小型高炉：小规模铁生产的高效选择

小型高炉与炼铁

小型高炉 (MBF) 通常被视为常规大型高炉 (BF) 微缩版。这些炉子极适合小规模运营。事实上，它们是现代常规大型高炉前身，故运行时间更长。MBF 分布多国，但大多数集中在中国、印度、巴西和印度尼西亚。厂房可用性及技术完善程度使 MBF 成公认炼铁路线。此外，当今大型高炉设计、配料操作常规技术也已在 MBF 采用。

MBF 为坩埚式炉底竖炉。炉料由铁矿石、焦炭或木炭（作还原剂兼燃料）、熔剂（通常石灰石或白云石）组成，从炉顶装入。炉子按逆流反应器原理工作。炉料下降通过炉身时，由炉底上升热气体预热预还原。热气体通过风口鼓入热风（富氧）燃烧还原剂产生。热风燃烧还原剂产生炉内还原过程所需还原气体和热量。还原炉料熔化形成 HM（铁水），饱和碳后降至炉底。熔剂与炉料杂质结合生成熔融渣，积聚铁水上方炉底。铁水和液渣定期出铁出渣。

MBF 表现出灵活性和竞争力，适合生产碱性和铸造级铁水 (HM)。MBF 重要特征包括简易和经济。其他特征：

• 成熟技术和设备。
• 设计设备比常规大型 BF 简单。
• 炉料配矿灵活，炉料可从 100% 铁矿石块矿至任意铁矿石块矿与烧结/球团混合比例。
• 可用多种还原剂包括低质焦炭和木炭。
• 产出铁水质量类似常规大型 BF。
• 操作维护类似但更灵活。
• 低资本成本和设备维护成本。
• 为铁铸造厂及配套感应炉/电弧炉/能量优化炉甚至小型转炉钢铁厂前向一体化提供经济可靠铁水源。

顾名思义，MBF 规模小，有效容积 35-600 m³。MBF 通常为矮身炉，有效高度 <12m 至 ~20m。MBF 正常生产率 2-3 t/m³·d 以上。

MBF 重要特征

MBF 为竖炉，垂直炉身叠于坩埚式炉底上。MBF 综合体由高炉本体、热风炉、高炉顶部装料系统、多维修平台、多料仓储料系统、风口平台铸房、渣粒化系统、煤气系统、高炉煤气净化系统、原料燃料供应系统、电力及其他公用设施供应系统、鼓风站和高炉水循环系统等组成。MBF 布局通常紧凑，支持铁水生产大部分配套设施紧邻高炉本体安装。典型干法煤气净化 MBF 工艺流程图见图 1。

图 1 干法煤气净化 MBF 典型工艺流程图

作为工艺反应器，炉子按以下方式参与铁生产系统：

• 通过给料系统从储存接收已准备好炉料。
• 接收鼓风站鼓风机产生、热风炉加热热风。热风通常富氧。
• 生产输送铁水和液渣。
• 输送原始高炉煤气至煤气净化系统。
• 通过冷却公用系统接收冷却水和压缩空气。
• 电力系统供电。
• 通过指挥控制系统控制。

MBF 通常为自立式框架结构，四柱支撑 6 平台和跨桥（跳汰装料情况）直接立于 RCC 基础。炉壳通常用不同厚度结构钢板建造。

两座中国 MBF 典型概况见表 1。

现代 MBF 炉底通常用半石墨碳砖，炉底用浇铸碳砖。导热好、耐蚀碳砖有效保护炉底和炉床。炉腹内壁通常用陶瓷杯结构氧化铝衬里。出铁口区用刚玉砖，出渣口区用氧化铝砖。腹部、肚部和部分炉身通常用氧化铝砖衬里。上炉身用高密度粘土砖衬里。炉内壳通常喷涂氧化铝浇注料厚 70mm。炉喉和炉顶内衬用焊接锚固件和一层耐热耐磨浇注料。视炉衬设计，MBF 预期炉龄 5-10 年以上。

提高热风温度是增加 MBF 煤粉喷吹量、降低焦比主要措施。热风系统设计通常使热风温度用高炉煤气作燃料维持 1200℃。现代 MBF 装 3 座旋切圆顶燃烧设计热风炉。

风口通过鼓风总管经吹管供热风。风口与风口冷却器均用铜制。MBF 安装风口数取决有效容积，设计最佳风速正常工况下 210-230 m/s。

现代 MBF 通常单铁口出铁出渣，工作台铁水流槽内适当位置置刮渣板分离。部分 MBF 设单独出渣口出液渣。铁水流入铁水包或鱼雷罐，液渣输送渣粒化系统。

MBF 用冷却壁。炉底和炉床用 3 段平面冷却壁，腹部和肚部用嵌耐火材料冷却壁。炉身用阶梯冷却壁，有效支撑下炉身砖衬、减少炉壳开孔增加 MBF 密封性。中下炉身通常用铁素体球墨铸铁冷却壁。无缝钢管浇铸冷却壁内部，肋板焊热面。碳素材料捣入凹槽。炉底通常水冷。风口系统专用水冷系统冷却。

高炉本体其他辅助设备：(i) 两级喉部护甲，(ii) 喉部红外成像仪安装近喉部料面检测喉部布料，(iii) 顶部喷水冷却装置用于顶温过高时。

MBF 通常装跳汰装料系统。部分 MBF 用带式输送机装料代替。MBF 炉顶装料两种系统：(i) 双钟配布料器，(ii) 无钟顶。现代 MBF 用无钟顶。

无钟顶一般两类布料：(i) 环型（单环、多环），(ii) 定点型。环型布料时料斗物料经布料溜槽同心环（单环）或多同心环（多环）装入炉内。单环型布料溜槽保持同一指定倾角装料。多环型倾角装料中可多次改变。每角度位置可单圈或多圈布料。定点型布料溜槽按指定倾角定位向指定点布料。无钟顶装料设备也可扇区布料。通常用氮气均压。

炉内料高（料面）由两根料棒控制。正常生产中料棒随料面自动下降连续检测料位。料棒到达指定高度被提起。料位控制室指示。

铸房通常矩形，钢屋顶坡度 1:12，RCC 柱。屋顶设计通常设通风窗。铸房装液压泥炮和液压/气动钻眼机。铸房通常袋式除尘全除尘。

MBF 产生高炉煤气经 4 个下料口、4 个上升管、2 个上升管汇合成 1 个下降管最后至捕尘器。高炉顶煤气正常温度 100-300℃，最多 400℃。炉顶两上升管各装 1 个放散阀，通常液压缸驱动。捕尘器重力原理除高炉煤气粗粉尘。捕尘器后煤气进一步净化：湿法净化系统（饱和器、一二级洗涤器）或干法净化系统（低压布袋除尘器用氮气反吹除尘）。

MBF 操作类似常规大型 BF。炉料（铁质炉料烧结/球团和块矿、还原剂木炭或 BF 焦、熔剂石灰石白云石）从高炉顶装入，下降通过炉身时，由炉底上升热气体和炉身底部风口鼓入热风预热。

热风燃烧大部分鼓入顶部 BF 焦产生工艺所需热量和还原气体脱除炉料氧。还原铁熔化流至炉底炉床。熔剂与矿石杂质结合生成渣，熔化积聚铁水上方炉床。不时通过出铁口放出铁水和液渣。

现代 MBF 装煤粉喷吹 (PCI)，在风口水平进行。现代 MBF PCI 率可达 150 kg/tHM。MBF 常用运行参数见表 2。

MBF 典型公用设施消耗见表 3。

MBF 自动化系统一般具有功能强、性能高标准、高可靠性、易扩展、综合通讯、易实施分布式结构、易操作特点。通常具高抗电磁干扰抗冲击、模块化处理能力和即时反应能力。

整个 MBF 操作控制监督通常在 MBF 控制室进行，控制室通常靠近 MBF 工作平台。控制系统通常含监控站、主 PLC、报警、联锁保护。原料处理控制室通常也装一远程站。系统网络连接。监控系统通常用于控制工艺参数、趋势记录、报警日志。安装多现场仪表测量控制所有工艺参数。重要测量包括：(i) 压力测量，(ii) 温度测量，(iii) 流量测量，(iv) BF 煤气粉尘浓度测量，(v) 料位、溜槽角度、节流阀开度测量，(vi) 炉料重量测量等。铸房设备操作控制室位于铸房安全处，操作员可视设备。

MBF 水冷系统连续需工业水区域包括：(i) 高炉炉壳冷却，(ii) 风口和风口冷却器冷却，(iii) 湿法煤气净化时煤气净化系统，(iv) 渣粒化，(v) BF 顶液压系统冷却，(vi) 泥炮/钻眼机液压系统冷却。所有水循环使用。通常设高位水箱应对停电应急需求。所有水系统主要参数通过控制室监控系统监测。