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国内外高炉炼铁技术的发展现状和趋势 邹忠平、项钟庸、赵瑞海、罗云文 前言 21进入世纪以来，钢铁工业受到金融危机的冲击，世界环境有了很大的变化。随着我国钢铁产能的增加（图1），炼铁原料质量下降，资源和能源价格上扬，二氧化碳排放等问题，炼铁作为钢铁工业集中消耗能源、资源的部门首当其冲。 在德国，钢铁企业已经承诺将在2012年前比1990年降低CO2排放量22%；在京都议定书中日本计划钢铁厂排放的CO2量比1990年减少10.5 %。我国生铁产量已经超过世界产量的一半，必然会对我国高炉炼铁提出相应的要求。 在新世纪对炼铁技术的展望，离不开资源、能源和经济等形势的变化，这些主要课题。21世纪也是高炉炼铁“变革的世纪”，期望在新时期钢铁产业能够进入资源、能源和环境的和谐，这是确立炼铁业持续发展的重要关键，也必须从这个理念和观点展开高炉炼铁技术的研究和开发。 图1　世界、我国和日本的生铁产量 我国许多高炉已经感到当前形势的变化，并采取了相应的措施。对高炉炼铁技术发展的方向有了新的认识，为振兴炼铁工业打下了基础。为此很有必要综观世界高炉炼铁技术发展及今后的方向十分必要。 我国高炉在大型化、高效化、低排放过程中，对高炉设计、生产出现了一系列的新问题已经得到各方面的重视，并正在进行研究，更需要多方协作。 炼铁资源和能源的充分利用 在钢铁企业炼铁系统的资源消耗和能耗消耗约占70%，在炼铁系统中削减CO2排放量是迫切的任务。理论上一吨铁水最少需要414kg的碳，或者465kg的焦炭，333kg的碳或者80％的焦炭将用于化学反应。各厂高炉采取了降低燃料比、焦比，提高热效率、还原效率，喷吹煤粉、喷吹塑料，回收一切可能回收的热量等等降低CO2排放的措施。 我国提出以精料为基础，“高效、优质、低耗、长寿、环保”的炼铁生产技术方针[1]。 高效利用资源、能源 近年来，我国高炉生产理念已经发生了根本变化，过去单纯强调高产，如今转变为“高效”，亦即，高效利用资源、高效利用能源、高效利用设备。 图2为德国在降低燃料比方面的取得的成就。通过过去几年降低燃料比方面的进步，可以清楚的看到未来减少燃料比还存在着潜在的空间。 　　　图2　德国近60年来降低燃料比的成绩[2] 喷煤技术 去年我国煤炭由出口国转变为进口国，在此之前，我国焦煤早已成为进口国了。我国早在1963年就开发了喷煤技术，是最早采用喷煤的国家之一。近年来，为了降低原燃料的成本，大力提倡喷吹煤粉，宝钢等厂长期维持超过200kg/t大量喷吹。可是由于矿石和煤的品位降低喷吹量维持在120~200kg/t。 为了提高喷煤量，除了改善原燃料条件以外，适当发展中心气流、控制炉顶温度和压力降、避免软熔带透气性恶化，由于未燃炭和焦粉采取活跃炉缸中心和死料堆等等，例如采取中心加焦控制气流分布，采用混合配煤等措施提高煤粉燃烧率，改善矿石高温还原性等措施。 由于各高炉的生产条件不同，在高利用系数，低燃料比的条件下，提高煤比必须采用焦炭强度高，低SiO2、低Al2O3和高温还原性良好的烧结矿。图3表示宝钢、浦项和日本等国高炉燃料比与煤比的关系。特别是，上海宝钢1号高炉、浦项3号高炉，达到了界限的过剩氧气比0.6，矿焦比6.0的操作。 图3　世界各国燃料比与煤比的关系[3] 高炉操作界限的研究 高炉稳定顺行是充分利用资源、能源的有效途径。所以各国大力开发各种操作技术，采用人工智能等辅助操作工具，使用专家系统来指导高炉操作。由于目前专家系统主要是总结有经验操作人员的知识，加以条理化，往往在炉况正常时专家系统能够给予正确指导。由于高炉的复杂性，而在高炉失常时，有经验的操作专家也主要是依靠高炉的各种表象临场发挥处理，这就成为提高控制水平的障碍。因此必须把表象的内在因素弄清楚，这是研究高炉操作界限的动因。 对高炉强化界限研究的目标是，燃料比降低到450kg/t，削减CO210.5%。实现低燃料比操作的障碍在炉身、死料堆、炉缸部分形成悬料、崩料、液泛、出铁和出渣不顺等异常现象。这些都是自古以来炼铁界急待解决的问题，而对降低燃料比起着重大的作用，已经到了非解决不可的程度。研究揭示其发生机理和解明主要原因，以及缓和动力学界限发生的技术，迫在眉睫。 探索界限并不是限制生产，而是利用规律，由必然走向自由的必由之路。 随着高炉大型化，下料的不稳定因素增加，发生悬料、崩料可能性的频率增高，为了确保稳定生产，对高炉下料的行为的研究越来越重要。高炉下部受风口前循环区内焦炭供应的漏斗流区域与炉缸中心死料堆的影响非常大。确保高炉下部死料堆的透气性和透液性对维持稳定生产非常重要。此外，关注死料堆1~2周的更新，在更新的机理中由于贮铁时铁水的浮力炉缸内焦炭层的上升运动。包括死料堆在内的炉料运动对高炉长寿和稳定操作至关重要。 为