馬印亭

（山鋼集團濟鋼復合材料有限公司，山東 濟南 250105）

摘 要 ：作為鋼鐵冶金行業煉鐵工藝應用的重要環節，高爐煉鐵技術的應用對于我國工業現代化發展具有深刻影響 ；出于高爐煉鐵能源消耗大、污染物排放多等問題，在新時期的煉鐵技術應用中應注重生產過程的低碳化、綠色化控制。本文在闡述高爐煉鐵技術功能的基礎上，就低碳綠色理念下高爐煉鐵技術的應用要求展開分析，并指出面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術創新要點，期望能實現高爐煉鐵技術的系統轉變，繼而降低煉鐵過程的能源消耗和污染物排放，促進高爐煉鐵產業的綠色化、可持續發展。

關鍵詞 ：低碳綠色 ；高爐煉鐵 ；發展要求 ；技術創新

新時期的高爐煉鐵具有集約化、大型化的特征，而且冶鐵過程長壽化、高效化的優勢較為明顯。但不可否認的是，即便計算機技術推動了煉鐵工藝的智能化發展，但現階段的煉鐵生產依然存在能源消耗大、環境污染嚴重的問題，這不符合我國綠色、可持續發展戰略，基于此，在新時期的高爐煉鐵技術發展中，應 注重煉鐵生產技術朝著低碳綠色化方向的轉變。

1  高爐煉鐵技術的基本功能

對照其他煉鐵技術可知，高爐煉鐵技術本身具有結構簡單的特點，除還原器和滲碳器、熔煉器外，能源轉換器、廢棄物消納出納處理器等都是其重要的組成部分 ^[1]（見圖 1）。這四個部分在具體功能上具有一定的差異性。

（1）還原器和滲碳器。高爐煉鐵技術框架下，焦炭是重要的燃料、還原劑。在整個冶鐵過程中，還原器和滲碳器在液態生鐵的獲取中發揮著重要作用。在上升煤氣流、下降爐料相向運動中，經過還原器和滲碳器的作用，高爐冶金“三傳一反”的控制目標得以有效實現。值得注意的是，“三傳一反”目標的是實現受高爐高溫還原工作的引向，基于此，應充分考慮高爐高溫還原工作的實現效果，并在確保骨架穩定的情況下，正確處理生鐵滲碳問題。

（2）熔化器與質量調控器。高爐還具有為轉爐作業提供原料的作用，經高爐處理后，優質的液態生鐵會被轉送至轉爐 ；從這一層面來看，高爐起到熔化器的作用。在固態鐵氧化物礦物熔化中，整個高爐的生產過程和還原方式還具有連續性、不間斷性特點。值得注意的是，在煉鐵過程中，通過高爐可實現鐵水質量、成分的控制，這樣不僅實現了鐵水成分的有效控制，而且高精度地把控了鐵水的偏差、溫度，在該環節中，高爐充當質量調控器的職能。

（3）能源轉化器。高爐煉鐵過程涉及較多的能源轉換，就煤粉、焦炭以及高溫熱風而言，其在爐內的高溫下最終會被轉化為熔渣和高爐煤氣等 ；而固態鐵氧化物礦物最終被轉化成了液態的鐵水。在現代生產模式下，除余能顯熱回收技術外，TRT 技術在高爐煉鐵中也得到了廣泛應用，其使得高爐能源轉化器的職能得到了充分發揮，有效地保證了能源轉化的效率和質量 ,TRT技術能源轉換率超過 90%，這也為高爐擁有生命力奠定了基礎。

（4）廢棄物消納出納處理器。除鐵水等主要產物外，高爐也會產生一定的固體廢棄物，此時基于高爐煉鐵良好的廢棄物消納出納處理功能，可實現這些廢棄物的有效利用，這對于環境保護也有突出作用。從廢棄物消納出納過程來看，除焦化、燒結工序外，球團工序等也是廢棄物消納出納的重要環節，其能有效促進鋼鐵廠循環經濟目標的實現。

2 低碳綠色理念下高爐煉鐵技術的應用要求

（1）高爐煉鐵技術低碳綠色發展的時代環境。第七十五屆聯合國大會上，習近平總書記承諾我國二氧化碳排放力爭于 2030年前達到峰值，并且到 2060 年前，我國將實現碳中和 。基于這一目標，在工業產業發展中，必須堅持走碳中和之路，實現工業生產技術的低碳化綠色化轉變。就鋼鐵行業而言，其在生產中碳排放量較多，基于碳排放峰值的硬約束，應注重鋼鐵生產減碳管理，高爐環節首當其沖。

（2）高爐煉鐵技術低碳綠色發展的新要求。基于“十四五” 發展目標，在鋼鐵產業高質量發展中，必須實現鋼鐵智能制造與低碳綠色發展的有機結合，繼而促進我國向鋼鐵強國的邁進。在“鋼鐵智能制造 + 低碳綠色發展”總目標下，新時期的高爐煉鐵技術應用還需滿足以下要求 ：其一，在高爐煉鐵技術應用中，應開發“專業化 + 一體化”的分布式能源利用方案，并在“1+7” 系統下，為高效能、低成本的智慧綠色鋼鐵產業生產提供技術支撐。其二，基于高爐煉鐵技術創新需要，在實際生產中應打造“綠色制造”的環保硬科技，深化 TRT、BPRT、SHRT 等技術的應用，通過高爐煉鐵流程、系統、關聯等技術的銜接，滿足高爐煉鐵技術應用的功能需要。其三，針對“制造綠色”的發展要求，應在整個行業內設計并使用綠色生產的“綠方案”，通過智慧綠色系統充當高爐煉鐵的“新引擎”，進而解決發展難題，實現能源互聯、高效先進和生態環保的有機統一。

3 基于低碳綠色理念的高爐煉鐵技術發展設計

（1）技術發展理念設計。雙循環格局下，要實現高爐煉鐵技術的低碳、綠色化發展，就必須以提升生產技術運行效率為基礎，以降低生產運行成本為目標，以減少運行排放為保證，促進高爐煉鐵質量效益、經濟效益生態協調效益目標的實現，達到促進循環經濟發展的目的。值得注意的是，在技術發展理念設計中，還應對高爐運行的過程予以科學控制，繼而為合理生產指標的設置與評價創造良好條件。另外，在高爐先進煉鐵技術應用中，應協調其與綠色生產技術之間的關系，通過全新的管理體系，實現高爐煉鐵的低碳綠色化發展。

（2）生產流程創新設計。基于低碳綠色理念指導，在高爐煉鐵技術流程創新中，還應注重以下要點 ：其一，出于高爐生產動態協同運行目標考慮，在技術流程設計中，應將協同運行目標作為出發點，通過綜合研判、合理取舍等方法的應用，對既有的運行流程進行優化和調整，以此來達到生產結構優化、生產流程集約的目的，確保高爐生產網絡化整合效果的實現。其二，在全新的高爐煉鐵技術流程網絡建設中，應系統分析既有流程運行特征，逐漸摒棄既有技術流程中不合理的成分，繼而使得高爐煉鐵技術結構、功能和生產效率得到全面優化。值得注意的是，在新時期的生產流程優化中，應從物質流、能量流、信息流三個層面入手，進行生產網絡系統的全面優化。其三，現代生產模式下，自動化技術、智能技術在高爐煉鐵中的應用不斷深入，基于現代信息技術的融合應用，還應以“以互聯網 +”為支撐對高爐煉鐵的操作及界面進行持續優化，實現行業大系統資源共享提高智能化自控水平，及廠生產調度的信息化管理（見圖 2）。

（3）低碳綠色融合后的技術創新設計。將低碳綠色理念融入高爐煉鐵技術后，其設計理念、設計方法也得到了進一步的發展。基于此，在新時期低碳綠色高爐煉鐵技術應用中，應從流程工程學角度出發，對高爐煉鐵的工藝布置、時間關系、空間關系進行優化設計，同時在生產中，應考慮技術體系下幾何空間內的能量、物質運行效率，此外新時期的高爐煉鐵技術應用設計還需考慮能源少量、產出增量、污染減量要求，以此來實現高效生產與節能減排的有機統一。

4  基于低碳綠色理念的高爐煉鐵技術創新應用

（1）高爐精料技術。作為高爐煉鐵生產能耗控制的有效手段，高爐精料技術的應用應注重以下要點 ：其一，在具體爐料使用中，應確保爐料結構的合理性 ；即為了減少爐料使用，降低生產成本，在爐料使用控制階段，應注重運籌學理論、數學模型的系統使用，同時應對爐料資源特點和我國生態環境特點進行系統分析，實現爐料使用與企業生產實際情況的有機統一。基于低碳綠色理念控制需要，在我國現階段的高爐生產中，在重點分析爐料使用情況前提下，充分考慮國際政治因素，無法獲取大量高品位鐵礦石的應對方案要早做考慮，獲取技術的途徑。其二，在高爐精料技術應用中應進一步改善爐料冶金性能，在保證爐料經濟性、合理性的同時，提升爐料理化性能的穩定性。其三，應進一步優化爐料分布及控制技術，通過高精度的爐料分布，提升爐料的利用效率，降低高爐煉鐵能源消耗。

（2）高爐長壽技術。基于高爐長壽技術利用，可有效延長高爐的使用壽命，這對于降低煉鐵經濟成本具有深刻影響。一方面，針對當前使用的高爐，應通過內型優化技術進行爐體的內型優化，如通過增加死鐵層深度的方式，預防爐缸鐵水環流、破壞問題，而出于富氧噴煤冶煉考慮，則應該適當增加爐缸的直徑和爐缸高度。另一方面，在長壽爐體結構應用中，除使用科學冷卻技術，還應注重高效銅冷卻壁等單元的應用，進一步延長高爐的使用壽命。此外，在高爐使用中，應對爐體耐火材料技術參數的技術參數進行控制，確保爐體施工滿足煉鐵需要。

（3）富氧噴煤技術。富氧噴煤技術不僅能實現爐缸風口回旋區工作狀態的有效改善，而且能提升煤粉燃燒率，保證噴煤總量 ；這樣煉鐵生產中的爐腹煤氣量會大大減少，其在保證高爐透氣性的基礎上，實現了燃料能耗的有效控制。新時期，為及進一步提升富氧噴煤技術應用水平，除考慮精料指數、長壽性能外，還需要對富氧噴煤技術的操作過程進行系統分析，以此來保證技術控制的優良性，以此為特征實現煤比達到 200kg/t 以上，燃料比達到 485kg/t，這將是現代高爐煉鐵競爭力的希望所在。

（4）高風溫技術。使用高風溫技術的目的在于降低高爐運行焦比，同時能起到提升噴煤量的目的，保證能源轉換的整體效率。新時期，高風溫技術的應用大體可分為以下類型 ：其一，在低溫預熱技術下，進行空氣與煤氣的雙預熱處理，以此來富化煤氣，確保風溫達到高爐煉鐵的運行要求，且能充分滿足低碳綠色控制需要。其二，優化熱風爐的燃燒過程，如在考慮氣流運動規律的基礎上，進行熱風爐氣流分布情況的優化，確保爐內氣流運行的均勻分布，實現均勻傳熱，提高換熱效率的同時可以提高熱風爐壽命。其三，結合高效生產需要，對高爐的熱風管道進行持續優化，譬如在管道中使用無過熱—低應力設計體系，該體系下，管道的應力會進一步降低，管道膨脹問題會得到高效處理 ；使用納米涂層技術，降低對外傳熱，提高熱風爐效率。其四，在熱風爐操作優化中，操作人員可從整體角度出發，科學設定熱風爐的工作周期的燃燒強度，提升熱風爐整體的換熱效率 ；該技術對于降低燃燒消耗，減少有害物質排放極有幫助。在期待通過以上系統優化，實現高爐操作不斷優化而使得高爐煤氣熱值不斷降低下獲得 1250℃以上高風溫，這將是是實現低品質能源高效利用和高效能源轉換優化的綜合技術措施。

（5）煤氣除塵技術。采用煤氣干法除塵技術，能有效降低煤氣燃燒的污染物排放，促進節能減排、綠色生產目標的實現。就目前而言，煤氣干法除塵—TRT耦合技術得以協調發展，在實際應用中，還應注重煤氣溫度的在線監控——不過分追求低頂溫，以獲得最佳的發電量，為碳中和開辟新路，同時應對脈沖噴吹清灰技術應用、煤氣含塵量等要素進行監測，以此來提升煤氣除塵效果，促進高爐煉鐵的低碳化、綠色化發展。

5  結語

高爐煉鐵本身是現代鋼鐵加產業中的關鍵技術，是鋼鐵聯合企業的黑匣子，在信息技術支撐下，高爐煉鐵的技術優勢特征進一步明顯。針對高爐煉鐵技術應用中的能耗與污染問題，煉鐵企業只有充分認識到高爐煉鐵技術下各結構單元的作用，然后基于新時期低碳綠色理念的發展要求，進行高爐煉鐵技術的全面創新，這樣才能降低煉鐵過程的能源消耗和污染物排放，提升高爐煉鐵產業綜合效益，促進現代工業產業的綠色、可持續發展。

參考文獻

[1] 韓國新 . 高爐煉鐵低碳化和智能化技術發展現狀 [J]. 電子技術與軟件工程 ,2019,(5):119.