世界高爐之王

——沙鋼5860立方米煉鐵高爐(上）

工程投資額：18億元以上
工程期限：2008年——2009年

沙鋼5860高爐底部送風(fēng)裝置。這座世界第一高爐投產(chǎn)后，每天可生產(chǎn)1.3萬(wàn)多噸鐵水，足夠裝滿90只150噸鐵水罐。

2009年10月21日凌晨1點(diǎn)36分，沙鋼集團(tuán)華盛煉鐵廠5860立方米高爐順利出鐵，標(biāo)志著這座目前世界上容積最大、技術(shù)最先進(jìn)的“世界第一高爐”正式投產(chǎn)。該爐年產(chǎn)量高達(dá)500萬(wàn)噸，年產(chǎn)值超過(guò)120億元；主要為沙鋼集團(tuán)新投產(chǎn)的300萬(wàn)噸熱軋和200萬(wàn)噸寬厚板生產(chǎn)線提供鐵水。

高爐煉鐵技術(shù)已有數(shù)百年歷史，2008年世界生鐵產(chǎn)量9.267億噸，高爐煉鐵占總產(chǎn)量的90%以上。目前全世界約有煉鐵高爐1400余座，我國(guó)約有煉鐵高爐1100余座，2008年我國(guó)生鐵產(chǎn)量達(dá)4.7067億噸，約占世界生鐵總產(chǎn)量的50.8%。高爐生產(chǎn)線是鋼鐵廠的“龍頭”，通常由選料、制粉、燒結(jié)/球團(tuán)、焦化、配料、鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、噴吹、高爐、除塵、煤氣站、渣鐵運(yùn)輸?shù)三嫶蟮南到y(tǒng)組成。鐵礦石經(jīng)高爐冶煉成生鐵，再用鐵水罐轉(zhuǎn)運(yùn)到煉鋼車間，用轉(zhuǎn)爐等設(shè)備精煉成鋼水，并鑄成板坯鋼錠，供后續(xù)生產(chǎn)流程軋制成鋼材。因此高爐一旦出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)鋼廠都有可能癱瘓，其重要性可見一斑。

沙鋼集團(tuán)位于江蘇省張家港市錦豐鎮(zhèn)，是我國(guó)最大的民營(yíng)鋼鐵企業(yè)。華盛5860立方米高爐項(xiàng)目總投資18億元，工程由原料運(yùn)輸設(shè)備、高爐本體、熱風(fēng)爐、高爐鼓風(fēng)機(jī)、噴煤制粉及噴吹、軋鐵處理及運(yùn)輸、煤氣清洗以及三電控制系統(tǒng)組成。采用世界最先進(jìn)的富氧噴煤系統(tǒng)、煤氣洗滌循環(huán)系統(tǒng)、凈化水增壓系統(tǒng)、TRT余熱發(fā)電、爐前脫硅及高效除塵環(huán)保等節(jié)能減排先進(jìn)技術(shù)，裝備水平居世界前列，噸鐵能耗比國(guó)內(nèi)同類裝備降低40%左右，煙塵粉塵排放量可減少15%左右，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際一流水平。

日本第二大鋼鐵集團(tuán)——日本JFE鋼鐵福山廠（左起）第2高爐、第3高爐、第4高爐、第5高爐，4號(hào)高爐2006年5月擴(kuò)容到5000立方米，5號(hào)高爐擴(kuò)容到5500立方米。

世界特大型高爐一覽

鋼鐵被譽(yù)為工業(yè)社會(huì)的骨骼，自人類進(jìn)入工業(yè)化以來(lái)，鋼鐵產(chǎn)量成倍增長(zhǎng)。1901年世界鋼鐵產(chǎn)量?jī)H為3000萬(wàn)噸，到2000年已經(jīng)躍升到8.437億噸，上個(gè)世紀(jì)世界鋼鐵總產(chǎn)量約為327.02億噸，主要由歐美國(guó)家和日本生產(chǎn)。進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著以中國(guó)為主的新興經(jīng)濟(jì)體高速發(fā)展，2008年世界粗鋼產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到13.297億噸，主要由中國(guó)生產(chǎn)。鋼鐵消費(fèi)量的急劇增長(zhǎng)和能源價(jià)格上漲，以及各國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)的要求，都在促使煉鐵高爐向大型化、高效化、清潔化發(fā)展。

高爐規(guī)格一般以爐內(nèi)有效容積來(lái)衡量，1860年以前高爐最大容積在300m³以下，日產(chǎn)鐵水?dāng)?shù)十噸；到19世紀(jì)末期，容積增大到700m³，日產(chǎn)量提高到500噸；20世紀(jì)初期，爐容擴(kuò)大到1000-3000m³，70年代后，擴(kuò)大到4000-5000m³?，F(xiàn)在高爐最大容積已經(jīng)達(dá)到5500m³以上。這些巨型高爐日產(chǎn)鐵水高達(dá)12000噸以上，足夠用來(lái)建造2座埃菲爾鐵塔。高爐從開爐點(diǎn)火到大修，單次爐役可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)十幾年時(shí)間，經(jīng)數(shù)次停爐大修，爐齡可達(dá)50年以上，單爐累計(jì)產(chǎn)量以千萬(wàn)噸計(jì)。

截至2009年11月，全世界共有9座5500m³以上的特大型煉鐵高爐，除了沙鋼的世界高爐之王外，其他8座分別是：日本新日鐵大分廠1號(hào)、2號(hào)高爐（容積均為5775m³），俄羅斯北方鋼鐵（Severstal）切列波維茨廠5號(hào)高爐（容積5580m³），日本新日鐵君津廠4號(hào)高爐（容積5555m³），德國(guó)蒂森鋼鐵斯韋爾根廠2號(hào)高爐（容積5513m³），日本JFE福山廠5號(hào)高爐（容積5500m³），韓國(guó)浦項(xiàng)光陽(yáng)鋼廠4號(hào)高爐（容積5500m³），中國(guó)京唐鋼鐵1號(hào)高爐（容積5500m³）。

日本是特大型高爐最多的國(guó)家，全世界18座5000m³以上的高爐中，日本就占了12座。近年來(lái)日本四大鋼鐵公司，一口氣將12座1979年前建設(shè)的高爐，擴(kuò)容改建到5000m³以上；其中還包括2004年9月29日，住友金屬鹿島廠投產(chǎn)的5370m³新1號(hào)高爐，這是日本25年來(lái)唯一新建的大型高爐。新日鐵大分廠2號(hào)高爐于1976年10月點(diǎn)火投產(chǎn)，1988年8月大修擴(kuò)容到5245m³，2004年5月大修擴(kuò)容到5775m³，日產(chǎn)量達(dá)到13500噸，成為當(dāng)時(shí)世界最大的煉鐵高爐。該爐自1976年投產(chǎn)以來(lái)，累計(jì)鐵水產(chǎn)量已接近1億噸。2009年8月2日，新日鐵大分廠1號(hào)高爐經(jīng)過(guò)大修，也擴(kuò)容到5775m³，該爐1972年11月投產(chǎn)時(shí)的容積為4158m³。這些老舊高爐經(jīng)過(guò)不斷的大修改造，依然具有很高的生產(chǎn)效率。

蘇聯(lián)于1974年底，在烏克蘭克里沃羅格（KrivoiRog）鋼鐵公司，建成容積5026m³的9號(hào)高爐，年產(chǎn)量為400萬(wàn)噸，其爐殼用高強(qiáng)度鋼板制成，配備有自立式熱風(fēng)爐，熱風(fēng)溫度可達(dá)1450℃，比一般熱風(fēng)爐高200-300℃。這是蘇聯(lián)第一座5000m³級(jí)高爐。2003年11月，9號(hào)高爐經(jīng)大修后復(fù)產(chǎn)。該廠曾經(jīng)是僅次于馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司的蘇聯(lián)第二大鋼鐵企業(yè)，現(xiàn)被安賽樂(lè)米塔爾收購(gòu)，2008年產(chǎn)量約810萬(wàn)噸。1986年4月，蘇聯(lián)在沃洛格達(dá)州的切列波維茨（Cherepovets）鋼鐵廠，建成容積5580m³的5號(hào)高爐，該爐一度成為世界最大的煉鐵高爐，2005年9月大修復(fù)產(chǎn)，2008年1月31日發(fā)生火災(zāi)，2天后恢復(fù)生產(chǎn)。韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵光陽(yáng)鋼廠，在1992年9月投產(chǎn)容積為3795m³的4號(hào)高爐，年產(chǎn)量310萬(wàn)噸。2009年2月18日停爐大修，將容積擴(kuò)大到5500m³，年產(chǎn)量提高到430萬(wàn)噸。7月21日，該爐完工復(fù)產(chǎn)，成為韓國(guó)容積最大的高爐。

我國(guó)雖然從1996年起鋼鐵產(chǎn)量就已經(jīng)超過(guò)日本，躍居世界第一位，2008年粗鋼產(chǎn)量超過(guò)5億噸，相當(dāng)于日本的4倍。但在2009年前，我國(guó)僅有10座4000m³級(jí)以上的大型高爐，其中最大的是寶鋼于1985年9月投產(chǎn)的1號(hào)高爐（容積4063m³），2008年12月擴(kuò)容后達(dá)到4966m³，年產(chǎn)量提高到405萬(wàn)噸。截至2009年9月28日，寶鋼4座4000m³級(jí)高爐，累計(jì)產(chǎn)鐵超過(guò)2億噸。

由于我國(guó)存在大量高污染、高能耗的小型高爐，國(guó)家從2005年制定鋼鐵產(chǎn)業(yè)政策時(shí)，就明確要淘汰300m³以下的高爐。2009年初制定鋼鐵產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃時(shí)，進(jìn)一步將高爐淘汰標(biāo)準(zhǔn)提高到1000m³，這將直接壓縮落后鋼鐵產(chǎn)能1.8億噸以上。因此從2009年后，我國(guó)大型煉鐵高爐將進(jìn)入建設(shè)高潮。5月21日，唐山曹妃甸首鋼京唐公司新建成的5500立方米1號(hào)高爐試生產(chǎn)成功。10月21日，沙鋼5860m³高爐投產(chǎn)。2010年首鋼京唐5500立方米2號(hào)高爐將投產(chǎn)。此外寶鋼湛江、武鋼防城港項(xiàng)目均有建設(shè)5000立方米以上大型高爐的計(jì)劃。不過(guò)這些項(xiàng)目受金融危機(jī)影響，可能暫緩實(shí)施。

沙鋼集團(tuán)前身，沙洲縣錦豐軋花廠老照片。沒(méi)人會(huì)想到30年后，這里會(huì)誕生一家躋身世界十大鋼鐵集團(tuán)的巨型鋼鐵企業(yè)。

江蘇張家港沙鋼集團(tuán)衛(wèi)星圖片，廠區(qū)占地13平方公里，是臺(tái)灣中鋼的2倍，有數(shù)萬(wàn)職工在這里工作。照片上方就是長(zhǎng)江，沙鋼產(chǎn)品從這里源源不斷地運(yùn)往世界各地。

“鋼鐵沙皇”的傳奇

沙鋼集團(tuán)成立于1975年，是我國(guó)最大的民營(yíng)鋼鐵企業(yè)，經(jīng)過(guò)三十多年發(fā)展，已經(jīng)從一個(gè)縣辦小廠發(fā)展成為我國(guó)第四大鋼鐵集團(tuán)。2008年完成鋼產(chǎn)量2330萬(wàn)噸、鐵1877萬(wàn)噸、軋材2057萬(wàn)噸，實(shí)現(xiàn)銷售收入1452億元、利稅148億元，躋身世界十大鋼鐵集團(tuán)，在世界500強(qiáng)中排名第444位。目前沙鋼集團(tuán)擁有總資產(chǎn)1100億元，職工35000余名，廠區(qū)占地13平方公里，主要技術(shù)裝備均具有國(guó)際一流水平。這一系列數(shù)據(jù)，述說(shuō)著一個(gè)企業(yè)成長(zhǎng)的傳奇。

1974年初，江蘇省沙洲縣（今張家港市）統(tǒng)配鋼材緊缺，縣里提出讓錦豐軋花廠搞鋼鐵。軋花廠黨支部書記張耀生和沈文榮等人，用借來(lái)的45萬(wàn)元自籌資金開始組建一個(gè)小型軋鋼車間。他們用土法煉鋼澆鑄十副軋機(jī)牌坊，從上海一艘名為東方號(hào)的報(bào)廢貨輪，買來(lái)美國(guó)30年代制造的1250匹重型柴油機(jī)，用來(lái)帶動(dòng)軋機(jī)。用舊坦克上一臺(tái)500匹馬力汽油機(jī)和舊直流電動(dòng)機(jī)，改為交流發(fā)電機(jī)解決輔助用電。10月份，廠里派沈文榮帶領(lǐng)28個(gè)工人到吳縣陸墓鎮(zhèn)軋鋼廠學(xué)習(xí)軋鋼技術(shù)。1975年3月10日，軋鋼車間正式投產(chǎn)。6月10日，錦豐軋花廠軋鋼車間命名為沙洲縣軋鋼廠，隸屬于沙洲縣商業(yè)局。做了6年機(jī)修車間副主任的沈文榮，被任命為副廠長(zhǎng)。沙洲縣第一個(gè)冶金企業(yè)就這樣誕生了。

1976年10月，沙鋼建成第一臺(tái)3噸小電爐，由于計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代物資短缺，盡管設(shè)備原始，早期的沙鋼還是取得了不錯(cuò)的效應(yīng)。1983年產(chǎn)量近1萬(wàn)噸，有圓鋼、螺紋鋼、角鋼等七八種產(chǎn)品。1984年4月，沈文榮被沙洲縣委任命為軋鋼廠廠長(zhǎng)。剛上臺(tái)的沈文榮就做出一個(gè)重大決定：收縮產(chǎn)品線，將當(dāng)時(shí)大企業(yè)不屑一顧，而小企業(yè)又無(wú)法上規(guī)模的窗框鋼作為主導(dǎo)產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)蘇南地區(qū)先富起來(lái)的農(nóng)民蓋新房，用鋼窗成為一種時(shí)尚，因此需求量很大。到1988年，沙鋼已經(jīng)建成9條窗框鋼專業(yè)化生產(chǎn)線，產(chǎn)量達(dá)到13萬(wàn)噸，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到65%。生產(chǎn)窗框鋼使沙鋼掘到了第一桶金，并享譽(yù)全國(guó)。

1988年底，當(dāng)沙鋼積累了1億多元資金時(shí)，沈文榮把家底都砸進(jìn)去，從英國(guó)比茲頓鋼廠買進(jìn)一條75噸超高功率電爐煉鋼、連鑄、連軋短流程生產(chǎn)線，年產(chǎn)25萬(wàn)噸螺紋鋼。這個(gè)決定關(guān)系著沙鋼的生死存亡。沈文榮破釜沉舟地說(shuō)：“就是設(shè)備買來(lái)了運(yùn)行不了，也要放在那里辦成個(gè)展覽館，我自己在門口賣票，5分錢一張，讓同行都來(lái)學(xué)習(xí)沈文榮的教訓(xùn)?！鄙蛭臉s和沙鋼是幸運(yùn)的，這一項(xiàng)目1992年投產(chǎn)后不久，適逢鄧小平發(fā)表南巡講話，中國(guó)迎來(lái)了基礎(chǔ)建設(shè)的高潮，3億元投資不到3年就全部收回。

1993年，沈文榮再行驚人之舉，投資13億元從德國(guó)引進(jìn)亞洲第一條90噸超高功率豎式電爐煉鋼、LF精煉、連鑄、連軋高速線材生產(chǎn)線，投產(chǎn)第二年沙鋼的產(chǎn)量就突破了百萬(wàn)噸大關(guān)。1997年，沙鋼與韓國(guó)浦項(xiàng)制鐵合資二億多美元，生產(chǎn)冷軋不銹鋼薄板，目前成為中國(guó)最大的不銹鋼薄板生產(chǎn)基地。2001年2月，沙鋼完成企業(yè)改制，國(guó)有股逐漸退出。

德國(guó)赫施（Hoesch）鋼廠，曾經(jīng)是多特蒙德的驕傲，有些工人祖孫三代都在這里工作。

2001年10月，沈文榮花費(fèi)3084萬(wàn)歐元，整體買下德國(guó)蒂森克虜伯集團(tuán)位于多特蒙德的赫施（Hoesch）鋼廠，該廠創(chuàng)立于1873年，曾經(jīng)是德國(guó)第三大鋼廠，1944年遭盟軍轟炸，二戰(zhàn)后重建，擁有3萬(wàn)多名員工，該廠汽車用板深沖鋼板等產(chǎn)品在歐洲享有盛譽(yù)，主要生產(chǎn)線是一條具有80年代先進(jìn)水平的650萬(wàn)噸長(zhǎng)流程鋼板生產(chǎn)線，集燒結(jié)、焦化、煉鐵、煉鋼、連鑄、連軋配套于一體，設(shè)備原值20億歐元，蒂森集團(tuán)是因?yàn)樵搹S遠(yuǎn)離海岸，人員、原材料成本過(guò)高，失去競(jìng)爭(zhēng)力，又遇到市場(chǎng)飽和，才關(guān)停出售。從2001年11月起，沙鋼派出1000多名工人，將霍施鋼廠重達(dá)25萬(wàn)噸的設(shè)備和40噸安裝圖紙全部拆運(yùn)回國(guó)，這被稱為“歐洲戰(zhàn)后最大規(guī)模的工業(yè)拆遷”。隨后沙鋼投入200億元進(jìn)行技術(shù)改造及廠房建設(shè)，只用了4年就建成一條650萬(wàn)噸煉鐵、煉鋼、連鑄、連軋生產(chǎn)線，2005年6月18日正式投產(chǎn)。這一交易成為沙鋼發(fā)展史上最重要的分水嶺。沙鋼產(chǎn)能因此一舉躍升到1000萬(wàn)噸，并迅速改變了以棒材、線材等初級(jí)鋼鐵產(chǎn)品為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

德國(guó)多特蒙德赫爾德區(qū)拆遷后的Hoesch鋼廠龐大廠區(qū)，讓曾在這里工作的德國(guó)人頗為失落。

2006年沙鋼年產(chǎn)鐵1141萬(wàn)噸、鋼1463萬(wàn)噸、材1272萬(wàn)噸，銷售收入588億元，躋身全國(guó)鋼鐵五強(qiáng)。并出資20億元重組擁有200萬(wàn)噸優(yōu)特鋼產(chǎn)能的江蘇淮鋼集團(tuán)。2007年9月，出資20多億元重組河南最大的民營(yíng)鋼鐵企業(yè)——安陽(yáng)永興鋼鐵，并進(jìn)行250萬(wàn)噸擴(kuò)產(chǎn)技術(shù)改造。2007年12月，沙鋼控股同屬?gòu)埣腋鄣慕K永鋼集團(tuán)，使沙鋼集團(tuán)產(chǎn)能提高到2200萬(wàn)噸，成為與寶鋼、鞍鋼并駕齊驅(qū)的鋼鐵巨頭。沙鋼從一個(gè)縣級(jí)軋棉花的小廠，經(jīng)過(guò)35年的拼搏，已經(jīng)成為世界一流的鋼鐵企業(yè)。從沙鋼沖擊世界鋼鐵之巔的雄心，可以看到中國(guó)工業(yè)崛起的驚人速度。

沙鋼5800立方米高爐系統(tǒng)全景

沙鋼5860m³高爐工程

沙鋼集團(tuán)原有8座高爐，煉鋼所需的鐵水，主要由集團(tuán)所屬的宏發(fā)煉鐵廠和華盛煉鐵廠提供。宏發(fā)煉鐵廠擁有3座2680立方米的煉鐵高爐，陸續(xù)于2002年10月開始建設(shè)，2005年4月竣工投產(chǎn)，年產(chǎn)鐵水650萬(wàn)噸，平均每座高爐日產(chǎn)鐵水6000噸。主要供應(yīng)年產(chǎn)450萬(wàn)噸的1700毫米熱軋卷板和年產(chǎn)200萬(wàn)噸的5米寬厚板生產(chǎn)線。其中1號(hào)、2號(hào)高爐是利用德國(guó)蒂森赫施鋼廠7號(hào)、4號(hào)高爐部分設(shè)備經(jīng)過(guò)擴(kuò)容改造而成，3號(hào)高爐為全新設(shè)計(jì)。華盛煉鐵廠下設(shè)一分廠和二分廠，共擁有5座380立方米高爐，陸續(xù)于1999年12月開始建設(shè)，2004年2月投產(chǎn)，年產(chǎn)鐵水250萬(wàn)噸，平均每座高爐日產(chǎn)鐵水約1200噸。

沙鋼華盛5860m³高爐是沙鋼集團(tuán)推進(jìn)節(jié)能減排、優(yōu)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的代表性工程，由武漢鋼鐵設(shè)計(jì)研究總院設(shè)計(jì)，中冶天工上海十三冶承建，先后解決了大體積混凝土澆筑，高爐本體結(jié)構(gòu)安裝、焊接，高爐機(jī)電管儀安裝，耐材砌筑等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。2008年1月15日工程開始打樁，2月14日正式奠基開工，3月16日進(jìn)入土建施工。高爐基礎(chǔ)土方開挖達(dá)量到1.6萬(wàn)立方米，基坑深度4.9米，鋼筋綁扎量1200噸，砼澆筑量達(dá)9028立方米。6月6日第一帶爐殼吊裝成功，標(biāo)志著該工程從打樁土建轉(zhuǎn)入結(jié)構(gòu)吊裝階段。6月21日正式開始熱風(fēng)爐拱頂砌筑。高爐采用三座PW-DME外燃式熱風(fēng)爐，單座重達(dá)6000噸，由蓄熱室、燃燒室和拱頂組成。12月25日，熱風(fēng)爐60米砼煙囪，經(jīng)過(guò)30多名員工145天連續(xù)施工，完成447噸內(nèi)襯耐火料的砌填任務(wù)，全面竣工。

2009年2月初，高爐2臺(tái)總重172噸的爐頂料罐順利地安裝到62.5米平臺(tái)上，3月23日，高爐粗煤氣下降管順利在百米高空對(duì)接就位，粗煤氣下降管是高爐煤氣出口的主要通道，且是整個(gè)高爐施工最重的構(gòu)件之一，管徑3400毫米，長(zhǎng)度為58米，重約120噸。5月5日正式開始耐材砌筑，6月25日高爐爐底耐材全部砌筑完成。共完成4層爐底炭磚，2層陶瓷墊磚，5層環(huán)形炭磚及爐底保護(hù)磚鋪設(shè)任務(wù)。7月9日，全廠35千伏動(dòng)力、鼓風(fēng)機(jī)站10千伏、主泵房10千伏、主控樓10千伏系統(tǒng)成功送電。9月，高爐鼓風(fēng)機(jī)站系統(tǒng)試車成功，該設(shè)備電機(jī)重達(dá)123噸，額定功率60000千瓦，是目前世界最大的鼓風(fēng)機(jī)。2009年9月20日12時(shí)28分，華盛5860高爐開始烘爐，標(biāo)志著工程完成設(shè)備安裝，進(jìn)入負(fù)荷試車階段。華盛5860高爐投產(chǎn)后，將使沙鋼煉鐵產(chǎn)能提高近三分之一。除華盛高爐技改項(xiàng)目外，沙鋼集團(tuán)還在全力推進(jìn)焦?fàn)t技改、榮盛轉(zhuǎn)爐技改、榮盛軋鋼技改和5米寬厚板技改項(xiàng)目。五大技改項(xiàng)目總投資190億元，預(yù)計(jì)2010年正式投產(chǎn)。

日本JFE鋼鐵千葉廠（原川崎制鐵千葉廠）1號(hào)高爐模型

高爐煉鐵流程

高爐是形似保齡球的圓形豎爐，用高強(qiáng)度鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯，自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。爐頂開有進(jìn)料口和四根爐頂排氣管，這四根排氣管在爐外接合為一根降流管，與除塵設(shè)備相連，用于清除爐頂氣的粉塵。爐底設(shè)有出鐵口和出渣口，沿爐缸四周開有數(shù)量不等的進(jìn)風(fēng)口，與熱風(fēng)爐用管道相連。煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭/煤粉、石灰石和空氣。從爐頂裝料，爐底鼓風(fēng)，形成爐料下降，和煤氣上升的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將礦石還原成生鐵。

從礦山采出來(lái)的鐵礦石包括赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等種類，富礦經(jīng)加工可以直接入高爐冶煉，貧礦由于含鐵量較低，必須經(jīng)過(guò)研磨、選礦等工序，提取含鐵量較高的部分，制成精礦粉。由于精礦粉太細(xì)，不能直接入爐，必須通過(guò)燒結(jié)機(jī)制成燒結(jié)礦，或經(jīng)過(guò)豎爐制成球團(tuán)礦。球團(tuán)成塊后的礦粉具有高氣孔率，有利于利于煉鐵造渣，提高煉鐵效率。

高爐煉鐵時(shí)，將礦粉制成的燒結(jié)礦/球團(tuán)礦，與焦炭、造渣熔劑（石灰石）等原料，按規(guī)定稱重配比，從爐頂進(jìn)料口分批裝入爐身。將冷空氣用鼓風(fēng)機(jī)吹入熱風(fēng)爐內(nèi)，加熱到800-1350攝氏度，用管道送入高爐底部四周的進(jìn)風(fēng)口，并向風(fēng)口噴入焦炭/煤粉/重油等助燃劑。高溫空氣與焦炭/煤粉發(fā)生燃燒，產(chǎn)生2000℃以上的熾熱煤氣。高溫煤氣以60-120米/秒的速度，從底部風(fēng)口連續(xù)穩(wěn)定地吹入高爐內(nèi)，使溫度達(dá)到上千度。爐頂裝入的焦炭和礦石在下降過(guò)程中，一直保持交替分層的結(jié)構(gòu)。爐料降到爐身上部還原區(qū)時(shí)，被預(yù)熱到300℃，水份蒸發(fā)排出，礦石與CO氣體發(fā)生反應(yīng)。爐料降到爐腰還原區(qū)時(shí)，加熱到900℃，氧化鐵還原為固態(tài)海綿鐵，石灰石快速分解為氧化鈣并與脈石結(jié)合。爐料降到爐腹熔融帶時(shí)，加熱到1350-2000℃，除焦炭外，其它爐料全部熔融，鐵液熔化滴落到爐缸，爐渣逐步形成。爐料降到爐底時(shí)，焦炭在風(fēng)口前燃燒氣化。風(fēng)口前有一個(gè)袋形的焦炭回旋區(qū)，焦炭在這里遇空氣強(qiáng)烈地回旋和燃燒，放出大量的熱并生成一氧化碳與二氧化碳，這里是爐內(nèi)熱量和氣體還原劑的主要產(chǎn)生地。一氧化碳在上升過(guò)程中，與鐵礦石中的氧反應(yīng)成二氧化碳和鐵，二氧化碳?xì)怏w上升，跟爐料中的炙熱焦炭反應(yīng)，再次生成一氧化碳，繼續(xù)跟從爐頂不斷裝入的爐料反應(yīng)。

爐料在下降過(guò)程中，絕大部分鐵的氧化物被還原成鐵。混在鐵礦石里的錳、硅、硫、磷等元素也會(huì)被碳或一氧化碳從它們的化合物中還原出來(lái)。少量的碳、錳、硅、硫、磷等在高溫下熔合在鐵里，成為生鐵。鐵礦石里還含有難熔化的脈石，爐料中加入石灰石就是用于除去脈石。石灰石主要成份為碳酸鈣，與脈石里的二氧化硅反應(yīng)，生成硅酸鈣和二氧化碳，從礦石里分離出來(lái)。還原后的生鐵和爐渣，聚集在爐缸中，定期從出鐵口、出渣口放出。生鐵是煉鋼的主要原料，礦渣是生產(chǎn)礦渣水泥的原料。上升到爐頂?shù)母邷孛簹饬鲃t逐漸冷卻，從爐頂排出；經(jīng)除塵后作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等設(shè)備的氣體燃料。爐頂氣含塵量非常高，一座日產(chǎn)3000噸的高爐，僅每天從爐頂氣分離的塵埃就高達(dá)70噸?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，?dǎo)出部分煤氣用于發(fā)電。根據(jù)鐵礦石品味，高爐煉鐵通常需要1.5-2噸鐵礦石、0.3-0.6噸焦炭/煤粉、0.2-0.4噸熔劑，2000m³空氣，才能冶煉出一噸生鐵。

生鐵性能堅(jiān)硬但較脆，含碳量在2-4.3%之間，按用途可分為煉鋼生鐵（白口鐵）、鑄造生鐵（灰口鐵）、球墨鑄鐵以及合金生鐵。煉鐵廠生產(chǎn)的鐵水用鐵水罐轉(zhuǎn)運(yùn)到煉鋼車間，與廢鋼、石灰等造渣料一起，投入轉(zhuǎn)爐吹氧冶煉成鋼，將含碳量降低到0.2-2%，脫除硅、磷、硫等雜質(zhì)，鋼水精煉后鑄成板坯鋼錠，供后續(xù)流程軋制成鋼材。含碳量在0.2%以下的稱為熟鐵，由于缺乏碳素，性能較軟，強(qiáng)度和硬度均較低。

大型高爐一旦點(diǎn)火后就不能輕易停止運(yùn)行，否則會(huì)使?fàn)t體受到嚴(yán)重?fù)p傷。在經(jīng)濟(jì)不景氣的情況下，企業(yè)壓縮生產(chǎn)又不能?；?，所以只能降低爐溫，使高爐處于保溫狀態(tài)，延長(zhǎng)產(chǎn)品出爐的時(shí)間，減少營(yíng)運(yùn)成本。這被稱為悶爐。為了保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)性，必須要儲(chǔ)備足夠數(shù)量的原料。如寶鋼1號(hào)4063m³高爐，日產(chǎn)生鐵超過(guò)10000噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。煉鐵是能耗大戶，高爐、燒結(jié)、煉焦三個(gè)工序的能耗在鋼鐵企業(yè)總能耗中約占70%，單是高爐的能耗即占50%左右。煉鐵又是鋼鐵企業(yè)環(huán)境污染的重點(diǎn)戶。高爐和燒結(jié)的煙塵，焦化的廢水和煙塵對(duì)環(huán)境污染都比較嚴(yán)重，故它又是鋼鐵企業(yè)進(jìn)行環(huán)境治理的重點(diǎn)部門，近年來(lái)高爐設(shè)備都在向環(huán)保節(jié)能化發(fā)展。

11-15世紀(jì)使用的煉鐵風(fēng)箱

高爐煉鐵發(fā)展概況

高爐煉鐵起源于煉鐵豎爐，煉鐵豎爐由煉銅豎爐發(fā)展而來(lái)，當(dāng)時(shí)鐵是煉銅時(shí)的副產(chǎn)品。公元前4000年的古埃及和兩河流域，出現(xiàn)極少量隕鐵制品。公元前1400年，小亞細(xì)亞的西臺(tái)王國(guó)（今土耳其境內(nèi)）掌握了原始的冶鐵技術(shù)。即在土中挖一坑洞，周圍堆上石塊，以木柴為燃料，利用自然風(fēng)力燒煉礦石，產(chǎn)品為類似塊狀的海綿鐵。西臺(tái)王國(guó)被腓尼基所滅后，冶鐵技術(shù)逐漸向中東、非洲、歐洲傳播，這個(gè)過(guò)程延續(xù)了上千年。

中國(guó)煉鐵始于2500年前的春秋、戰(zhàn)國(guó)之交，當(dāng)時(shí)鐵廣泛應(yīng)用于武器、農(nóng)具和生活用具。漢武帝時(shí)(公元前110年)，將煉鐵收歸官營(yíng)，先后設(shè)立了49個(gè)鐵官。在鄭州古滎鎮(zhèn)出土的西漢中晚期冶鐵遺址中，煉鐵豎爐爐缸長(zhǎng)軸約4米，短軸約2.8米。有專家估算這樣的豎爐有效容積為50立方米，兩側(cè)各有2個(gè)風(fēng)口，設(shè)鼓風(fēng)器4具，日產(chǎn)量約500公斤。東漢時(shí)發(fā)明了以水力代替人力鼓風(fēng)，有力地推動(dòng)了煉鐵生產(chǎn)的發(fā)展。煉鐵技術(shù)逐步由中國(guó)傳入朝鮮、日本等國(guó)。

歐洲直到12世紀(jì)初，才在瑞典出現(xiàn)豎爐煉鐵。15世紀(jì)時(shí)由于鑄造火炮的需要，煉鐵技術(shù)得到較快發(fā)展，到16世紀(jì)歐洲已普遍采用豎爐冶煉。歐洲早期的豎爐多呈方形，用石塊砌成，爐身較矮。由于不懂得加熔劑，因而往往不能獲得流動(dòng)性良好的爐渣，渣中鐵的含量也相當(dāng)高。到16世紀(jì)中葉時(shí)，爐缸邊長(zhǎng)1米多，有一個(gè)鼓風(fēng)口和一個(gè)流出口，日產(chǎn)量不到1噸。到17世紀(jì)爐子明顯加大增高，各項(xiàng)指標(biāo)都有顯著改善。然而由于生鐵難以鍛造，經(jīng)過(guò)把生鐵和礦石一起裝爐再一次熔煉，便得到熟鐵，同時(shí)產(chǎn)量增加，自此形成了煉鐵的二步操作法。

左圖為14世紀(jì)德國(guó)使用的煉鐵豎爐，右圖為17世紀(jì)歐洲出現(xiàn)的水車鼓風(fēng)煉鐵爐，日產(chǎn)鐵水可達(dá)到1噸。

18世紀(jì)中葉的英國(guó)工業(yè)革命大大推動(dòng)了煉鐵技術(shù)發(fā)展。早期冶鐵一般采用木炭為原料，隨著產(chǎn)量擴(kuò)大，歐洲當(dāng)時(shí)森林砍伐過(guò)度，便嘗試用煤作為高爐燃料。由于煤中含硫，使生產(chǎn)的鐵較脆，于是用干餾的方法除去煤中的硫成為焦炭。1735年英國(guó)人達(dá)爾比(Darby)用焦炭煉鐵獲得成功。這樣不僅解決了燃料問(wèn)題，而且焦炭質(zhì)地堅(jiān)硬，可以承受較大的壓力，使?fàn)t子能夠加高增大，產(chǎn)量大幅度提高。焦炭多孔透氣，有利于煉鐵過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行，所以是極為理想的燃料和還原劑，自那時(shí)起一直使用至今。1755-1765年間，英國(guó)和俄國(guó)人出現(xiàn)以蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的鼓風(fēng)機(jī)，為高爐大型化創(chuàng)造了條件。1788年，英國(guó)的生鐵產(chǎn)量為61300噸，而在各煉鐵廠相繼采用蒸汽機(jī)后，到了1796年，英國(guó)的生鐵產(chǎn)量即猛增到125000噸。1828年蘇格蘭開始以熱風(fēng)爐給高爐預(yù)熱鼓風(fēng)，取得明顯效果，推動(dòng)了蘇格蘭高爐在10年間全部裝備了熱風(fēng)爐。1857年發(fā)明蓄熱式熱風(fēng)爐后，風(fēng)溫急劇升高，使高爐冶煉達(dá)到一個(gè)嶄新的階段。1832年英國(guó)人第一次利用高爐煤氣來(lái)加熱鼓風(fēng)，與此同時(shí)出現(xiàn)了封閉式爐頂。這兩項(xiàng)新技術(shù)使當(dāng)時(shí)的高爐生產(chǎn)和爐頂構(gòu)造發(fā)生了巨大變化。

19世紀(jì)中葉至20世紀(jì)中葉，現(xiàn)代高爐煉鐵技術(shù)基本成型。1840年開始出現(xiàn)人造富礦（燒結(jié)礦、方團(tuán)礦和球團(tuán)礦等）。起初燒結(jié)配料中不加熔劑，燒結(jié)礦是自然堿度的，到20世紀(jì)中葉發(fā)展為自熔性燒結(jié)礦，進(jìn)而發(fā)展成熔劑性燒結(jié)礦，其冶金性能大為改善。以前高爐爐頂壓力為0.01-0.02MPa，20世紀(jì)中期出現(xiàn)了高壓(爐頂)操作，隨著鼓風(fēng)機(jī)能力加大，到20世紀(jì)后期爐頂壓力已達(dá)到0.15-0.25MPa。由于爐內(nèi)壓力提高，煤氣速度減慢，使高爐的冶煉強(qiáng)度和利用系數(shù)提高了一大步。1960年代高爐噴吹燃料技術(shù)發(fā)展起來(lái)后，加濕鼓風(fēng)、脫濕鼓風(fēng)、富氧鼓風(fēng)技術(shù)得到迅速發(fā)展，高爐風(fēng)溫20世紀(jì)中期的500-600℃提高到20世紀(jì)后期的1100-1350℃。隨著原料質(zhì)量和操作水平的提高，以及高爐耐火材料質(zhì)量的改進(jìn)，高爐壽命顯著延長(zhǎng)，到90年代已達(dá)到10-15年，最高達(dá)到20年。爐容從20世紀(jì)初的700m³提高到4000-5500m³，單爐日產(chǎn)量超過(guò)13000噸。高爐的自動(dòng)化控制技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用。

沙鋼5860高爐主體鋼結(jié)構(gòu)安裝
沙鋼5860高爐主體鋼結(jié)構(gòu)安裝

沙鋼集團(tuán)廠區(qū)

沙鋼具有國(guó)際先進(jìn)水平的1700mm熱板卷生產(chǎn)線

沙鋼集團(tuán)沙景寬厚板生產(chǎn)線

沙鋼年產(chǎn)能近1500萬(wàn)噸的工廠就依江而建，工廠到江岸的距離只有50～100米，是離岸最近的鋼鐵廠之一。

俄羅斯北方鋼鐵集團(tuán)切列波維茨鋼廠5號(hào)高爐（容積5580m³），曾經(jīng)是世界最大高爐。

德國(guó)多特蒙德赫爾德區(qū)拆遷后的Phoenix鋼廠，還留有部分設(shè)備作為工業(yè)歷史的紀(jì)念。

（未完待續(xù)，下篇介紹日本鋼鐵工業(yè)崛起過(guò)程，與中國(guó)工業(yè)落后歷史背景）

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