馬印亭

（山鋼集團濟鋼復合材料有限公司，山東 濟南 250105）

摘 要 ：作為鋼鐵冶金行業(yè)煉鐵工藝應用的重要環(huán)節(jié)，高爐煉鐵技術的應用對于我國工業(yè)現代化發(fā)展具有深刻影響 ；出于高爐煉鐵能源消耗大、污染物排放多等問題，在新時期的煉鐵技術應用中應注重生產過程的低碳化、綠色化控制。本文在闡述高爐煉鐵技術功能的基礎上，就低碳綠色理念下高爐煉鐵技術的應用要求展開分析，并指出面向未來的低碳綠色高爐煉鐵技術創(chuàng)新要點，期望能實現高爐煉鐵技術的系統(tǒng)轉變，繼而降低煉鐵過程的能源消耗和污染物排放，促進高爐煉鐵產業(yè)的綠色化、可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞 ：低碳綠色 ；高爐煉鐵 ；發(fā)展要求 ；技術創(chuàng)新

新時期的高爐煉鐵具有集約化、大型化的特征，而且冶鐵過程長壽化、高效化的優(yōu)勢較為明顯。但不可否認的是，即便計算機技術推動了煉鐵工藝的智能化發(fā)展，但現階段的煉鐵生產依然存在能源消耗大、環(huán)境污染嚴重的問題，這不符合我國綠色、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，基于此，在新時期的高爐煉鐵技術發(fā)展中，應 注重煉鐵生產技術朝著低碳綠色化方向的轉變。

1  高爐煉鐵技術的基本功能

對照其他煉鐵技術可知，高爐煉鐵技術本身具有結構簡單的特點，除還原器和滲碳器、熔煉器外，能源轉換器、廢棄物消納出納處理器等都是其重要的組成部分 ^[1]（見圖 1）。這四個部分在具體功能上具有一定的差異性。

（1）還原器和滲碳器。高爐煉鐵技術框架下，焦炭是重要的燃料、還原劑。在整個冶鐵過程中，還原器和滲碳器在液態(tài)生鐵的獲取中發(fā)揮著重要作用。在上升煤氣流、下降爐料相向運動中，經過還原器和滲碳器的作用，高爐冶金“三傳一反”的控制目標得以有效實現。值得注意的是，“三傳一反”目標的是實現受高爐高溫還原工作的引向，基于此，應充分考慮高爐高溫還原工作的實現效果，并在確保骨架穩(wěn)定的情況下，正確處理生鐵滲碳問題。

（2）熔化器與質量調控器。高爐還具有為轉爐作業(yè)提供原料的作用，經高爐處理后，優(yōu)質的液態(tài)生鐵會被轉送至轉爐 ；從這一層面來看，高爐起到熔化器的作用。在固態(tài)鐵氧化物礦物熔化中，整個高爐的生產過程和還原方式還具有連續(xù)性、不間斷性特點。值得注意的是，在煉鐵過程中，通過高爐可實現鐵水質量、成分的控制，這樣不僅實現了鐵水成分的有效控制，而且高精度地把控了鐵水的偏差、溫度，在該環(huán)節(jié)中，高爐充當質量調控器的職能。

（3）能源轉化器。高爐煉鐵過程涉及較多的能源轉換，就煤粉、焦炭以及高溫熱風而言，其在爐內的高溫下最終會被轉化為熔渣和高爐煤氣等 ；而固態(tài)鐵氧化物礦物最終被轉化成了液態(tài)的鐵水。在現代生產模式下，除余能顯熱回收技術外，TRT 技術在高爐煉鐵中也得到了廣泛應用，其使得高爐能源轉化器的職能得到了充分發(fā)揮，有效地保證了能源轉化的效率和質量 ,TRT技術能源轉換率超過 90%，這也為高爐擁有生命力奠定了基礎。

（4）廢棄物消納出納處理器。除鐵水等主要產物外，高爐也會產生一定的固體廢棄物，此時基于高爐煉鐵良好的廢棄物消納出納處理功能，可實現這些廢棄物的有效利用，這對于環(huán)境保護也有突出作用。從廢棄物消納出納過程來看，除焦化、燒結工序外，球團工序等也是廢棄物消納出納的重要環(huán)節(jié)，其能有效促進鋼鐵廠循環(huán)經濟目標的實現。

2 低碳綠色理念下高爐煉鐵技術的應用要求

（1）高爐煉鐵技術低碳綠色發(fā)展的時代環(huán)境。第七十五屆聯合國大會上，習近平總書記承諾我國二氧化碳排放力爭于 2030年前達到峰值，并且到 2060 年前，我國將實現碳中和 ?；谶@一目標，在工業(yè)產業(yè)發(fā)展中，必須堅持走碳中和之路，實現工業(yè)生產技術的低碳化綠色化轉變。就鋼鐵行業(yè)而言，其在生產中碳排放量較多，基于碳排放峰值的硬約束，應注重鋼鐵生產減碳管理，高爐環(huán)節(jié)首當其沖。

（2）高爐煉鐵技術低碳綠色發(fā)展的新要求?；?ldquo;十四五” 發(fā)展目標，在鋼鐵產業(yè)高質量發(fā)展中，必須實現鋼鐵智能制造與低碳綠色發(fā)展的有機結合，繼而促進我國向鋼鐵強國的邁進。在“鋼鐵智能制造 + 低碳綠色發(fā)展”總目標下，新時期的高爐煉鐵技術應用還需滿足以下要求 ：其一，在高爐煉鐵技術應用中，應開發(fā)“專業(yè)化 + 一體化”的分布式能源利用方案，并在“1+7” 系統(tǒng)下，為高效能、低成本的智慧綠色鋼鐵產業(yè)生產提供技術支撐。其二，基于高爐煉鐵技術創(chuàng)新需要，在實際生產中應打造“綠色制造”的環(huán)保硬科技，深化 TRT、BPRT、SHRT 等技術的應用，通過高爐煉鐵流程、系統(tǒng)、關聯等技術的銜接，滿足高爐煉鐵技術應用的功能需要。其三，針對“制造綠色”的發(fā)展要求，應在整個行業(yè)內設計并使用綠色生產的“綠方案”，通過智慧綠色系統(tǒng)充當高爐煉鐵的“新引擎”，進而解決發(fā)展難題，實現能源互聯、高效先進和生態(tài)環(huán)保的有機統(tǒng)一。

3 基于低碳綠色理念的高爐煉鐵技術發(fā)展設計

（1）技術發(fā)展理念設計。雙循環(huán)格局下，要實現高爐煉鐵技術的低碳、綠色化發(fā)展，就必須以提升生產技術運行效率為基礎，以降低生產運行成本為目標，以減少運行排放為保證，促進高爐煉鐵質量效益、經濟效益生態(tài)協調效益目標的實現，達到促進循環(huán)經濟發(fā)展的目的。值得注意的是，在技術發(fā)展理念設計中，還應對高爐運行的過程予以科學控制，繼而為合理生產指標的設置與評價創(chuàng)造良好條件。另外，在高爐先進煉鐵技術應用中，應協調其與綠色生產技術之間的關系，通過全新的管理體系，實現高爐煉鐵的低碳綠色化發(fā)展。

（2）生產流程創(chuàng)新設計。基于低碳綠色理念指導，在高爐煉鐵技術流程創(chuàng)新中，還應注重以下要點 ：其一，出于高爐生產動態(tài)協同運行目標考慮，在技術流程設計中，應將協同運行目標作為出發(fā)點，通過綜合研判、合理取舍等方法的應用，對既有的運行流程進行優(yōu)化和調整，以此來達到生產結構優(yōu)化、生產流程集約的目的，確保高爐生產網絡化整合效果的實現。其二，在全新的高爐煉鐵技術流程網絡建設中，應系統(tǒng)分析既有流程運行特征，逐漸摒棄既有技術流程中不合理的成分，繼而使得高爐煉鐵技術結構、功能和生產效率得到全面優(yōu)化。值得注意的是，在新時期的生產流程優(yōu)化中，應從物質流、能量流、信息流三個層面入手，進行生產網絡系統(tǒng)的全面優(yōu)化。其三，現代生產模式下，自動化技術、智能技術在高爐煉鐵中的應用不斷深入，基于現代信息技術的融合應用，還應以“以互聯網 +”為支撐對高爐煉鐵的操作及界面進行持續(xù)優(yōu)化，實現行業(yè)大系統(tǒng)資源共享提高智能化自控水平，及廠生產調度的信息化管理（見圖 2）。

（3）低碳綠色融合后的技術創(chuàng)新設計。將低碳綠色理念融入高爐煉鐵技術后，其設計理念、設計方法也得到了進一步的發(fā)展?；诖?，在新時期低碳綠色高爐煉鐵技術應用中，應從流程工程學角度出發(fā)，對高爐煉鐵的工藝布置、時間關系、空間關系進行優(yōu)化設計，同時在生產中，應考慮技術體系下幾何空間內的能量、物質運行效率，此外新時期的高爐煉鐵技術應用設計還需考慮能源少量、產出增量、污染減量要求，以此來實現高效生產與節(jié)能減排的有機統(tǒng)一。

4  基于低碳綠色理念的高爐煉鐵技術創(chuàng)新應用

（1）高爐精料技術。作為高爐煉鐵生產能耗控制的有效手段，高爐精料技術的應用應注重以下要點 ：其一，在具體爐料使用中，應確保爐料結構的合理性 ；即為了減少爐料使用，降低生產成本，在爐料使用控制階段，應注重運籌學理論、數學模型的系統(tǒng)使用，同時應對爐料資源特點和我國生態(tài)環(huán)境特點進行系統(tǒng)分析，實現爐料使用與企業(yè)生產實際情況的有機統(tǒng)一?；诘吞季G色理念控制需要，在我國現階段的高爐生產中，在重點分析爐料使用情況前提下，充分考慮國際政治因素，無法獲取大量高品位鐵礦石的應對方案要早做考慮，獲取技術的途徑。其二，在高爐精料技術應用中應進一步改善爐料冶金性能，在保證爐料經濟性、合理性的同時，提升爐料理化性能的穩(wěn)定性。其三，應進一步優(yōu)化爐料分布及控制技術，通過高精度的爐料分布，提升爐料的利用效率，降低高爐煉鐵能源消耗。

（2）高爐長壽技術?；诟郀t長壽技術利用，可有效延長高爐的使用壽命，這對于降低煉鐵經濟成本具有深刻影響。一方面，針對當前使用的高爐，應通過內型優(yōu)化技術進行爐體的內型優(yōu)化，如通過增加死鐵層深度的方式，預防爐缸鐵水環(huán)流、破壞問題，而出于富氧噴煤冶煉考慮，則應該適當增加爐缸的直徑和爐缸高度。另一方面，在長壽爐體結構應用中，除使用科學冷卻技術，還應注重高效銅冷卻壁等單元的應用，進一步延長高爐的使用壽命。此外，在高爐使用中，應對爐體耐火材料技術參數的技術參數進行控制，確保爐體施工滿足煉鐵需要。

（3）富氧噴煤技術。富氧噴煤技術不僅能實現爐缸風口回旋區(qū)工作狀態(tài)的有效改善，而且能提升煤粉燃燒率，保證噴煤總量 ；這樣煉鐵生產中的爐腹煤氣量會大大減少，其在保證高爐透氣性的基礎上，實現了燃料能耗的有效控制。新時期，為及進一步提升富氧噴煤技術應用水平，除考慮精料指數、長壽性能外，還需要對富氧噴煤技術的操作過程進行系統(tǒng)分析，以此來保證技術控制的優(yōu)良性，以此為特征實現煤比達到 200kg/t 以上，燃料比達到 485kg/t，這將是現代高爐煉鐵競爭力的希望所在。

（4）高風溫技術。使用高風溫技術的目的在于降低高爐運行焦比，同時能起到提升噴煤量的目的，保證能源轉換的整體效率。新時期，高風溫技術的應用大體可分為以下類型 ：其一，在低溫預熱技術下，進行空氣與煤氣的雙預熱處理，以此來富化煤氣，確保風溫達到高爐煉鐵的運行要求，且能充分滿足低碳綠色控制需要。其二，優(yōu)化熱風爐的燃燒過程，如在考慮氣流運動規(guī)律的基礎上，進行熱風爐氣流分布情況的優(yōu)化，確保爐內氣流運行的均勻分布，實現均勻傳熱，提高換熱效率的同時可以提高熱風爐壽命。其三，結合高效生產需要，對高爐的熱風管道進行持續(xù)優(yōu)化，譬如在管道中使用無過熱—低應力設計體系，該體系下，管道的應力會進一步降低，管道膨脹問題會得到高效處理 ；使用納米涂層技術，降低對外傳熱，提高熱風爐效率。其四，在熱風爐操作優(yōu)化中，操作人員可從整體角度出發(fā)，科學設定熱風爐的工作周期的燃燒強度，提升熱風爐整體的換熱效率 ；該技術對于降低燃燒消耗，減少有害物質排放極有幫助。在期待通過以上系統(tǒng)優(yōu)化，實現高爐操作不斷優(yōu)化而使得高爐煤氣熱值不斷降低下獲得 1250℃以上高風溫，這將是是實現低品質能源高效利用和高效能源轉換優(yōu)化的綜合技術措施。

（5）煤氣除塵技術。采用煤氣干法除塵技術，能有效降低煤氣燃燒的污染物排放，促進節(jié)能減排、綠色生產目標的實現。就目前而言，煤氣干法除塵—TRT耦合技術得以協調發(fā)展，在實際應用中，還應注重煤氣溫度的在線監(jiān)控——不過分追求低頂溫，以獲得最佳的發(fā)電量，為碳中和開辟新路，同時應對脈沖噴吹清灰技術應用、煤氣含塵量等要素進行監(jiān)測，以此來提升煤氣除塵效果，促進高爐煉鐵的低碳化、綠色化發(fā)展。

5  結語

高爐煉鐵本身是現代鋼鐵加產業(yè)中的關鍵技術，是鋼鐵聯合企業(yè)的黑匣子，在信息技術支撐下，高爐煉鐵的技術優(yōu)勢特征進一步明顯。針對高爐煉鐵技術應用中的能耗與污染問題，煉鐵企業(yè)只有充分認識到高爐煉鐵技術下各結構單元的作用，然后基于新時期低碳綠色理念的發(fā)展要求，進行高爐煉鐵技術的全面創(chuàng)新，這樣才能降低煉鐵過程的能源消耗和污染物排放，提升高爐煉鐵產業(yè)綜合效益，促進現代工業(yè)產業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 韓國新 . 高爐煉鐵低碳化和智能化技術發(fā)展現狀 [J]. 電子技術與軟件工程 ,2019,(5):119.