8 炼铁技术的发展
8  炼铁技术的发展
新技术革命的浪潮带来一个新的信息，似乎化工原料或新型材料将取代传统的金属材料，钢铁工业已是“夕阳工业”。这对一些发达国家而言，也许是事实。因为在这些国家，钢铁工业已获得长足发展，它经历了发展、成熟和衰减阶段，转而向高级、精密、尖端、智能方向发展，以后去更大的利润。但是，我国目前的经济发展只处于工业化的初始阶段，具有与发达国家完全不同的特点，发展包括钢铁在内的原材料工业已成为国家中长期经济发展规划的内容。对于新型材料的发明研制，需要一定的技术基础，其广泛应用更需要其他各种技术的协调，尽管我国某些技术已局于世界前列，但总的技术状况还是比较落后的，因此开发应用各种新型材料还有一个过程，即使研究出具有钢铁性能的新材料，但是要完全取代钢铁是很难做到的。因此，在今后相当长的一段时期内，高炉冶炼仍将是钢铁生产中的主要手段，而且必要加快炼铁技术的进步与发展。总的发展方向是：节约能源、资源，提高设备效率，实现全方位自动化，加强环境保护，实行综合治理。
玛瑞亚玛瑞亚什么歌              8.1  高炉炼铁的发展
8.1.1  高炉大型化和自动化
  近年来，我国炼铁生产技术处于快速发展阶段，生铁产量高速增长，国内外炼铁装备在向大型化、自动化、高效化、长寿化、节能降耗、高效率方向发展。同时，一些炼铁企业已开始向环保治理方向投入，向清洁炼铁方向发展。
自制手帐用品教程8.1.1.1  高炉大型化
  目前，世界高炉大型化、现代化的趋势和水平可以概括为：高炉容积4000~5000 m3，日产量生铁能力1.0万~1.3万t，年产规模300~400万t，焦比由过去700~800kg/t降低到240~300kg/t，煤比150~200kg/t，有的已突破250kg/t，富氧25%~40%，风温1300~1400℃，高压250~300kPa，渣量由过去的700~1000kg/t，降低到150~300kg/t，孰料率80%~100%，利用系数2.3~3.0t/(m3·d)，生铁含硅量小于0.5%，含硫小雨0.33%。我国目前最大的高炉是宝钢3号高炉，容积为4350m3。现首钢正在河北省曹妃甸建设5500m3级的高炉。
8.1.1.2  高炉自动化
  随着高炉检测技术和计算机的发展，在高炉大型化的要求和推动下，高炉的自动化有了迅猛的发展，以计算机的广泛运用为其主要标志。
A  高炉检测技术的发展
现代高炉检测技术的发展集中表现在：开发更多的检测项目；使用微型计算机运算和补正以提高检测精度；开发设备诊断技术。主要有：
1 面形状测量。采用辐射线或超声波式料面仪测料面形状（如图8-1所示）。
⑵煤气流分布测量。测定方法是把热电偶直接通电，使测温点到规定温度，停止通电后，煤气流将测温点冷却，测定其冷却速度并补正煤气成分、温度和压力的影响，就可得出煤气流速。将探针在炉喉半径各点上进行测量后，便得出煤气流分布情况。所有这些操作和处理均由计算机来执行（如图8-2所示）。
⑶炉顶煤气成分分析。主要包括：除尘器后总的煤气成分分析和炉喉两垂直径向上各点煤气分析。使用固定探针，一次取样，然后依次自动分析各个样品。分析仪器采用带微型计算机的谱仪和质谱仪。
⑷软熔带的测量。测量方法有：在炉身静压力计测量数据的基础上推算的方法；以炉喉煤气流分布为基础，划分为多个同心圆模型推算的方法，从炉顶插入特殊导线，以其残存长
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度直接测定的方法；从炉顶插入热电偶，以其长度和测得的温度进行推算的方法；插入垂直或倾斜探测器测量的方法；在炉料中装入示踪原子的方法等。
⑸炉料下降速度的测量。最近开发的炉料下降速度测量方法有电磁法和电阻法。日本新日铁公司塄厂利用磁场原理，用传感器测量料层下降。传感器安装在炉身各层及各个方向耐火砖内，利用下降矿石的焦炭磁导率的不同测定炉料下降速度。电阻式传感器是用测量料层的电阻确定焦、矿层的下降速度。
⑹风口前的检测。主要有：用工业电视测量风口前焦炭回旋区的状况、焦炭粒度和温度水平等；测量炉内微压变化，了解悬料、崩料、管道行程等炉况，并可推断焦炭回旋区状况；测量各风口的风量和风口前端的温度等。
⑺设备诊断。主要包括风口破损的诊断；炉身冷却系统的诊断；耐火材料烧损的诊断。
⑻焦炭水分测量。目前常用中水分计测量焦炭水分。所用的中子源为251cf射源，其中子与射线平均能量为2MeV，水分测量为0~15%，密度为0~1g/m3。
除了上述各种检测技术外，还有煤粉喷吹量测量和渣、铁水测温等技术。
B  高炉生产过程的部分自动控制
国内外先进高炉的部分生产过程、如鼓风机、热风炉、炉顶煤气压力调节、装料和喷吹燃料等系统，已采用计算机实现了自动控制。
⑴热风炉的自动控制。计算机控制热风炉的主要内容是确定最佳的燃烧制度，根据燃料废气成分分析、废气温度和炉顶燃烧温度等参数，自动调节助燃空气和煤气量，自动确定换炉时间和进行换炉，以及自动显示和打印各种参数及报表，与人工操作相比较，自动控制能节省燃料，保持送风温度、风量和风压稳定，安全可靠，充分发挥了热风炉的能力和提高了热风炉的寿命。
⑵装料系统的自动控制。它主要包括装料设备的顺序控制和焦炭、铁矿石及其他原料的自动称量、装料顺序控制。相应的控制系统由两部分组成，即高自动操作所必须的基本功能和由于添加计算机而具有的附加功能。
⑶高炉的自动控制高炉冶炼过程进行着复杂的传质、传热和传动量过程，影响因素多，采用电子计算机实现高炉冶炼过程的自动控制十分困难。尽管如此，经过30年的研究和探索，高炉上采用电子计算机控制现在已经有了很大的发展。
  高炉的自动控制有两大类：一为目前馈控制：二为反馈控制。控制高炉的一般方案如图8-3所示。
前馈控制就是控制输入参数（炉料和鼓风）使首尾一致，尽量见识输入参数的波动。对于高炉来说，前馈控制尤为重要。因为高炉的纯时延和时间常数很长，如果输入参数波动很大，在为了校正高炉的偏离而采取的措施尚未产生全部效应之时可能遇到新的变化，使措施无效，甚至造成更大困难。
反馈控制就是根据输出参数，如铁水成分、铁水温度、煤气成分、料柱透气性等偏离预定标准指的程度，改变输入参数以消除波动。
以上两种控制方法中，前馈控制是基础，反馈控制也是必不可少的，但后者只有前两者的基础上才能发挥作用。
利用计算机模拟高炉的操作系统称为高炉的数学模型。高炉数学模型是高炉计算机系统的灵魂。它是比较完整的数学表达式，每一个高炉计算机系统都必须由若干数学模型支持其工作。功能越完备的系统，其数学模型的构成就越齐全和完善。高炉数学模型的种类很多，
按使用目的划分，有控制模型和解析模型；安模型构造方法划分，有统计模型、物料及热平衡模型、反应工程学模型和控制论模型。
目前，高炉计算机控制领域里还有大量的课题亟待研究和解决，主要是：高炉冶炼过程规律性深入研究，探索和简历更完善的数学模型；高炉检测技术进一步发展，为计算机提供更为准确可靠的检测参数和信息；高炉的各种操作必须逐步完善，由性能良好适合于自动控制的机械所代替。高炉自动化的发展目标是实现全面自动化，但要打到这一目标还有很长一段路要走。
8.1.2  高炉喷吹还原气体
射手座男  在高炉风口喷吹含碳氢化合物的辅助燃料，会产生理论燃烧温度降低等不良影响。若将重油和天然气等辅助燃料转化为还原气体（CO，H2）再喷入高炉内，就可以避免辅助燃料直接喷入时的不利影响，取得更好的喷吹效果。
  高炉喷吹还原气体的研究工作开始于20世纪50年代，60~70年代进入工业性实验阶段，目前仍在进行官方的研究和实验。
8.1.2.1  还原气体的制取方法
  高炉喷吹还原气体中，CO和H2的含量应该在90%以上，温度应高于1000℃。目前制取还原气体的主要方法是重油和天然气的裂化转化法，其次还有高炉煤气清洗转化法等。
A重油和天然气裂化转化法。
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  此法是将重油或天然气通入一特制的转化炉内，并通入一定的氧气进行燃烧，以供给热量和高温，使重油蒸发为油气和裂解为相对分子质量更小的碳氢化合物，燃烧生成的CO2和H2O再与其余的碳氢化合物进行转化反应，最终得到还原性气体。
此法生产连续，安全可靠，裂化气体含水低，气体温度高（1000~1100℃以上），符合高炉冶炼要求，固采用较广泛。
B  高温裂解法
  此法是将天然气或重油通过1200℃高温裂化炉（蓄热室格子砖），并通入预热到900~10
00℃的蒸气（经过预热炉），使天然气或重油进行高温裂解转化，最后制得温度高于1000~1100℃的裂化气。
B  高炉煤气清洗转化法
  高炉煤气清洗法是将高炉炉顶煤气中的CO2清除掉，或将CO2转化为CO制取还原性气体。对于CO2的去除，可用单乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA），K2CO3、K关于爱情的一段话2O等加热清洗吸收法。对于CO2的转化，可在高温转化炉中将高炉煤气与天然气或焦炉煤气混合，使CO2与CH4发生转化反应（CO2+CH4→2CO+2H2），从而使CO2转化为CO。
8.1.2.2  还原气体喷入高炉的方法
  关于还原气体喷入高炉的方法目前尚无定论。喷入还原气体的墓地在于提高炉内煤气中还原气氛的浓度，从而发展间接还原，降低直接还原度。因此，最好是从间接还原进行最激烈的区域喷入，即从炉身下部、炉腰或炉腹处喷入。若喷入位置较高，则还原气体与炉料的解除时间短，同时温度太低，还原气体分布不均，难以吹透炉子中心，因而不利于还原气体参加还原，使还原气体的利用率降低。若喷入位置太低，比如从风口喷入，则因还原
气体的温度不高，会使炉缸温度降低，同时使炉缸煤气量增大，对顺行不利。但是，正在研究的还原鼓风新工艺采用的却是还原气体从风口喷入的方法。
  高炉喷吹还原气体的工艺是可行的，是高炉炼铁的一项新技术。但目前这一工艺仍然处于实验研究阶段，尚有许多可图有待研究和解决。关键再与寻求更经济合理的制取还原气体的方法，其次在于探索更有效的喷吹方法和制度。
8.1.3  高炉使用金属化炉料
  高炉使用金属化炉料（或称为预还原炉料），是将铁矿石的部分还原任务移除或提前到生产烧结矿或球团矿阶段进行。这样可以减少铁矿石在高炉内还原消耗的碳量，即减少焦炭的消耗量。
  此外，金属化炉料的冷强度高。由于金属化炉料基本不含Fe2O3,相当一部分FeO已还原为金属铁，减少了高炉内还原过程中的破碎，改善了料柱的透气性。再有，金属铁的存在能明显提高炉料传热能力，加速炉内热交换过程。

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