世界高炉之王
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世界高炉之王
——沙钢5860立方米炼铁高炉
工程投资额：18亿元以上
工程期限：2008年——2009年
沙钢5860高炉底部送风装置。这座世界第一高炉投产后，每天可生产1.3万多吨铁水，足够装满90只150吨铁水罐。
2009年10月21日凌晨1点36分，沙钢集团华盛炼铁厂5860立方米高炉顺利出铁，标志着这座目前世界上容积最大、技术最先进的“世界第一高炉”正式投产。该炉年产量高达500万吨，年产值超过120亿元；主要为沙钢集团新投产的300万吨热轧和200万吨宽厚板生产线提供铁水。
高炉炼铁技术已有数百年历史，2008年世界生铁产量9.267亿吨，高炉炼铁占总产量的90%以上。目前全世界约有炼铁高炉1400余座，我国约有炼铁高炉1100余座，2008年我国生铁产量达4.7067亿吨，约占世界生铁总产量的50.8%。高炉生产线是钢铁厂的“龙头”，通常由选料、制粉、烧结/球团、焦化、配料、鼓风机、热风炉、喷吹、高炉、除尘、煤气站、渣铁运输等庞大的系统组成。铁矿石经高炉冶炼成生铁，再用铁水罐转运到炼钢车间，用转炉等设备精炼成钢水，并铸成板坯钢锭，供后续生产流程轧制成钢材。因此高炉一旦出现问题，整个钢厂都有可能瘫痪，其重要性可见一斑。
沙钢集团位于江苏省张家港市锦丰镇，是我国最大的民营钢铁企业。华盛5860立方米高炉项目总投资18亿元，工程由原料运输设备、高炉本体、热风炉、高炉鼓风机、喷煤制粉及喷吹、轧铁处理及运输、煤气清洗以及三电控制系统组成。采用世界最先进的富氧喷煤系统、煤气洗涤循环系统、净化水增压系统、TRT余热发电、炉前脱硅及高效除尘环保等节能减排先进技术，装备水平居世界前列，吨铁能耗比国内同类装备降低40%左右，烟尘粉尘排放量可减少15%左右，技术经济指标达到国际一流水平。
日本第二大钢铁集团——日本JFE钢铁福山厂（左起）第2高炉、第3高炉、第4高炉、第5高炉，4号高炉2006年5月扩容到5000立方米，5号高炉扩容到5500立方米。
世界特大型高炉一览
钢铁被誉为工业社会的骨骼，自人类进入工业化以来，钢铁产量成倍增长。1901年世界钢铁产量仅为3000万吨，到2000年已经跃升到8.437亿吨，上个世纪世界钢铁总产量约为327.02亿吨，主要由欧美国家和日本生产。进入新世纪后，随着以中国为主的新兴经济体高速发展，2008年世界粗钢产量已经达到13.297亿吨，主要由中国生产。钢铁消费量的急剧增长和能源价格上涨，以及各国对于环境保护的要求，都在促使炼铁高炉向大型化、高效化、清洁化发展。
高炉规格一般以炉内有效容积来衡量，1860年以前高炉最大容积在300m³以下，日产铁水数十吨；到19世纪末期，容积增大到700m³，日产量提高到500吨；20世纪初期，炉容扩大到1000-3000m³，70年代后，扩大到4000-5000m³。现在高炉最大容积已经达到5500m³以上。这些巨型高炉日产铁水高达12000吨以上，足够用来建造2座埃菲尔铁塔。高炉从开炉点火到大修，单次炉役可以连续运转十几年时间，经数次停炉大修，炉龄可达50年以上，单炉累计产量以千万吨计。
截至2009年11月，全世界共有9座5500m³以上的特大型炼铁高炉，除了沙钢的世界高炉之王外，其他8座分别是：日本新日铁大分厂1号、2号高炉（容积均为5775m³），俄罗斯北方钢铁（Severstal）切列波维茨厂5号高炉（容积5580m³），日本新日铁君津厂4号高炉（容积5555m³），德国蒂森钢铁斯韦尔根厂2号高炉（容积5513m³），日本JFE福山厂5号高炉（容积5500m³），韩国浦项光阳钢厂4号高炉（容积5500m³），中国京唐钢铁1号高炉（容积5500m³）。
日本是特大型高炉最多的国家，全世界18座5000m³以上的高炉中，日本就占了12座。近年来日本四大钢铁公司，一口气将12座1979年前建设的高炉，扩容改建到5000m³以上；其中还包括2004年9月29日，住友金属鹿岛厂投产的5370m³新1号高炉，这是日本25年来唯一新建的大型高炉。新日铁大分厂2号高炉于1976年10月点火投产，1988年8月大修扩容到5245m³，2004年5月大修扩容到5775m³，日产量达到13500吨，成为当时世界最大的炼铁高炉。该炉自1976年投产以来，累计铁水产量已接近1亿吨。2009年8月2日，新日铁大分厂1号高炉经过大修，也扩容到5775m³，该炉1972年11月投产时的容积为4158m³。这些老旧高炉经过不断的大修改造，依然具有很高的生产效率。
苏联于1974年底，在乌克兰克里沃罗格（Krivoi Rog）钢铁公司，建成容积5026m³的9号高炉，年产量为400万吨，其炉壳用高强度钢板制成，配备有自立式热风炉，热风温度可达1450℃，比一般热风炉高200-300℃。这是苏联第一座5000m³级高炉。2003年11月，9号高炉经大修后复产。该厂曾经是仅次于马格尼托哥尔斯克钢铁公司的苏联第二大钢铁企业，现被安赛乐米塔尔收购，2008年产量约810万吨。1986年4月，苏联在沃洛格达州的切列波维茨（Cherepovets）钢铁厂，建成容积5580m³的5号高炉，该炉一度成为世界最大的炼铁高炉，2005年9月大修复产，2008年1月31日发生火灾，2天后恢复生产。韩国浦项制铁光阳钢厂，在1992年9月投产容积为3795m³的4号高炉，年产量310万吨。2009年2月18日停炉大修，将容积扩大到5500m³，年产量提高到430万吨。7月21日，该炉完工复产，成为韩国容积最大的高炉。
我国虽然从1996年起钢铁产量就已经超过日本，跃居世界第一位，2008年粗钢产量超过5亿吨，相当于日本的4倍。但在2009年前，我国仅有10座4000m³级以上的大型高炉，其中最大的是宝钢于1985年9月投产的1号高炉（容积4063m³），2008年12月扩容后达到4966m³，年产量提高到405万吨。截至2009年9月28日，宝钢4座4000m³级高炉，累计产铁超过2亿吨。
由于我国存在大量高污染、高能耗的小型高炉，国家从2005年制定钢铁产业政策时，就明确要淘汰300m³以下的高炉。2009年初制定钢铁产业振兴规划时，进一步将高炉淘汰标准提高到1000m³，这将直接压缩落后钢铁产能1.8亿吨以上。因此从2009年后，我国大型炼铁高炉将进入建设高潮。5月21日，唐山曹妃甸首钢京唐公司新建成的5500立方米1号高炉试生产成功。10月21日，沙钢5860m³高炉投产。2010年首钢京唐5500立方米2号高炉将投产。此外宝钢湛江、武钢防城港项目均有建设5000立方米以上大型高炉的计划。不过这些项目受金融危机影响，可能暂缓实施。
沙钢集团前身，沙洲县锦丰轧花厂老照片。没人会想到30年后，这里会诞生一家跻身世界十大钢铁集团的巨型钢铁企业。
江苏张家港沙钢集团卫星图片，厂区占地13平方公里，是台湾中钢的2倍，有数万职工在这里工作。照片上方就是长江，沙钢产品从这里源源不断地运往世界各地。
“钢铁沙皇”的传奇
沙钢集团成立于1975年，是我国最大的民营钢铁企业，经过三十多年发展，已经从一个县办小厂发展成为我国第四大钢铁集团。2008年完成钢产量2330万吨、铁1877万吨、轧材2057万吨，实现销售收入1452亿元、利税148亿元，跻身世界十大钢铁集团，在世界500强中排名第444位。目前沙钢集团拥有总资产1100亿元，职工35000余名，厂区占地13平方公里，主要技术装备均具有国际一流水平。这一系列数据，述说着一个企业成长的传奇。
1974年初，江苏省沙洲县（今张家港市）统配钢材紧缺，县里提出让锦丰轧花厂搞钢铁。轧花厂党支部书记张耀生和沈文荣等人，用借来的45万元自筹资金开始组建一个小型轧钢车间。他们用土法炼钢浇铸十副轧机牌坊，从上海一艘名为东方号的报废货轮，买来美国30年代制造的1250匹重型柴油机，用来带动轧机。用旧坦克上一台500匹马力汽油机和旧直流电动机，改为交流发电机解决辅助用电。10月份，厂里派沈文荣带领28个工人到吴县陆墓镇轧钢厂学习轧钢技术。1975年3月10日，轧钢车间正式投产。6月10日，锦丰轧花厂轧钢车间命名为沙洲县轧钢厂，隶属于沙洲县商业局。做了6年机修车间副主任的沈文荣，被任命为副厂长。沙洲县第一个冶金企业就这样诞生了。
1976年10月，沙钢建成第一台3吨小电炉，由于计划经济时代物资短缺，尽管设备原始，早期的沙钢还是取得了不错的效应。1983年产量近1万吨，有圆钢、螺纹钢、角钢等七八种产品。1984年4月，沈文荣被沙洲县委任命为轧钢厂厂长。刚上台的沈文荣就做出一个重大决定：收缩产品线，将当时大企业不屑一顾，而小企业又无法上规模的窗框钢作为主导产品。当时苏南地区先富起来的农民盖新房，用钢窗成为一种时尚，因此需求量很大。到1988年，沙钢已经建成9条窗框钢专业化生产线，产量达到13万吨，国内市场占有率达到65%。生产窗框钢使沙钢掘到了第一桶金，并享誉全国。
1988年底，当沙钢积累了1亿多元资金时，沈文荣把家底都砸进去，从英国比兹顿钢厂买进一条75吨超高功率电炉炼钢、连铸、连轧短流程生产线，年产25万吨螺纹钢。这个决定关系着沙钢的生死存亡。沈文荣破釜沉舟地说：“就是设备买来了运行不了，也要放在那里办成个展览馆，我自己在门口卖票，5分钱一张，让同行都来学习沈文荣的教训。”沈文荣和沙钢是幸运的，这一项目1992年投产后不久，适逢邓小平发表南巡讲话，中国迎来了基础建设的高潮，3亿元投资不到3年就全部收回。
1993年，沈文荣再行惊人之举，投资13亿元从德国引进亚洲第一条90吨超高功率竖式电炉炼钢、LF精炼、连铸、连轧高速线材生产线，投产第二年沙钢的产量就突破了百万吨大关。1997年，沙钢与韩国浦项制铁合资二亿多美元，生产冷轧不锈钢薄板，目前成为中国最大的不锈钢薄板生产基地。2001年2月，沙钢完成企业改制，国有股逐渐退出。
德国赫施（Hoesch）钢厂，曾经是多特蒙德的骄傲，有些工人祖孙三代都在这里工作。
2001年10月，沈文荣花费3084万欧元，整体买下德国蒂森克虏伯集团位于多特蒙德的赫施（Hoesch）钢厂，该厂创立于1873年，曾经是德国第三大钢厂，1944年遭盟军轰炸，二战后重建，拥有3万多名员工，该厂汽车用板深冲钢板等产品在欧洲享有盛誉，主要生产线是一条具有80年代先进水平的650万吨长流程钢板生产线，集烧结、焦化、炼铁、炼钢、连铸、连轧配套于一体，设备原值20亿欧元，蒂森集团是因为该厂远离海岸，人员、原材料成本过高，失去竞争力，又遇到市场饱和，才关停出售。从2001年11月起，沙钢派出1000多名工人，将霍施钢厂重达25万吨的设备和40吨安装图纸全部拆运回国，这被称为“欧洲战后最大规模的工业拆迁”。随后沙钢投入200亿元进行技术改造及厂房建设，只用了4年就建成一条650万吨炼铁、炼钢、连铸、连轧生产线，2005年6月18日正式投产。这一交易成为沙钢发展史上最重要的分水岭。沙钢产能因此一举跃升到1000万吨，并迅速改变了以棒材、线材等初级钢铁产品为主的产业结构。
德国多特蒙德赫尔德区拆迁后的Hoesch钢厂庞大厂区，让曾在这里工作的德国人颇为失落。
2006年沙钢年产铁1141万吨、钢1463万吨、材1272万吨，销售收入588亿元，跻身全国钢铁五强。并出资20亿元重组拥有200万吨优特钢产能的江苏淮钢集团。2007年9月，出资20多亿元重组河南最大的民营钢铁企业——安阳永兴钢铁，并进行250万吨扩产技术改造。2007年12月，沙钢控股同属张家港的江苏永钢集团，使沙钢集团产能提高到2200万吨，成为与宝钢、鞍钢并驾齐驱的钢铁巨头。沙钢从一个县级轧棉花的小厂，经过35年的拼搏，已经成为世界一流的钢铁企业。从沙钢冲击世界钢铁之巅的雄心，可以看到中国工业崛起的惊人速度。
沙钢5800立方米高炉系统全景
沙钢5860m³高炉工程
沙钢集团原有8座高炉，炼钢所需的铁水，主要由集团所属的宏发炼铁厂和华盛炼铁厂提供。宏发炼铁厂拥有3座2680立方米的炼铁高炉，陆续于2002年10月开始建设，2005年4月竣工投产，年产铁水650万吨，平均每座高炉日产铁水6000吨。主要供应年产450万吨的1700毫米热轧卷板和年产200万吨的5米宽厚板生产线。其中1号、2号高炉是利用德国蒂森赫施钢厂7号、4号高炉部分设备经过扩容改造而成，3号高炉为全新设计。华盛炼铁厂下设一分厂和二分厂，共拥有5座380立方米高炉，陆续于1999年12月开始建设，2004年2月投产，年产铁水250万吨，平均每座高炉日产铁水约1200吨。
沙钢华盛5860m³高炉是沙钢集团推进节能减排、优化生产结构的代表性工程，由武汉钢铁设计研究总院设计，中冶天工上海十三冶承建，先后解决了大体积混凝土浇筑，高炉本体结构安装、焊接，高炉机电管仪安装，耐材砌筑等关键技术问题。2008年1月15日工程开始打桩，2月14日正式奠基开工，3月16日进入土建施工。高炉基础土方开挖达量到1.6万立方米，基坑深度4.9米，钢筋绑扎量1200吨，砼浇筑量达9028立方米。6月6日第一带炉壳吊装成功，标志着该工程从打桩土建转入结构吊装阶段。6月21日正式开始热风炉拱顶砌筑。高炉采用三座PW-DME外燃式热风炉，单座重达6000吨，由蓄热室、燃烧室和拱顶组成。12月25日，热风炉60米砼烟囱，经过30多名员工145天连续施工，完成447吨内衬耐火料的砌填任务，全面竣工。
2009年2月初，高炉2台总重172吨的炉顶料罐顺利地安装到62.5米平台上，3月23日，高炉粗煤气下降管顺利在百米高空对接就位，粗煤气下降管是高炉煤气出口的主要通道，且是整个高炉施工最重的构件之一，管径3400毫米，长度为58米，重约120吨。5月5日正式开始耐材砌筑，6月25日高炉炉底耐材全部砌筑完成。共完成4层炉底炭砖，2层陶瓷垫砖，5层环形炭砖及炉底保护砖铺设任务。7月9日，全厂35千伏动力、鼓风机站10千伏、主泵房10千伏、主控楼10千伏系统成功送电。9月，高炉鼓风机站系统试车成功，该设备电机重达123吨，额定功率60000千瓦，是目前世界最大的鼓风机。2009年9月20日12时28分，华盛5860高炉开始烘炉，标志着工程完成设备安装，进入负荷试车阶段。华盛5860高炉投产后，将使沙钢炼铁产能提高近三分之一。除华盛高炉技改项目外，沙钢集团还在全力推进焦炉技改、荣盛转炉技改、荣盛轧钢技改和5米宽厚板技改项目。五大技改项目总投资190亿元，预计2010年正式投产。
高炉炼铁流程
高炉是形似保龄球的圆形竖炉，用高强度钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬，自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。炉顶开有进料口和四根炉顶排气管，这四根排气管在炉外接合为一根降流管，与除尘设备相连，用于清除炉顶气的粉尘。炉底设有出铁口和出渣口，沿炉缸四周开有数量不等的进风口，与热风炉用管道相连。炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭/煤粉、石灰石和空气。从炉顶装料，炉底鼓风，形成炉料下降，和煤气上升的相对运动，将矿石还原成生铁。
从矿山采出来的铁矿石包括赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿等种类，富矿经加工可以直接入高炉冶炼，贫矿由于含铁量较低，必须经过研磨、选矿等工序，提取含铁量较高的部分，制成精矿粉。由于精矿粉太细，不能直接入炉，必须通过烧结机制成烧结矿，或经过竖炉制成球团矿。球团成块后的矿粉具有高气孔率，有利于利于炼铁造渣，提高炼铁效率。
高炉炼铁时，将矿粉制成的烧结矿/球团矿，与焦炭、造渣熔剂（石灰石）等原料，按规定称重配比，从炉顶进料口分批装入炉身。将冷空气用鼓风机吹入热风炉内，加热到800-1350摄氏度，用管道送入高炉底部四周的进风口，并向风口喷入焦炭/煤粉/重油等助燃剂。高温空气与焦炭/煤粉发生燃烧，产生2000℃以上的炽热煤气。高温煤气以60-120米/秒的速度，从底部风口连续稳定地吹入高炉内，使温度达到上千度。炉顶装入的焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。炉料降到炉身上部还原区时，被预热到300℃，水份蒸发排出，矿石与CO气体发生反应。炉料降到炉腰还原区时，加热到900℃，氧化铁还原为固态海绵铁，石灰石快速分解为氧化钙并与脉石结合。炉料降到炉腹熔融带时，加热到1350-2000℃，除焦炭外，其它炉料全部熔融，铁液熔化滴落到炉缸，炉渣逐步形成。炉料降到炉底时，焦炭在风口前燃烧气化。风口前有一个袋形的焦炭回旋区，焦炭在这里遇空气强烈地回旋和燃烧，放出大量的热并生成一氧化碳与二氧化碳，这里是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。一氧化碳在上升过程中，与铁矿石中的氧反应成二氧化碳和铁，二氧化碳气体上升，跟炉料中的炙热焦炭反应，再次生成一氧化碳，继续跟从炉顶不断装入的炉料反应。
炉料在下降过程中，绝大部分铁的氧化物被还原成铁。混在铁矿石里的锰、硅、硫、磷等元素也会被碳或一氧化碳从它们的化合物中还原出来。少量的碳、锰、硅、硫、磷等在高温下熔合在铁里，成为生铁。铁矿石里还含有难熔化的脉石，炉料中加入石灰石就是用于除去脉石。石灰石主要成份为碳酸钙，与脉石里的二氧化硅反应，生成硅酸钙和二氧化碳，从矿石里分离出来。还原后的生铁和炉渣，聚集在炉缸中，定期从出铁口、出渣口放出。生铁是炼钢的主要原料，矿渣是生产矿渣水泥的原料。上升到炉顶的高温煤气流则逐渐冷却，从炉顶排出；经除尘后作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等设备的气体燃料。炉顶气含尘量非常高，一座日产3000吨的高炉，仅每天从炉顶气分离的尘埃就高达70吨。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，导出部分煤气用于发电。根据铁矿石品味，高炉炼铁通常需要1.5-2吨铁矿石、0.3-0.6吨焦炭/煤粉、0.2-0.4吨熔剂，2000m³空气，才能冶炼出一吨生铁。
生铁性能坚硬但较脆，含碳量在2-4.3%之间，按用途可分为炼钢生铁（白口铁）、铸造生铁（灰口铁）、球墨铸铁以及合金生铁。炼铁厂生产的铁水用铁水罐转运到炼钢车间，与废钢、石灰等造渣料一起，投入转炉吹氧冶炼成钢，将含碳量降低到0.2-2%，脱除硅、磷、硫等杂质，钢水精炼后铸成板坯钢锭，供后续流程轧制成钢材。含碳量在0.2%以下的称为熟铁，由于缺乏碳素，性能较软，强度和硬度均较低。
大型高炉一旦点火后就不能轻易停止运行，否则会使炉体受到严重损伤。在经济不景气的情况下，企业压缩生产又不能停火，所以只能降低炉温，使高炉处于保温状态，延长产品出炉的时间，减少营运成本。这被称为闷炉。为了保证高炉生产的连续性，必须要储备足够数量的原料。如宝钢1号4063m³高炉，日产生铁超过10000吨，炉渣4000多吨，日耗焦4000多吨。炼铁是能耗大户，高炉、烧结、炼焦三个工序的能耗在钢铁企业总能耗中约占70%，单是高炉的能耗即占50%左右。炼铁又是钢铁企业环境污染的重点户。高炉和烧结的烟尘，焦化的废水和烟尘对环境污染都比较严重，故它又是钢铁企业进行环境治理的重点部门，近年来高炉设备都在向环保节能化发展。
11-15世纪使用的炼铁风箱
高炉炼铁发展概况
高炉炼铁起源于炼铁竖炉，炼铁竖炉由炼铜竖炉发展而来，当时铁是炼铜时的副产品。公元前4000年的古埃及和两河流域，出现极少量陨铁制品。公元前1400年，小亚细亚的西台王国（今土耳其境内）掌握了原始的冶铁技术。即在土中挖一坑洞，周围堆上石块，以木柴为燃料，利用自然风力烧炼矿石，产品为类似块状的海绵铁。西台王国被腓尼基所灭后，冶铁技术逐渐向中东、非洲、欧洲传播，这个过程延续了上千年。
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、农具和生活用具。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。在郑州古荥镇出土的西汉中晚期冶铁遗址中，炼铁竖炉炉缸长轴约4米，短轴约2.8米。有专家估算这样的竖炉有效容积为50立方米，两侧各有2个风口，设鼓风器4具，日产量约500公斤。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。炼铁技术逐步由中国传入朝鲜、日本等国。
欧洲直到12世纪初，才在瑞典出现竖炉炼铁。15世纪时由于铸造火炮的需要，炼铁技术得到较快发展，到16世纪欧洲已普遍采用竖炉冶炼。欧洲早期的竖炉多呈方形，用石块砌成，炉身较矮。由于不懂得加熔剂，因而往往不能获得流动性良好的炉渣，渣中铁的含量也相当高。到16世纪中叶时，炉缸边长1米多，有一个鼓风口和一个流出口，日产量不到1吨。到17世纪炉子明显加大增高，各项指标都有显著改善。然而由于生铁难以锻造，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。
左图为14世纪德国使用的炼铁竖炉，右图为17世纪欧洲出现的水车鼓风炼铁炉，日产铁水可达到1吨。
18世纪中叶的英国工业革命大大推动了炼铁技术发展。早期冶铁一般采用木炭为原料，随着产量扩大，欧洲当时森林砍伐过度，便尝试用煤作为高炉燃料。由于煤中含硫，使生产的铁较脆，于是用干馏的方法除去煤中的硫成为焦炭。1735年英国人达尔比(Darby)用焦炭炼铁获得成功。这样不仅解决了燃料问题，而且焦炭质地坚硬，可以承受较大的压力，使炉子能够加高增大，产量大幅度提高。焦炭多孔透气，有利于炼铁过程中化学反应进行，所以是极为理想的燃料和还原剂，自那时起一直使用至今。1755-1765年间，英国和俄国人出现以蒸汽机驱动的鼓风机，为高炉大型化创造了条件。1788年，英国的生铁产量为61300吨，而在各炼铁厂相继采用蒸汽机后，到了1796年，英国的生铁产量即猛增到125000吨。1828年苏格兰开始以热风炉给高炉预热鼓风，取得明显效果，推动了苏格兰高炉在10年间
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