开炉方法技术讲座

1、高炉开炉方法讲座高炉开炉方法讲座2013年5月12日于成都 1.1.引言引言 一座耗资数亿元的现代高炉，开炉是否顺一座耗资数亿元的现代高炉，开炉是否顺利，不仅关系到巨额开炉费用，而且还对高炉利，不仅关系到巨额开炉费用，而且还对高炉炉龄造成重大影响，所以开炉历来为炼铁工作炉龄造成重大影响，所以开炉历来为炼铁工作者所重视。从人员组织、设备联动试车到烘炉、者所重视。从人员组织、设备联动试车到烘炉、装料、点火送风最后达到设计能力，成为企业装料、点火送风最后达到设计能力，成为企业相当一段时期的头等大事。因此，开炉方法的相当一段时期的头等大事。因此，开炉方法的创新和进步就十分重要。创新和进步就十分重要。

2、我们知道一座正常生产的高炉短期休风后我们知道一座正常生产的高炉短期休风后炉况的恢复是相当快的，最多炉况的恢复是相当快的，最多1 1天时间就能达天时间就能达到正常生产能力，如果高炉在开炉前的状态能到正常生产能力，如果高炉在开炉前的状态能与短期休风的高炉状态接近，那么开炉达产就与短期休风的高炉状态接近，那么开炉达产就只是一步之遥。为此，首先对新投产高炉与短只是一步之遥。为此，首先对新投产高炉与短期休风高炉的状态做一下分析。期休风高炉的状态做一下分析。2 2 新投产高炉与短期休风高炉状态分析新投产高炉与短期休风高炉状态分析2 21 1炉料结构差别炉料结构差别 新投产的高炉（以全焦开炉为例）炉腹中部以

3、下新投产的高炉（以全焦开炉为例）炉腹中部以下填充的是净焦，炉腹中部以上为空料与轻负荷料。填充的是净焦，炉腹中部以上为空料与轻负荷料。 短期休风高炉炉缸和炉腹中下部以净焦为主，炉短期休风高炉炉缸和炉腹中下部以净焦为主，炉腹中部以上为软融的含铁炉料，炉身部位为正常负荷腹中部以上为软融的含铁炉料，炉身部位为正常负荷料。料。 两者炉料结构较相似，但新投产的高炉料柱矿焦两者炉料结构较相似，但新投产的高炉料柱矿焦比小于后者。比小于后者。2 22 2 送风后的差别送风后的差别 短期休风转送风的高炉，由于高炉有充足的短期休风转送风的高炉，由于高炉有充足的热量贮备，送风后炉腹在高温煤气的加热下，炉热量贮备，送风

4、后炉腹在高温煤气的加热下，炉缸在上部流入的液态渣铁加热下，温度迅速恢复缸在上部流入的液态渣铁加热下，温度迅速恢复到正常水平。到正常水平。 新投产的高炉点火送风后，产生的高温煤气新投产的高炉点火送风后，产生的高温煤气对风口以上区域起到较好的加热作用，风口以上对风口以上区域起到较好的加热作用，风口以上区域温度在较短时间内能够达到正常水平。区域温度在较短时间内能够达到正常水平。 虽然初期形成的软融带位置、形状受煤虽然初期形成的软融带位置、形状受煤气流量和分布影响与正常生产高炉不同，但气流量和分布影响与正常生产高炉不同，但只要风口以上区域产生的渣铁液能顺利地进只要风口以上区域产生的渣铁液能顺利地进入炉

5、缸，再加上投产初期较低的矿焦比，不入炉缸，再加上投产初期较低的矿焦比，不难推测料柱的透气性应好于正常生产的高炉。难推测料柱的透气性应好于正常生产的高炉。 由于新投产的高炉炉缸区域填充的是常温由于新投产的高炉炉缸区域填充的是常温焦炭或木柴，点火送风后产生的高温煤气流大焦炭或木柴，点火送风后产生的高温煤气流大部分向上运动，对风口以下的炉缸区域加热就部分向上运动，对风口以下的炉缸区域加热就十分困难，造成开炉较长时间炉缸热量不足，十分困难，造成开炉较长时间炉缸热量不足，温度达不到正常水平且不均匀，这与短期休风温度达不到正常水平且不均匀，这与短期休风高炉的炉缸有着本质的区别，所以开炉初期对高炉的炉缸有着

6、本质的区别，所以开炉初期对炉缸的加热并使其尽快发挥存贮渣铁的功能成炉缸的加热并使其尽快发挥存贮渣铁的功能成为炉况顺行的关键。为炉况顺行的关键。2 2 不同开炉方法对加热炉缸效果分析不同开炉方法对加热炉缸效果分析 不同开炉方法加热炉缸的效果与炉缸填不同开炉方法加热炉缸的效果与炉缸填充物、开炉料的组成以及开炉送风方式有充物、开炉料的组成以及开炉送风方式有关，下面就国内常用的开炉方法对加热炉关，下面就国内常用的开炉方法对加热炉缸效果进行分析。缸效果进行分析。 2 21 1焦炭填充炉缸开炉方法对加热炉缸的分析焦炭填充炉缸开炉方法对加热炉缸的分析 60 60年代用焦炭填充炉缸开炉已成为国内高炉开年代用焦

7、炭填充炉缸开炉已成为国内高炉开炉的基本方法，为多数企业所采用，高炉点火送风炉的基本方法，为多数企业所采用，高炉点火送风后加热炉缸的主要途径有：后加热炉缸的主要途径有： （1 1）高炉开炉时一般在铁口安装了煤气导出管，这样）高炉开炉时一般在铁口安装了煤气导出管，这样风口区域产生的高温煤气会有部分穿过炉缸焦炭层从导出风口区域产生的高温煤气会有部分穿过炉缸焦炭层从导出管排出，有利于加热炉缸和出好首次渣铁。但导出管的面管排出，有利于加热炉缸和出好首次渣铁。但导出管的面积非常小，另外通过炉缸焦炭层的煤气主要成分为积非常小，另外通过炉缸焦炭层的煤气主要成分为COCO，不，不能使焦炭燃烧，因此，对炉缸的加热

8、是有限的，仅局限于能使焦炭燃烧，因此，对炉缸的加热是有限的，仅局限于铁口附近的炉缸区域，并且数小时后形成的渣铁堵塞通道铁口附近的炉缸区域，并且数小时后形成的渣铁堵塞通道时，煤气加热炉缸的作用就丧失了时，煤气加热炉缸的作用就丧失了； （2 2）熔化流入炉缸的渣铁对炉缸进行加热，国）熔化流入炉缸的渣铁对炉缸进行加热，国内一些高炉常采用低品位炉料开炉以增加渣量的办内一些高炉常采用低品位炉料开炉以增加渣量的办法来加热炉缸。但进入炉缸的渣铁液温度降低后，法来加热炉缸。但进入炉缸的渣铁液温度降低后，会重新凝结或者变稠，变稠的渣铁填充于焦炭间，会重新凝结或者变稠，变稠的渣铁填充于焦炭间，减少炉缸工作的有效空

9、间，阻碍炉腹部位产生的渣减少炉缸工作的有效空间，阻碍炉腹部位产生的渣铁液向炉缸汇集，进而影响热量向炉缸纵深传递；铁液向炉缸汇集，进而影响热量向炉缸纵深传递； （3 3）风口高温区的热量通过焦炭层的传导加热）风口高温区的热量通过焦炭层的传导加热炉缸，但传热效率较低。炉缸，但传热效率较低。2 22 2 木柴填充炉缸开炉方法对加热炉缸的分析木柴填充炉缸开炉方法对加热炉缸的分析 国内部分大型企业的高炉目前仍采用木柴填充炉国内部分大型企业的高炉目前仍采用木柴填充炉缸法开炉。木柴填充炉缸一般叠架放置，填充率不缸法开炉。木柴填充炉缸一般叠架放置，填充率不足足50%50%，堆密度小。对炉缸的加热作用主要表现在

10、：，堆密度小。对炉缸的加热作用主要表现在：（1 1）有利于通过铁口导出管的高温煤气加热炉缸；）有利于通过铁口导出管的高温煤气加热炉缸；（2 2）送风点火后无论木柴是被碳化还是被燃烧，）送风点火后无论木柴是被碳化还是被燃烧，均能在较短时间内腾出一定空间，有利于上部高温均能在较短时间内腾出一定空间，有利于上部高温炉料进入炉缸；炉料进入炉缸；（3）由于焦炭装在渣口水平线以上，送风后能直接参与氧化燃烧反应，所以进入炉缸区域的焦炭均巳被加热到较高温度，赤热焦炭一方面对木柴进一步加热使其碳化形成空间，另一方面对炉缸起到较好的加热作用。由此可看出，填充于炉缸的木柴主要是起支架作用，送风后逐渐被干馏碳化，为上

11、部赤热焦炭进入炉缸提供空间；（4 4）风口高温区的传导传热。上述两种开炉方）风口高温区的传导传热。上述两种开炉方法加热炉缸所需热量的主要来源均是间接的，法加热炉缸所需热量的主要来源均是间接的，由于不能直接通过燃烧焦炭加热炉缸，炉缸温由于不能直接通过燃烧焦炭加热炉缸，炉缸温度达到正常水平需要较长的时间。度达到正常水平需要较长的时间。2 23 3炉底点火送风开炉方法对加热炉缸的分析炉底点火送风开炉方法对加热炉缸的分析 攀钢高炉采用焦炭填充炉缸，炉底多点送攀钢高炉采用焦炭填充炉缸，炉底多点送风点火的方法开炉，对炉缸取到较好的加热效风点火的方法开炉，对炉缸取到较好的加热效果。炉底点火加热炉缸的做法是：

12、在铁口上方果。炉底点火加热炉缸的做法是：在铁口上方两个风口、两个渣口上方各一个风口安装送风两个风口、两个渣口上方各一个风口安装送风吹管，并使其伸到炉缸下部距炉底吹管，并使其伸到炉缸下部距炉底1.51.5米的位置。米的位置。 开炉装料时焦炭将送风吹管埋住，送风点开炉装料时焦炭将送风吹管埋住，送风点火时热风通过送风吹管将炉缸底部的焦炭点燃，火时热风通过送风吹管将炉缸底部的焦炭点燃，待炉缸温度升高后，进风吹管被烧坏，该风口待炉缸温度升高后，进风吹管被烧坏，该风口即转为正常送风。由于该方法在炉缸风口和炉即转为正常送风。由于该方法在炉缸风口和炉底不同高度同时点燃焦炭，增加了炉缸点火深底不同高度同时点燃焦

13、炭，增加了炉缸点火深度，送风吹管将热风送到炉缸下部，直接燃烧度，送风吹管将热风送到炉缸下部，直接燃烧焦炭加热炉缸，对炉缸的加热效果优于其它开焦炭加热炉缸，对炉缸的加热效果优于其它开炉方法，表现在开炉后炉况顺行，通常三天内炉方法，表现在开炉后炉况顺行，通常三天内就能达产。北钢就能达产。北钢2 2号高炉采取类似方法，取得了号高炉采取类似方法，取得了同样的效果，开炉同样的效果，开炉4 4天达产。天达产。 从上述开炉实践中证实，一个热量充沛的炉从上述开炉实践中证实，一个热量充沛的炉缸是高炉开炉顺行达产的关键。炉底点火送风缸是高炉开炉顺行达产的关键。炉底点火送风虽然对加热炉缸起到了非常好的效果，但还存虽

14、然对加热炉缸起到了非常好的效果，但还存在一些不足：在一些不足： （1 1）风口加装引风管，在炉底点火送风后，）风口加装引风管，在炉底点火送风后，由于焦炭燃烧形成的高温（理论燃烧温度超过由于焦炭燃烧形成的高温（理论燃烧温度超过20002000）很快就会将引风管烧坏，使炉底点燃）很快就会将引风管烧坏，使炉底点燃的焦炭不能继续燃烧。的焦炭不能继续燃烧。（2 2）引风管只局限于铁口和渣口上方，对）引风管只局限于铁口和渣口上方，对炉缸的加热不均匀，炉缸内仍存在温度较炉缸的加热不均匀，炉缸内仍存在温度较低的区域。低的区域。（3 3）导风管数量少，进入炉缸区域燃烧焦）导风管数量少，进入炉缸区域燃烧焦炭的风量

15、有限。炭的风量有限。4 4 预热炉缸开炉方法的提出与设计预热炉缸开炉方法的提出与设计通过上述分析，可知在开炉初期渣铁形成时，通过上述分析，可知在开炉初期渣铁形成时，炉缸远没有达到正常工作所需要的温度，难以炉缸远没有达到正常工作所需要的温度，难以正常发挥炉缸贮存渣铁的作用，出现高炉不受正常发挥炉缸贮存渣铁的作用，出现高炉不受风，下料不畅，风渣口烧坏，最终延长了高炉风，下料不畅，风渣口烧坏，最终延长了高炉达产的时间。另外从加热炉缸的过程分析可看达产的时间。另外从加热炉缸的过程分析可看出常规开炉方法加热炉缸的难度。由此，为解出常规开炉方法加热炉缸的难度。由此，为解决上述问题，提出预热炉缸开炉方法。决

16、上述问题，提出预热炉缸开炉方法。4 41 1预热炉缸方法设计预热炉缸方法设计 预热炉缸采用焦炭填充炉缸开炉，烘炉时风预热炉缸采用焦炭填充炉缸开炉，烘炉时风口间隔安装伸向炉底的引风导管，将其余风口口间隔安装伸向炉底的引风导管，将其余风口临时堵死，烘炉结束后，就可向炉缸填充焦炭，临时堵死，烘炉结束后，就可向炉缸填充焦炭，焦炭将送风吹管埋住。当炉缸填充焦炭完毕，焦炭将送风吹管埋住。当炉缸填充焦炭完毕，随着高炉继续装料，同时开始预热炉缸。随着高炉继续装料，同时开始预热炉缸。 首先鼓入首先鼓入800800以上的热风，将焦炭点燃，以上的热风，将焦炭点燃，随后将热风转换成冷风继续鼓入炉缸下部燃烧随后将热风转

17、换成冷风继续鼓入炉缸下部燃烧焦炭，因理论燃烧温度较低，引风导管不会很焦炭，因理论燃烧温度较低，引风导管不会很快烧坏，可延长加热炉缸时间。在装料过程中，快烧坏，可延长加热炉缸时间。在装料过程中，通过调节鼓风量可将炉缸预热到通过调节鼓风量可将炉缸预热到10001000以上，以上，且炉缸温度均匀，不存在且炉缸温度均匀，不存在“死角死角”。 在燃烧焦炭预热炉缸的过程中，产生的高温在燃烧焦炭预热炉缸的过程中，产生的高温煤气对上部料柱同时起到加热和疏松的作用。煤气对上部料柱同时起到加热和疏松的作用。当炉料装至料线时，预热炉缸结束，此时高炉当炉料装至料线时，预热炉缸结束，此时高炉整个状态接近于短期休风后的高

18、炉。这时将堵整个状态接近于短期休风后的高炉。这时将堵死的风口捅开，向高炉鼓入高温热风，送风后死的风口捅开，向高炉鼓入高温热风，送风后引风导管在高温下会很快被烧损，各风口转为引风导管在高温下会很快被烧损，各风口转为正常送风。正常送风。3 32 2炉缸区域热平衡估算炉缸区域热平衡估算 现以现以1200 M31200 M3高炉为例，估算加热炉缸平均高炉为例，估算加热炉缸平均到到13001300需要的风量和引风管前端出口处的理需要的风量和引风管前端出口处的理论燃烧温度。设炉缸直径论燃烧温度。设炉缸直径8.28.2米，高度米，高度4.44.4米米（含死铁层），假设在预热炉缸的过程中，离（含死铁层），假设

19、在预热炉缸的过程中，离开炉缸的煤气和从炉腹进入炉缸的焦炭平均温开炉缸的煤气和从炉腹进入炉缸的焦炭平均温度均为度均为10001000（初期较低，后期较高），炉缸（初期较低，后期较高），炉缸区域热平衡计算如下：区域热平衡计算如下：1 1、热量支出项、热量支出项（1 1）将炉缸焦炭平均加热至）将炉缸焦炭平均加热至13001300，需消耗热量：，需消耗热量：Q Q焦焦=H=H焦焦焦焦V V炉缸炉缸=2017=2017450450232.2232.2=2.107=2.107108 kJ108 kJ（2 2）加热炉缸砖衬所需热量，按将厚度为）加热炉缸砖衬所需热量，按将厚度为500mm500mm的砖衬的砖衬

20、平均加热至平均加热至10001000的耗热进行估算，考虑到烘炉后的余的耗热进行估算，考虑到烘炉后的余温设砖衬初始温度为温设砖衬初始温度为300300，则：，则：Q Q砖砖=砖砖V V砖砖C C砖砖T T砖砖=2900 =2900 (166.07(166.070.50)0.50)0.8360.836（1273-5731273-573）=1.409=1.409108kJ 108kJ （3 3）鼓入炉缸的冷风温度为）鼓入炉缸的冷风温度为250250，离开炉缸的煤气温，离开炉缸的煤气温度为度为10001000，则鼓风中氧、氮等元素带出净热量为：，则鼓风中氧、氮等元素带出净热量为：Q Q风风=V=V风风

21、(H(H风风2-H2-H风风1)1)=V=V风风（1411.0-328.71411.0-328.7）=1.082=1.082103V103V风风kJ kJ 热量支出合计为：热量支出合计为：Q Q支出支出=Q=Q焦焦 +Q+Q砖砖 +Q+Q风风 =3.516=3.516108+1.082108+1.082103V103V风风kJ kJ 以上各式中：以上各式中：H H焦、焦、C C砖分别表示焦炭砖分别表示焦炭13001300下的热下的热焓（焓（kJ/kgkJ/kg）、耐火砖热容（）、耐火砖热容（kJ/kg.KkJ/kg.K）；）；焦、焦、砖分砖分别表示焦炭堆比重和耐火砖密度（别表示焦炭堆比重和耐火

22、砖密度（kg/m3kg/m3）；）；V V炉缸、炉缸、V V砖、砖、V V风分别表示炉缸容积、耐火砖体积和鼓风量（风分别表示炉缸容积、耐火砖体积和鼓风量（m3m3）；）；H H风风1 1、H H风风2 2分别表示分别表示250250、10001000的鼓风热焓（的鼓风热焓（kJ/m3kJ/m3）。）。焦炭挥发分、水分蒸发耗热，鼓风湿分分解耗热以及砖焦炭挥发分、水分蒸发耗热，鼓风湿分分解耗热以及砖衬散热损失，因数量较小在计算中忽略；煤气中碳元素衬散热损失，因数量较小在计算中忽略；煤气中碳元素与进入炉缸的焦炭中的碳素在数量上相等，且离开炉缸与进入炉缸的焦炭中的碳素在数量上相等，且离开炉缸与进入炉缸

23、的温度均是与进入炉缸的温度均是10001000，热量收支相抵。，热量收支相抵。2 2、热量收入项、热量收入项（1 1）碳素燃烧产生的热量为：）碳素燃烧产生的热量为：Q Q碳碳=2=2（12/22.412/22.4）qVqV风风O2%O2%=2.201=2.201103V103V风风kJ kJ 式中，式中，q q为焦炭碳素氧化反应热，为焦炭碳素氧化反应热，9781 kJ/kg9781 kJ/kg。热量总支。热量总支出与收入相等，即：出与收入相等，即：3.5163.516108+1.082108+1.082103V103V风风=2.201=2.201103V103V风风解方程可计算出预热炉缸所需的

24、总风量为：解方程可计算出预热炉缸所需的总风量为：V V风风=314209 =314209 m3m3。 如从风口以上装料至料线的时间为如从风口以上装料至料线的时间为4 4小时，则鼓入风小时，则鼓入风量为量为1309 m3/min1309 m3/min时，就能将炉缸预热到平均时，就能将炉缸预热到平均13001300。以燃烧每千克碳素为计算单位，则引风导管前端理论燃以燃烧每千克碳素为计算单位，则引风导管前端理论燃烧温度为：烧温度为：T T理理=(Q=(Q碳碳+Q+Q焦焦+Q+Q风风QQ湿湿)/(V)/(V煤煤C C煤煤) )= =（9781+21532153+1446705

25、）/ /（3.4583.4581.467+1.871.467+1.871.4921.492）=1612=1612上式中：上式中：Q Q碳为碳素燃烧生成碳为碳素燃烧生成COCO所放出的热量（所放出的热量（kJ/kgkJ/kg），），Q Q焦为焦炭在燃烧区域的热含量（焦为焦炭在燃烧区域的热含量（kJ/kgkJ/kg），），Q Q风为鼓风带风为鼓风带入热量（入热量（kJ/m3kJ/m3），），Q Q湿为鼓风中湿分分解耗热（湿为鼓风中湿分分解耗热（kJ/m3kJ/m3），），V V煤为碳素燃烧生成的煤气量（煤为碳素燃烧生成的煤气量（m3m3），），C C煤为理论燃烧温煤为理论燃烧温度下的煤气热容（度下的煤气热容（kJ/m3kJ/m3）。）。由于引风导管前端理论燃烧温度较低，故引风导管不至由于引风导管前端理论燃烧温度较低，故引风导管不至于很快被焦炭燃烧产生的高温而烧损。于很快被焦炭燃烧产生的高温而烧损。 预热炉缸