汪 克， 李繼鋒， 李 強

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠， 山東 濟南 271104）

摘 要：為降低能源消耗、減少碳排放、保護自然生態環境，鋼鐵企業將發展著力點逐步向高爐煉鐵工藝的節能減排技術領域轉移。重點圍繞高爐煉鐵工藝的節能減排技術要點進行全面闡述，對原有節能減排技術進行優化與改進，并對各種新型技術進行有效應用，實現了增產、節能、提效的美好愿景。

鍵詞：高爐煉鐵；節能減排；技術要點

據統計數據表明：2020 年，我國的粗鋼產量達到 10.65 億 t，其中生鐵產量為 88 752.4 萬 t，鋼鐵產量與消費量均位列世界首位。而在這利好形勢的背后，不得不看到，鋼鐵行業作為能源消耗密集型行業，節約能源與減少碳排放已經成為當下亟需面對與解決的問題。降低能源消耗、減少碳排放、保護自然生態環境是鋼鐵企業健康可持續發展的堅實保障，因此，在進入 21 世紀后，我國的鋼鐵生產企業在完成經濟效益指標的同時，也將社會效益與生態效益納入到企業的長遠發展規劃當中，不斷對高爐煉鐵工藝的節能減排技術進行創新與優化，并取得了良好的實際應用效果。

1 高爐煉鐵工藝流程

高爐煉鐵工藝技法簡單、生產效率高、生產量大、能源消耗量低，在鋼鐵生產領域被普遍推廣使用。其生產工藝流程為：首先將焦炭、礦石、燒結礦、球團礦等生產原料經過粉碎處理后，由皮帶運輸機直接運送至高爐料倉當中，并經過篩分與計量后輸送至加熱爐內；然后由高爐的下風口鼓入熱風，使高爐內各種原料中的碳元素與熱風發生燃燒反應，繼而產生大量的一氧化碳與氫氣等還原性氣體；當高爐內的溫度上升到一定區間范圍后，高爐內的礦石將與還原性氣體發生還原反應，這時礦石中的鐵被還原出來；再經過熔化與滲碳工序，便形成鐵水。在高爐煉鐵生產過程中，生成的煤氣經過重力除塵器的粗除塵工序與降溫后，直接進入布袋除塵器進行精除塵，經過凈化處理后的煤氣通過管道直接供給燒結、煉鋼、軋鋼生產工序使用^[1]。

2 高爐煉鐵工藝節能減排技術要點

2.1 利用加壓熱風爐煙道廢氣作為煤粉噴吹的惰性氣體

在高爐煉鐵生產過程中，加壓熱風爐會產生大量的廢氣，如果直接將這些廢氣排出爐外，不僅會給自然生態環境造成污染，而且也會耗費大量能源，進而增加了煉鐵生產成本。因此，隨著近年來高爐噴煤技術的日漸純熟，加壓熱風爐煙道廢氣完全可以扮演干燥劑的角色，同時，也可以利用廢氣的惰化作用來完成高爐噴煤工序，這樣可以節省大量的煤氣能源。其作用原理如下：加壓熱風爐煙道廢氣的主要成分包括 φ（N）₂ =60%~66%，φ（CO）₂ =23%~30%，φ（H₂O）= 6%~8%，φ（O）₂ =0.10%~0.30%，φ（CO）=0~0.10%，φ（H₂）= 0.01%~0.15%。這些氣體可以作為噴吹煤粉的惰性氣體或者載氣，比如以氮氣成分為例，這種氣體在經過吸入口簡單的除塵與脫水處理之后，便可以直接作為噴煤載氣使用，其惰化效果明顯好于未經過處理的氮氣。

從廢氣的主要成分看，φ（CO₂）達到 23%以上，如果二氧化碳氣體與煤粉中的碳優先發生反應，那么焦炭的氣化反應將減弱，在這種情況下，焦炭自身的強度將得到有效保護。另外，由于二氧化碳氣體在發生氣化反應之前是處于吸熱狀態的，當該氣體參加了還原反應以后，將放出大量的熱，這就加快了還原反應速度，高爐內部也將同時獲得高風溫，進而對煉鐵生產效率的提升起到很大幫助，并且這種工藝也能夠最大限度地降低煙道廢氣的排放量。利用加壓熱風爐煙道廢氣作為煤粉噴吹惰性氣體的工藝流程如下頁圖 1 所示。

2.2 煤氣干法布袋除塵技術要點

高爐煤氣當中的一氧化碳含量較高，而在高爐煉鐵生產當中，一氧化碳可以作為二次能源為其他冶煉工序提供充足的熱量，經過計算，噸鐵燃氣所釋放出的熱量與 180 kg 左右的標準煤所產生的熱量相同，由此可以看出，對高爐煤氣進行高效利用，可以節省大量的煤炭資源。而眾所周知，一氧化碳的毒性較大，如果不經處理，直接用于煉鐵生產，則極易埋下嚴重的安全風險隱患。因此，在使用高爐煤氣之前，需要對其進行凈化處理，以最大限度地降低有毒氣體含量。一般情況下，處理高爐煤氣的基本步驟為粗除塵后再經過精除塵工序，經過這兩道處理工序后的氣體含塵量（質量濃度）將降到 5 mg/m³ 以下，這樣便可以直接供給熱風爐進行二次利用。

2.3 均壓放散煤氣回收技術要點

在煉鐵工序開始之前，首先需要將原料礦以及焦炭等物質從高爐的爐頂直接裝入，在這一過程中，爐頂口始終處于高溫高壓狀態，但是，原料礦與焦炭在裝入爐體前，表面溫度顯示為常溫，所處的室內環境也處于常壓狀態，如果大批量裝入，單位時間內產生的一氧化碳氣體量將急劇增加，這會給作業環境造成污染，甚至危及現場作業人員的生命安全。因此，需要對原料礦與焦炭進行放散泄壓處理，而在這道工序當中，高爐煤氣所釋放出的熱量值最高可達到 3 000 kJ/m³ 以上，如果全部作為廢氣處理，那么將給鋼鐵企業造成巨大的經濟損失。

基于對節能降耗的考慮，在爐頂裝料工序中，現場操作人員應當對放散的高爐煤氣進行有效回收。 目前，許多鋼鐵企業已經安裝了爐頂煤氣回收裝置，旨在通過對煤氣進行處理以使其能夠得到二次利用。該回收裝置主要包括燃燒排放與回收入管網兩種方式，經過燃燒工序排放出的氣體將直接進入到管網當中，然后給熱風爐等裝置提供充足的熱量。由于貯存在管網當中的煤氣壓力值僅有 10 kPa 左右， 這時高爐稱料罐中將出現大量的煤氣存量，如果在這種情況開啟均壓放散閥，則煤氣的回收率將達到95%以上，而如果采用抽負壓裝置，煤氣回收率能夠達到 100%。因此，利用高爐煤氣回收裝置對煤氣進行回收再利用，既能夠達到節能降耗的目的，同時也可以為企業節省大量的生產投入成本^[2]。

2.4 新型旋風除塵器的推廣應用

過去，在處理高爐煤氣時，常常采用干法凈化與濕法凈化相結合的處理方法，這種處理方法不僅耗費成本高，而且處理效果也不盡人意。因此，近年來，國內一些大型的鋼鐵企業將一種新型的旋風除塵器應用在高爐煤氣的除塵工序當中，并取得了良好的除塵效果與經濟收益。這種除塵器主要基于干法處理工藝原理，利用新型的螺旋筒式旋風除塵裝置對高爐煤氣進行凈化處理，這種裝置多適用于容積介于 1 000~4 860 m³ 之間的高爐，該裝置的直徑較原來的重力除塵裝置縮減了一半，但除塵效果卻較過去提高了 75%以上，同時，利用新型的旋風除塵器可將布袋的使用壽命延長 3 年以上。

2.5 廢棄爐渣循環再利用技術

在高爐煉鐵生產中會產生大量的爐渣，如果將這些爐渣直接排放到指定場所，作為廢棄物來處理，不僅會給自然生態環境造成污染，同時也會造成資源浪費，進而給企業增加經濟負擔。針對這種情況，一些鋼鐵企業不斷對爐渣的循環再利用技術進行優化與創新，針對生產過程中產生的廢棄爐渣，利用循環再利用技術對其進行二次利用。比如煉鐵過程產生的大量余熱，主要來自于爐渣傳導的熱量，這些爐渣的表面溫度能夠達到 1 000 ℃以上，而產生的煙氣溫度也將保持在 350 ℃左右，基于這一方面考慮，技術人員將這些余熱作為二次能源，重新應用到煉鐵工藝當中。此外，這些廢渣產生的余熱也可以用于對鐵礦石的預加熱處理。通過這種方式，能夠為企業節省大量的資源、能源，進而可以間接促進生產效益的提升。

3 結語

目前，高爐煉鐵工藝的節能減排技術類型呈現出多樣化特點，尤其在煉鐵工藝日漸純熟的今天，鋼鐵生產企業對節能減排工作的重視力度也在不斷加大，因此，各種新型的節能減排技術以及新型設備應運而生。在這一背景之下，鋼鐵生產企業應當積極響應國家提出的“節能降耗、綠色環保”的號召，進而實現經濟效益與社會效益雙豐收的美好愿景。

參考文獻

[1] 趙宇鵬.高爐煉鐵工藝節能減排技術分析[J].中國金屬通報，2021（4）：23-24.

[2] 韓成.關于高爐煉鐵工藝節能減排技術研究[J].冶金與材料， 2020，40（1）：18-19.