,一般爐基的傾斜值不大于0.1％～0．5％。高爐爐基應有足夠的強度和耐熱能力,使其在各種應力作用下不致產生裂縫。爐基常做成圓形或多邊形,以減少熱應力的不均勻分布。

爐襯:高爐爐襯組成高爐的工作空間,并起到減少高爐熱損失、保護爐殼和其它金屬結構免受熱應力和化學侵蝕的作用。爐襯是用能夠抵抗高溫作用的耐火材料砌筑而成的。爐襯的損壞受多種因素的影響,各部位工作條件不同,受損壞的機理也不同,因此必須根據部位、冷卻和高爐操作等因素,選用不同的耐火材料。

爐喉護板:爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下,工作條件十分惡劣,維護其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調節的先決條件。為此,在爐喉設置保護板（鋼磚）。小高爐的爐喉保護板可以用鑄鐵做成開口的匣子形狀;大高爐的爐喉護板則用100～150mm厚的鑄鋼做成。爐喉護板主要有塊狀、條狀和變徑幾種形式。變徑爐喉護板還起著調節爐料和煤氣流分布的作用。

4、高爐解體

為了在操作技術上能正確處理高爐冶煉中經常出現的復雜現象,就要切實了解爐內狀況。在盡量保持高爐的原有生產狀態下停爐、注水冷卻或充氮冷卻后,對從爐喉的爐料開始一直到爐底的積鐵所進行的細致的解體調查,稱為高爐解體調查。

4.1 高爐冷卻裝置

高爐爐襯內部溫度高達1400℃,一般耐火磚都要軟化和變形。高爐冷卻裝置是為延長磚襯壽命而設置的,用以使爐襯內的熱量傳遞出動,并在高爐下部使爐渣在爐襯上冷凝成一層保護性渣皮,按結構不同,高爐冷卻設備大致可分為:外部噴水冷卻、風口渣口冷卻、冷卻壁和冷卻水箱以及風冷(水冷)爐底等裝置。

4.2 高爐除塵器

用來收集高爐煤氣中所含灰塵的設備。高爐用除塵器有重力除塵器、離心除塵器、旋風除塵器、洗滌塔、文氏管、洗氣機、電除塵器、布袋除塵器等。粗粒灰塵（＞60～90um）,可用重力除塵器、離心除塵器及旋風除塵器等除塵;細粒灰塵則需用洗氣機、電除塵器等除塵設備。

4.3 爐鼓風機

高爐最重要的動力設備。它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣,而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。現代大、中型高爐所用的鼓風機,大多用汽輪機驅動的離心式鼓風機和軸流式鼓風機。近年來使用大容量同步電動鼓風機。這種鼓風機耗電雖多,但啟動方便,易于維修,投資較少。

5、結語

高爐工作者應努力防止各種事故的發生,保證聯合企業的生產進行。目前上料系統多采用皮帶上料,電子計算機,工業電視等,但必須保證其可持續作業。高爐從開爐投產到停爐中,此期間連續不間斷生產,僅在設備檢修或發生時候是才停產。那么我們必須保證各個環節都步步到位,要不必然會影響整個高爐冶煉過程,甚至停產,給企業造成巨大損失。

參考文獻

[1]李士玲主編.煉鐵工藝.

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關鍵詞：煉鐵工藝；優缺點；發展

中圖分類號：TF5文獻標識碼： A

一、鋼鐵企業煉鐵工藝發展現狀及問題

近幾年隨著我國市場經濟的快速發展和科學技術的不斷進步，鋼鐵企業高爐煉鐵工藝不斷優化，具有熱效率高、技術完善、設備使用壽命長等優點，同時我國煉鐵技術取得了一定的成就，比如提高轉爐爐齡，提高轉爐作業率，強化供氧技術等等；特別是“十二五”規劃以來，我國鋼鐵企業重視煉鐵工藝優化，重點進行節能減排技術的開發，比如滾筒法連續處理工藝等，大力引進先進設備，生鐵產量逐年提高，說明我國節能減排工作取得了一定的進展。但是，目前我國鋼鐵企業煉鐵工藝中還是存在一定的問題：

一是我國煉鐵工藝的能耗、廢棄物回收利用和環境治理等與國家煉鐵水平還是有很大的差距。

二是煉鐵工藝管理不夠規范，比如說輔料、鐵合金等的分類管理。

三是當下煉鐵中的二氧化碳的排放量高于國際水平，產品質量沒達到國際水平。

四是煉鐵工藝設計缺乏創新，一定程度上影響了煉鐵工藝的使用。

二、高爐煉鐵工藝

在當前，主要的鋼鐵生產都是以高爐流程生產的.高爐流程是現代鋼鐵生產流程的龍頭。因此，就對高爐煉鐵工藝的優缺點進行分析：

高爐反應器的優點是熱效率高、技術完善，設備已大型化、長壽化，單座高爐年產鐵最高可達400萬噸左右，一代爐役的產鐵量可達5000萬噸以上，可以說，沒有現代化的大型高爐就沒有現代化的鋼鐵工業大生產。在今后相當長時期內，高爐流程在我國將繼續是主要產鐵設備，繼續占統治地位.我國已完全掌握現代先進高爐技術，單位建設投資和生產成本相對較低.

但目前人們對高爐工藝流程有種種不滿:

一是高爐必須要用較多焦炭，而煉焦煤越來越少，焦炭越來越貴；

二是環境污染嚴重，特別是焦爐的水污染物粉塵排放、燒結的SO:粉塵排放；三是傳統煉鐵流程長，投資大；

四是從鐵、燒、焦全系統看重復加熱、降溫，增碳、脫碳，資源、能源循環使用率低，熱能利用不合理。在煉鐵工序的結構優化中重點應抓好高爐流程的優化，高爐流程優化的主要目標是降低能耗，節省資源、改善環保.

近年來煉鐵工藝技術取得了重大技術進步，它主要體現在以下幾個方面:

①高爐長壽技術，最近十年，煉鐵工作者為延長高爐壽命，從注重高爐整體壽命優化設計、精心施工、操作和維護等方面開發了許多新技術和新工藝，取得了顯著的效果，先進高爐一代爐役(無中修)壽命可達18年以上。

高爐長壽技術主要體現在全爐體裝冷卻器(壁)從爐底爐至爐喉全部采用冷卻器，無冷卻盲區；在風口以上，爐腹、爐腰和爐身下部，軟熔帶根部上下移動區域使用自我造襯、自我保護無過熱的銅冷卻壁，在此區域淡化耐材爐襯的作用，依靠在表面形成穩定的可再生的渣皮來保護銅冷卻壁；高效冷卻設備和優質耐材爐襯的有效匹配，如在高爐爐缸側壁區域使用熱壓小塊碳磚、優質微孔碳磚配合鑄鐵冷卻壁結構。

②高爐爐型設計理論的新發展:增加爐缸死鐵層設計深度(達到爐缸直徑的20-30%),減少爐缸內鐵水環流對爐缸側壁的侵蝕。逐步減小高利用系數(爐役平均有效容積利用系數大于2.0)、高煤比(爐役平均噴煤量達150kg/t以上)高爐爐腹角。對富氧大量噴煤強化冶煉的高爐，高爐爐型設計中將爐腹冷卻壁放置到風口前中心點向上4X4ft及5X12ft爐腹上兩點的連線以外，即可避免冷卻壁因高煤比富氧噴吹、高利用強化系數冶煉而過早損壞。

③高爐以煤代焦、降低入爐焦比達到新水平。

④對高爐強化冶煉爐內煤氣通過能力限度有了明確的認識。

⑤提高爐頂壓力是降低燃料比、焦比及增產的重要手段。

三、煉鐵工藝優化的有效措施

1、鋼鐵企業要加強研究煉鐵生產過程中的技術經濟問題，特別注重經濟效益的研究，應用全面系統的優化方法分析鋼鐵企業的煉鐵工藝，杜絕主觀片面的優化判斷，加強優化過程中的調查研究，掌握鋼鐵市場的最新信息，并做出準確科學的優化判斷。

2、鋼鐵企業要堅持精料方針政策，不斷提高高爐煉鐵原料的質量。根據煉鐵工藝中用料雜的特點，關于燒結用礦粉問題上，對于供用量較大的礦點以單燒品位堆料原則供用，對于供用量較小并且礦粉品位相對低的礦點，要專門設立精礦雜配，進行礦粉的二次混配，這樣大大提高了燒結礦的堿度以及品位穩定性；在煉鐵工序中焦炭供用上，根據焦炭上料系統特點以及焦炭供應量及質量的情況，推行“堆新用舊、供戶至爐”的原則，從而保證各高爐焦炭供用的穩定性；煉鐵過程中用的酸性料，應用電子稱配料實現精確混配的目標，保證了配料粒度組成。對煉鐵焦炭入爐上，實行切分后分級入爐工藝，并對二區的燒結礦系統進行優化，實行燒結礦分級入爐，在強度上下功夫，同時要在凈料入爐上下功夫。建成球團礦、塊礦篩分系統，同時增加燒結礦的冷返礦篩工序，從而入爐粉末率大大下降。

3、提高煉鐵工藝基礎管理水平。建立、完善煉鐵過程中五大體系的管理標準，五大體系包括：標準體系、指標體系、參數體系、成本體系、信息體系。確保隨時監控煉鐵系統的原料投入、控制參數、指標變化、生產成本以及事件發生，能夠及時扼制系統波動。

4、加強焦炭煉焦工藝技術的優化。為降低煉焦的成本，緩解主焦煤短缺的現狀，我國焦化界要重視優化配煤的推廣。我國鋼鐵企業煉鐵要推廣干熄焦炭和搗固焦炭的使用，小的高爐不可片面追求煉鐵中焦炭的熱性能，而要通過科學有效的方法來降低焦炭用量，如提高噴煤比和降低燃料比的方法就相當有效。

四、現有高爐煉鐵流程工藝改進的方向

(一)煉焦工藝的努力方向

拓寬煉焦煤資源,煉焦生產工藝和技術上多元化。如利用搗固煉焦大幅度提高裝爐煤的堆密度,從而提高弱粘煤和非煉焦煤煉焦的比例降低焦炭成本、風選破碎配煤工藝、煤調濕等。為了以煤代焦、降低入爐焦比,應強化不提高主焦煤比例條件下進一步提高焦炭的熱強度的技術手段研究,進一步降低煉焦工序能耗、控制煉焦污染,建設國內一流清潔生產焦爐。

(二)燒結工藝的努力方向

燒結機是高爐利用鐵粉礦低成本煉鐵的核心手段,進一步提高燒結利用系數增加燒結礦產能,通過技術創新最大限度地回收燒結環冷機的煙氣余熱能；通過熱煙氣循環新技術降低燃料比和燒結煙氣及粉塵的排放量；針對燒結生產過程中多種污染排放的嚴重環境污染問題,通過開發高效、低成本的適合中國特點的持久性有機污染物二惡英、SO2減排的技術措施,通過調整燒結原料有選擇地嚴格限制使用含氯、含油原料等技術措施,采用煙氣脫硫等新技術大幅度減少燒結機SO2、二惡英污染物排放量,爭取改變燒結機是鋼鐵廠二惡英、SO2和煙粉塵污染主要源頭的丑陋形象,建成世界最清潔生產的燒結廠,提高燒結工藝的生存力。同時要持續研發低成本配礦技術、低SiO2的燒結技術、開發燒結人工智能控制系統。目前燒結機SO2、煙粉塵排放占鋼鐵企業排放總量的50%~80%。

結語

鋼鐵企業煉鐵工藝優化過程中要重視高爐煉鐵工序的優化，使高爐煉鐵面向低能化，并要節省煉鐵資源、改善煉鐵環境。其次，國家要大力提高煤炭界的洗煤技術，將焦煤灰份降到最低，此措施即能減少煤炭的運輸量，還能降低運輸費用，最重要的是使我國煉鐵工藝達到節能減排的目的。最后，要鼓勵創新研究，開展非高爐煉鐵技術，發展有中國特色的煉鐵工藝，促進我國鋼鐵企業煉鐵技術的進步，創造領先世界的新煉鐵流程。

參考文獻

[1]楊海舟.高爐煉鐵工藝中氣體流程的建模研究[D].浙江大學,2010.

[2]鄧虹峰.煉鐵工藝創新對鋼鐵工業發展的影響[J].冶金經濟與管理,2008,01:35-38.

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關鍵詞：高爐；強化冶煉；焦比

1 概述

隨著新《環保法》的頒布實施，鋼鐵產業節能減排的工作顯得尤為重要，特別是煉鐵系統，由于煉鐵系統的能耗占鋼鐵聯合企業總能耗的70%左右。因此，從源頭抓起，降低高爐煉鐵燃料比，做好節能減排有著重大意義。

2 降低煉鐵焦比是進一步提高高爐利用系數的正確途徑

從理論上來說：高爐利用系數=冶煉強度÷焦比。也就是說，進一步提高利用系數有兩個辦法。一個是提高冶煉強度，另一個是降低焦比。我國中小高爐實現高利用系數主要是采用提高冶煉強度的辦法。采用配備大風機，大風量操縱高爐，進行高冶煉強度生產，來實現高利用系數。目前大型高爐噸鐵所消耗的風量在1200m3以下，而一些小高爐的噸鐵風耗是在1400m3左右，甚至有大于1500m3的現象。燃燒1kg標準煤要2.5m3的風，鼓風機產生1m3風要消耗0.85kg標準煤。大風量，高冶煉強度操作的高爐，焦比就要升高。所以說小高爐的燃料比要比大高爐高30～50kg。鋼鐵產業要實現節能減排，在降低煉鐵焦比上下功夫可謂是一條途徑。

3 降低焦比的技術措施

3.1 貫徹精料方針

煉鐵精料技術的內容是：高、熟、穩、均、小、凈、少、好八個方面，每個方面均有具體的要求。八個方面相互有因果關系，與高爐操作也有密切的關聯。高爐生產是個系統工程。提高入爐礦品位是精料的核心。

鐵礦石品位是指鐵礦石的含鐵量，是評價鐵礦石質量的主要指標。鐵礦石含鐵量高有利于降低焦比和提高產量。根據生產經驗證實，礦石品位提高1%，焦比降低2%，產量提高3%。鐵礦石還原性是指鐵礦石被還原性氣體CO或H2還原的難易程度， 也是其質量的主要指標。鐵礦石的還原性好，有利于焦比降低 ，但只有直接還原與間接還原在適宜的比例范圍內，維持適宜的直接還原度Rd，才能降低焦比。實踐證明適宜的直接還原度為0.2～0.3。

鐵礦石品位提高的方法

提高鐵礦石的含鐵量，減少脈石成分，溶劑用量和渣量也相應減少，對于富礦，可直接入爐。而對于貧礦，要進行選礦和造塊加工處理，即人造富礦。常用重力，磁力或浮游選礦法，在選礦時，根據各礦物物理化學性能的不同，借助各種選礦設備和藥劑，將礦石中有用礦物和脈石分離，以使有用礦物富集，礦石品位提高，回收鐵有用成分，去除有害雜質。再將各種含鐵礦粉配加一定數量的燃料和熔劑，加熱到1150℃～1500℃，使其粘結成塊礦或者把細磨鐵精礦粉或其他鐵礦粉料添加劑混合后再加水潤濕的條件下，通過造球機滾動成球。再經過干燥焙燒固結成具有一定強度和冶金性能要求的球型含鐵原料，已獲得燒結礦塊或球團礦塊，這樣就粒度均勻，微氣孔多，強度高，品位高，還原性好，有利于其強化冶煉。

3.2 實現高風溫

熱風帶進高爐煉鐵的能量占總能量的16%～19%。熱風是廉價的能源，應當充分利用。熱風溫度升高100℃，可降低煉鐵燃料比15～25kg/t，提高風口理論燃燒溫度60℃，大約多噴煤30kg/t。高風溫會給高爐煉鐵帶來多方面效應：包括加快風口碳素燃燒，熱量主要集中于爐缸，使高溫區下移，中溫區擴大，有利于間接還原發展，直接還原度降低，所以應當努力進一步提高風溫。

3.3 進行脫濕鼓風

將鼓風濕度降至6g/m3并保持穩定會有提高產量，降低焦比的效果。濕度降低1%，可降焦比0.9%，增加產量3.2%。鼓風濕度降低1g/m3，風口前燃燒溫度可提高5～6℃，可大約多噴煤粉1.5～2.0kg/t。對于暫時不能噴煤的高爐來說，假如要使用高風溫，可以通過加濕鼓風，將高風溫用上，既可以提高生鐵產量，又有降低焦比的作用。因加濕1%鼓風，會使焦比升高4～5kg/t，但是風溫升高100℃，下降焦比25kg/t，兩數相加后，仍有降低20kg/t焦比的作用。

3.4 冶煉強度的影響

生產實踐表明，高爐冶煉強度在低于1.05t/m3?d時，提高冶煉強度是可以降低燃料比。但是在冶煉強度大于1.05t/m3?d時，提高冶煉強度是會使燃燒比升高，而且在冶煉強度大于1.15t/m3?d時以上，提高冶煉強度，會使燃燒比大幅度升高。所以說，控制冶煉強度在1.05～1.15t/m3?d區間，操作高爐是會得到較低的燃料比。

3.5 提升高爐操作技術

對降低煉鐵燃料比有較大作用的高爐操作技術主要是：提高煤氣中CO2含量，冶煉低硅鐵和提高爐頂煤氣壓力等方面。

（1） 提高煤氣中CO2含量的操作手段主要是進行合理布料，優化煤氣流分布，使熱風所帶有的熱量能夠充分傳遞給爐料，增加高爐內鐵礦石的間接還原度。煤氣中的CO2含量提高0.5%，煉鐵燃料比下降10kg/t，煉鐵工序能耗會下降8.5kgce/t。鐵礦石間接還原是個放熱反應，而直接還原是個吸熱反應。所以，我們要努力提高鐵礦石的間接還原反應。

采用合理的裝料制度和送風制度，能夠解決煤氣流和爐料逆向運動之間的矛盾，煤氣流分布均勻合理，會促進高爐生產順行，有降低燃料比的效果。

采用無料鐘爐頂裝料設備，可以實現多種形式的布料。小于1000m3高爐的流槽傾角檔位數選用5～7個檔位；1000m3左右高爐選用8～10個檔位；大于2000m3級高爐選用10～12個檔位。終究使爐喉煤氣曲線形成邊沿CO2含量略高于中心的“平峰”式曲線。綜合煤氣CO2含量是小于1000m3高爐為16%～20%，1000m3左右高爐CO2含量在18%～21%，大于2000m3高爐CO2含量在22%～24%。

采用大批重上料，可以穩定上部煤氣流。我們希望焦批的層厚要大于0.5m，寶鋼4000m3級高爐焦批大，層厚在800～1000mm。在生產過程中調整焦炭負荷時，最好穩定焦批，調整礦批。以使焦炭層相對穩定，有“透氣窗”作用，高爐內煤氣流也穩定。當料線提高時，爐料堆尖會向中心移動，有疏松邊緣煤氣的作用。一般料線選擇為1～2m。

為提高料柱的中心部位煤氣流順暢，大型高爐均采用中心加焦的手段。近年來，為提高燒結礦的透氣性和還原性，將小焦與燒結礦進行混裝，有較好的節焦效果。

高爐操縱的原則之一是要實現煤氣在邊緣和中心存在“兩道煤氣流”。高爐煤氣曲線呈“展翅”或“喇叭花”型。

（2） 低硅鐵冶煉

高爐冶煉低硅鐵有較好的經濟效益。生鐵含Si降低0.1%，可降低煉鐵焦比4～5kg/t，生鐵產量提高。間接減少了煉鋼脫Si的工作量。

（3） 高壓操作技術

高爐爐頂煤氣壓力大于0.03Mpa時，即稱為高壓。爐頂煤氣壓力提高10Kpa，高爐可增產約1.9%，焦比約下降3%，有利于冶煉低硅鐵。隨著頂壓的提高，增產的效果會遞減。提高頂壓之后，高爐的明顯反應是促進高爐順行，波動減少，使鐵礦石進行間接還原是向有利方向發展。高壓操縱是有利于CO向CO2方向反應，進而有節焦效果。

篇9

關鍵詞：節能減排；全氧高爐；數學模型；爐料；數值模擬

The synergistic principle of Energy/mass transfer and high temperature thermochemical reaction under full oxygen blast furnace condition

Abstract：At present，traditional blast furnace with coke as main energy has been almost perfect in production efficiency and energy utilization， and it is difficult to realize the more energy saving and emission reduction by its technical progress in the traditional blast furnace. Oxygen blast furnace （OBF）， as a new iron-making process， has the outstanding advantages in carbon saving and low CO2 emission.Due to the operations of pure oxygen instead of the hot blast and recycling most of the top gas after CO2 removal， the content of CO and H2 in OBF increases significantly， which may also lead to the metallurgical performances of burden change. In order to promote the industrial application of OBF iron-making process， the systematic study of OBF ironmaking process was carried out. A comprehensive mathematical model of OBF was established. Many preliminary designs of OBF were simulated with the comprehensive mathematical model. The comprehensive evaluation of several different OBF process and traditional blast furnace has been made respectively. Through the evaluation， the most suitable process of OBF was identified. In order to analyze the low temperature reduction degradation behavior characteristics under the OBF atmosphere， low temperature reduction degradation experiments of ores have been carried on in different atmospheres which are based on the OBF mathematical model. The softening-melting properties of burden at different reducing atmospheres on the softening-melting properties of burden in OBF atmosphere were studied by using the facility of high temperature reduction-molten experiment. Using the programmed reducing and softening-melting experiment apparatuses， the reduction， softening and melting behaviors of sinter， pellet and mixture of both have been examined by simulating the conditions in traditional BF and typical OBF. It is preliminary founded the formation rule of cohesive zone under the OBF condition. The reduction behaviors of pellet in the atmospheres of H2， CO and mixture of both were studied by using the self-regulating reduction experiment apparatus of single particle. The reduction model of pellet， which was applicable to the research of the kinetic of non-isothermal reduction of pellet at the atmosphere of one or more gases of CO， CO2， H2， H2O and N2， was built based on the grain model and unreacted core model with three interfaces. The OBF internal operation conditions are studied by using the mathematical model.

篇10

1低溫冶金學的理論進展

1．1細微鐵礦粉具有納米晶粒［8，13］

赤鐵礦原料的平均粒度約為200μm，粒度分布如圖1（a）所示，對圖中的顆粒進行放大，見圖1（b）。赤鐵礦晶粒的粒度主要集中在3μm左右，由眾多的晶粒形成了一個較大的赤鐵礦顆粒。當粉體的粒度磨細到20μm左右時，赤鐵礦的晶粒尺寸降低到1μm左右，出現了少量晶粒尺寸為100nm左右的晶粒，見圖1（c）。隨著磨礦時間進一步延長，赤鐵礦粉體的晶粒尺寸可細到100nm以下，見圖1（d）。

1．2儲能的鐵礦粉能夠提高煤氣的利用效率［11，29］

當溫度高于570℃時，CO與FeO的反應為：FeO＋CO＝Fe＋CO2當溫度低于570℃時，CO與Fe3O4的反應為：1／4Fe3O4＋CO＝3／4Fe＋CO2儲能后鐵礦粉與氣基還原劑的反應平衡常數（K）與溫度（T）的關系為：K＝exp－ΔG°＋ΔGm（）RT（1）式中：ΔGm為礦粉的儲能。CO還原鐵氧化物的平衡氣體成分的計算公式為：φCO＝1001＋exp－ΔG°＋ΔGm（）RT（2）根據式（2）可得到儲能大小對CO還原Fe3O4和FeO的平衡氣體成分的影響規律，見圖2。圖中實線為儲能前CO還原氧化鐵的平衡曲線，虛線則為不同儲能條件下的還原曲線，其中線上的數字表示氧化鐵所具有的儲能，單位為kJ／mol。從圖2可以看出，儲能能夠使得還原反應對CO體積分數要求降低：以700℃為例，沒有儲能時CO的平衡體積分數為60．89％，也就是只有當CO體積分數達到60．89％以上才有可能實現FeO的還原，而當儲能分別為1、4、10kJ／mol時，CO的平衡體積分數分別降低為57．81％、48．76％和31．26％，因此儲能的存在可以使得CO在較低的體積分數下就可以完成氧化鐵的還原。這樣就會大大提高CO氣體的利用率。仍以700℃為例，在普通條件下，CO的利用率最高為39．11％，而當粉體實現儲能1、4、10kJ／mol時，CO的利用率則分別可以達到42．19％、51．24％、68．74％，利用率分別提高了約8％、31％和76％。

1．3細粒度改善反應效率［8－9，12］

試驗研究了鐵礦的粒度對氣體還原氧化鐵的影響，以H2還原不同粒度的澳礦（見圖3）。從圖3可以明顯看出，隨著鐵礦粒度的減小，反應起始溫度不斷降低，同時反應速度加快。比如約3．5mm的鐵礦在400℃還原反應開始，700℃左右開始反應加快；而約2μm的鐵礦還原反應在100℃已經開始，350℃反應加快。另外粒度的降低還使得樣品達到平臺期時的還原率不斷提高。例如約3．5mm的鐵礦達到平臺期時的還原率為78．4％，而約2μm的鐵礦的平臺期還原率則達到了98％以上，而且在600℃時就達到了100％。因此采用的粉體粒度越細，其還原反應的溫度越低，反應速度越快。

1．4微納粉體的催化反應動力學［19．21－22，28］

通過催化反應能夠明顯改善鐵礦粉的碳熱還原效果，從圖4可見，催化劑的加入能夠使反應速度顯著提高。作者還研究了氣基還原、碳氣化反應的催化機制，并開發了催化添加劑。同時針對微納鐵礦粉的還原，還提出了微納粉體的催化反應模式，以此進一步加快反應速度或降低反應溫度。粒度小于10μm的赤鐵礦和碳混勻，700℃以上反應速度明顯加快，這要比傳統毫米級礦粉反應溫度明顯降低（見圖5）。再添加催化劑，反應溫度會進一步降低。主要原因是雖然細微礦粉得到了一定儲能、反應表面積明顯增加，但是碳還原反應屬于強吸熱反應，通過添加催化劑，能夠進一步降低反應的活化能，改善了反應動力學條件。

1．5改善還原勢條件［17－18，31－34］

還原勢對鐵礦粉還原程度的影響超過單純因為還原氣體中水分的增加而造成的影響。通過理論推導和試驗，還原氣體中水蒸氣體積分數的增加對鐵礦粉金屬化率造成的減少幅度，應該按照φH2OφH2－φ（H2）平衡來進行計算，而不是按照φH2OφH2來進行計算，見圖6。對于煤基還原，還原勢影響同樣很大。例如，對于轉底爐工藝，由于爐膛內為弱氧化氣氛，所以含碳球團的金屬化率偏低，而對于隧道窯還原或回轉窯還原，產品的金屬化率比轉底爐大幅度提高。針對煤基還原，在反應器中將煤氣加熱的氧化性氣氛改變為還原氣氛，有望提高產品的金屬化率。1．6改善低溫冶金反應的傳輸條件［19，35－38］除了粉體細化、催化等加速本征反應速度外，低溫還原反應還需突破限制性環節，例如，氣體還原細礦粉的還原速度很快，限制性環節之一是還原氣體的供應速度。從圖7可見，隨著氣速的提高，還原率明顯增高，幾乎呈線性關系。從圖8可見，隨著氣速的增加，氣體利用率下降幅度不大。如果選擇鼓泡流化床作為反應器，由于粒度的關系，氣速只能選擇0．2～0．5m／s，不利于反應速度的提高，同時還容易造成鐵粉黏結；如果選擇循環流化床，則可將氣速提高到1m／s以上，從而具有高的反應效率。對于煤基還原，供熱是影響反應速度的主要因素。針對煤基隧道窯還原，通過對布料層的優化（見圖9），成功將煤基隧道窯的窯內溫度從1150～1180℃降至1100℃左右。

1．7多級循環流化床的流化規律和連續運轉研究［35－36］

作者提出了多級鐵礦粉循環流化床還原反應器，并開展了多級鐵礦粉循環流化床的流化規律研究和連續運轉試驗。從圖10可見，對于雙級循環流化床，流化速度降低后曲線變化的趨勢未變，但雙級循環床的旋風分離器入口的壓力明顯降低了。流化速度的減小使旋風分離器的入口濃度降低，系統的顆粒循環量下降。從圖10中還可以發現在每一級循環流化床中鐵礦粉顆粒上行和下行構成的循環回路壓力曲線必在某標高處相交，即有一個壓力等值點，雙級循環流化床的回路曲線呈上下雙“8”字形。雙級循環流化床內存在著壓力平衡分布，隨著流化風速的變化料腿的壓降將會自動調節隨之變化，以達到各個循環回路的壓力平衡。

1．8低溫還原冶煉粒鐵的理論［25，29－30］

日本鋼鐵研究協會曾組織了18個單位（包括5個鋼鐵聯合企業、11所大學、2個鋼鐵研究所）在1999－2004年開展了低能耗低排放高爐新技術研究，重要研究方向是加速高爐內固態區間接還原、降低高爐內爐渣和鐵水溫度（從1450℃降低到1350℃），實現減排CO250％水平的目標。美國和日本也在21世紀初開發了高溫轉底爐技術（ITMK3），將轉底爐的海綿鐵直接分離成液態爐渣和鐵水。從圖11可見，高溫轉底爐技術鐵水溫度控制在1450℃左右，碳質量分數控制在3％左右。采用低溫還原冶煉粒鐵新工藝，包括快速還原、快速滲碳、鐵在半熔態渣中聚集長大等。溫度控制在1200℃，比高溫轉底爐技術鐵水溫度低200℃，比日本提出的低溫高爐低150℃，已在小試驗室和半工業化裝置上得到了鐵粒。

2低溫冶金技術和工藝進展

研究低溫冶金的目標是開發低碳、節能、高效、低成本的新工藝。根據爐料和產品結構的不同，作者開發了不同的低溫冶金新工藝。

2．1改進的熔融還原煉鐵工藝［7－8，11，14－16］

如圖12所示，該工藝流程由3部分組成：第1部分為熔融氣化爐，主要功能是熔化海綿鐵和產生預還原所需的還原煤氣；第2部分為預還原部分，由兩級還原流化床和一級礦粉預熱床組成，主要功能是將礦粉轉變成高金屬化率的鐵粉，金屬化率大于85％；第3部分是煤氣處理，包括尾氣換熱、煤氣洗滌、煤氣增壓、變壓吸附等工序，功能是調節預還原所需的煤氣成分、煤氣量與溫度。新工藝流程描述為：精礦粉或粒度小于0．5mm的赤鐵礦（褐鐵礦等）首先進行干燥脫水后進入料倉，在礦粉預熱床內進行換熱，將出口煤氣溫度降低到450℃左右，礦粉溫度升至450℃左右后進入第2級快速循環還原反應器，被還原氣體還原到浮氏體，溫度升至700℃左右，進入第1級快速循環床反應器，還原得到金屬化率超過85％的海綿鐵粉，溫度為750℃左右，然后進入熱壓塊工序，熱壓成海綿鐵塊進入熔融氣化爐海綿鐵緩沖倉，與塊煤、型煤、熔劑等進入熔融氣化爐。在熔融氣化爐風口區吹入純氧，燃燒從氣化爐上部逐步移動到下部的半焦（也可以從風口吹入部分煤粉），用此熱量還原、熔化海綿鐵和熔劑，形成爐渣和鐵水，定期排放，產生的高溫煤氣穿過半焦（塊煤、型煤高溫分解產物）、海綿鐵塊、塊煤與型煤以及熔劑時，與它們進行熱交換，離開熔融氣化爐時煤氣溫度降至1050～1100℃。1050～1100℃的高溫含塵煤氣，與經過變壓吸附的冷煤氣相混合，調至溫度為700～750℃、氧體積分數為10％～15％的煤氣，經過熱旋風后，大部分煤氣進入第1級低溫快速循環床反應器，少量煤氣經洗滌返回至變壓吸附，其主要作用是調節煤氣成分與煤氣溫度；經過熱旋風收集的熱態粉塵再噴吹至熔融氣化爐內。進入第1級低溫快速反應器的溫度為700～750℃、氧體積分數為10％～15％的煤氣還原進入反應器的浮氏體，將其還原到金屬化率超過85％，離開第1級反應器的煤氣補入少量氧氣，以提高煤氣溫度，進入到第2級反應器，將450℃左右的礦粉加熱和還原到700℃左右的浮氏體，離開第2級反應器的煤氣，進入礦粉預熱床預熱冷礦粉，離開礦粉預熱床的煤氣溫度降至450℃左右，經過余熱換熱器降低到150～200℃左右，經過洗滌后，一部分煤氣輸出，一部分煤氣與從高溫經過冷卻洗滌的煤氣合并，經過增壓與變壓吸附后，調節熔融氣化爐高溫煤氣的溫度與成分。基于低溫快速預還原改進的熔融還原煉鐵工藝具有以下技術特點：

1）煉鐵原料為粉礦。

可以直接使用粉礦，粉礦還原速度快，省去了燒結、氧化球團等原料造塊工序和相應的能耗和污染。

2）預還原煤氣溫度為700～750℃。

進入預還原反應器的煤氣溫度為700～750℃，比COREX、FINEX的煤氣溫度（800～850℃）低100℃，解決了預還原反應器的黏結問題以及帶來的一系列問題。

3）接衡態還原。

采用粉礦還原，還原的煤氣成分容易接衡態，可以最大限度地減少噸鐵氣體使用量。

4）預還原得到金屬化率超過85％的海綿鐵。

金屬化率高的海綿鐵進入熔融還原氣化爐，是少用或者不使用焦炭的前提，是降低熔融氣化爐噸鐵燃料比的基礎。

5）采用雙級流化床作為反應器。

粉礦還原速度快，需要的流化速度也較低，采用流化床作為反應器，可以大幅度提高生產效率。采用雙級反應器，可以提高還原氣體的利用率，減少噸鐵礦粉還原所需的一次氣體用量。

本流程成功吸收了目前熔融還原工藝的優點，同時也解決了熔融還原流程預還原流程與整個流程銜接不順導致燃料比過高的重大難題。改進的熔融還原煉鐵工藝的預期效果：

1）新工藝的噸鐵燃料比在600kg標準煤左右，隨著工藝與操作的熟練，以及后期噴煤技術的發展，預期燃料比可在520kg標準煤左右，接近高爐水平。

2）可直接使用中國的精礦粉和進口粉礦，徹底消除氧化球團或燒結帶來的環境與能量負荷。中國噸礦的燒結凈能耗在65kg標準煤左右，相當于噸鐵100kg標準煤左右，1t氧化球團的凈能耗在50kg標準煤左右，相當于噸鐵80kg左右標準煤。

3）可以得到高金屬化率的海綿鐵，噸鐵焦炭使用量在50kg左右，可以不使用焦炭。這樣就可以最大限度地減少噸鐵焦炭使用量，同時降低了焦炭工藝帶來的環境污染與能耗問題（噸焦凈能耗140kg標準煤）。

4）噸鐵凈能耗在500kg標準煤左右，比高爐煉鐵流程610kg標準煤低18％。

5）噸鐵CO2排放量約1．48t，比高爐煉鐵流程CO2排放量1．8t低18％。2．2優質海綿鐵低溫還原工藝［25，37－38］針對電爐煉鋼對優質海綿鐵以及冶金鐵粉的需求，其主要冶煉工藝為隧道窯還原工藝。通過改造罐內的布料結構和添加添加劑，可以顯著降低傳統隧道窯的能耗、提高隧道窯生產率和延長爐襯與罐材使用壽命。優質海綿鐵低溫還原工藝描述：首先將還原煤、精礦粉、添加劑按照一定比例布在反應罐內，然后將反應罐裝在臺車上推進隧道窯內；將隧道窯窯體分為加熱、還原和冷卻3個區域，在還原段裝有燃燒器，以液體或氣體燃料為能源使還原段溫度保持在1100℃左右，還原段高溫爐氣向加熱段流動，對反應罐進行預熱，使其溫度隨著向還原段的接近而逐步提高。臺車進入還原段后，煤氣化反應放出大量CO，使礦粉得到還原，生成海綿鐵。還原完成后，臺車進入冷卻段，冷卻段中有一股由吸入的冷空氣形成的氣流，在氣流中，密封的反應罐逐步冷卻至常溫。出窯后，將海綿鐵取出，去掉殘煤和灰分即可得到產品。該工藝的特點主要表現在以下幾方面：1）將窯內溫度從傳統的1150～1180℃降低到1100℃；2）噸鐵海綿鐵（93％金屬化率）一次煤耗降低幅度達到26．7％；3）產量已從2萬t／a提高到3萬t／a，具備4萬t產能；4）耐火材料壽命大幅度延長，已超過2a。

2．3低品質鐵礦生產鐵粒技術［29，37－38］

中國是貧鐵礦國家，包括大量的褐鐵礦、赤鐵礦等資源，以及冶金渣和一些有色含鐵礦（如紅土礦等），含鐵品位在40％左右。這些鐵礦資源由于脈石太高，不管是直接進入高爐冶煉、電爐冶煉，還是通過預還原＋電爐冶煉，都存在冶煉成本過高的缺點。作者開發了低溫還原低品質鐵礦得到鐵粒技術，見圖13。

首先將鐵礦粉與一定比例的煤壓成球或塊，進入低溫還原反應器，然后在晶粒長大反應器內實現鐵和渣的有效分離。干燥器的目標是將含碳球團中的物理水分去除，它使用的熱量來自低溫還原反應器的低熱值尾氣。低溫還原反應器分為2段區域，預熱段和低溫還原段，在預熱段，利用低溫還原段的高溫廢氣將物料加熱到900℃；在低溫還原段，通過煤氣燒咀將反應器溫度提高到1100℃，在此溫度段完成含碳球團內的鐵礦預還原。在晶粒長大反應器內將反應器內溫度提高到1200℃左右，實現細微鐵的快速滲碳，并促進細微含碳生鐵的聚集，最終實現渣和鐵的分離。產品冷卻后，通過破碎和磁選，得到鐵粒。這樣就最大限度地降低了電爐熔分所消耗在渣熔化上面的電能。在半工業化裝置中冶煉紅土礦（wTFe＜20％），得到了粒狀鎳鐵合金，見圖14。