双碳形势下对高炉炼铁的思考

双碳形势下对高炉炼铁的思考

郑镇鹏

广西钢铁集团有限公司炼铁厂   广西防城港市   538320

摘要：炼铁技术是维持钢铁工业发展的关键技术，高炉设备冶炼既是冶炼生产的形式，也是生产钢铁的重要保证，具有环境污染小、效益高的特征。现阶段部分企业一味追求利益，满足企业家追求利益方面的需求，导致效益无法提高难以实现共赢，工业发展难以实现可持续目标。因此如何改进冶炼炼铁技术，提高工业生产质量是当前人们研究的主要方面。炼铁行业是工业生产的主要行业，炼铁技术也是行业发展的技术之一，更是我国冶炼行业可持续发展的关键。

关键词：双碳形势；高炉炼铁；思考

引言

当前，我国经济的可持续发展需要钢材资源的支持。随着科学技术的不断进步，冶金技术在炼铁高炉中的应用效果显著，有助于促进我国钢材事业的发展。由于市场上钢材资源的需求量逐渐增加，致使炼铁企业对冶金技术的应用提出了更高要求，需要技术研发人员加强对冶金技术在炼铁高炉方面应用的研究，有利于为我国钢材能源供应充足以及钢材事业的稳步发展打下坚实基础。传统的钢材冶炼技术为炼铁高炉冶炼技术，该技术冶炼效率偏低，资源损耗量较大，生产出来的钢材质量参差不齐，无法满足现如今各行业对钢材质量的高要求，冶金技术的应用，可弥补传统炼铁高炉技术缺陷，提高钢材冶炼质量。

1发展现状与趋势

在全球积极推进碳减排和碳中和的背景下，国内外为数众多的钢铁企业开始研究探索低碳冶金、超低碳冶金、非碳冶金或氢冶金的前沿技术课题。有的是在原有高炉炼铁工艺的技术上进行改进创新，力图实现碳-氢耦合冶金；有的是创建全新工艺流程，以“绿氢”为能源研发新的冶金工艺，完全摆脱碳冶金的技术路线；有的是在已有技术的基础上进行再创新，从传统的煤基碳素还原转变为气基氢还原或碳-氢耦合还原。我国部分钢铁企业和研究机构，也相继开展了低碳冶金或氢冶金的试验探索和工程研究工作，氢-氧高炉、全氧高炉、焦炉煤气-合成气竖炉直接还原，甚至是基于HIsmelt铁浴法的熔融还原工艺装置，都在开展工业化应用的前期试验或者已经实现工业化初步应用。据有关机构测算，我国钢铁工业碳排放量约占碳排放总量的15%~18%，是制造业中碳排放量最高的行业。面对日益严峻的生态环境保护形势，钢铁工业面临着巨大的碳减排压力，迫切需要开发能够显著降低CO2排放的突破性低碳冶金技术，以满足碳达峰和碳中和的政策要求。与此同时，我国作为世界上最大的粗钢生产国和消费国，2020年粗钢产量已达到10.65亿t，占全球粗钢产量的57%，碳排放量占全球钢铁碳排放总量60%以上，钢铁工业碳减排的重要性和急迫性刻不容缓。我国目前钢铁制造流程，仍是以高炉+转炉的传统“长流程”工艺结构占主导地位。2020年我国高炉生铁产量达到8.88亿t，转炉生产粗钢比率约占90%左右；钢铁制造流程能源结构“高碳化”，煤和焦炭等碳素消耗占能源总量近90%。

2高炉冶炼炼铁技术

高炉设备是冶炼设备之一，是保证炼铁实现的重要关键，高炉的上部结构装置了材料入口、煤气出风口，在高炉下部设置了排气口和出铁口。高炉生产的时候，将原材料放在高炉进料口，在高温作用下还原铁。高炉冶炼主要是生产生铁，经过生产高温工艺处理煤气，能够为多种设备提供燃料，减少环境污染，在很大程度上提高资源能源的利用效率。高炉冶炼是钢铁行业发展的主要方式，钢铁生产是国民经济生产内容的一部分，新时期我国正从“制造强国”方面转型，制造业发展关系到国民经济发展，因此钢铁生产效率、生产质量直接关系到我国的经济发展速度。高炉炼铁过程存在高消耗、高污染的特征，对人们的生活产生负面影响。因此为了减少能源资源的消耗，促进企业拓展高铁冶炼炼铁工艺，实现低消耗、低污染的目标，这也是新时期研究高炉冶炼炼铁技术工艺的目标。高炉冶炼炼铁工艺流程主要分为四个部分，分别是上料、装料、通风、煤气净化。在上料部分工作人员根据高炉内容来进行科学、合理调整原材料的比例，提高原材料的利用率，减少生产过程产生的资源浪费现象从而节省成本。装料环节需要保证原材料在高炉内的分布均匀、合理，避免材料存在浪费现象。

3高炉冶炼炼铁技术工艺与应用

3.1高效球团技术

近些年来我国在高炉炼铁过程中取得的最为显著的进步就是在球团技术领域，目前我国已经通过新开发的一系列球团生产线，研发出了全新的球团焙烧机以及回转球团生产线，现在我国的球团生产技术已经做到了完全现代化和装备大型化、智能化，新的球团回转窑可以有效的解决烧结过程中的球团造球、布料、焙烧、回转、结圈等一系列操作上的技术难题，并且使生产出的球团达到了国际领先水平。同时在球团的类别方面，我国正在加紧研发不同种类的球团，例如富含钛、镁等元素的球团，高铁低硅酸性球团和赤铁矿氧化球团等多种类别的球团，而高铁低硅含量的球团目前已经取得了较为成功的结果，有明显的应用成效。

3.2热压含碳球团

高炉炼铁过程中消耗大量能源资源，为减少能源资源的消耗，可以使用热压含碳球团实现节能环保。热压含碳球团能够充分利用矿物资源，实现矿物的多次利用。根据调查数据发现当球团的含量超过31%，钢铁的产出量也随之增加，同时钢铁的残渣、能源消耗也会在很大程度上减少。因此在热压含碳球团在冶炼炼铁环节有重要的作用。球团的形成主要由煤粉与粉矿预热的时候温度能够达到要求，原料预热之后充分融合。主要就是让其搅拌均匀，之后温度不断升高，将热压块进行处理，制作成含碳球团。

3.3干法除尘技术

干法除尘技术主要分为两种，一种是湿法除尘技术，另一种是干法除尘技术。其中干法除尘技术又可分为布袋除尘法与高压静电除尘法，相比于高压静电除尘法，布袋除尘法的应用成本偏低，应用范围较广，且除尘效果更佳，比较适合应用于水资源短缺的地区，既有助于缓解我国炼铁生产水资源短缺的压力，又有助于炼铁企业高炉炼铁成本的合理管控。自古以来，我国炼铁事业的发展便始终面临着高炉开炉以及休风时间较长的问题，随着科学技术的发展，干法除尘技术将高炉开炉及休风时间长的问题进行了解决，现如今，诸多地区的高炉炼铁开始应用干法除尘技术，炼铁效率明显提升。

3.4控制顶压与含氧量

钢铁冶炼受到温度的影响，炉顶压力很大，要想冶炼出来的钢铁质量得到保证，就要控制炉内顶压。高炉的炉顶有一定压力承受极限，在炼铁的时候在尽可能的限度范围内增加一些压力，有利于冶炼、生产钢铁。压力增加后也会对炉内的气体产生影响，导致最终的净化环节比较困难。在此过程中煤气和矿物接触，时间越长铁产量更大。实际上仅仅控制炉顶压力是远远不够的，氧气不充分就存在燃烧不完全的情况，因此产生有害气体，造成环境污染。这就需要在燃烧的过程中尽可能保证氧气的充分、充足，提高产量。且氧气一定要适中，太高或者是太低都会影响钢铁的质量。

结束语

随着近年来国家钢铁工业的不断发展扩大，高炉炼铁技术的不断完善，我国钢铁行业技术水平不断提高，钢铁产量规模居世界之首。但是，为了实现低排放、低碳、环保、绿色、优质、安全、高能效的钢铁生产，我们还有很长的路要走。长远来看，我国仍将保持较高钢铁生产量，同时将淘汰技术装备较为落后的装备，未来的高炉炼铁技术发展方向依旧是集成化、高效率、低能耗的集中生产模式。

参考文献

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