畢鐵朋
（河鋼股份有限公司承德分公司， 河北 承德 067000）
摘 要：主要聚焦煉鐵高爐冶金技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析和研究了煉鐵高爐冶金技術(shù)的應(yīng)用情況，并且提出了進(jìn)一步發(fā)展煉鐵高爐冶金技術(shù)的建議，希望能夠?qū)掕F高爐冶金技術(shù)的應(yīng)用和未來(lái)發(fā)展起到積極的作用。
關(guān)鍵詞：高爐；煉鐵；冶金技術(shù)
引言
近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)了鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)材料的需求量大增，鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，因此，要進(jìn)一步發(fā)展煉鐵高爐冶金技術(shù)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更高質(zhì)量的鋼鐵產(chǎn)品。展望未來(lái)，我們要明確當(dāng)前煉鐵高爐冶金技術(shù)存在的問(wèn)題，有針對(duì)性地解決相關(guān)的技術(shù)性問(wèn)題，推動(dòng)我國(guó)高爐冶金技術(shù)的進(jìn)步。
1 煉鐵高爐冶金技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
利用科學(xué)的方式處理鐵礦石等原材料中的金屬或化合物，制作出具有金屬性能的材料，這個(gè)過(guò)程就是冶金技術(shù)。20 世紀(jì) 70 年代末，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外的鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，隨著鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)的替代與發(fā)展，我國(guó)的鋼鐵生產(chǎn)效率有了較大提升。但是，2000 年以后，我國(guó)的鋼鐵利用率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，我們應(yīng)采用煉鐵高爐冶金技術(shù)，不斷提高鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)水平，提高鋼鐵利用效率。
1.1 電冶金技術(shù)
電冶金技術(shù)可以分為電化冶金和電熱冶金兩種類(lèi)型，二者都是利用電能取得原材料中的金屬材質(zhì)。前者主要是利用電化學(xué)反應(yīng)，提取原材料中的金屬材料。后者則是通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為熱能，在高溫反應(yīng)下，將原材料轉(zhuǎn)化為金屬材料，經(jīng)過(guò)提取處理后，得到需要的金屬材質(zhì)。
1.2 火法冶金技術(shù)
火法冶金技術(shù)也是將原材料置于高溫環(huán)境下，通過(guò)高溫反應(yīng)，提煉原材料中的金屬材質(zhì)。但是，火法冶金技術(shù)主要是將金屬材質(zhì)和原材料中的其他物質(zhì)分離，原材料內(nèi)部的熱量不斷地累積發(fā)揮作用，從而達(dá)到冶金所需要的溫度。
1.3 濕法冶金技術(shù)
濕法冶金技術(shù)需要在低溫環(huán)境下，對(duì)原材料浸泡處理后再進(jìn)行深加工，利用溶液試劑和原材料的化學(xué)反應(yīng)，提煉金屬材料[1]。因此，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)取得金屬材質(zhì)的濕法冶金技術(shù)，同其他冶金技術(shù)具有較大的差異。濕法冶金工藝主要是利用化學(xué)原理完成金屬液相和固相的轉(zhuǎn)換、將金屬以化合物的形式回收冶煉。濕法冶金工藝應(yīng)用主要包括浸出、液固分離、溶液凈化、溶液重金屬提取及廢水處理等單元操作過(guò)程，通過(guò)濕法冶金工藝的創(chuàng)新應(yīng)用，能夠最大程度上提升冶金工藝的綜合應(yīng)用效果。
2 煉鐵高爐冶金技術(shù)的應(yīng)用研究
2.1 高爐噴煤技術(shù)
高爐噴煤技術(shù)的經(jīng)典工藝流程為：中速磨制粉→熱風(fēng)爐廢氣 + 煙氣爐→大布袋收粉→并聯(lián)罐→直接吹風(fēng)→單管吹風(fēng) + 分配器。主要是利用煤粉和鐵礦石發(fā)生化學(xué)還原反應(yīng)的原理，在為冶金過(guò)程提供熱量的同時(shí)，提高冶煉溫度，達(dá)到冶金的目的。在冶煉過(guò)程中，可以利用焦炭代替煤粉，由于煤粉可以和焦炭發(fā)生反應(yīng)，與鐵礦石發(fā)生反應(yīng)的同時(shí)也可以和焦炭發(fā)生反應(yīng)，帶走一部分焦含量，既能提高冶煉的質(zhì)量，同時(shí)又能降低對(duì)環(huán)境的污染。在煉鐵高爐中，運(yùn)用高爐噴煤技術(shù)時(shí)需要從高爐風(fēng)口將煤粉噴吹向爐內(nèi)，在高爐中煤粉既能發(fā)揮還原劑作用，又能提供所需熱量[2]。
實(shí)際上，在煉鐵高爐中引入高爐噴煤技術(shù)，不僅能有效降低煉鐵高爐運(yùn)行成本，而且還可以降低煉鐵高爐的煉焦比，進(jìn)而達(dá)到減少環(huán)境污染的目的。因此，在煉鐵高爐中，結(jié)合實(shí)際情況科學(xué)、合理地應(yīng)用高爐噴煤技術(shù)，可以達(dá)到改革和創(chuàng)新高爐冶煉的目的，有效提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)效益。相對(duì)于傳統(tǒng)冶煉過(guò)程，采用高爐噴煤技術(shù)，可以更好地兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，是現(xiàn)代冶金技術(shù)中的一項(xiàng)重大變革。
2.2 高爐干法除塵技術(shù)
高爐干法除塵技術(shù)是由我國(guó)自主研發(fā)、并得到廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)煉鐵技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用高爐煤氣低壓除塵技術(shù)，使我國(guó)的冶煉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一次質(zhì)的飛躍。高爐除塵技術(shù)主要分為干法除塵和濕法除塵兩種類(lèi)型，大多數(shù)情況下，較多采用干法除塵，而濕法除塵是作為備用方案。干法除塵可以分為靜電除塵和布袋除塵兩種方式，前者的成本相對(duì)更低，且除塵效果更好，適用于水資源較為短缺的地區(qū)，有利于節(jié)約資源[3]。我國(guó)目前已經(jīng)解決了高爐開(kāi)爐、長(zhǎng)期休風(fēng)等重要問(wèn)題，并且逐漸淘汰濕法除塵方法，取得了較好的應(yīng)用效果。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累、總結(jié)，我國(guó)加大了對(duì)冶金技術(shù)的研發(fā)力度，于 20 世紀(jì) 90 年代，自主研發(fā)出一套先進(jìn)的高爐煤氣低壓脈沖布袋除塵技術(shù)，并開(kāi)始推廣應(yīng)用到新建的 1 000 m3 以下煉鐵高爐中，取得了比較理想的應(yīng)用效果，在一定程度上推動(dòng)了煉鐵高爐工藝的發(fā)展。如今，我國(guó)現(xiàn)有的高爐干法除塵技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了比較高的水平，且應(yīng)用范圍不斷拓展，尤其是在 2 600 m3 以下煉鐵高爐中開(kāi)始被推廣應(yīng)用，促進(jìn)了我國(guó)煉鐵高爐的發(fā)展。
2.3 高爐雙預(yù)熱技術(shù)
高爐雙預(yù)熱技術(shù)是利用高爐的煤氣燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣以及混合氣體，幫助燃燒煤氣與助燃空氣預(yù)熱達(dá)到 300 ℃以上，以穩(wěn)定高爐冶金過(guò)程中的溫度，更好地達(dá)到冶金目的的一種方式。采用高爐雙預(yù)熱技術(shù)可以達(dá)到 1 200 ℃以上的高溫，還可以利用余熱回收裝置，將高爐中的廢氣熱代替化學(xué)熱，有效減少焦炭的使用量，節(jié)約資源，提高煉鐵利用率。在高爐雙預(yù)熱技術(shù)中，熱量主要來(lái)源于以下兩個(gè)方面：一是爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中熱風(fēng)和放熱提供的熱能。二是焦炭和煤粉燃燒過(guò)程中釋放的熱量，作為能量的主要來(lái)源，在總熱量中占比超過(guò) 80％。對(duì)于煉鐵高爐反應(yīng)，部分煤炭燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱量會(huì)轉(zhuǎn)化為焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等，造成上述現(xiàn)象的主要原因是煤炭未能全部燃燒。因此，在煉鐵高爐生產(chǎn)過(guò)程中，需要強(qiáng)化對(duì)高爐雙預(yù)熱技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣的回收、再利用，而且還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，進(jìn)而提高煉鐵高爐的經(jīng)濟(jì)效益。在高爐雙預(yù)熱技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，焦炭在高爐內(nèi)燃燒時(shí)會(huì)形成煤氣廢氣，并與熱風(fēng)爐煙道進(jìn)行混合共同作為熱源?；诨旌蠌U氣作用下，一般會(huì)將煤氣與助燃空氣預(yù)熱至 300 ℃之上，這樣一來(lái)，不僅可以確保煉鐵高爐冶金工作的順利進(jìn)行，而且還可以降低對(duì)能源的消耗，進(jìn)而有效提高資源利用效率。由于當(dāng)前回收利用的廢氣有限，因此，高爐雙預(yù)熱技術(shù)還擁有著很大的發(fā)展空間。
2.4 火法冶金技術(shù)
火法冶金技術(shù)一般是指在高溫條件下所進(jìn)行的一系列冶金過(guò)程，主要包括干燥→焙燒→熔煉→精煉→蒸餾→提取等環(huán)節(jié)，其不僅可以促進(jìn)礦石發(fā)生物理化學(xué)變化，而且還可以從礦石狀態(tài)轉(zhuǎn)化成單質(zhì)狀態(tài)、化合物狀態(tài)，進(jìn)而滿足去除雜質(zhì)的效果[4]。在火法冶金技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，上述各環(huán)節(jié)均發(fā)揮著不可替代的作用。在煉鐵高爐中，火法冶金需要比較高的溫度，可以借助燃料燃燒來(lái)供給熱量，也可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的有效供給。
1）干燥。該環(huán)節(jié)一般是按照一定的方式脫除物料中的水分，同時(shí)伴隨部分化學(xué)反應(yīng)。在干燥過(guò)程中，圓筒干燥法、氣流干燥法等是比較常見(jiàn)的干燥手段。前者借助回轉(zhuǎn)圓筒干燥窯來(lái)實(shí)現(xiàn)干燥的效果，而后者是在破碎機(jī)中裝入物料，通過(guò)高溫?zé)釟饬鱽?lái)對(duì)物料進(jìn)行粉碎，并使其呈懸浮狀態(tài)，隨后便與高溫氣流進(jìn)行接觸，并在幾秒時(shí)間內(nèi)完成快速干燥。
2）焙燒。該環(huán)節(jié)存在的主要作用是為下一步環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備，根據(jù)工藝特點(diǎn)可以將焙燒分為還原方式、氧化方式、燒結(jié)方式、鹽化方式以及揮發(fā)方式等常見(jiàn)方式，其中還原焙燒方式和氧化焙燒方式在火法冶金中得到廣泛應(yīng)用。
3）精煉。該環(huán)節(jié)屬于除雜過(guò)程，主要涉及到物理精煉和化學(xué)精煉兩種方式。其中，物理精煉包括熔析精煉、精餾精煉方式，化學(xué)精煉包括堿性精煉、氧化精煉方式。在煉鐵高爐反應(yīng)過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際情況選擇各環(huán)節(jié)所涉及的工藝，才能更好地發(fā)揮火法冶金技術(shù)的作用，提高煉鐵高爐反應(yīng)效率。
2.5 生物冶金技術(shù)
在煉鐵高爐中，生物冶金技術(shù)屬于常用技術(shù)，部分環(huán)節(jié)在溶液中進(jìn)行，且在整個(gè)煉鐵高爐冶金過(guò)程中，對(duì)溫度要求不高，主要借助于浸出→凈化→制備金屬等環(huán)節(jié)來(lái)完成冶金[5]。通常情況下，浸出過(guò)程一般是將礦石先用溶劑進(jìn)行適當(dāng)處理，并借助化學(xué)反應(yīng)提取其中的金屬，對(duì)較難浸出的礦石最好提前進(jìn)行預(yù)處理，使其轉(zhuǎn)化為易浸出的化合物，確保后續(xù)浸出工藝順利進(jìn)行[6]。凈化則是去除雜質(zhì)的過(guò)程，由于在浸出過(guò)程中，金屬中會(huì)融入部分雜質(zhì)，此時(shí)就需要按照要求對(duì)其進(jìn)行凈化處理，有效提高其純度。在制備環(huán)節(jié)中，一般是指借助還原反應(yīng)、置換反應(yīng)等方式從凈化后的液態(tài)中提取金屬，達(dá)到冶金效果。
3 煉鐵高爐冶金技術(shù)的發(fā)展
3.1 探索氫技術(shù)
為了進(jìn)一步提高和完善煉鐵高爐冶金技術(shù)，應(yīng)關(guān)注重點(diǎn)問(wèn)題，盡可能提高生產(chǎn)中的反應(yīng)效率。可以通過(guò)調(diào)整焦炭和礦石的比例，添加適當(dāng)?shù)拇呋瘎诟邷貭顟B(tài)下不斷進(jìn)行還原作用，進(jìn)一步提高反應(yīng)效率。此外，還可以在還原反應(yīng)作用中添加適量的氫元素，以達(dá)到更好的低溫還原效果，同時(shí)減少生產(chǎn)過(guò)程中的CO2 的排放量，減少對(duì)環(huán)境的污染，提高透氣性。利用氫元素加速還原的技術(shù)目前尚且處于探索階段，未來(lái)發(fā)展方向還需要深入研究。
3.2 探索可再生無(wú)污染技術(shù)
針對(duì)煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物對(duì)環(huán)境造成污染的問(wèn)題，我們可以通過(guò)降低焦炭比例，提高煉鐵過(guò)程的潔凈性，來(lái)減少高爐冶金對(duì)環(huán)境的污染。如何減少消耗、保護(hù)環(huán)境是當(dāng)前企業(yè)應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)，也是未來(lái)煉鐵高爐冶金技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)方向[7]。由于探索氫技術(shù)尚處于起步階段，因此，我們可以借鑒和學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，積極研發(fā)、創(chuàng)新探索可再生的無(wú)污染技術(shù)，進(jìn)一步提高冶金效率，提高資源利用率，減少對(duì)環(huán)境的污染。要時(shí)刻認(rèn)識(shí)到在煉鐵高爐冶金技術(shù)發(fā)展中的問(wèn)題，突破局限，克服種種困難，積極探索可再生的無(wú)污染技術(shù)，踐行環(huán)保理念，推動(dòng)我國(guó)高爐冶金技術(shù)的發(fā)展。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于鋼鐵資源的需求量越來(lái)越大，因此，我們必須要不斷完善煉鐵高爐冶金技術(shù)，提高資源利用率，同時(shí)，要樹(shù)立環(huán)保節(jié)能理念，通過(guò)探索新能源、開(kāi)發(fā)新能源技術(shù)，提高冶煉高爐冶金技術(shù)的金屬轉(zhuǎn)化率 減少環(huán)境污染，為我國(guó)的環(huán)保工作貢獻(xiàn)一份力量。
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