高爐煉鐵是將鐵礦石、焦炭、造渣劑（石灰石等）與空氣在高爐內(nèi)相互反應(yīng)生成鐵水、爐渣與高爐煤氣，其化學(xué)反應(yīng)式如下：

C+O2→CO2+熱量                 CO2+C→2 CO—熱量

FeO+ CO→Fe +CO2—熱量          FeO+C→Fe+ CO—熱量

評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)運(yùn)行的主要技術(shù)指標(biāo)有：

--焦比：Kg焦炭/噸鐵，每噸鐵耗焦炭量；

--鼓風(fēng)量：m3空氣/噸鐵，每噸鐵耗空氣量；

--利用系數(shù)：噸鐵/ m3 高爐/天，每m3高爐每天生產(chǎn)的生鐵數(shù)量；

--富氧率%：比空氣中氧含量（20.9%）高出的百分點(diǎn)。

高爐煉鐵流程離不開焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭，焦炭生產(chǎn)流程的特點(diǎn)是投資高、流程復(fù)雜、污染嚴(yán)重等。因此，降低煉鐵過程中的焦炭耗量不僅能降低生鐵的生產(chǎn)成本，同時(shí)也有利于環(huán)境保護(hù)。

噴煤是降低焦比的最有效措施。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的高爐噴煤已達(dá)到較高的水平，主要表現(xiàn)：一是所有的高爐都配置了噴煤設(shè)施，二是某些鋼廠高爐已連續(xù)多年實(shí)現(xiàn)200kg/t鐵煤比。但是，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：多年來，全國高爐的平均煤比一直在120kg/t鐵的水平上徘徊，使得焦比居高不下。因此，在生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大、而焦炭價(jià)格大幅度上升的情況下，如何有效地提高高爐煉鐵煤比是今后我國煉鐵行業(yè)需重點(diǎn)考慮的課題。

高爐富氧鼓風(fēng)具有提高煤比的顯著作用，這一點(diǎn)無論在理論還是實(shí)踐上都已得到充分證明。高爐煉鐵富氧率為1%可增產(chǎn)4.76%，風(fēng)口理論燃燒溫度提高35~45℃，使煤氣發(fā)熱值提高3.24%，允許增加的噴煤～20kg/t鐵。

目前我國的煉鐵生產(chǎn)中，燃料費(fèi)用在生鐵成本中約占25%，為了減少焦炭耗量、降低生鐵成本、提高高爐的生產(chǎn)率，我國已開創(chuàng)了適合我國國情的高風(fēng)溫、低富氧、大噴煤的技術(shù)路線。為維持高爐的正常生產(chǎn)，要求理論燃燒溫度要大于2000℃。高爐噴煤粉10千克/t鐵，會(huì)使理論燃燒溫度降低20℃（無煙煤）至30℃（煙煤），因此在富氧率為0的情況下，噴煤比最大只能達(dá)到130千克/t鐵，噴煤比大于130Kg時(shí)，富氧就不可缺少了。

為了實(shí)現(xiàn)最大程度地降低高爐焦比，未來高爐的煤比應(yīng)在200kg/t鐵以上。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，除了繼續(xù)改進(jìn)爐料結(jié)構(gòu)和質(zhì)量以及提高風(fēng)溫外，大幅度提高富氧率是必不可少的手段。從目前的狀況推斷，富氧率3～5%應(yīng)是實(shí)現(xiàn)煤比200kg/t鐵以上的必備條件。

高爐采用富氧之后，除了可以顯著降低焦比外，還具有以下一些益處：

提高高爐煤氣的熱值。富氧后，由于煤氣中N2量減少，有效的CO、H2相對(duì)增加，能提高煤氣的熱值。鞍鋼的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：富氧1%，高爐煤氣的熱值提高3.4%，熱風(fēng)爐反應(yīng)好燒爐。

高爐富氧后，更有利于冶煉能耗高的鐵種。對(duì)于綜合焦比很高的鐵種，如鑄造鐵、硅鐵等耗熱量大的鐵種，不僅能大大降低其燃耗，還能提高其產(chǎn)量。

另外，從提高高爐生產(chǎn)率的角度，富氧的作用更顯著。這也是為什么國內(nèi)外一些企業(yè)不斷提高富氧率的原因。因此，高富氧率將成為未來高爐生產(chǎn)的標(biāo)志性參數(shù)。

雖然富氧鼓風(fēng)的作用早已被認(rèn)可，但是長期以來，我國的高爐富氧一直被當(dāng)作可有可無的操作手段，不僅富氧率很低，氧氣來源也得不到保證。除個(gè)別廠的高爐在特定一段時(shí)期內(nèi)具有較高的富氧率外，富氧率普遍＜3%，一般僅為1%左右，許多高爐甚至沒有富氧設(shè)施。

造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的。首先從成本上考慮，在前些年的焦炭價(jià)格和生鐵價(jià)格體系下，富氧所帶來的增煤節(jié)焦和增產(chǎn)效益，不能抵消氧氣消耗帶來的成本上升。因此，在行業(yè)中產(chǎn)生了富氧不夠經(jīng)濟(jì)的印象。

另外一個(gè)原因是氧氣來源的問題。鋼鐵廠的氧氣是供轉(zhuǎn)爐煉鋼使用的工業(yè)純氧，由煉鋼的規(guī)模決定制氧量，因此，各廠的氧氣除供應(yīng)煉鋼外，基本無富裕。

但是，目前的焦炭和生鐵價(jià)格已大幅度提高，而且這種趨勢(shì)將相對(duì)保持下去，富氧在經(jīng)濟(jì)上已存在可行性。

富氧鼓風(fēng)的效益體現(xiàn)在增產(chǎn)和降低焦比上。若以5%的富氧率計(jì)算，噸鐵增加的富氧量約為60m3。如氧氣價(jià)格按0.5元/Nm3計(jì)算，則噸鐵增加成本30元。如果富氧5%可提高煤比80kg/t 鐵、節(jié)焦72kg/t鐵，則可獲得效益約40元；富氧鼓風(fēng)增產(chǎn)帶來的效益估算為30元；兩項(xiàng)效益之和已超過氧氣成本的1倍以上。如果單位氧氣的成本能夠降低，效益會(huì)更加明顯。

當(dāng)然，各廠還應(yīng)當(dāng)依據(jù)各自的條件進(jìn)行具體測(cè)算，但是可以說，在目前的生鐵和焦炭的價(jià)格體系下，富氧鼓風(fēng)高爐煉鐵在成本上能得到有效的補(bǔ)償，并將是高爐煉鐵的一個(gè)贏利效果突出的手段。目前，高爐富氧鼓風(fēng)面臨的最大問題是氧氣的來源。現(xiàn)在國內(nèi)各鋼鐵廠的高爐富氧基本來自轉(zhuǎn)爐煉鋼的剩余氧氣。富氧1%相當(dāng)于噸鐵耗氧12Nm3，當(dāng)富氧3%左右時(shí)，噸鐵的氧耗相當(dāng)于轉(zhuǎn)爐噸鋼氧耗的約42%。一般鋼鐵廠現(xiàn)有的制氧能力顯然無法滿足高爐富氧鼓風(fēng)的需要。

解決的方法是針對(duì)高爐鼓風(fēng)富氧需求，建設(shè)專門的制氧設(shè)備。由于高爐富氧鼓風(fēng)并不需要高純度和高壓，例如富氧率3%表示進(jìn)入高爐的富氧空氣的氧濃度僅比大氣氧濃度（20.9%）高3個(gè)百分點(diǎn)（～24%），因此有多種制氧方法可供選擇。特大規(guī)模的可選擇深冷法制氧，中、大規(guī)模的可選擇變壓吸附法或深冷法制氧，中小規(guī)模的除前述兩種方法外甚至可選擇液氧氣化獲得氧源，總之，應(yīng)根據(jù)高爐的情況而決定。

常規(guī)的深冷法制氧機(jī)組一是投資大，二是建設(shè)周期長。再者，深冷法空分制氧裝置純度一般都在99.3%，壓力在1.3MPa（氧槍入口，氧氣加壓2.5MPa）；而高爐富氧對(duì)氧氣質(zhì)量沒有特殊要求，只是將鼓風(fēng)中空氣的氧含量從原21%增加相應(yīng)的富氧率，如：富氧率2%，只要求空氣的氧含量從原21%增加到23%，目前有的鋼廠將深冷法制氧機(jī)組生產(chǎn)的99.3%的高純度氧通過減壓到0.3MPa左右與鼓風(fēng)混合達(dá)到富氧率要求。這種常規(guī)的提高高爐富氧率的方法有明顯的不足：富氧成本高（用高純度氧與空氣混合）；與煉鋼共用輸配系統(tǒng)，壓力損失大（2.5MPa→0.3MPa）。

近幾年來，隨著VPSA變壓吸附制氧技術(shù)的不斷進(jìn)步，產(chǎn)氧規(guī)模逐步擴(kuò)大，工藝水平逐步提高，并在有色金屬冶煉等領(lǐng)域的富氧燃燒方面開始大量運(yùn)用，已完全可以成為鋼鐵高爐富氧的新的手段。

上述兩項(xiàng)制氧工藝的特點(diǎn)對(duì)比：深冷分離工藝是傳統(tǒng)制氧技術(shù)，有一百多年的歷史，技術(shù)成熟，氧氣純度高、產(chǎn)品種類多，適用于大規(guī)模制氧；VPSA變壓吸附工藝相對(duì)前者為新興技術(shù)，投資小、能耗低，適用于氧氣純度不太高、中小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)合。

綜上，深冷法和VPSA變壓吸附法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是在制氧規(guī)模不大（≤20000 Nm3/h）的情況下，變壓吸附制氧在工藝、操作、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)性等各方面存在著較為明顯的優(yōu)勢(shì)，是高爐富氧噴煤的理想供氧方式。