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[摘要]：随着市场经济的日趋成熟，钢铁行业的竞争日益激烈，钢铁厂若想在这样的背景下获取最大的经济效益，必须要降低高炉炼铁的成本，对高炉炼铁进行科学化管理及操作。低成本的高炉炼铁不仅是钢铁厂获得经济效益的必要条件，同时也是社会效益最大化的根本途径。本文主要从优化炉料结构、控制高炉低燃料指标、混合煤粉喷吹、回收利用高炉灰以及综合分类回收利用等途径对低成本高炉炼铁的科学化管理及操作进行研究，以期对扩大钢铁企业的经济效益及社会效益有所裨益。
[关键词]：高炉炼铁 科学化 管理 操作
中图分类号：TF561 文献标识码：TF 文章编号：1009-914X（2012）10- 0023–01
1、前言
随着炼铁产能的迅速扩张，炼铁燃料资源严重紧缺，炼铁的成本也在大幅上升。面对激烈的市场竞争，优化燃料的配比、提高生铁的生产质量、回收利用炼铁副产品、降低炼铁成本已成为钢铁厂建立核心竞争力的有效途径。基于此，在钢铁企业中推行低成本的高炉炼铁策略，对高炉炼铁进行科学化管理及操作将成为钢铁厂在激烈的市场竞争中获取最大社会效益及经意效益的基本前提。
2、低成本高炉炼铁策略
降低高炉炼铁的成本需要从提高高炉炼铁效率着手，高效率的高炉炼铁技术包括：优化炉料结构、控制高炉低燃料比、高炉喷吹含氢原料、循环利用高炉炉顶煤气。
2.1优化炉料结构
近年来，高炉原燃料化学成分、种类以及冶金性能等都发生了巨大的改变，要实现优质、高产、低耗以及低成本的高炉炼铁目的，需要对高炉原燃料结构进行科学合理的优化。钢铁企业必须要依据炼铁厂高炉生产指标的实际情况，在满足入炉原燃料冶金性能要求的基础上，根据现阶段原燃料的采购价格，制定符合高炉冶炼要求的最低成本炉燃料结构方案，为原燃料的采购提供科学依据。
2.2控制高炉低燃料指标
对某钢铁厂2500 m3高炉连续半年操作的生产数据进行分析，将休风、炉况失常以及原料波动较大的异常数据扣除，可以获得入炉焦比、高炉喷煤比以及燃料比等数据。根据数据分析可以得出最优的低燃料指标包括以下内容：（1）当喷煤得比值低于140 kg/tHM时，随着煤比的不断提高，燃料比会呈下降的趋势，当煤比超过150 kg/tHM时，随喷煤比的不断升高，燃料比也不断升高。（2）当高炉喷煤的比值低于150 kg/tHM时，随着喷煤比的不断提高，焦比不断升高，当喷煤的比值达到150 kg/tHM时，焦比最低，而喷煤的比值超过150 kg/tHM时，焦比会不断升高。由此可知，当喷煤的比值控制在140-150 kg/tHM，燃料比达到最低。（3）随着喷煤比值的不断升高，利用系数会呈先升高后降低的趋势，喷煤的比值控制在150-160 kg/tHM时，利用系数最高。
2.3高炉喷吹含氢原料
高炉喷吹含氢原料实现富氢还原是降低高炉炼铁生产成本的有效措施。高温下氢作为铁氧化物的还原剂比一氧化碳等都具有优势；同时，氢还原的产物是H2O而不是CO2，喷吹含氢原料既提高冶炼效率又减少高炉CO2含量。
考虑到安全性及降低成本，高炉不宜直接喷吹氢气，而是喷吹富含氢气的水蒸气、天然气、COREX尾气、焦炉煤气以及废弃塑料等介质。水蒸气是常见的含氢物质，高炉加湿鼓风现在主要是用于调整鼓风温度，在喷吹煤粉之前是强化高炉冶炼的手段之一；天然气的主要成分是CH，其富含氢元素。喷吹含氢介质能使高炉的氢含量增加，铁氧化物的氢还原在整个间接还原中所占比例有所增大，尤其是FeO与Fe3O4的还原量增加明顯。在喷吹含氢原料时为了保持回旋区条件稳定，必须要调整鼓风温度以及鼓风富氧率。喷吹含氢原料后会加速高炉内的间接还原，直接还原因此而减少。在冶炼一吨铁中，喷吹140kg左右的天然气所预测的直接还原度为零，高炉吨铁的热消耗会降低27%左右，主要是由于喷吹含氢介质后高炉内的焦炭熔损反应、直接还原反应以及硅迁移反应等所消耗的热量大大减少。
2.4循环利用炉顶煤气
目前，循环利用炉顶煤气技术被公认为提高高炉性能，减少CO2排放量、减少能耗的最有效途径。循环利用高炉炉顶煤气的核心过程是将高炉炉顶的煤气进行适当处理后将煤气中的还原成分，包括H及CO，喷入到高炉的炉身或者是风口合适位置，使其重回高炉中参与铁氧化物的还原，提高氢、碳元素的利用效率。俄罗斯、日本、加拿大以及德国等国家在高炉炼铁中都广泛使用循环利用高炉炉顶煤气技术，其中最大的不同点在于还原气体的性质及种类。
循环利用炉顶煤气的主要环节主要有：首先，将炉顶煤气进行除尘脱水处理，使其成为净煤气。其次，使用MEA化学吸附脱除法净煤气中的CO2。再次，将脱除CO2后的煤气进行加热，使其达到鼓风温度，成为热还原气。最后，将适量热还原气喷入高炉炉身或者是风口的适当位置中，减少鼓风量，将富氧率提高到85%以上。生产数据显示，循环利用炉顶煤气能将高炉的焦比降低28%左右，碳的利用率由常规操作的37%提高到了67%，增加27%的产量。此外，在采用该工艺进行喷吹热还原气时要注意高炉上下部的调剂，且适宜的风口设计也很重要。
2.5综合分类回收利用
结合新钢、涟钢以及柳钢等比较大型的钢铁生产厂家的综合分类回收利用处理工艺，主要是采用浮选法回收除尘灰中的炭粉，浮选效率按70%的浮选计算，每吨瓦斯灰可回收约200kg炭粉；然后将收集的炭粉采用磁选或者重选技术回收含铁物料；将回收的含铁物质剩余的尾矿以及炭粉作提取ZnO处理，回收Zn。最终将回收的回收的Zn、含铁物质以及炭粉作为烧结原料进行循环利用，大大降低高炉炼铁的成本支出。
4.结束语
综上所述，对低成本的高炉炼铁进行科学化管理及操作，主要获得以下成效：在原有燃料情况下，通过建立数学模型以及线性规划，并以最佳操作目标的数据控制作为约束条件对炉料结构进行优化，获得了最大的经济效益；通过控制高炉低燃料的指标，喷煤比有显著的提高，焦比以及燃料比都处于最优状态；喷吹富含氢原料与单独喷吹无烟煤相比，富氢喷吹技术可以提高产量，降低能耗，从而降低了高炉炼铁成本；通过循环利用炉顶煤气，将高炉的焦比降低28%左右，碳的利用率由常规操作的37%提高到了67%，增加27%的产量；通过综合分类回收利用，可以回收原料中的炭粉、含铁物质、Zn元素等，实现原材料的循环利用，降低生产成本，提高高炉炼铁的经济效益及社会效益。
【参考文献】
[1]王维兴，黄洁.中国高炉炼铁技术发展评述[J].钢铁.2007，（03）.
[2]储满生，郭宪臻，沈峰满，八木顺一郎.高炉炼铁新技术的数学模拟研究[J].东北大学学报（自然科学版）.2007，（06）.
[3]张寿荣，银汉.中国高炉炼铁的现状和存在的问题[J].钢铁.2007，（09）.
[4]杨天钧，左海滨.中国高炉炼铁技术科学发展的途径[J].钢铁.2008，（01）.
[5]王维兴.我国大高炉炼铁技术发展[J].本钢技术.2008，（05）.
[关键词]：高炉炼铁 科学化 管理 操作
中图分类号：TF561 文献标识码：TF 文章编号：1009-914X（2012）10- 0023–01
1、前言
随着炼铁产能的迅速扩张，炼铁燃料资源严重紧缺，炼铁的成本也在大幅上升。面对激烈的市场竞争，优化燃料的配比、提高生铁的生产质量、回收利用炼铁副产品、降低炼铁成本已成为钢铁厂建立核心竞争力的有效途径。基于此，在钢铁企业中推行低成本的高炉炼铁策略，对高炉炼铁进行科学化管理及操作将成为钢铁厂在激烈的市场竞争中获取最大社会效益及经意效益的基本前提。
2、低成本高炉炼铁策略
降低高炉炼铁的成本需要从提高高炉炼铁效率着手，高效率的高炉炼铁技术包括：优化炉料结构、控制高炉低燃料比、高炉喷吹含氢原料、循环利用高炉炉顶煤气。
2.1优化炉料结构
近年来，高炉原燃料化学成分、种类以及冶金性能等都发生了巨大的改变，要实现优质、高产、低耗以及低成本的高炉炼铁目的，需要对高炉原燃料结构进行科学合理的优化。钢铁企业必须要依据炼铁厂高炉生产指标的实际情况，在满足入炉原燃料冶金性能要求的基础上，根据现阶段原燃料的采购价格，制定符合高炉冶炼要求的最低成本炉燃料结构方案，为原燃料的采购提供科学依据。
2.2控制高炉低燃料指标
对某钢铁厂2500 m3高炉连续半年操作的生产数据进行分析，将休风、炉况失常以及原料波动较大的异常数据扣除，可以获得入炉焦比、高炉喷煤比以及燃料比等数据。根据数据分析可以得出最优的低燃料指标包括以下内容：（1）当喷煤得比值低于140 kg/tHM时，随着煤比的不断提高，燃料比会呈下降的趋势，当煤比超过150 kg/tHM时，随喷煤比的不断升高，燃料比也不断升高。（2）当高炉喷煤的比值低于150 kg/tHM时，随着喷煤比的不断提高，焦比不断升高，当喷煤的比值达到150 kg/tHM时，焦比最低，而喷煤的比值超过150 kg/tHM时，焦比会不断升高。由此可知，当喷煤的比值控制在140-150 kg/tHM，燃料比达到最低。（3）随着喷煤比值的不断升高，利用系数会呈先升高后降低的趋势，喷煤的比值控制在150-160 kg/tHM时，利用系数最高。
2.3高炉喷吹含氢原料
高炉喷吹含氢原料实现富氢还原是降低高炉炼铁生产成本的有效措施。高温下氢作为铁氧化物的还原剂比一氧化碳等都具有优势；同时，氢还原的产物是H2O而不是CO2，喷吹含氢原料既提高冶炼效率又减少高炉CO2含量。
考虑到安全性及降低成本，高炉不宜直接喷吹氢气，而是喷吹富含氢气的水蒸气、天然气、COREX尾气、焦炉煤气以及废弃塑料等介质。水蒸气是常见的含氢物质，高炉加湿鼓风现在主要是用于调整鼓风温度，在喷吹煤粉之前是强化高炉冶炼的手段之一；天然气的主要成分是CH，其富含氢元素。喷吹含氢介质能使高炉的氢含量增加，铁氧化物的氢还原在整个间接还原中所占比例有所增大，尤其是FeO与Fe3O4的还原量增加明顯。在喷吹含氢原料时为了保持回旋区条件稳定，必须要调整鼓风温度以及鼓风富氧率。喷吹含氢原料后会加速高炉内的间接还原，直接还原因此而减少。在冶炼一吨铁中，喷吹140kg左右的天然气所预测的直接还原度为零，高炉吨铁的热消耗会降低27%左右，主要是由于喷吹含氢介质后高炉内的焦炭熔损反应、直接还原反应以及硅迁移反应等所消耗的热量大大减少。
2.4循环利用炉顶煤气
目前，循环利用炉顶煤气技术被公认为提高高炉性能，减少CO2排放量、减少能耗的最有效途径。循环利用高炉炉顶煤气的核心过程是将高炉炉顶的煤气进行适当处理后将煤气中的还原成分，包括H及CO，喷入到高炉的炉身或者是风口合适位置，使其重回高炉中参与铁氧化物的还原，提高氢、碳元素的利用效率。俄罗斯、日本、加拿大以及德国等国家在高炉炼铁中都广泛使用循环利用高炉炉顶煤气技术，其中最大的不同点在于还原气体的性质及种类。
循环利用炉顶煤气的主要环节主要有：首先，将炉顶煤气进行除尘脱水处理，使其成为净煤气。其次，使用MEA化学吸附脱除法净煤气中的CO2。再次，将脱除CO2后的煤气进行加热，使其达到鼓风温度，成为热还原气。最后，将适量热还原气喷入高炉炉身或者是风口的适当位置中，减少鼓风量，将富氧率提高到85%以上。生产数据显示，循环利用炉顶煤气能将高炉的焦比降低28%左右，碳的利用率由常规操作的37%提高到了67%，增加27%的产量。此外，在采用该工艺进行喷吹热还原气时要注意高炉上下部的调剂，且适宜的风口设计也很重要。
2.5综合分类回收利用
结合新钢、涟钢以及柳钢等比较大型的钢铁生产厂家的综合分类回收利用处理工艺，主要是采用浮选法回收除尘灰中的炭粉，浮选效率按70%的浮选计算，每吨瓦斯灰可回收约200kg炭粉；然后将收集的炭粉采用磁选或者重选技术回收含铁物料；将回收的含铁物质剩余的尾矿以及炭粉作提取ZnO处理，回收Zn。最终将回收的回收的Zn、含铁物质以及炭粉作为烧结原料进行循环利用，大大降低高炉炼铁的成本支出。
4.结束语
综上所述，对低成本的高炉炼铁进行科学化管理及操作，主要获得以下成效：在原有燃料情况下，通过建立数学模型以及线性规划，并以最佳操作目标的数据控制作为约束条件对炉料结构进行优化，获得了最大的经济效益；通过控制高炉低燃料的指标，喷煤比有显著的提高，焦比以及燃料比都处于最优状态；喷吹富含氢原料与单独喷吹无烟煤相比，富氢喷吹技术可以提高产量，降低能耗，从而降低了高炉炼铁成本；通过循环利用炉顶煤气，将高炉的焦比降低28%左右，碳的利用率由常规操作的37%提高到了67%，增加27%的产量；通过综合分类回收利用，可以回收原料中的炭粉、含铁物质、Zn元素等，实现原材料的循环利用，降低生产成本，提高高炉炼铁的经济效益及社会效益。
【参考文献】
[1]王维兴，黄洁.中国高炉炼铁技术发展评述[J].钢铁.2007，（03）.
[2]储满生，郭宪臻，沈峰满，八木顺一郎.高炉炼铁新技术的数学模拟研究[J].东北大学学报（自然科学版）.2007，（06）.
[3]张寿荣，银汉.中国高炉炼铁的现状和存在的问题[J].钢铁.2007，（09）.
[4]杨天钧，左海滨.中国高炉炼铁技术科学发展的途径[J].钢铁.2008，（01）.
[5]王维兴.我国大高炉炼铁技术发展[J].本钢技术.2008，（05）.