摘  要  通过对国内外大型高炉炼铁主要环保技术的研究，着重介绍了济钢3200m3高炉工程炼铁环保创新技术的开发和应用效果，阐述了环保节能创新技术的推广价值和技术进步作用。

关键词  高炉  炼铁  环保  技术

随着全球资源、能源和经济形势的变化，高炉炼铁技术进入了一个全新的变革时代，贯彻钢铁产业发展政策，自主研发大高炉环保、节能新工艺技术，攻克技术壁垒限制，改变传统设计模式，使钢铁企业进入绿色发展道路，成为与城市和谐发展的环保绿色工厂，是国内外炼铁行业在21世纪设计创新所面临的最重要课题。

济钢3200m3高炉工程的设计结合国内外高炉荒煤气除尘效率低、除尘灰二次污染重、高炉渣余热难以回收等普遍存在的问题，有针对性的进行了技术研究和实践，以求达到全面贯彻国家节能减排要求，引领行业技术进步的目的。工程的顺利投产以及良好的应用效果，为其创新技术的推广和应用起到了良好的示范效应。

1  国内外炼铁技术研究发展现状

1.1  高炉大型化

近二十年，日本和欧盟区的在役高炉座数由1990年的65座和92座下降到28座和58座，但是高炉的平均容积却分别由1558m3和1690m3上升到4157m3和2063m3，世界上4000m3以上高炉大部分集中在日本，其中5000m3及以上的高炉日本有12座[1]，这基本代表了国外高炉大型化的发展状况。据不完全统计，我国自2004年以来相继建成投产的3200m3级高炉15座，4000m3级高炉8座，5000m3级高炉3座，且有越来越大的趋势[2]。

1.2  高炉主要装备技术

（1）热风炉技术。热风温度是廉价的能源，对企业节能减排有着显著的作用，风温升高100℃，可降低炼铁焦比15-20kg/t，允许多喷吹30-40kg/t煤粉，使风口区理论燃烧温度升高60℃。芬兰己有热风温度1300℃的实例，我国宝钢3号高炉年平均风温在1244℃，亦属于世界先进水平[3]。国内外先进的热风炉结构类型主要有改进型内燃式、顶燃式、外燃式3种。Kalugin顶燃式热风炉是20世纪70年代前苏联研究开发出的一种顶燃式热风炉，并于1982年在下塔吉尔冶金公司的1513m3高炉上建成。Kalugin顶燃式热风炉与其他形式顶燃式热风炉相比有明显不同，它采用了内置于炉顶中心顶部独特的涡流式陶瓷燃烧器，煤气、空气混合均匀、充分，燃烧完全、稳定，燃烧效率高，热工特性良好，温度分布比较均匀，减小了温差引起的热应力，延长了热风炉寿命[4]。因此在Kalugin热风炉的基础上，对顶燃式热风炉进行优化设计，使其在全燃高炉煤气条件下进一步提高送风温度，降低工程投资以及废气排放更加环保仍是创新技术研究的重点方向。

（2）干法除尘技术。高炉煤气中粉尘构成为0-500μm，重力除尘器的作用是除去大于60-90μm的粉尘，使煤气中粉尘含量小于6g/m3，为下一步精除尘打基础[5]。20世纪80年代前炼铁厂的高炉煤气除尘系统多由重力除尘器、洗涤塔和文氏管组成。随着高炉利用系数的不断提高、生铁产量的增加，煤气量和含尘量都增大，重力除尘器的除尘效率明显降低，增加了煤气干法布袋除尘器或洗涤塔和文氏管等后序除尘设备的负担。近年来，高炉煤气干法除尘技术得到了飞速发展，大型高炉煤气干法布袋除尘技术以其煤气净化质量高、节水、节电、投资省、运行费用低、环境污染小等优点，优于传统的湿法洗涤除尘工艺，是国家大力推广的清洁生产技术。近年来随着一批大型高炉煤气干法袋式除尘使用成功，干法除尘技术已呈加速发展趋势，不但在国内进行推广，也为国外同行看好，开始走出国门，开创了高炉煤气除尘净化的一条全新之路[6-7]。

（3）气力输送技术。钢铁行业污染无处不在，大量的除尘灰对周围环境和土地造成严重污染，目前主要的输灰方式是机械输送。机械输送工艺设备复杂、故障率高、维修量大，且输送过程中产生二次扬尘。在环保日益受到重视的今天，气力输送逐渐成为散料输送的主流方式，但大部分应用于电力输灰。钢铁行业虽有少量投运，输送距离都不过百米，还没有远距离输送的先例，而且已经投用的工程普遍存在管路磨损严重、易堵塞，输灰不畅通、检修维护工作量大的问题。因此研究分散系统的大流量、高浓度、长距离的钢铁粉尘无污染气力输送技术迫在眉睫[8-10]。

（4）渣处理技术。现代高炉炼铁生产中，炉渣处理主要采用水力冲渣方式进行，仅在事故应急处理时才采用干渣处理方式。水淬时，一种是将炉渣直接水淬；一种是将炉渣机械破碎后，再进行水淬。主要处理工艺有：底滤(OCP)法、拉萨(RASA)法、因巴(INBA)法、图拉(TYNA)法、明特克(MTC)法等[11]，见图1及表1。

 图一

、成品渣质量、系统作业率、设备检修维护、占地面积等诸方面情况进行综合考虑。因此，对新建的大中型高炉而言,在选择炉渣处理工艺时，应该在分析总结上述几种方法的基础上进行自行改进和研发,着重考虑余热利用环保技术研究。

1.3  高炉长寿技术

世界各国都在大力地研究高炉的长寿技术，超过15年的长寿高炉不断增加，我国也出现了超过15年的长寿高炉，武钢5号3200m3高炉寿命达到15年9个月，宝钢3号4350m3高炉正在向20年的长寿迈进。

（1）冷却壁[1]。新日铁为了提高铜冷却壁的可靠性和降低铜冷却壁的制造费用，开发了铸入钢管的铜冷却壁，它具有成本低、可靠性高，水管布置灵活，炉壳开孔少等优点。国内开发的铸入铜管的铸铜冷却壁，其铜管与基体的融合率达到95%以上，其铜材基体的导热系数达到320W/mK，只比轧制铜板低10%左右，不失为炉腹到炉身下部高热负荷区域较理想的解决方案。武钢6、7、8号高炉均采用了武钢生产的铸铜冷却壁，其导热能力强、可靠性高，能够有效保证炉缸的冷却效果，是炉缸实现长寿的重要途径之一。

目前大中型高炉大多数采用砖壁一体化的薄壁内衬结构，冷却壁的厚度与砌砖要求的差别大，出现了二者的衔接过渡问题，因此如何解决炉腹区域与风口区冷却壁的衔接问题，保护与之相接的风口区冷却壁，并保持必要的风口带砖衬厚度是高炉长寿创新技术研究的重点方向。

（2）炉体砖衬。随着高炉冶炼技术的发展及限制高炉长寿环节的演变，高炉炉体耐材的选择也发生了较大变化。对刚玉砖、氮化硅砖、普通炭砖、（超）微孔炭砖、石墨质炭砖及热压小块炭砖等耐材配置的选择及组合使用备受重视[12]。

2  环保集成新技术设计研究及应用

济钢3200m3高炉工程是在充分借鉴国内外大型高炉创新技术成功经验以及济钢3座1750m3高炉设计建设的技术创新经验及生产实践经验，并进行总结分析、改进的基础上去完成的。3200m3高炉设计年产炼钢铁水量为280万t，是山东省容积最大的炼铁高炉。设计年工作350d，利用系数2.5t/（m3•d），熟料比90%，入炉品位≥60%，热风温度1200-1250℃，富氧率3%，焦比330kg/t，煤比180kg/t，高炉一代炉役≥15a。高炉2010年8月投产，环保创新技术投入生产后取得了理想的效果，为其技术的推广起到了良好示范效应。

（1）带耐火材料内衬的高效荒煤气螺旋筒式旋风除尘器技术。60多年来，国内外大高炉普遍采用重力除尘器进行炉顶煤气粗除尘，其原理是利用煤气粉尘流速小于1.0m/s并在筒体内停留大于15秒时利于煤气与粉尘分离的特点，进行除尘。但随着除尘技术的发展以及国内外生产技术调查发现，重力除尘器存在以下缺点：

除尘效率低（约50%），不仅增加了后续的煤气布袋精除尘器的负荷及设备造价，也降低了布袋使用寿命，并且容易造成煤气TRT装置发生断轴等恶性事故。重力除尘器的低效制约了国家大力提倡应用的清洁干法除尘及TRT的技术进步。

3200m3高炉开发设计的带耐火材料内衬的高效荒煤气螺旋筒式旋风除尘器代替了传统的重力除尘器，其除尘原理是煤气气流在8个螺旋筒的作用下形成低速、稳定、薄层旋流，通过螺旋筒产生的旋流离心力将粉尘更有效地从气流中分离出去，以提高除尘效率。不仅提高了除尘效率，在传统50%的基础上提高到75%以上，而且节省了占地面积，降低工程投资约320万。创新技术在济钢3200m3高炉首次采用，取得了理想效果，为煤气干法除尘布袋及TRT机组的长寿奠定了良好基础。

（2）全密封无污染的粉尘气力输送环保技术。3200m3高炉全密封无污染的气力输送装置将粗精煤气除尘灰、高炉槽下、出铁场除尘灰分别输送至烧结配料仓直接参与二次配料，不仅比传统的机械输灰要干净，而且设备检修量小，实现了分散系统的大流量、高浓度、长距离的钢铁粉尘无污染气力输送。

（3）环保型高风温顶燃热风炉。3200m3高炉热风炉蓄热室首次开发采用加热面积为 64 m2/m3、孔径Æ20mm 37孔高效格子砖的Kalugin环保型热风炉将风温提高到1250℃，降低了焦比、提高了产量，该技术已推广至全国。测量数据显示：排放废气中的一氧化碳浓度低于欧盟规范值5倍；废气中的氧化氮浓度在拱顶温度1430℃时不超过123.4mg/m3，远低于欧盟规范限制值，指标在国内外处于领先水平。热风炉对比国际最先进的霍戈文内燃式项目建设，可节省投资约2000万元以上。

（4）高炉渣余热回收环保技术。3200m3高炉炉渣处理系统优化设计了改进型无粒化轮的图拉法渣处理工艺并首次开发应用渣余热回收技术。炉渣处理按100％冲水渣考虑，系统高度安全，作业率高，循环水量小，动力消耗小，粒化渣含水率低，生产条件好。冲渣水余热经过换热为济钢新区“钢城新苑”住户供暖，投运效果良好，实测供水温度在65℃左右，用户室内温度23-25℃，每个采暖季度节约6800吨标准煤，减少SO2排放246吨，减少CO2排放1.74万吨，减少烟尘排放404万吨。

（5）炉腹复合铜冷却壁技术。济钢自主创新开发的炉腹复合铜冷却壁专利技术，具有高导热性能且不存在水管与冷却壁间的气隙热阻，有利于形成能够保护冷却壁自身的渣皮，且渣皮稳定，一旦出现渣皮脱落，能在热面迅速建立起新的渣皮，铜冷却壁热承载能力大，能够短期承受热流密度高达300kW/m2的热冲击，也是高炉长寿的重要技术保证。

（6）超微孔炭砖技术。3200m3高炉炉底炉缸关键部位碳砖与TYK公司合作，研究设计了适合中国国情的超微孔炭砖技术，为高炉长寿奠定了良好基础。TYK公司在超微孔炭砖研究领域起步最早，其生产的超微孔炭砖具有高精度、高热传导性、高稳定性、优良的抗腐蚀性以及超微孔等综合性能，并且采用先进的超声波测试炭砖内部裂纹及组织分布的均匀性，确保炭砖质量。其炭砖已在日本和歌山4号2600m3高炉上已使用25年，国产和进口超微孔炭砖主要技术特性对比见表2。

 图二

（7）煤气全干式布袋精除尘及TRT技术。3200m3高炉煤气全干式布袋精除尘及TRT技术，具有节水、保护环境、节能和进一步降低炼铁工序能耗的优点。系统配以高效旋风粗除尘投运后净煤气含尘量<5mg/Nm3、煤气温度150℃，布袋使用寿命大大延长。采用先进的TRT设计及成套技术，利用炉顶煤气压力能，采用TRT发电，年发电量约1.04×108kWh，吨铁发电30～35kWh，可以回收高炉鼓风机30%以上的电能消耗，具有长期节能环保效益。

3  结语

济钢3200m3高炉工程是进行产品结构调整和生产结构调整的“十一五”重点规划建设工程，环保创新技术的应用有效地改善了高炉炼铁生产环境，并提高了设备技术水平、装备水平和自动化控制水平。

高炉大型化的环保设计、开发和采用的新材料、新设备、新工艺和新产品，经生产实践检验是实用的、成功的。

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