储满生赵伟柳政根王宏涛唐珏
当前，高炉炼铁正朝着高产、低污染、低能耗的偏向成长。
为了实现这一目标，以高炉应用含碳复合炉料为代表的一些改革炼铁技巧已经投入应用。含碳复合炉料比拟于传统的高炉炉料（烧结矿和球团矿），具有高温强度高、还原机能好以及原料适应性强等优势。研究注解，高炉应用必定量的含碳复合炉料可以降低热空区温度，增长产量，降低焦比，高炉热应用效力明显进步，操作机能获得有效改良。
含碳复合炉料相符高炉成长须要
数据统计显示，2010年我国钢铁工业CO2的排放量占全国化石燃料CO2总排放量的15%，个中炼铁环节（包含烧结、球团、焦化和高炉炼铁工序）CO2排放量占全部钢铁临盆流程的87%。此外，跟着优质富矿资本的削减，烧结和球团的临盆面对较大的压力，且质量较差的烧结矿和球团矿入炉后会降低高炉的冶炼指标。是以，在全球变暖问题日益严重、优质矿石焦煤等资本日益紧缺的大背景下，弗成避免地请求全部行业积极成长情况友爱的低能源消费技巧，一方面可以降低CO2的排放，另一方面灵活应对优质原料缺乏对钢铁工业成长所带来的压力。
平日，高炉应用的含碳复合炉料重要包含冷凝集含碳球团、铁焦和热压含碳球团三种。现阶段，高炉应用含碳复合炉料的研究热点重要集中在铁焦以及热压含碳球团上。传统的不雅点认为，焦炭的反响性较低时，高炉内部焦炭的熔损程度低，对高炉的透气性有利。但相干研究指出，高炉操作实际上并不请求反响性低的焦炭，相反，跟着高质量的炼焦煤日益削减，如安在不降低高炉冶炼指标的前提下，尽可能多地应用通俗煤粉来代替焦炭正成为研究的热点。
在高炉冶炼过程中，热空区温度重要取决于焦炭的气化反响，焦炭反响性增长使得气化反响在较低的温度区域即可进行，从而降低了高炉热空区温度。但在进步焦炭反响性的同时，进步矿石的还原性也异常重要，不然只会增长炉顶煤气中CO的浓度，晦气于进步焦炭的应用率。含碳复合炉料因为在压抑过程中其内部的煤粉与铁矿粉接触慎密，并且其内部存在碳的气化和铁氧化物还原的耦合反响，使得其还原机能好。
为进步高炉反响效力，可以以里斯特操作线图来解释若何控制操作程度（如图所示）。在保持热空区温度不变（A→B）的情况下，为了更好地进步炉内反响效力，有须要使操作线（图中的AP线）向W点移动。同时，也可以降低热空区温度（B→C），使得W点向右移动，从而进步CO的应用率。平日情况下，A→B可以采取改良烧结矿还原性和合理布料轨制等办法。入炉原料如烧结矿还原性的进步，合理布料轨制可以使煤气流分布加倍合理平均，从而加强间接还原反响，进步CO应用率和炉身工作效力等，使操作线AP绕P点向右迁移转变（此时W点并未移动）。B→C可以采取进步焦炭反响性、应用含碳复合炉料等办法。含碳复合炉料的还原机能优胜，并且其在热处理过程中的预还原度高，从而降低了入炉原估中的O/Fe。同时，铁焦的气化反响温度降低，使得热空区的温度降低，煤气中CO浓度明显进步，这使得间接还原反响的均衡产生移动。表示在操作线上，即W点向右移动。W点的向右移动，扩大了降低焦比、进步高炉炉身工作效力的理论空间。
例如，当温度分别为1000℃、900℃、800℃、700℃时可以计算出反响（1）达到均衡时的均衡常数。可以看出跟着温度的降低，间接还原达到的均衡向右移动，使得CO的应用率增长，即操作线横坐标O/C增长，操作线右移，同样从叉字曲线上来看，浮氏体间接还原达到均衡时温度的降低，也使得气相组分中CO的相对含量削减。
FeO+CO=Fe+CO2(1)
含碳复合炉料的制备流程及其冶金机能
高炉炼铁平日是以焦炭为燃料和还原剂，在高温下将含铁块状物料还原为液态生铁的过程。传统的高炉炼铁重要入炉原料为焦炭、烧结矿/球团矿。含碳球团是铁矿粉和煤混淆制成的入炉原料，介于焦炭和烧结造块之间；铁焦和预还原烧结矿是有必定还原率的金属化炉料，分别介于焦炭-金属铁、烧结造块-金属铁之间，属于新型炼铁原料。而含碳复合炉料重要包含铁焦、含碳球团等。
铁焦
铁焦是煤和铁矿石事先破裂摧毁、混淆、成型后，用持续式干馏炉加热，将个中的铁矿石还原成金属铁、煤碳化结焦的含碳复合炉料，以此大幅进步弱黏结煤和低品位铁矿石的应用。高炉应用铁焦可使碳气化反响在较低温度下提进步行，进而降低热空区的温度。为大幅削减高炉临盆中的二氧化碳排放量，节俭能源以及应用劣质通俗煤和低品位矿石进步资本的应对才能，改良高炉内铁矿石还原反响效力，铁焦被认为是一种新的高炉炼铁炉料。今朝，日本对铁焦的研究比较深刻，国内的研究相对较少。
新日铁起首研究了铁焦，用通俗焦炉成功临盆出含有高钙配煤的铁焦，这种铁焦同时具有高反响性和高强度。在高炉中对这种铁焦进行应用实验发明，热空区温度降低，高炉还原烧结矿的还原剂用量削减。
JFE研发的铁焦(CIC)临盆工艺是将70%的煤粉与30%的铁精矿粉混淆、预热并热压后，再经由竖炉(非通俗工业焦炉)碳化，形成含有焦炭与部分还原铁的含碳复合炉料。铁焦的CRI（焦炭反响性）达53%，抗压强度约为通俗焦炭的两倍，个中铁的还原率跨越70%。
HPC(Hypercoal)是经由过程热提取的办法而获得的只含有极少量灰分的煤，具有较高的黏结性。在配煤中应用这种添加剂可以临盆出高强度铁焦。研究成果注解，在配煤中添加0.5%的HPC能明显进步焦炭强度。
新日铁研发的铁焦实际应用于高炉临盆，具有较好的降低还原剂后果。但该技巧存在以下不足：在配煤时配加高钙煤，对焦炭反响性的进步很有限。并且，高钙煤来源有限；铁焦的热强度低，在高炉内大量应用时可能会影响透气性；煤粉与铁矿粉混淆和焦炉温度控制等使得铁焦临盆工艺相对更为复杂；对原料煤的请求较高，会增长临盆成本。
比拟而言，JFE开辟的含碳复合炉料技巧具有较大的优胜性，可应用初级煤作原料，应用自力的竖炉临盆，临盆和产量可灵活控制，产品的反响性相对更高，强度比通俗焦炭高约一倍，具有较好的应用前景。然则，将含碳复合炉料实际应用于高炉炼铁临盆时需解决复合炉料的构造和成分优化、复合炉料的碳化和还原、高炉布料和操作轨制优化等问题。
热压含碳球团
热压含碳球团是将具有必定热塑性的煤粉和含铁粉料加热到必定的温度在热状况下再压块，应用煤的黏结性将铁矿粉结成块，最终获得块状的热压含碳球团。冷态冶金机能主如果指其冷态强度，包含抗压强度和落下强度。热压含碳球团的冷态强度重要与配煤量、配煤粒度、热压强度、热压时光等身分有关。炼铁原料的高温冶金机能重要包含还原粉化机能、还原膨胀机能、还原冷却后强度、还原机能、高温抗压强度、软熔滴落机能等。好的炼铁原料其还原机能好，还原粉化程度低，还原膨胀率小，高温抗压强度和还原后冷却强度较高，且具有优胜的软熔滴落机能，使得在冶炼过程中高炉透气性好，焦比降低，临盆率高。
在实验室前提下，对热压含碳球团的进行还原粉化和还原膨胀实验研究，研究发明：比拟较于通俗烧结矿和球团矿的还原粉化机能而言（通俗烧结矿的RDI+3.15为70%~80%，氧化球团的RDI+3.15为90%阁下），热压含碳球团的还原粉化机能好，还原膨胀率低于2%；与通俗氧化球团比拟（RSI约为10%以上），还原膨胀程度极低，这是因为热压含碳球团在还原过程中内部碳的还原以及挥发分的挥发使其具有较高的孔隙率，因而还原膨胀指数小；热压含碳球团还原膨胀后的抗压强度分别为692N/个和684N/个，远高于日本钢铁行业对球团矿还原冷却后的规定强度（即250N/个）。进一步从还原机能来看，热压含碳球团在CO氛围中，较氧化球团其还原机能好、还原速度快，这主如果因为其在压抑过程中，内部渺小的铁氧化物颗粒和碳粉慎密接触，反响过程平分子扩散阻力降低而反响面积增长，使得热压含碳球团具有优胜的还原动力学前提。
高温抗压强度能更好的表现炉料在高温还原状况下抵抗压碎决裂的才能，高温强度高，炉料透气性好，更有利于高炉操作顺行。
针对高温强度的研究成果显示，当还原温度跨越700℃时，热压含碳球团的抗压强度明显优于氧化球团的抗压强度，最低时的高温抗压强度高于450N/个，而氧化球团的高温抗压强度约为200N/个。若用相对强度来表示，则跟着还原的进行，热压含碳球团的抗压强度变更明显小于氧化球团。
高炉炉料配加热压含碳球团软熔滴落机能的研究成果显示，跟着热压含碳球团配比的增长可以使综合炉料的软熔带温度区间变窄，软熔带地位降低，明显改良炉料的透气机能。但研究成果显示，综合炉估中热压含碳球团的配比存在一个合理的范围，一般认为这一比例不宜跨越40%。
对高炉应用热压含碳球团的数学模仿研究成果显示，跟着热压含碳球团配比的增长，生铁产量增长而渣量削减，焦比大大降低，整体的还原剂消费呈降低趋势，数据显示当热压含碳球团配比由0增长到30%时，与惯例操作比拟，热空区的温度降低了约200℃，焦比降低112.5kg/吨铁(29.2%)，总还原剂降低20kg/吨铁(3.8%)，这就为实现低温、低碳高炉炼铁成为可能。
进步高炉效力的先辈技巧（里斯特操作线图）
（此文登载于《中国冶金报》2015年6月18日6版）
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