-
张福明
（首钢集团有限公司）
摘 要：进入21世纪以来，为了产业结构调整和产品结构优化，首钢进行了整体搬迁。按照现代钢铁制造流程“三个功能”的工程理念，首钢在河北唐山地区相继建成了迁钢和京唐两个现代化钢铁基地。本文介绍了首钢炼铁系统技术装备及生产技术体系，对近年来首钢炼铁技术进步进行了总结；重点阐述了烧结料面喷吹蒸汽技术、复合球团生产技术、高炉长寿铜冷却壁技术、大型高炉高比率球团冶炼技术、冶金烟气综合治理等技术的研究和应用情况；基于低碳绿色发展理念，对首钢炼铁技术未来发展趋势进行了探讨和展望。
关键词：炼铁；高炉；球团；烧结；高炉长寿；环境保护
1 引言
进入21世纪以来，为疏解北京非首都功能，成功举办2008年北京奥运会，落实北京城市总体发展规划，改善北京环境质量，首钢北京地区钢铁生产设施相继停产、实施搬迁，进行产业结构调整和技术装备升级优化，在河北省唐山市迁安和曹妃甸地区，相继建成并投产了两个现代化大型钢铁厂。特别是首钢京唐钢铁厂的设计建设，基于新一代可循环绿色低碳制造理念，构建了新一代可循环钢铁制造工艺流程，以实现新一代钢铁厂先进钢铁产品制造、高效能源转换和消纳-处理废弃物并实现资源化的“三大功能”为目标，以钢铁制造流程动态有序、协同连续、集约高效为工艺特征，采用现代钢铁冶金工程集成理论和方法、动态精准设计体系，自主创新并集成应用了200余项国际先进技术与装备。京唐钢铁厂是我国沿海靠港自主设计建造的第一个千万吨级现代化大型钢铁厂，充分体现了改革开放以来，我国钢铁工业科技发展的综合水平。首钢迁钢、京唐钢铁厂的高炉主要工艺技术装备见表1。 2 主要技术进步与创新
2.1 多功能复合球团的开发与应用
随着进口铁矿用量的增长，铁矿石中Al2O3含量不断增加，造成炉渣黏度增加、流动性恶化。研究表明，加入MgO能够有效改善高Al2O3炉渣的冶金性能，因而需要在烧结矿中配加白云石等含镁熔剂改善炉渣冶金性能。但在烧结过程中加入过量含镁熔剂以后，造成了烧结矿转鼓强度和粒度下降等问题，给高炉生产造成不利影响。因此，研究MgO的加入量及其合理配加方式，提高炉渣综合冶金性能，成为优化高炉渣系的重要课题。 长期以来，京唐球团生产一直使用秘鲁磁铁矿粉，由于铁矿粉中SiO2偏低，且Na2O和K2O碱金属含量较高，如果不配加高SiO2铁矿粉，球团矿还原膨胀率异常偏高，无法满足特大型高炉生产要求。为有效抑制球团矿还原膨胀率，球团生产线投产初期，采用配加高SiO2铁矿粉措施，将球团矿中SiO2含量控制在3.5%以上，因而降低了球团矿的品位和炉料的综合质量。另外，随着高炉强化冶炼，铁矿资源的劣化和钾、钠、锌等有害元素的不断增加，高炉配加含钛炉料进行护炉已成为延长高炉寿命的重要技术措施，在球团矿中添加TiO2的工艺及其方法也因此被研究开发出来。 京唐在含镁熔剂和含钛资源的选择、热工制度的优化控制等方面进行了大量的研究，系统研究了国内外多种含钛矿粉的TiO2含量及其成球性能，并将理论与试验研究相结合，在实验室实验和工业试验基础上，在大型带式焙烧机上实现了低硅-含钛-含镁多功能复合球团矿的生产。 2014年4月份，京唐开始生产含钛球团矿，球团矿平均TiO2含量由0.09%提高到0.7%；2015年，球团矿TiO2含量进一步提高到1.1%，MgO含量保持1.7%，SiO2含量由2.9%降低到2.8%，球团矿还原膨胀率等冶金性能保持良好。表2给出了京唐复合球团矿的技术指标，表3是京唐配加复合球团后的炉料结构，图1显示了京唐高炉采用复合球团矿前后高炉燃料比和渣量的变化。 2.2 烧结料面喷吹蒸汽技术
烧结料面喷吹蒸汽技术是实现烧结过程污染物减排的一项重要过程治理技术。通过喷吹蒸汽可以改善烧结过程的供氧机制，提高烧结料层燃料燃烧效率和燃尽程度，减少燃烧反应过程对氧的依赖，降低废气中CO含量。由于碳素燃烧生成CO2和CO的放热量不同，从而有助于降低烧结固体燃料消耗，同时破坏二噁英生成条件，减少烧结过程CO、NOx等污染物生成和排放。 2014年以来，首钢开展了烧结料面喷吹蒸汽与降低固体燃料消耗和污染物排放、提高烧结矿质量的机理研究，建立了烧结料面喷吹蒸汽的理论模型；研发了烧结料面喷吹蒸汽工艺和生产制度，在京唐550m2烧结机上成功应用，同时还对在喷吹蒸汽条件下，大型烧结机提质增效的关键技术进行了研究，实现了烧结过程二噁英和CO的协同减排。 2015年5月，在京唐1号550m2烧结机上进行了喷洒蒸汽工业试验。试验期间，烧结负压降低了约0.5kPa，主抽风机的废气温度提高了5℃~7℃，喷洒蒸汽前后烧结矿的成分基本稳定。喷洒蒸汽后，烧结矿转鼓指数略有提高，返矿率降低了约0.3%，烧结固体燃耗降低了1.64kg/t，烧结矿的粒度有所改善，其中5mm~10mm烧结矿比例降低了0.8%。 实践表明，烧结过程料面喷洒蒸汽有助于改善烧结矿质量和降低固体燃耗。总体来看，烧结料面喷洒蒸汽后，烧结速度和料层透气性得到提高，在降低固体燃耗的同时，烧结矿质量有所改善。烧结烟气中二噁英和CO含量显著降低，污染物减排效果显著（如表4所示）。 2.3 高比例球团矿冶炼技术：
同烧结矿相比，球团矿具有品位高、成本低、工序能耗低、污染物排放少等综合优势，因此提高炉料中球团矿比率有利于改善高炉操作、优化技术指标、降低环境污染。首钢结合自有资源条件，充分利用自产秘鲁球团矿粉资源，开展了5500m3特大型高炉高比例球团矿冶炼技术研究。 2015年12月份，在京唐1号高炉进行大比率球团矿冶炼工业实验，球团矿比率从开始的33%，按照41%、46%、51%三个阶段逐步提高球团矿比率，探索了超大型高炉使用50%大比率球团矿冶炼的可行性和适应性。在工业性试验前，高炉生产稳定，矿石批重为172t，焦炭负荷为5.57，焦炭批重为30.9t（干基），焦丁为2.1t，高炉风量达到8400m3/min以上，铁水温度为1500℃，风温为1250℃，喷煤量为105t/h~110t/h。在试验期间，球团矿中MgO含量控制在1.6%（之前为1.73%），TiO2含量控制在1.15%（之前为1.27%）。表5为京唐1号高炉高比率球团冶炼工业试验效果。
(责任编辑：zgltw)
