高師敏
（四川省達州市經(jīng)濟和信息化局， 四川 達州 635002）
摘 要：探討了采用鐵礦粉直接入爐的高爐煉鐵技術（技術方案，下同）。該技術對現(xiàn)有高爐爐體和部分設備、設施進行一些改造。文中介紹了該技術的流程，主要設備，技術特點及優(yōu)、缺點。該技術主要技術經(jīng)濟設計指標和現(xiàn)行高爐煉鐵技術進行了對比。
關鍵詞：高爐；煉鐵；技術
現(xiàn)行高爐煉鐵技術存在以下不足：使用焦碳為燃料，鐵礦石粉需要經(jīng)配料，燒結(jié)或球團處理后，才能入爐；煉焦，燒結(jié)或球團耗能、耗時，其產(chǎn)生的三廢污染環(huán)境；爐料在爐內(nèi)冶煉周期較長，生產(chǎn)效率較低；產(chǎn)品成本較高等。為了克服這些不足，作者利用現(xiàn)有高爐爐體及部分附屬裝置，稍加改造，提出一種新的高爐煉鐵技術。
1 技術介紹
1.1 流程
鐵精粉，煤粉、熔劑粉和處理后的返料粉（粒度-200 目不少于 80％），這四種粉末經(jīng)計量、配料、混合、干燥成為料粉（含水率小于 1.0%）。以 0.2～1.0 MPa壓力的凈煤氣（溫度 20～100 ℃）作為噴嘴的下料風。在高爐爐頂中心處，將料粉垂直向下噴入爐內(nèi)(噴氣速度 60～120 m/s)。料粉被分散成單個顆粒，懸浮在爐內(nèi)。在高爐原爐氣引出口處安裝的 4 個噴煤燃燒器，沿斜下方向，向爐內(nèi)噴入高溫還原煙氣。火焰溫度 1 600～1 800 ℃。（氧化劑為富氧空氣，過?？諝庀禂?shù) 0.75～0.95）四股煙氣形成螺旋式氣流。料粉顆粒在螺旋煙氣流中，迅速被加熱、熔化、還原。在極短時間內(nèi)，變成液態(tài)鐵滴、渣滴落入爐缸。安裝在原高爐風口處的數(shù)個噴煤燃燒器，向爐缸內(nèi)噴入高溫還原煙氣。少許未反應的料粉顆粒，在爐缸內(nèi)被熔化、還原，同時進行造渣、脫硫等反應。爐缸內(nèi)的爐渣和鐵水，定時從原高爐的排渣口、排鐵口排出。爐缸內(nèi)的爐氣，溫度約 1 300～1 500 ℃。其主要成分是 CO2、CO、H2O、NOx、CH4，N2、H2S、NH4、HCN 等。爐氣中混雜有少許料粉顆粒，以及鐵滴、渣滴，堿金屬、低沸點金屬微粒等。這種含塵爐氣，從原高爐另外的 4～8 個風口被抽出。經(jīng)過斜下保溫管道，切線進入再熔爐錐筒內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動。爐氣中密度較大的鐵滴、渣滴，因離心力和重力作用，落入錐筒下部的爐缸里。經(jīng)靜止。渣、鐵分層。定時出鐵。出渣。爐氣折返向上流 入再熔爐下室。下室圓周上數(shù)個噴煤燃燒器，向斜下方向噴入螺旋式高溫還原煙氣，爐氣再次被卷入螺旋氣流中。爐氣中殘存的料粉顆粒被熔化、還原。生成的鐵滴、渣滴落入爐缸里。為了保持爐缸內(nèi)鐵水溫度，可向鐵水噴入氧氣。剩余的爐氣中還含有少許碳粒等顆粒。該爐氣從爐內(nèi)中央上升，通過縮口進入再熔爐上室。在縮口處，噴入水蒸氣和碳粉（碳粉載氣為凈煤氣，壓力 0.5～1.0 MPa）。在高溫（1 200～1 500 ℃）條件下，爐氣中的碳粒與水蒸氣，爐氣中二氧化碳與碳粒等，發(fā)生碳的氣化反應。生成的一氧化碳、氫氣進入爐氣，使之成為粗煤氣（含 φ（CO＋H2）＞50%）。從再熔爐上部抽出的粗煤氣溫度為 800～1 000 ℃，含塵率 0.5%～3.0%。進入廢氣鍋爐。從廢鍋尾部流出的 粗煤氣溫度約 400～500 ℃。通過換熱器，干燥料粉。再經(jīng)過布袋除塵器、電除塵器、脫硫、脫硝等設備凈化處理。得到的凈煤氣儲存于煤氣柜中。柜中的凈煤氣，一部分經(jīng)升壓后，作料粉、煤粉輸送氣體、噴嘴的下料風氣體、縮口碳粉載氣。其余凈煤氣作為中熱值燃氣使用。再熔爐、廢氣鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽，一部分作為再熔爐縮口噴吹水蒸氣來源；其余蒸汽可用于發(fā)電。大型高爐采用本技術，產(chǎn)生的凈煤氣，可考慮建設 IGCC 電站。上述各凈化設備回收的鐵粒、渣粒、粉塵，可從中提取鋅、鉛、鉀、鈉等金屬。剩余的含鐵顆粒，經(jīng)處理后作為返料入爐。渣、粉塵可作建材原料。本技術需要的氧氣、由原制氧站提供。原高爐的其余風口堵死。大型高爐爐頂處可設置三個（2～6 個）料粉噴嘴，選擇 4～10 個風口作為爐氣抽出口。選擇 4～8 個風口安裝噴煤燃燒器。其余風口堵死。原高爐爐缸、再熔爐爐缸排出的鐵水和爐渣，可共用一個密封溜槽和澄清池。從澄清池中分離鐵水和爐渣。流程示意圖見圖 1。
1.2 主要設備及附屬設施
1.2.1 主要設備組成
高爐爐體（改造）1 座；再熔爐（重力除塵器改造）1 座；立式廢氣鍋爐（選配）1 套；噴嘴（選購）1 套. 噴煤燃燒器（選購）6~10 套。
1.2.2 主要設備
1）高爐爐體。去除現(xiàn)有高爐的上料及爐頂加料設備、爐頂煤氣導出管件、熱風圍管及風口噴吹設備等。新增料粉制備、計量、配料、輸送設備。在爐頂安裝料粉噴嘴裝置。在煤氣導出口、爐缸部分風口安裝噴煤燃燒器。在爐缸部分風口安裝爐氣抽出保溫管道等?，F(xiàn)有高爐爐體其它部位的結(jié)構(gòu)、設施等保持不變。
2）再熔爐。再熔爐是一個由爐缸、錐筒、下室、縮口和上室組成的圓柱體容器。爐殼用耐熱鋼板焊接、拼裝而成。上室爐壁為水冷壁結(jié)構(gòu)?？s口以下爐壁內(nèi)襯隔熱層和耐火磚。爐體底部為爐缸。爐缸底面敷設有幾組透氣磚。透氣磚上的氧氣輸入管與爐缸下面的氧氣輸送管道連接。爐缸側(cè)壁上有排鐵口和排渣口。爐缸上面是錐筒。錐筒上部有爐氣進入口。下室爐壁對稱布置有噴煤燃燒器安裝孔?？s口周邊有水蒸氣、碳粉噴入孔。上室有粗煤氣抽出孔、蒸汽包、防爆裝置等。再熔爐結(jié)構(gòu)示意圖見圖 2。
3）廢氣鍋爐。根據(jù)高爐運行壓力、爐氣溫度和流量等參數(shù)，選配合適的立式廢氣鍋爐。
4）噴嘴。選用帶調(diào)風錐中央擴散型噴嘴[1]。該型噴嘴由喉口、風箱、分料錐、調(diào)節(jié)錐、固定料管等組成。1 080 m3 的高爐，可選用投料能力：160～200 t/h的噴嘴。生鐵設計產(chǎn)量 80～100 萬 t/a。
5）噴煤燃燒器。選用管式旋流噴煤燃燒器[2]。該燃燒器具有燃燒連續(xù)、穩(wěn)定，直至燃盡等性能?？蛇x擇 PW－1 型多煤種管式旋流噴煤燃燒器。
1.2.3 附屬設備、設施
礦粉、煤粉、熔劑粉等的制備、運輸、儲存、配料、干燥、輸送設施。料粉噴嘴配套設施。噴煤燃燒器配套設施。制氧設備、煤氣凈化及煤氣壓縮機（或原有鼓風機）設備。廢氣鍋爐及蒸汽發(fā)電機組設施。爐渣、鐵水處理設施。各設備生產(chǎn)運行在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸設施。運行計算機調(diào)控設施等。
2 技術特點
利用現(xiàn)有高爐爐體及部分設備、設施。采用礦粉直接入爐煉鐵。使用煤粉為燃料和還原劑，不需要焦碳、燒結(jié)礦、球團礦或塊礦。鐵氧化物顆粒在高溫還原氣氛中，在極短時間內(nèi)完成熔化、還原等冶煉過程。
3 優(yōu)、缺點
1）優(yōu)點。高爐煉鐵工藝得到簡化。生產(chǎn)效率較高。煉鐵成本較低。對環(huán)境污染較小。高爐使用壽命大幅度延長。
2）缺點。技術的可行性需要論證、試驗。部分設備、設施的改造，需要資金投入。
4 兩種煉鐵技術主要技術經(jīng)濟指標簡要對比
4.1 三廢和噪音產(chǎn)生工序?qū)Ρ龋ㄒ娤马摫?1）
從表 1 中可知，高爐采用本技術后，三廢、噪音的產(chǎn)生量可減少 70％以上。
4.2 原料加工費和燃料消耗估算
設定條件：燒結(jié)礦加工費 90 元/t；球團礦加工費40 元/t；礦粉加工費 20 元/t；石灰石加工費 50 元/t?，F(xiàn)行高爐煉鐵技術生產(chǎn) 1 t 生鐵消耗 1.6 t 燒結(jié)礦或球團礦；焦比 0.4 t，煤比 0.2 t。本技術生產(chǎn) 1 t 生鐵消耗 1.6 t 料粉；耗煤 0.6 t；耗石灰石 0.3 t。山西一級冶金焦：2 000 元/t；無煙煤：300 元/t，石灰石：50元/t；兩種煉鐵技術噸鐵原料加工費、燃料消耗估算對比，見表 2。
5 結(jié)語
高爐采用本技術煉鐵，在理論上，可以大幅度節(jié)能、減排和提高企業(yè)經(jīng)濟效益。在當今資源、環(huán)保、市場環(huán)境下，我國高爐煉鐵產(chǎn)業(yè)需要摸索出一條可持續(xù)發(fā)展的工藝技術路線。
參考文獻
[1] 艾元方，湯才樂，孫彥文，等.精礦噴嘴粒子分散特性研究[J].有色金屬（冶煉部分），2014（10）：5- 10.
[2] 龐麗君，陳國封，陳景樞，等.管式旋流煤粉燃燒器的試驗研究[J].動力工程，1994（6）：29- 36.