|
一、古代炼铁技术的发展 人类使用铁至少有五千多年历史，2500年前中国、印度、埃及等已能从矿石中提取铁。而高炉炼铁法的历史大约已有600年。 原始的炼铁炉是由石堆炼铁法改造而成的。在土中挖一坑洞，周围用石块堆砌，称为地炉。以木炭为燃料，利用自然风力进行燃烧、加热和还原铁矿石，产品为类似块状的海绵铁。随着人力、畜力和水力鼓风方法的出现，产量提高，渣和铁也比较容易分离，产品质量有所改进。为适应冶炼难熔和难还原的矿石，需要增加炉子的高度，于是开始出现竖炉，但其产品仍是“熟铁球”，而含铁很高的炉渣则可以熔化成液体。 14世纪中叶，最早的一批冶炼生铁的高炉出现了。由于水力鼓风的发展，高炉鼓风量增大，促使高炉炉缸温度提高，于是炉内海绵铁可以大量渗碳而熔化，就产生了生铁。然而由于生铁不能锻造，难以利用，当时称之为“猪铁”。经过把生铁和矿石一起装炉再一次熔炼，便得到熟铁，同时产量增加，自此形成了炼铁的二步操作法。 二步炼铁法的出现是钢铁冶金史上的一个转折点，从此逐渐发展成近代钢铁冶金工业的工艺流程。 二、近代高炉炼铁技术的进步 自19世纪中叶起高炉炼铁发展速度加快，新技术不断涌现。 (1)采用精料。19世纪40年代开始生产人造富矿(烧结矿、方团矿和球团矿等)。起初烧结配料中不加熔剂，烧结矿是自然碱度的，到20世纪中叶发展为自熔性烧结矿，进而发展成熔剂性烧结矿，其冶金性能大为改善，高碱度烧结矿和球团矿成为高炉的主要原料，高炉基本上不再加石灰石。此外，矿石混匀、整粒、筛分等技术也有很大发展。与此同时焦炭质量也不断提高。这些，使高炉冶炼指标明显改善。 (2)高炉大型化。1860年以前高炉最大容积为100～300m3 ，产量30～50t／d；到19世纪末容积增大到500～700m3，产量400～500t／d；进入20世纪炉容不断扩大到1000～3000m3，而到20世纪后期容积增大到4000～5000m3，最大的达5500m3，日产铁万吨以上。 (3)上部和下部调剂技术。其内涵是对高炉上部调整装料制度(包括批重、装料顺序、料线、溜槽角位或活动炉喉挡位等)与下部调整送风制度(包括风口风速、鼓风动能及其他鼓风参数)相结合来获得高炉内合理的炉料分布和煤气分布，以达到炉子稳定顺行，煤气利用率高，焦比低的效果。为便于灵活布料，1970年卢森堡保尔渥斯公司(Paul Wurth)发明了无钟炉顶，于1972年首次在德国汉博恩厂应用后迅速推广，这是炉顶设备的又一次革命。 (4)高压操作。以前高炉炉顶压力为0．01～0．02MPa，20世纪中期出现了高压(炉顶)操作，初期炉顶压力提高到0．07MPa左右，随着鼓风机能力加大，和设备制造水平提高，到20世纪后期炉顶压力已达到0．15～0．25MPa。由于炉内压力提高，煤气速度减慢，使高炉的冶炼强度和利用系数提高了一大步。 (5)富氧鼓风。为减少煤气体积，利于炉况顺行，提高冶炼强度和产量，20世纪中叶出现了富氧鼓风技术，即在高炉鼓风中兑入一部分工业氧气。但由于风口前火焰温度的限制，这项技术在20世纪60年代高炉喷吹燃料技术发展起来以后，才得到广泛应用。 (6)加湿鼓风与脱湿鼓风。为避免大气湿度波动对高炉冶炼产生不良影响和防止提高风温时风口前火焰温度过高导致炉况不稳定，50年代一度广泛应用加湿鼓风技术，即在鼓风中加入部分水蒸气，通过调整加入蒸汽的量来控制鼓风湿度。60年代起高炉大量喷吹燃料以后，风口前的火焰温度已不是过高而是常常不足，于是加湿鼓风逐渐用得少了，反而又出现了脱湿鼓风技术，即将鼓风中的自然水分脱除到适当水平以保持风口前适当的火焰温度，同时又使鼓风湿度保持稳定。 (7)高风温技术。随着原料的改善，喷吹燃料技术的发展，操作水平的提高，以及热风炉构造和耐火材料的改进，高炉风温水平从20世纪中期的500～600℃提高到20世纪后期的1100～1350℃。由于风温水平大幅度提高，焦比显著降低了。 三、中国高炉炼铁的发展 中国炼铁始于2500年前的春秋、战国之交，当时铁广泛应用于武器、农具和家庭用具。汉武帝时(公元前110年)，将炼铁收归官营，先后设立了49个铁官。东汉时发明了以水力代替人力鼓风，有力地推动了炼铁生产的发展。1400年前的南北朝时代，在一些冶铁炉上已开始用煤。使用木制风箱鼓风也比较早。这些事实说明中国古代炼铁技术的发展在世界上是较早、较快的。后来由于长期的闭关自守，炼铁技术逐渐落后。 19世纪下半叶清政府为发展近代军事和民用工业，开始兴办近代矿冶工业。1890年湖广总督张之洞主持兴建的汉阳铁厂是中国第一个近代炼铁企业。该厂在1894年建成两座248m3高炉(每座日产生铁100t左右)，因为焦炭要从德国进口，所以到1896年才正式出铁。1908年盛宣怀将汉阳铁厂由官办改为官督商办，成立汉冶萍煤铁厂矿公司，自己生产焦炭，并在1910年新建477m3高炉(日产生铁250t左右)，使该公司成为当时东亚最大的钢铁企业。 辛亥革命后在大冶新建两座650～700m3高炉(日产生铁各450t左右)，汉阳铁厂又添建一座477m3高炉。在第一次世界大战期间钢铁价格高涨，汉冶萍公司的生产有发展，但战后钢铁价格暴跌，该公司走向衰落，1925年被迫停产。除汉冶萍公司外，第一次世界大战前后(1915～1920年间)，本溪、鞍山、上海、阳泉、石景山等地也先后建起高炉10余座(其中200～695m3高炉7座，其余为100m3以下的小高炉)，使1920年生铁年产量达到43万t，但因钢铁价格下跌，导致部分厂关闭，使往后的几年里，生铁年产量降到40万t以下。 1931年“九·一八”事变和1937年“七·七”事变后，日本侵略者对我国资源大肆掠夺，在其占领区新建了一批高炉和铁厂。与此同时当时的中国政府将汉阳铁厂、六河沟铁厂、上海钢厂等内迁，在四川、云南建设一批小钢铁厂投入生产。这样，国民党统治区和日本占领区的生铁产量在1942年达到最高的年产量178．7万t(其中，国统区7．8万t，敌占区170万余t)。1945年日本投降，大部分钢铁厂被破坏，生铁年产量降到不足20万t，到1949年中华人民共和国成立前，全国能开工的高炉只有9座。 在抗日战争和解放战争时期，解放区的军民和科技人员在极端困难的条件下于1938年建起柳沟铁厂，1942年在延安建成一座近代小高炉，1946年在长治建钢铁厂，先建成一座小高炉，后又将阳泉的20t高炉迁建到该厂，1947～1948年又恢复阳泉的1号和3号高炉。解放区的炼铁工业虽然规模不大，设备也较简陋，但有力地支援了革命战争，造就了一批技术和管理干部。1949年中华人民共和国成立后，迅速对原有高炉进行了恢复和改造，使生铁产量迅速增加，1949年全国生铁产量只有19万t，到1957年就上升到593万t。1958～1978年间有武汉钢铁公司、包头钢铁公司、攀枝花钢铁公司等数十家新建钢铁企业投入生产，加上老厂扩建，新增高炉有百余座之多，使1978年生铁产量增加到3470万t。 1978年实行改革开放政策以后，中国炼铁事业的发展速度进一步加快，1978～1998年间又新建和改造成包括宝山钢铁集团公司的4063～4350m3高炉在内的一大批现代化大高炉，加上新增的一大批300m3小高炉在内，新增容积约8万m3。1997年统计，全国有高炉3228座(其中大于1000m3的44座)，年产生铁能力12648万t。1993年全国生铁年产量达到8730万t，从这一年起中国成为世界上产铁最多的国家，1995年以后生铁年产量一直在1亿t以上，1998年达11860万t，占全世界生铁产量的1／5以上。在产量增加的同时，高炉的技术经济指标也不断改进。 高炉不仅生产铁，而且还副产高炉煤气和高炉渣。高炉铁水是炼钢转炉的基本原料；高炉煤气是钢铁联合企业的重要气体燃料；高炉渣经水淬成水渣后是生产矿渣水泥的原料。高炉生产是否稳定直接影响到钢铁联合企业的生产能否正常、稳定、均衡地运行，高炉铁水的质量更直接影响炼钢生产和钢水及钢材的质量。炼铁是能耗大户。高炉、烧结、炼焦三个工序的能耗在钢铁联合企业总能耗中约占70％，单是高炉的能耗即占50％左右。 |
|
|
