我国高炉炼铁系统科技发展的目标.doc

我国高炉炼铁系统科技发展的目标
摘　要：“十五”期间，我国钢铁工业将继续以质量、效益为中心进行结构调整。简介了我国高炉炼铁关键技术研究和开发的任务，并介绍了欧美下一世纪炼铁技术的发展趋势。
关键词：高炉炼铁　发展　高效低耗
FUTURE DEVELOPMENT OF IRONMAKING TECHNOLOGY IN BLAST FURNACES
Yu Zhongjie
(Wuhan Iron and Steel Corp.)
Abstract：The iron and steel industry in China will continue the adjustment of construction focused on quality and profit in the years 2000～2005.This paper briefs the task of research and development of key ironmaking technology in blast furnaces for Chinese iron and steel industry.In addition,the trends of research and development of ironmaking technology in the United States and European countries are also introduced.
Keywords：ironmaking in blast furnace　development　high efficiency low consumption▲
1　前　言
　　1999年10月,中国金属学会组织并召开了《1999中国钢铁年会》。会上部分国内外专家学者探讨了下一世纪初高炉炼铁技术的发展趋势。会议期间,《冶金科技发展指南(2000～2005年)》(中国金属学会编写)、《欧洲钢铁工业技术发展指南》(欧洲钢铁工业联盟编写)和《钢铁工业技术开发指南》(美国钢铁学会编写)等资料出版发行。这些资料中均有相当篇幅涉及高炉炼铁技术下一世纪初的发展趋势。作者曾参与中国金属学会等单位组织的2000～2005年冶金科技发展指南编写,承担了炼铁专业文本的部分起草任务。现结合上述资料,重点谈谈对下一世纪初我国高炉炼铁技术发展方向的看法,供从事炼铁系统科研和开发的专业技术人员参考。
2　“十五”期间我国高炉炼铁系统科技发展的目标
　　目前,世界上主要的炼铁工艺有3种,即高炉、直接还原和熔融还原。从生产规模和效率成本以及同大型钢厂流程的匹配来看,迄今为止没有任何一种非高炉流程能达到或接近大型高炉目前已达到的生产水平。可以认为,在进入新世纪相当长的一段时间内,无论是我国还是工业发达国家,高炉流程都将占绝对优势。
　　“十五”期间,我国炼铁系统将从主要依靠新建高炉、扩大生铁产量为主的增长方式,转变为挖潜改造,以质量、效益为中心的增长方式。炼铁系统的科技发展要在铁水质量满足后续工序和钢材品种质量要求的前提下,以高炉长寿低耗为中心,追求炼铁系统的整体优化;推进设备的大型化;推广成熟适用的先进技术(如精料、喷煤、高风温、高顶压、富氧、低硅生铁冶炼等);在炼焦、烧结球团和炼铁各专业领域开发一批新技术;加强应用技术的基础研究。通过采取以上措施,使我国部分高炉的技术经济指标达到国际先进水平。根据不同原燃料和装备条件把高炉分为两个层次,其主要技术经济指标分别稳定地达到以下水平,见表1。
表1　主要技术经济指标的目标值

焦比
/kg.t-1
煤比
/kg.t-1
燃料比
/kg.t-1
利用系数
/t.(m-3.d-1)
炉龄
/a
第一层次
≤300
≥200
≤500
2.0～2.5
(少数2.5～3.0)
≥15
第二层次
≤400
≥150
≤550
2.0～2.3
≥12

3　高效低耗高炉炼铁的关键技术
　　为了将我国现有高炉的技术经济指标提高到以上水平,在炼铁工艺方面应将以下关键技术作为今后一段时期研究和开发的重点。
3.1　高炉精料技术
3.1.1　含铁炉料
　　目前我国高炉熟料以高碱度烧结矿为主,配比一般为75%～85%,其余多为块矿,配酸性球团的高炉很少。
　　我国烧结矿的理化性能和冶金性能远次于国际先进水平。例如含铁品位较低,1997年重点企业平均为53.49%以上,比国际水平低4%以上;FeO含量高;粒度组成差,＜10 mm粒级多在40%～50%,次于国际先进水平(约30%～35%);冶金性能方面,还原性(RI)低,还原粉化率(RDI)高。随着烧结矿品位提高,应当加强对高铁低硅烧结技术的研究、矿物组成和结构对其强度粒度组成和冶金性能影响的研究。此外,今后进口粉矿用量和品种还将增加,不同进口粉矿和国内精矿、粉矿配比烧结性能的研究也应引起重视。
　　我国大型高炉所用球团矿多为进口,中小高炉多用本地生产的竖炉球团矿。除了研究不同球团矿本身的强度膨胀性等性能外,还要研究高炉内用球团矿置换块矿后的冶炼现象和规律,并从经济性角度研究球团矿置换块矿的效果及不同高炉球团矿的合理配比。
3.1.2　冶金焦炭
　　为了提高高炉利用系数和大幅度提高喷煤量,必须进一步改善我国焦炭的质量。除宝钢外,我国大部分高炉使用的焦炭灰份、机械强度等指标与国外先进工业国家差距很大。要研究高强度低灰分优质焦炭的生产技术;在完善配煤技术的基础上致力于配煤统计模型开发,逐步实现较准确地预测焦炭质量和成本;要重视对焦炭高温强度(CSR)及其对高炉冶炼影响的研究;要对焦炭的常温性能、高温性能、显微结构组织的关系开展研究,建立我国焦炭质量的评价体系。
3.2　超高喷煤量综合技术和喷煤极限的研究
　　近年来,欧洲、日本、美国以及我国宝钢的高炉喷煤比大幅度提高,达到200 kg/t以上,月平均喷煤量有的已达到250 kg/t以上。我国大部分高炉的喷煤量还远远低于这一水平。要在精料、高风温、富氧的条件下,研究高炉的最大喷煤量或极限喷煤量。极限喷煤量的研究停留在实验室阶段是不够的,要研究大量喷煤时煤粉在高炉内的行为,它对高炉料柱透气性的影响以及高炉内碳的平衡等。应当指出,某一钢厂的最大喷煤量或极限喷煤量应当按照经济效益最佳,即每吨生铁的燃料成本最低(包括焦炭、煤粉、小块焦)确定。片面追求最高喷煤量而不考虑降低铁成本是不可取的。
3.3　大力开发烧结—高炉过程数学模型和专家系统
　　继宝钢引进高炉计算机自动控制技术之后,近年来武钢和芬兰RAUTARRUKKI公司合作,在4号高炉上引进和开发了以实现动态控制、稳定高炉操作为主要特征的专家系统。济钢和浙江大学合作,开发并在济钢高炉上采用了以优化高炉工艺参数和技术经济指标为主要特征的专家系统。国内外的生产实践表明,采用高炉专家系统在经济上是合算的。
　　十几年来,我国大学、科研单位和钢铁企业已经在高炉炉温控制(铁水含硅量预报)炉体侵蚀预测等领域的数学模型研究方面积累了一定经验,我国不少企业大中型高炉通过技术改造基础自动化水平大大提高,这为采用数学模型或专家系统实现计算机控制创造了基础条件。因此今后几年应当加强这方面的研究,特别是高炉专家系统软件的研究和开发,应开发有我国高炉特色并有自主知识产权的软件技术。
　　我国烧结专家系统的研究工作几乎是空白,应用更谈不上。鉴于烧结矿在我国高炉含铁炉料中占绝对优势,改善烧结矿质量、降低烧结工序能耗意义重大,今后要大力加强烧结数学模型和专家系统的研究和开发工作。
3.4　坚持高炉大型化,加强关键高炉设备硬件的研究开发
　　要实现高炉生产的优质高效低耗长寿,必须在提高风温和炉顶压力,延长高炉寿命等方面采取措施。我国大型高炉装备的自给能力差,与国外先进水平的差距很大,必须加强这方面的研制开发工作。例如,在高炉长寿方面开展新型冷却器的研制和开发,高炉寿命综合评价体系及预测模型的研究;高风温方面开展大型高效独立加热换热器技术,煤气、空气预热技术的研究等。
4　国外高炉炼铁技术发展动向
　　在欧洲,高炉炼铁技术的近期研究主要有:改善焦炭质量提高喷煤率,优化原料的加工和处理,延长高炉寿命,开发高炉工况的在线评估,实现实时控制,提高高炉设备监测及在线修复能力等。中期项目有开发喷吹精矿粉技术,研究高炉耐火陶瓷和水冷系统,改善高炉作业条件,提高现场监测、维修和管理的能力等。长期项目的重点是减少高炉对环境的污染,包括用大量喷煤或其它还原剂取代焦炭,用喷铁粉取代烧结矿,减少高炉炉渣和烟尘排放量等。在新工艺开发方面研究高炉的无氮操作和取代现有焦炉的连续制焦设备等。
　　美国钢铁学会对今后几年美国高炉炼铁技术的发展提出以下意见:研究喷煤的限制性因素及其克服方法,开发更充分燃烧的氧煤喷吹系统;利用现有炼焦厂生产高强度焦炭的技术;开发能经济地生产局部还原(50%～70%)球团矿或烧结矿的工艺;在高炉数学模型方面,开发一种包括流体流动、动力学的综合模型,并研制能够探测高炉内煤气成分、温度和料柱透气性的低成本的探测器。
5　结　语
　　本文展望了下一世纪初国内外高炉炼铁技术的发展趋势,重点放在工艺方面。高炉炼铁涉及烧结球团炼焦和高炉冶炼的相关技术。由于高炉系统在现代钢厂中是耗能和污染大户,高炉技术进步的同时必须十分重视治理环境技术的开发。在国外工业发达国家的高炉开发项目中,治理环境技术占有重要位置,我国炼铁界和环境保护工作者必须共同努力,加强这方面的研究工作。■
作者单位：于仲洁(武汉钢铁集团公司)