关键词：高炉冶炼炼铁；技术分析；工艺流程

高炉冶炼炼铁技术是冶金工业中的关键环节，为现代社会提供了不可或缺的铁基材料，支撑着建筑、交通、能源等各行各业的发展[1]。然而，高炉冶炼炼铁并非仅仅是一项传统的冶炼工艺，经历了多个世纪的演变与革新，不断适应着不同时代的需求和挑战[2]。本文通过深入研究与探讨高炉冶炼炼铁技术的工艺流程，旨在为高炉冶炼炼铁领域的从业者和研究者提供有益的知识，推动这一关键领域的不断发展与改进。

高炉冶炼炼铁技术是一种利用高炉将铁矿石还原为生铁的方法，是现代钢铁生产的重要环节，对高炉冶炼的影响及其重要，其效果如表1所示[3]。高炉冶炼的原料主要由铁矿石、焦炭和熔剂三部分组成，1t生铁通常需要2~3t原料来进行冶炼。高炉冶炼的基本原理是利用焦炭和喷吹物中的碳及一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁[4]。铁水和炉渣从高炉下部分别排出，而煤气从高炉顶部导出，可以作为工业用煤气或发电用途[5]。

1.1喷吹生物质及木炭技术

利用动植物或微生物代谢产生的有机物作为新能源，替代部分焦炭，提供热量和还原剂的技术，可以有效地降低二氧化碳的排放量，改善高炉的热制度，提高原料的还原能力。生物质和木炭通过不同的方式进入高炉，例如直接喷吹、混入焦炭或铁矿等。生物质和木炭在高炉内部发生多种反应，包括气化、裂解、氧化、还原等。这些反应可以增加高温区域的温度和气体流动性，促进铁矿的还原和熔化。同时，生物质和木炭的碳循环可以实现零排放或负排放的目标。

1.2粒煤喷吹技术

将粉末无焦或焦化性能较差的无烟或软质粒（粒度小于6mm）与高温空气一起从风口喷入高温区域，在风口前气化并与空气混合后进行局部富氧化反应，产生大量的一氧化碳和少量二氧化碳及水蒸汽等气体，并释放出大量的反应焓。通过该技术可以有效节约设备投资，降低焦比，提高安全性，降低生铁成本。粒形无焦喷吹技术可以分为两种类型：直接喷吹和间接喷吹。直接喷吹是指将粒形无焦直接与空气或富氧空气混合后喷入高温区域。间接喷吹是指将粒形无焦先在外部设备中进行预处理，如干馏、水汽重整、气化等，然后将产生的可燃气体与空气或富氧空气混合后喷入高温区域。粒形无焦喷吹技术可以提高高温区域的温度和还原度，增加铁液的流动性和纯度。

1.3铁焦技术

铁焦技术是将铁矿粉与低价格的黏结煤等原料混合，通过连续式干馏炉加工成含铁量较高的铁焦，再用于高炉冶炼。具体来说，铁焦是一种含有质量分数约30%~40%铁元素和约60%~70%固定碳的固体产品。铁焦在干馏过程中会产生可回收利用的挥发分和焦油等副产品。铁焦在高温区域会发生快速还原和软化熔化，形成液态金属铁和渣滓。铁焦技术可以减少对优质焦炭的依赖，降低环境污染，提高反应速度，节约煤资源，降低焦比。

1.4氧气高炉关键技术

氧气高炉关键技术分为两种类型：富氧高炉和纯氧高炉。富氧高炉是将空气中的氮气部分替换为氧气，使得进入高炉的气体中φ（O2）约25%~50%。纯氧高炉是将空气完全替换为氧气，使得进入高炉的气体中φ（O2）约95%~99%。氧气高炉技术可以降低风口区域的温度和压力，减少非生产性的反应，提高铁液的含碳量和品位。另外，还可以采用CCS技术（二氧化碳捕集与封存技术），将高炉排出的二氧化碳进行分离、压缩、输送和储存，减少温室效应。

高炉冶炼炼铁技术的工艺流程是一个高度复杂而协同的生产过程，其主要目标是将铁矿石分解成纯净的铁液。这一过程包括多个关键步骤，从还原反应开始，通过使用还原剂实现铁与氧元素的分离，进而将氧化的铁矿石还原成金属铁，形成铁液。接着，机械分离步骤是将纯净的金属铁与矿石中的杂质（通常是脉石）分离开来，这一过程被称为熔化与造渣。温度控制是整个过程中至关重要的一环，通过液体铁与铁渣的相互作用，确保铁液保持稳定的温度。

高炉炼铁技术步骤如图1所示。首先是上料工艺，根据高炉容积确定合适的原料配置比例，以确保铁矿石、焦炭和其他添加剂被适当投放到高炉中。随后，装料系统将各种原料均匀地分布在高炉内，并密封高炉顶端，以维持内部的高温环境。送风系统提供燃烧所需的氧气，通过预热后的冷风加入高炉，促进还原反应和熔化过程。煤气净化系统则对未经处理的燃烧气体进行处理，以去除有害物质，生成清洁的燃气，这有助于高炉的稳定运行。喷吹燃料系统通过向高炉内均匀喷吹磨制好的煤粉，可维持高温，促进还原和熔化反应的进行。最后，处理铁渣时，将沉降后的渣滓与铁液分离并予以处理，确保获得高质量的铁液。