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摘  要  通过介绍现有的几种主要的炼铁工艺的具体情况，分析每种炼铁工艺的优缺点，分析炼铁工艺的改进和发展方向，希望能够进一步改善炼铁工艺。为炼铁工艺的进一步发展提供理论指导。

关键词  主要炼铁工艺  优点  缺点

1  前言

了解炼铁工艺，需要先从钢铁冶金说起。所谓的钢铁冶金，是指从含铁的矿石原料中提取出铁水的过程，一般是通过高温加热的方式完成的。提炼出来的铁水也就是生铁。这个加工处理的过程又可以分为炼铁和炼钢两种。伴随着技术的发展，现在炼铁和炼钢的技术不仅仅包括提炼的过程，还包括了其上游的一些工序。

炼铁和炼钢的工艺还是有明显区别的，炼铁是把铁矿石中的铁纯化的过程，得到的铁水就是生铁，当然生铁也不是纯粹的铁，世界上是不存在纯粹的铁的，生铁只是铁含量较高。炼铁的本质是一个还原的过程。炼钢则完全不同，炼钢是以生铁活废钢为原料，经过熔炼得到合格的钢液，并利用模具浇铸成需要的形状的过程。炼钢本质上是一个氧化的过程。

可以看出，炼铁的成品生铁是炼钢的原料，而炼钢的成品因为强度高韧性好，可以加工成多种多样的钢材制品，有更广泛的应用。但是炼钢的前提是炼铁。这就充分明确了炼钢和炼铁的关系和区别。

本文主要讲解炼铁的方式和优缺点，从炼钢和炼铁的关系可以看出炼铁技术的改善也可以从根源上为炼钢技术提供保障，从而为钢铁的使用提供更好的支撑。这也是研究炼铁工艺的动力所在。

2  钢铁冶金的重要性

钢铁是重工业的基础，是国民经济的重要支柱，是社会和经济发展不可缺少的重要资源。上文从炼钢和炼铁的关系阐述了钢铁之间的联系，概述了钢铁对经济建设和社会发展的作用，下面从几个具体的方面来展现钢铁在日常生活和社会发展中的重要作用：

2.1  交通

交通队一个国家和一个城市发展的重要性不言而喻，而现今社会，远行的主要方式就是铁路和航空。铁路的发展很明显离不开钢铁，铁轨、火车都是钢铁铸造而成；航空设备中，飞机的发动机、起落架、主梁等关键部分都是钢铁铸造而成。除了远行之外，现在城市里人们出行的主要方式是开车，汽车的主要原谅也是钢铁。由此看来，没有钢铁就没有各种交通工具，钢铁对交通的重要性可想而知。

2.2  建筑

除了出行，另一个人们生活必不可少的因素就是住宅。我们经常可以见到各种厂房、高楼、造型奇特的商场、剧院、音乐厅、博物馆甚至大学的图书馆等，很多都是利用了钢结构做出漂亮而结实的造型。钢结构建筑更坚固耐用，有利于抗震，易于维护，有利于环境保护，可以实现各种造型，使建筑更加美观。事实上，建筑用钢通常在钢的使用中占据首位。

2.3  国防

钢铁在国防中的使用更是显而易见，枪、炮、坦克、飞机等无不需要钢铁作为原料来制造，甚至卫星和运载火箭也是以钢铁作为原料的。海军的军舰和潜水艇也离不开钢铁，所以钢铁是国防用具的最基本的原料。

2.4  能源

能源的重要性也是不言而喻的，常见的能源种类有石油、煤炭、电能等。在石油开采中需要钻台、井架、石油平台等，都是需要用大量的钢来建成的，就连输送石油的输油管道也是钢结构的。对于煤炭资源而言，在采集过程中要实现机械化也需要用钢。电能设备中，常见的发电设备也是用钢材制成的。

从上述几个方面可以看出钢铁在国家建设和人们的日常生活中发挥着非常重要的作用，为社会发展做出了不可替代的贡献。因此，进一步提高钢铁冶炼技术，对国民经济的发展至关重要。而钢铁冶金的基础在炼铁，要改善提高炼铁技术，首先要充分了解现有的炼铁工艺。

2  我国现有的主要炼铁工艺

我国现有的炼铁工艺主要有以下几种：高炉炼铁工艺、直接还原炼铁、熔融还原炼铁。后两种又被统称为非高炉炼铁工艺。下面我们来详细了解这几种炼铁工艺：

2.1  高炉炼铁工艺

高炉炼铁是目前占据绝对主导地位的炼铁工艺，我国已经掌握了此项工艺的精髓，高炉炼铁因为发展时间长、技术比较成熟、产量大灯优势，在世界炼铁工艺中也一样居于主体地位，全世界有九成以上的铁都是高炉炼铁的方式炼出来的。

（1）原料

高炉炼铁的原料主要有烧结矿、球团矿、块矿和焦炭。我们文章所说的炼铁工艺包括其上游的一些程序，指的就是包括这些原料的制作过程。其中最主要的是焦炭的生产。

焦炭在高炉炼铁中充当发发热剂、还原剂和料柱骨架。越大的高炉对焦炭的要求就越严格。但是焦炭是主焦煤炼制而成的，炼制的过程比较复杂，需要的设备投资极高，而且炼制焦炭的过程中污染非常严重，另外，炼焦煤的资源有限，越用就会越少，这就要求人们用新的方式来炼铁。而对于高炉炼铁来说，目前并没有别的原料来代替焦炭。因此，后来出现了 高炉喷吹煤粉工艺，它相比于焦炭来说，能减少污染，节约能源，生产喷煤的车间投资相对焦化厂来说也小很多，算来此项工艺代替焦炭会产生较大的经济利益。

（2）主要炼制过程

将炼铁原料放进高炉，利用高温实现铁和氧元素的化学分离，分离后的金属与脉石的熔融态机械分离，在高炉底部变成纯度和温度都合格的铁水。高炉炼铁是在原料在高炉中的下降和煤气在高炉中的上升这一过程中经过一系列物理化学反应得到最终的状态，在炼铁过程中，要保持原料在炉内均匀下降和煤气正常上升，这是炼铁的关键。

2.2  非高炉炼铁

（1）直接还原炼铁

直接还原炼铁又分为煤基直接还原和气基直接还原两种。其中煤基直接还原又被称为转底炉工艺，也被称为第三代炼铁技术。但是研究人员认为这种方式不是最好的炼铁工艺流程，还不能够代替高炉炼铁的工艺，但可以处理含锌的的钢铁，所以在目前国内有少量投产。

（2）熔融还原炼铁工艺

概括来说，熔融还原炼铁就是非高炉冶炼液态铁的工艺流程。开发此项技术的最终目的就是代替高炉炼铁，解除焦炭炼铁带来的巨大负担。

1989年11月投产的COREX工艺是第一个投入实际生产的熔融炼铁工艺，炼制流程如图1 。

除此之外还有同样备受关注的FINEX法，它是在上述方法基础上进一步发展的熔融还原炼铁工艺，但设备的生产成本、运行的稳定性等问题还有待验证，因此目前并未投入生产。

3  各项炼铁工艺的优缺点分析

3.1  高炉炼铁

优点：高炉炼铁的优点可以概括为技术成熟、产量大、效率高。高炉炼铁至今为止仍然是炼铁工艺的龙头，如今炼铁高炉已经实现大型化，并且不断延长使用寿命。一座高炉最高可以达到年产铁400万吨，这是个很庞大的数字。因此，应该说现代炼铁工艺是建立在高炉炼铁的基础上的，而且在短时间内，这种情况不会被改变。而且在高炉炼铁领域，我国已经掌握比较先进和成熟的技术，高炉的生产成本已经相对较低。

缺点：相对于产量高的优势，高炉炼铁的缺点也一样明显。

一是高炉炼铁离不开焦炭思源，但是焦炭资源越来越少，而是价格越来越高，炼铁的成本也会越来越高，而且很可能有一天会面对焦炭资源的枯竭，到时候对炼铁工业的发展也是个很大的威胁。从全世界的范围来看，焦炭的储存量确实很少，但是我国目前不必对这个问题过分的紧张，因为我国年产煤量并不算小，焦炭是煤炭经过加工得到的产品，用一部分煤炭的加工品来为炼铁服务是非常正常的消耗，因此炼铁并不是不应该使用焦炭，相反，恰当的使用焦炭是非常合理的。但是并不是说可以肆无忌惮，煤的储存量是一定的，属于不可再生资源，我们对焦炭的使用也应该更加珍惜。因此对待焦炭炼铁不应该完全持反对的态度，而是应该更加高效的利用焦炭，提高焦炭的使用效率，做到少浪费，多出产。

二是高炉炼铁对环境的损害非常大。我们一直都知道钢铁冶炼是重工业的基础，是污染很重的产业。而高炉炼铁一直是炼铁行业的最主要方法，之前所说的炼铁污染大说的就是高炉炼铁。各种炼铁的污染物排放给环境造成了很大的负担。

三是高炉炼铁的生产流程长。高炉炼铁是典型的资金密集型和劳动力密集型的产业，炼铁的程序相对较复杂，链条长，造成投资多，成本高。关于这个缺点，如果追本溯源，几百年前的高炉也是短流程的，把原材料放进高炉就可以炼铁。但问题是，那时候的炉子很小，生产出来的铁质量低，产量也低，而且能耗极高。是在焦炭发明中后才有了现在的大型高炉炼铁，现在的高炉炼铁和以前的小钢炉炼铁相比，效率更高，产量更大，也表示炼铁技术的进步。所以现在的高炉炼铁流程长并不表示技术水平低，反而是技术进步的一种表现。但是较长的流程会造成能耗和排放量都比较高，因此以后的发展方向应该放在如何降低能耗和降低排放量上面。

四是能源消耗率高。高炉炼铁对能源的使用率低，而且能源的使用不合理，生产过程中有大量的热能不能充分利用，这部分被浪费的能量占据总能耗的70%以上。因此，高炉炼铁对能源有大量的浪费。而且高炉炼铁是一个复杂的过程，需要反复加热和冷却，这些浪费不能避免，目前还没有一个很好的方式来利用这些浪费的能量。

分析完高炉炼铁的优缺点，我们还应该纵向来观察一下高炉炼铁在近十年的发展，这项技术也在不断的进步当中：

首先，高炉的使用寿命越来越长。从高炉的设计、操作和维护上开发了新技术，使得高炉可以有更长的使用时间，已经从以前的十年到18年，又从18年到20年以上，现在已经将长寿目标放在30年。这些显著的进步将极大降低炼铁的生产成本。

其次，高炉的形状有新的设计，这种形状的改变可以降低炼铁过程中对炉子的腐蚀，这样可以避免炉子被过早的破坏，也是延长高炉寿命的方法之一。

第三，高炉以煤代焦技术的发展。即喷煤技术的出现和发展，可以节省炼铁设备的资金投入，还能在一定程度上减少能源消耗。

3.2  直接还原炼铁

优点：不需要焦炭，不需要炼焦，污染小；流程短，人力物力消耗比较小，成本低。

缺点：对材料要求严格。气基还原需要有大量的天然气作为原料来供应生产，煤基还原需要大量性能好的煤。

3.3  熔融还原炼铁

优点：熔融还原炼铁以煤为生产原料，降低生产成本，解决了炼焦过程中污染重、成本高、资源有限的问题；生产效率比高炉炼铁更高；设备更简单，操作更加灵活方便，危险性降低，且更易于控制；最重要的事建设熔融还原炼铁的设备比高炉的投资要低。

缺点：（1）研究技术有限，目前还没有大规模投入生产，设备性能和生产效率不能保证；（2）继承了一些高炉炼铁的固有的缺点，例如不能直接使用粉煤等。（3）研究力量比较分散，多国多厂家各自研究，没有一个最主流最优越的方法来统领此项技术。

4  各项炼铁工艺的比较

笔者对现有集中主要的炼铁工艺进行了比较，比较主要针对以下几个经济指标：生产率、成本、设备利用率、投资。比较的前提是铁矿石全部进口，煤焦全部来自国内市场，生产设备95%国产这样的同等条件。得出下表：