北欧国家高炉炼铁技术发展趋势
1 技术发展
芬兰鲁基(Ruukki)公司的1号高炉于2010年大修，2号高炉将于2011年大修。

另外，2011年烧结厂关闭后，这两座高炉将全部使用球团矿冶炼。

在钢铁联合企业，高炉炼铁是能耗最高的环节。

为了保持竞争力，必须减少高炉能耗和还原剂的使用。

例如，鲁基和瑞典欧维克(Ovako)公司开发了喷吹重油技术来降低焦比，而瑞典SSAB公司乌克瑟勒松德(Oxelosund)厂采用了氧煤喷枪。

同时，由于使用了高品位的铁矿石，北欧高炉普遍实现了低渣量冶炼。

2 氧煤喷枪
喷吹燃料代替部分焦炭，可以大幅度提高高炉利用系数和能源效率。

喷吹燃料的高效燃烧是根本性的，是高喷吹量的主要问题。

为了改善煤的燃烧，瑞典国家冶金研究院于20世纪90年代初开发了氧煤喷枪。

通过单风口喷吹试验，SSAB公司乌克瑟勒松德厂4号高炉全部更换为氧煤喷枪。

氧煤枪是内管走煤粉、外管通旋流氧气的同轴套管式直管，氧气对枪管同时起冷却作用。

单风口大量喷煤试验表明燃烧十分稳定。

乌克瑟勒松德4号高炉换成氧煤枪后，喷煤量由35kg／t增加到喷煤系统最大能力135kg／t。

SSAB报告显示，在没有炉顶加压和没有无料钟布料条件下，高炉操作稳定，燃料比(煤+焦)较低，约为465kg／t。

另外，由于减少了炉尘量，电除尘效果得到改善，高炉透气性提高。

试验高炉
1997年瑞典矿业公司(LKAB)投资500万欧元，在位于吕勒奥市的瑞典国家冶金研究院建造了试验高炉，这也是北欧研发投入最大的项目。

该试验高炉工作容积为9立方米，日产铁水35吨。

虽然当时建造试验高炉的目的只是为了LKAB公司内部球团的研究开发，但经过5个炉役的试验，其潜能就得到了发挥。

LKAB公司和客户以及其他厂商(包括北欧和欧盟国家)在此做了大量研发项目的试验，包括矿石、焦炭、新型无料钟炉顶、高喷油和富氧、杂料喷吹、测量技术等，至今共进行了25个炉役的试验，每次试验平均运行8个星期。

风口喷吹造渣剂
风口喷吹碱性造渣剂是很有意义的技术开发，工作人员对喷吹高炉炉尘和转炉渣进行了实验室研究和半工业试验。

工作人员在试验高炉和SSAB公司吕勒奥3号高炉上进行了高炉炉尘喷吹试验，主要目的是为了循环利用和回收炉尘中的碳等能源。

尽管存在管道磨损问题，但试验表明了该技术的可行性和有效性。

喷吹转炉渣时，沿高炉高度方向，从炉腹到风口，炉渣的化学性能得到改善，特别是在使用高铁球团的低渣量冶炼时更是如此。

通过风口喷吹造渣剂可以消除极端炉渣成分不合理而对高炉操作产生的影响。

煤粉中的酸性灰分在回旋区外围形成不透液的凝固层，阻碍风口高度的煤气流分布。

同样，在使用高铁球团时加入石灰石和其他碱性熔剂，由于炉渣碱度特别高，炉腹渣的黏度和熔点会升高，也影响气流分布。

通过喷吹转炉渣和其他碱性物料，可调节高炉炉渣成分，消除风口酸性渣和炉腹碱性渣的极端状况。

在LKAB试验高炉上成功进行了转炉渣喷吹试验，吨铁喷吹量为36．9kg，取得了渣比从136kg／t降低到101kg／t、焦比下降11kg／t的良好效果。

同时，铁水硅含量降低了28％，并保持稳定。

此外，排碱量和铁水硫含量并未受到明显影响。

研究表明，与单独喷煤相比，煤粉和转炉渣混合喷吹会使回旋区疏松、深度变长。

影响大规模试验的因素是须将大量转炉渣磨细。

2 含铁原料有效利用
目前北欧国家炼铁所用的铁矿石绝大部分来自瑞典LKAB公司位于拉普兰地区(Lapland)的高品位磁铁矿，该矿区的大规模开采始于20世纪初期，球团矿生产始于1955
年。

目前，LKAB公司年产铁矿石2500万吨，其中84％为球团矿，其余为磁铁精矿。

铁精矿含铁大于70％，而球团矿含铁约为67％。

北欧高品位的磁铁矿用于生产含铁约63％的高铁烧结矿。

由于环保问题，SSAB公司位于吕勒奥市的烧结厂已于1978年关闭，该公司另外位于乌克瑟勒松德的烧结厂和欧维克公司位于科沃哈的烧结厂于1995年关闭。

鲁基公司的烧结厂计划2011年关闭。

1982年欧利文球团厂取代了烧结机，欧利文球团具有良好的高温性能，高炉用还原剂和渣量少。

工作人员通过大量试验。

开发出了高铁含量的酸性球团作为高炉用球团，和烧结矿一起使用。

由于使用高品位球团矿，不但改善了高炉操作，降低了燃料消耗，而且用磁铁精矿生产球团比用赤铁矿生产球团减少了二氧化碳的排放。

返料压块代替烧结矿
烧结厂关闭后，原来由烧结厂处理的返料必须另寻途径。

1993年以来，SSAB公司开发出了废料冷固结技术，并计划应用于鲁基公司。

追求炼钢零排放
要达到炼钢过程零排放，粉尘和污泥尤其是含锌粉尘必须循环利用。

鲁基公司2000年开始研发Radust系统，该系统混合喷吹粉尘和燃料、氧，将危险有机物燃烧，火焰温度接近3000℃，大部分的Zn、Pb和碱金属挥发掉，产生的熔渣可以循环利用，产生的富一氧化碳尾气进行二次燃烧，重金属以氧化物形式通过粉尘回收。

该技术成功进行了半工业试验，但还没有实现商业化。

目前正在进行的项目是将各地的废弃物进行集中处理，转底炉是考虑采用的工艺，每年可处理50万吨，而目前北欧国家普遍采用填埋处理。

采用一套大型设备集中处理，其投资比每个厂用小设备单独处理要低得多。

3 集成创新
要保持连续高效的钢铁生产，必须对各工序技术进行整合。

北欧钢厂已付出了巨大的努力，对各钢厂内部生产系统、地区钢铁生产及与当地社区的关系进行了整合。

工艺综合评价
工艺综合是指系统优化方法的组合，特别关注能源消耗和环境影响，在瑞典已运用了夹点分析、火用分析和混合线性规划等方法。

例如，SSAB的工艺综合评价模型已用来支撑企业决策，用1座较大高炉代替2座小高炉，并优化煤气利用，以应对可能出现的长期焦炭供应短缺。

工艺综合方法用来评价能耗和二氧化碳排放，以及氧气高炉对北欧个别钢厂的影响。

热电联产
北欧最大的3个炼钢厂将过剩的煤气送到热电厂，而不是只用来发电，回收的热量用于地方供热。

用于街区供热的能量回收效率为88％，约为发电效率的2倍(发电效率为33％)。

这不仅减少了社会对能源的需求，对减少温室气体排放也有重要意义。

氧气高炉
2004年，欧洲启动了超低碳炼钢项目(UL‐COS)，目标是减少钢铁生产过程二氧化碳排放量50%。

这一项目的概念流程是采用氧气高炉，并与二氧化碳的捕集、贮存相结合。

为减少高炉用碳量，将炉顶煤气脱除二氧化碳，得到的富一氧化碳煤气返吹到高炉内，可减少焦比100kg／t。

20世纪80年代，氧气高炉在俄罗斯Tula公司已进行过成功操作，其工艺条件与目前的高喷煤比、高利用系数高炉有很大不同。

ULCOS项目决定在北欧进行3个周期的氧气高炉试验，试验使用了LKAB球团、鲁基的烧结矿以及SSAB的焦炭和煤。

综上所述，北欧炼铁领域的研发将围绕三个主要方面进行：对现有高炉流程的持续改进；工艺集成革新；技术突破，氧气高炉是可能的技术方向。