【现代高炉炼铁生产技术进步及发展趋势综述9200字（论文）】

现代高炉炼铁生产技术进步及发展趋势综述目录TOC\o"1-3"\h\u4981前言 前言40年来，中国钢铁工业发展迅速，钢铁产量逐年增加。2020年，中国生铁产量将达到77105万吨，占世界生铁总产量的62.23%。中国和世界高炉生铁产量变化见图1-1（数据来自国家统计局网站）。统计局和世界钢铁协会）。随着钢铁产量的增长，我国冶金技术装备也取得了长足的进步，在炼铁、烧结、球团、焦化等技术装备上，在规模化、现代化、高效化、长寿化等方面取得了优异的成绩。C:>7、经过40多年的自主创新、集成创新，高炉炼铁技术装备引进、消化、再整合，举世瞩目，取得了突出成绩。02040608101214161820图1-1中国和世界高炉生铁产量变化2010年以来，我国炼铁技术装备自主创新能力稳步提升，与发达国家同步，有的甚至走在世界前列。10年来，我国自主设计建造了5000㎥以上超大型高炉、500㎥以上大型烧结机、500㎥以上带式焙烧机、7.0m以上、65㎥以上大型焦炉自主集成创新球团生产线孔和260吨/小时干式硬化设备。这些具有国际先进水平的综合技术钢铁生产设施，支撑了中国钢铁工业的快速发展，增强了中国钢铁工业的综合技术实力。2发展现状2.1高炉据不完全统计，2017年中国约有917座高炉，高炉炼铁总能力约为92700万t/a。中国各级别高炉的数量和产能分布见表2-1。表2-1中国高炉级别的分布和产能项目≥3000㎥2000-3000㎥1200-2000㎥450-1200㎥450㎥合计高炉数量一座4176135452213917高炉产能（t.a-1)1266015172172273643311240927321985年9月，宝钢第一座高炉（4063㎥）建成投产，引进日本技术设计建造。是中国第一座4000㎥以上的高炉。1990年，由于引进技术和集成一体化，新高炉一号。武钢3号（3200㎥），采用了当时多项国际先进技术。随后，高炉没有。4063㎥）和高炉号。3座（4350㎥）和几座大型高炉。这一时期建造了一大批自主设计建造的2000-2500㎥高炉，特别是手工设计和建造的首钢京唐一号高炉。近20年来，我国大型高炉工艺发展迅速，高炉容积不断扩大，高炉技术装备水平不断提高。在4000多㎥高炉的设计、建设和运行中，中国完全掌握了关键关键技术，全面实施了技术装备的自主设计和国产化。近年来，随着工业现代化进程的飞跃发展，高炉炼铁技术也得到了质的提升和长足进步。高炉炼铁经济技术指标得到不断刷新和超越。龙钢不断刻苦钻研炼铁工艺新技术，研究新课题。该团队在前行中成长，在竞争中壮大。刷新了一页页历史，创造了一个个奇迹。得到了业界高度认可和赞扬。陕西龙门钢铁集团位于韩城市龙门冶金工业园区。集团现已形成了从铁矿开采、烧结、炼铁到炼钢、轧钢、发电、酒店、物流、运输等为一体的完整产业链，完成了韩城为钢铁生产基地，以西安为钢材销售中心，以陕南为铁矿生产基地的战略布局。现有四座1280M3炼铁高炉、一座450M3高炉，450M2.400M2烧结机、265M2烧结机各一座，120吨炼钢转炉两座、60吨炼钢转炉三座，棒材、线材轧机十余套，年产钢能力700万吨，营业收入300亿元以上。龙钢450m3高炉投产以来，炉顶布料一直采用模拟大钟式的小矿批、单环布料方式。单环布料炉内煤气利用差，渣量铁温度不足，炉内难行、悬料频繁，高炉操作难度大，频繁出现炉缸大凉、炉缸冻结等事故，影响正常生产秩序。2011年开始试验多环布料，经过多次反复，最终实现“焦四矿三”的布料方式，多环布料在450m3高炉成功实施，大大提高了450m3高炉炉况的稳定性，煤气利用率由36％提高至40％左右，炉缸活跃程度明显改善，铁水温度由1430℃提高到1450℃，降焦增铁效果明显，炉况实现了长周期稳定顺行。龙钢高炉受原燃料条件、技术水平、设备装备的影响，虽在布料上实现了多环布料，但长期采用中心加焦技术，煤气利用率与行业同级别高炉差距较大。2013年在各高炉尝试取消中心加焦并取得成功。取消中心加焦后，高炉煤气利用率稳步上升。2.2烧结20年来，烧结机封口、送料、布料等设备的不断改进，在提高性能、提高质量、降低能耗等方面取得了显著成效。近年来，我国大型烧结机的进程加快。2018年，我国拥有360㎥以上规格烧结机100余台。大型钢铁企业拥有烧结机280多台，平均烧结机面积达到240㎥以上。目前，我国大型烧结机的设计、制造和运行已达到国际先进水平，为我国烧结技术的进步奠定了坚实的基础。随着烧结机设备的广泛应用，烧结新工艺、新技术、新设备的开发和应用也取得了显著成效。新型烧结技术得到广泛应用，如点火、织物离析、超厚烧结、烧结机密封、烧结环冷机余热回收、烟气脱硫和除鳞技术。烧结生产的自动化和智能化控制水平不断提高，以针状复合铁酸钙（SFC'.A）为基础的高碱度团块得到广泛应用，烧结层平均厚度达到688mm，最大。高出900毫米。通过改进技术装备和生产水平，烧结技术经济指标不断提高。2018年，我国主要钢铁企业烧结工序能耗下降至48.6公斤/吨，烧结矿质量性能不断提高。近三年大型钢铁企业烧结技术经济指标见表2.2。表2-2近3年主要铁企业烧结技术经济指标项目2020年2019年2018年烧结矿含铁品位/%55.6555.7955.65烧结矿转鼓指数/%78.2977.9676.69烧结固体燃料消耗/(kg·t-1),53.1652.8753.08烧结利用系数/(kg·t-1)1.281.281.26烧结日历作业率/%93.4293.5891.74烧结工序能耗（kg·t-1）48.6048.5048.53对于龙钢而言，烧结料面喷吹蒸汽技术是实现烧结过程污染物减排的一项重要过程治理技术。通过喷吹蒸汽可以改善烧结过程的供氧机制，提高烧结料层燃料燃烧效率和燃尽程度，减少燃烧反应过程对氧的依赖，降低废气中CO含量。由于碳素燃烧生成CO2和CO的放热量不同，从而有助于降低烧结固体燃料消耗，同时破坏二噁英生成条件，减少烧结过程CO、NOx等污染物生成和排放。表2-3龙钢球团矿技术指标项目主要成分%抗压强度N/P还原膨胀率%TFeSiO2MgOTiO2普通球团65.873.50.510.06297618.8低硅含镁含钛球团65.122.81.721.20268719.1表2-4龙钢高炉配加含钛含镁球前后的炉料结构/%炉料结构炉渣中（MgO）含量烧结矿普通球团含钛含镁球块矿钛矿6326--9.51.57.8765--296.0--7.922014年以来，龙钢开展了烧结料面喷吹蒸汽与降低固体燃料消耗、污染物排放、提高烧结矿质量的机理研究，建立了烧结料面喷吹蒸汽的理论模型。研发了烧结料面喷吹蒸汽工艺和生产制度，在265m2烧结机上成功应用，同时还对喷吹蒸汽条件下，大型烧结机提质增效的关键技术进行了研究，实现了烧结过程二噁英和CO的协同减排。实践表明，烧结过程料面喷洒蒸汽有助于改善烧结矿质量和降低固体燃耗。总体来看，烧结料面喷洒蒸汽后，烧结速度和料层透气性得到改善，在降低固体燃耗的同时，烧结矿质量有所改善。烧结烟气中二噁英和CO含量显著降低，污染物减排效果显著。2.3球团球团技术生产在世界范围内长期相对滞后。我国球团技术自2000年以来发展迅速，2017年球团生产能力增至1.7亿多支。武钢鄂州、宝钢湛江逐步建成年产500万吨电脑化回转窑球团矿连锁生产线，形成国内大型回转窑生产设施；带式炉原料适应性强，生产工艺范围大。技术先进可靠。目前国内生产经营的带式烘烤机有6台，分别是鞍钢321.6平方米带式烘烤机、包钢624和162平方米带式烘烤机、首钢京唐3504㎥带式烘烤机和中国颗粒烘烤机生产能力超过20台万吨/年。目前，中国联电脑回转窑约有100条球团生产线，联回转窑的球团生产能力占全国球团总产能的一半以上。与烧结工艺相比，球团生产工艺具有产品质量高、质量好、能耗低、污染小等技术优势。近年来，我国加快了球团技术的发展，在铁矿粉、球团生产技术及专业、还原膨润土技术、链式电脑回转窑防结圈等方面引进了高压辊磨和湿磨技术。复合球团团聚技术、混合原料制备复合球团和焙烧技术已成功应用。首钢京唐采用大容量带式焙烧炉生产含镁球团和含秦球团，取得显著成效。3高炉炼铁技术有关概述3.1高炉结构高炉是一个有排气天数和铁生产天数的大圆筒。高炉的使用过程是：高炉上端为原料进入高炉的日子，这一天原料倒入高炉，出铁出铁。生产后在高炉底部。高炉的设计是根据目前炼铁生产环境设计的。生产铁需要的温度非常高，这就要求高炉要能耐高温，还必须有一定的耐火性。用于制造高炉的材料必须是耐高温和防火的，圆柱形的。在高炉中，铁矿石原料在还原剂的作用下熔化还原为生铁，同时分离杂质，将炼铁过程中出现的炉渣在底部去除。高炉末日排放。3.2高炉炼铁技术高炉炼铁技术是钢铁企业的一项关键技术。在开始高炉炼铁过程之前，需要充分了解和掌握高炉的内部结构和基本操作程序，这样才能保证专业人员能够进行更加规范的操作和应用操作，避免操作失误和事故的发生。在对炼铁工艺的全方位掌握中，专家必须对高炉炼铁的工艺过程进行适当的研究和分析。目前，技术流程的重点是：1.专家根据高炉实际产能和利用率，对铁矿石等原料的使用基本要求，适当处理的原料配比，目的是充分利用价值铁生产过程中其他能源物质的产生。2.提高原材料的使用效率，以减少原材料的浪费，从而达到节约成本的目的；3.在高炉炼铁过程中，为达到原料完全燃烧的目的，需要内部供氧，保证高炉内氧气充足的目的是增加原料在炉内的充分燃烧。高炉，从而既防止了高炉炼铁的各种不足，又增加了高炉炼铁的具体效果；4.高炉炼铁过程中会产生一些有毒有害气体，不仅严重污染空气，而且影响工人的身体健康。有必要按照国家有关保护工业环境的要求进行煤气净化高炉炼铁，支持我国钢铁企业向环保企业转型。4主要技术进步4.1富氧喷煤技术我国是世界上高炉采用喷煤技术较早的国家之一，近年来冶金部大力推动喷煤技术的发展和应用，取得了重大效果。全国喷煤量从l990年的218万吨，到1995年将近翻一番，1996年计划达到450万吨。喷煤比也持续上升，重点企业平均喷煤比大于60千克／吨铁。目前，重点企业有喷煤装置的高炉已占全部高炉的90％。开发的新工艺如烟煤喷吹工艺、喷吹系统新流程、制粉系统新流程、高浓度输送、分配、检测和控制新技术都达到很高水平，高炉氧枪及安全技术、高炉的一些特殊检测设备、氧煤燃烧等一些应用理论研究已跃居世界领先水平。高炉氧煤强化炼铁新工艺的推广应用不仅给钢铁企业带来很大的经济效益，还促进了钢铁工业的结构优化，很好地引导了基建和技术改造的投资。龙钢一1280M3炼铁高炉受焦炭质量波动大及喷吹压力限制，煤量使用长期处于较低水平，通过稳定入炉焦炭比例，改造喷吹氮气管线，高炉煤比由110kg/t逐步提高至150kg/t。煤量提高的同时采取高富氧操作，即保证了理论燃烧温度充足，又提高了煤气利用率，降低消耗。富氧率由不足2%提高至4%。喷煤比与富氧率的提高对高炉提产起到了关键的作用。4.2高效长寿技术在我国，高炉寿命也有了长足进步，一直困扰高炉高效、安全、稳定、顺行、长寿命的技术难题得到有效解决。新世纪以来，许多专家认为，高炉设计寿命应为20年~25年，一代炉役平均利用系数大于2.0t/(m3·d)，一代炉龄单位容积产铁量应达到15000t/m3~20000t/m3。我国炼铁工作者历来重视高炉安全长寿技术的研究，通过研究总结高炉破损机理和高炉反应机理，高炉长寿已经深入人心。如长寿铜冷却壁的研发应用，龙钢1280m3高炉，在炉腹、炉腰和炉身下部共采用3段铜冷却壁（第6~8段），每段铜冷却壁为45块，每块冷却壁均设4条冷却通道，冷却水管直径为DN60。水管的保护套管采用不锈钢管，铜冷却壁的冷却通道为复合扁孔型。冷却通道由冷却壁本体一端钻孔，并采用铜质堵头封堵焊接。铜冷却壁热面设置燕尾槽，槽面宽52mm，槽底宽66mm，槽深40mm，槽间中心间距为100～114mm。在长期的生产实践中，为了增强铜冷却壁粘渣能力，开展了提高渣皮稳定性研究。形成了通过高炉上部-下部综合调节稳定煤气流分布，通过控制有害元素含量、精确调控特殊炉况时期的冷却制度等措施，避免了炉墙的局部粘结或渣皮大面积脱落，为高炉铜冷却壁使用维护积累了大量实践经验。高炉精料技术。精料是现代高炉实现高效、低耗、优质、长寿的基础，也是实现高炉生产减量化和耗散最小化的重要措施。一是采用合理炉料结构。高炉炉料结构的优化要遵循资源最优化、技术最优化、经济最优化的原则，注重改善炉料综合冶金性能，开发研究低品质矿高效利用技术，实现资源减量化、利用最佳化和环境友好化。二是改善炉料冶金性能。现代大型高炉精料技术的主要技术内涵是：提高入炉矿品位，入炉矿综合品位达到58%以上，熟料率为80%~85%，采用经济合理炉料结构，降低原料成本；提高焦炭质量，大型高炉焦炭要提高机械强度、热强度和平均粒度，M40≥89%，M10≤6.0%，CSR≥68%，CRI≤25%，平均粒度≥45mm；提高炉料成分和理化性能的稳定性，减少成分和性能的波动，保证高炉生产稳定顺行；开展低品质矿的高效化利用研究，实现资源利用的减量化和最优化。三是采用分级入炉技术。这可以提高煤气利用率，实现铁素资源的最大化利用；可以实现炉料分布的精准控制，提高高炉透气性和煤气利用率，促进高炉顺行，降低燃料消耗。四是应用炉料分布与控制技术。现代大型高炉生产效率高，炉料装入量大，装料设备不仅要满足高炉装料能力，还要满足高炉操作对炉料分布精准控制的要求，实现炉料分级入炉和中心加焦。4.3高风温技术高风温技术是高炉降低焦比、增加喷煤量、提高能量转换效率的重要技术途径。目前，大型高炉的设计风温一般为1250-1300℃，提高风温是21世纪高炉炼铁的重要技术特征之一。目前，我国已全面掌握1250—1300℃低热值单燃高炉煤气（热值约3000kJ/㎥）条件下的综合高温技术。其主要技术是燃气和助燃空气预热。热风炉拱顶温度达到（1380±20）℃，送风期间热风温度保持在1250-1300℃，热风炉拱顶温度与风温差减小到80-100℃。龙钢其中两座高炉容积为1280M3，各配置1套热风炉系统。热风炉系统本体区配置4座卡卢金顶燃式热风炉，每座热风炉配置一个混风室，采用两烧两送交错并联的送风制度。为适应龙钢在不同阶段煤气平衡的变化，以全烧高炉煤气为主要设计工况，同时也能适应短时间内掺烧高热值煤气（LDG）的设计工况。热风炉炉内耐材选择依据热风炉不稳态传热模拟计算确定。根据热风炉各部位的工作温度分别选择不同的耐材配置。热风炉拱顶与蓄热室大墙砌体分开，形成各自独立的结构，炉墙可独立胀缩。湛江顶燃式热风炉设计拱顶最高温度为1450℃，送风温度1300℃。为确保热风管系能够长期、安全、稳定运行，热风管系内部耐材按照其工况温度，进行相应的配置。同时龙钢积极向宝钢等国内行业佼佼者学习经验，外深入分析了顶燃式热风炉热风管系出现的常见问题，在4座热风炉热风出口各配置1座外燃式风格的混风室和热风出口联络管，确保热风主、支管均采用与围管相同标高的管系设计。这种工艺设计能够解决顶燃式热风炉拱顶热风出口短管因炉壳上涨、位移大而产生的耐材破坏和管壳发红问题。4.4球团技术近年来，我国在球团技术领域取得了骄人的成绩，建成了一系列带式焙烧炉、链式计算器-回转窑球团生产线，广泛、现代化的球团技术装备取得了长足的进步。国内拥有国际先进的500万吨/带式带磨机和带电脑回转窑的球团生产线，自主研发的链式电脑回转窑和自主一体化带式焙烧炉工程设计、生产设备以及生产运行等方面，取得了显著成效。通过技术攻关，有效解决了造粒、帆布、焙烧、成圈等技术难题，球团的质量和强度达到国际先进水平。积极研究高铁低硅球团矿、含镁钛球团矿、氧化赤铁矿球团，带式烧结机规模化生产赤铁矿球团取得重大进展。硅复合颗粒成功；球团烟气脱硫裂变技术应用效果明显。龙钢2号高炉以烧结矿+球团矿+块矿为高炉炉料结构，原燃料均为专机专供，无地烧地球入炉，保证原燃料的成分稳定均匀，原料TFe含量由55%提高到58%，FeO含量小于10%。同时加强原料筛分管理，控制烧结矿＜5mm比例在5%以下，低温还原粉化率控制在25%以内，转鼓强度＞72%。通过以上措施，明显改善入炉原料质量，减少了入炉粉末，料柱透气性明显改善。4.5高效低耗烧结技术2000年以来，中国烧结工艺技术取得重大进展，烧结矿质量和性能显着提高。材料的低温烧结、超厚烧结（料层厚度1000mm）、添加合适的MgO烧结制备技术、热风烧结、复合烧结技术、烟气循环烧结等得到了开发和应用。取得了良好的效果。龙钢两座1280M3炼铁高炉和一座450M3高炉，所用的烧结矿由一台300m2烧结机供给，为解决烧结矿供求矛盾，采用超高烧结矿碱度（2.6倍以上）、大量配用球团矿的生产组织模式。烧结矿质量差（成分波动较大，品位及碱度不稳）；球团矿供应厂家多，质量参差不齐，高炉调整铁料配比应对的次数频繁；原燃料中碱金属含量高，炉渣中镁铝比不合理，以上因素制约高炉的稳定及产能的释放。为优化铁料结构，公司启动90㎡烧结机，烧结矿的需求量得到保障，将烧结矿碱度控制在正常范围，球比稳定，并一系列措施提高烧结矿质量，为高炉的顺行及提产创造了条件。首钢从烧结表面开发应用蒸汽喷涂技术，改善烧结过程传热机理，有效降低烧结过程固体燃料消耗和污染物排放；梅钢开发应用焦炉注气技术，有效降低燃料消耗；智能烧结控制技术得到较好应用；烧结过程中几种污染物的协同控制和处理取得了显着效果。我国烧结机采用活性焦、循环流化床烟气脱硫、SLR脱硝技术，推广应用有效去除烧结烟气中SO2Nx粉尘。4.6大型高效焦化技术为降低配煤成本，节约优质煤资源，扩大焦煤资源开发，我国结合国情开展了一系列研究，加大弱煤焦化的利用。基于煤启动技术和炼焦煤水分控制技术，焦炉7.63m的武钢贫贫煤达到14%～16%，优质贫煤使用率低于10%，低变质弱碱煤投加高达20%或更多。马钢、攀钢、沙钢等焦化企业结合大容量焦炭的特殊性质，开展了焦煤利用、煤岩混煤精制分级技术研究。窑煤，从而实现优化配煤，提高焦炭质量，降低生产成本。通过加入型煤焦化技术，将弱煤与烧结剂混合后压制成型煤，与其余的散煤混合后放入焦炉进行焦化。宝钢焦化工艺开发了型煤添加设施，型煤添加量可达15%～30%，焦炭质量满足5000㎥高炉要求。同时，干熄焦技术在国内的应用和推广取得了优异的成绩，整体技术达到国际先进水平；焦炉废气热回收技术开发应用、烟气脱硫脱硝等取得良好效果。龙钢高炉一直受限于原料条件，加之钢铁行业市场经济影响未能释放产能，2018年为结合钢铁行业发展，龙钢炼铁以适应低质量原燃料，释放高产能，降低燃料消耗节约成本为目标，制定一系列攻关及管理方案，在原燃料未有改善的情况下，通过加强物料管理、工艺操作管理及基础工作管理，日产增加到4000吨以上，焦比降至336kg/t，年公司启动了90m2烧结机，烧结产能与高炉产能匹配，烧结矿碱度降到合理范围，高炉布料由之前的单环布料改为焦4矿3的多环布料方式，采取中心为主边缘为辅的多环布料制度理念，改多环布料后高炉消耗明显下降。随着高炉冶强的提高，如果矿批小、小时料速高，则上料系统压力过大，高炉易亏料线，技术小组逐步摸索提高矿批，现矿批已提至39.5t/批，在原燃料条件改善的同时向大矿批发展，同时大矿批也提高了煤气利用从而达到将消耗的目的。5发展趋势5.1总体发展趋势到21世纪中叶，我国经济发展将从快速高效型向高质量高效型转变，经济社会保持平稳，发展继续向好，解决因经济增长过快造成的各种不平衡和短板。生长。在未来经济发展的大环境下，钢材作为首选的功能性建筑材料，将继续发挥不可替代的作用。随着中国经济发展的放缓和增长方式的转变，与资源能源供应约束和环境管理相关的市场力量将在21日中旬之前减弱，中国钢铁行业必须坚持去产能。钢铁行业“去产能”将成为未来很长一段时间内产业发展的重大课题。要摒弃以往不计条件、不顾市场的粗放发展、盲目扩张的观念，超越产业发展规律。“向上”和“盲目比较”导致钢铁产能过度扩张，导致钢铁产能严重过剩，产业发展困难重重。它给经济、社会和产业发展带来了沉重的负担和巨大的代价。在钢铁工业减量化、集约化发展的背景下，要坚持产业发展的科学性，自觉监测产业发展的客观规律，审视未来发展的方向、目标、路径和规律。从工程哲学的角度来看工业。未来，优质铁矿石和炼焦煤资源继续紧缺，环境将日益受到制约。钢铁行业下一个时期将面临的发展形势是：市场需求减弱，资源能源供给不足，生态环境约束加强。在这样的发展环境下，钢铁企业如果不坚持绿色发展，不建设节能环保型企业，将难以在日益激烈的市场竞争中生存，更谈不上发展。未来智能化将带动经济社会发展，将成为一切经济社会发展的主流，智能化技术装备也将成为钢铁行业发展的重要方向之一。对于炼铁过程来说，就是物质流、能量流和信息流的输入/输出过程，基于人工智能、智能烧结技术和智能焦化技术的专家级高炉操作系统将是炼铁的未来。技术装备发展方向。5.2产业发展格局到21世纪中叶，中国钢铁工业的结构和模式将发生重大变化。这尤其体现在钢铁生产将在一段时间内保持稳定，不会快速增长。这是由中国经济转型发展和经济社会市场需求决定的。受投资拉动影响，钢材产量将呈下降趋势，市场供需将保持动态平衡。随着产业结构调整、生态环境治理和企业转型现代化，将涌现一批钢铁企业，进行转型发展，转向新的工业领域，寻找新的经济增长点。未来10年，我国钢铁技术装备水平将不断提高。主要特点是大容量、现代化的高炉炼铁技术和装备。在严格控制生产总量和减少总产能的前提下，一大批配备现代化装备的大容量装置、绿色高效的高炉、大容量烧结炉和新焦炉，将现有技术改造和结构改造相结合。钢铁生产厂现代化和设备改造。不仅单项技术设施的规模化、现代化程度不断下降，高炉、烧结机、焦炉的数量和整体生产规模和产能将逐步下降，以达到合理规模。未来10年，中国钢铁工业和炼钢工艺结构也将发生重大变化。随着社会废钢资源的不断积累，将出现一定规模的电炉炼钢工艺，电炉用钢的产量将逐步增加，而不是依赖高炉铁水的高比例。而在可预见的未来，具有一定生产规模的冶炼还原、直接还原等非焦化炼铁厂将进行工业化生产。高炉炼铁的产量和份额