对高炉低碳低成本炼铁几个技术问题的剖析

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1、2014年炼铁精细化管理，挖潜补漏及新技术应用研讨会会议论文集对高炉低碳低成本炼铁几个技术问题的剖析王筱留祁成林（北京科技大学，冶金与生态工程学院）1.前言当前高炉炼铁受原燃料价格上涨，市场疲软和环保要求的压力，正在努力实现低碳低成本生产。为此在寻求适合于本地区，本厂的一些技术措施来降低燃料比实现低碳低排放，来降低吨铁生产成本为企业创造更多的效益。人们在找新技术，新措施。高炉炼铁技术已有很长的历史发展历程。到今天一方面仍然属于黑匣子。对很多内在的规律还没有找到或没有解决（例如热交换，特别是对流传热和辐射传热），另一方面很多技术已

2、经相当成功地应用于生产，再找新的极为困难，虽然有专家，教授等在1-2百年来的专利中找出一些在生产中难于实现或难于取得好的效益的专利技术加以改头换面，并大力宣传，成为当前所谓的新技术，新流程。本人认为新旧是相对的，有些技术在其他厂和高炉已成功地应用，不是新技术了，但是对从未用过的厂和高炉来说就是新技术。对这些厂和高炉想采用，那就要作科学的研究和分析，这个“新”技术是否适合你厂高炉的冶炼条件，或者你有无创造必要的条件来应用这个“新”技术的可能，作者想通过本文来剖析一些技术，作为厂家和高炉炼铁工作者选用这些技术时的参考资料，作者希望这

3、样的剖析对厂家在选用“新”技术时有所帮助。2.向高炉喷吹H2或富H2燃料近年来，国内外的部分专家，教授宣传最多的技术之一是向高炉喷吹H2或富H2燃料，其目的是用H2来代替碳和CO还原铁氧化物，达到低碳炼铁，“中国钢铁工业科学与技术发展指南（2011年-2020年）”，将喷吹焦炉3煤气列为炼铁工艺关键技术，要求喷吹焦炉煤气量达到或超过100m/t，高炉要不要喷吹富H2燃料，例如焦炉煤气，3能不能达到喷吹焦炉煤气量≥100m/t，是需要认真分析的，作者在2013年曾发表过多篇论文，阐说喷吹焦炉煤气存在的理论和实践问题，现再补充剖析。

4、2.1热力学和动力学分析从高炉炼铁的基本工艺原理来研讨。高炉炼铁是火法冶金。它生产的产品是液态高温（1475-1510℃）铁水，生产单位生铁需要消耗9-11GJ/t热量，这个巨大数量的热，主要是由碳在炉内氧化成CO和CO2放出的（约占总热量的75%-80%），其中碳在风口前燃烧放热占25%左右，碳在直接还原中放热占9%-10%;而CO在间接还原中放热占43%-45%，而H2在间接还原过程中放出热量只占5%左右。向高炉喷吹H2或焦炉煤气，其特点是在高炉内放热少，因为碳氢化合物中的H2在风口前燃烧时，只有其中的碳氧化成CO放热而氢是

5、不能氧化成H2O放热的。焦炉煤气含H2多含C少。因此从风口喷入高炉后在风口前燃烧放热很少。焦炭或煤粉中C燃烧C+1/2O2=CO焦炉煤气中碳氢化合物燃烧（以CH4为例）CH4+1/2O2=CO+2H2表1和表2列出不同燃料喷入高炉后燃烧放热与焦炭燃烧放热的比较。表1不同燃料在风口前燃烧放热比较燃料种类燃料中H:C放热量KJ/kgC%焦炭0.002～0.0059800100无烟煤0.02～0.03940096气煤0.08～0.10840085重油0.11～0.13750077甲烷（天然气0.333297030中占90%～95%）-

6、1-2014年炼铁精细化管理，挖潜补漏及新技术应用研讨会会议论文集3表2焦炉煤气成分（%）和燃烧放热量（GJ/m）成分H2COCH4CnHmO2N2CO2H2O燃烧热值平均成分606.5262.20.63.02.6-完全风口前波动氛围58~625.5~8.62.4~3.02.0~2.50.5~1.22.7~3.62~3.02-318~200.08~0.18中国某厂59.28.629.42.01.23.62.0-19.6—成分所以从高炉炼铁的供热角度看喷吹H2，焦炉煤气等高H2燃料是难于代替碳发热作用的，那么从还原角度有如何呢？图

7、1叉子曲线从铁氧化物还原的热力学规律（图1）来分析，图1显示CO和H2的还原能力，即从FeO夺取氧的能力在810℃发生了变化，在810℃以上H2还原能力比CO强，还原中需要平衡产物H2O，以保证反应向生成金属Fe方向进行的还原剂过剩系数n小于CO的n值，而在温度低于810℃时相反。H2的还原能力不如CO，过程系数n值H2的比CO的大（见表3）,它说明在高炉中上部中低温区的间接还原中H2的作用不如CO。表3不同温度下FeO还原到Fe的还原剂过程系数n值不同温度下的过剩系数n值还原剂还原反应600700800V90010001100

8、1200H2FeO+nH2→Fe+(n-1)H2+H2O4.183.342.942.602.342.352.25COFeO+nCO→Fe+(n+1)CO+CO22.122.502.883.173.523.824.12从动力学规律来分析H2和H2O的密度和黏度都小