第九章高炉强化冶炼与新技术应用

1、2022-5-161第九章 高炉强化冶炼与新技术应用 第一节 高炉强化冶炼的方向 第二节 精料 第三节 高压操作 第四节 高风温 第五节 喷吹燃料 第六节 富氧鼓风 第七节 加湿鼓风与脱湿鼓风2022-5-162 第一节 高炉强化冶炼的方向 高炉操作者的任务就是在给定条件下达到“高产、优质、低耗、长寿”的目的。 从提高高炉生产能力看，主要从三个方面：1）扩大炉容；2）降低休风率；3）强化冶炼。 强化冶炼：在顺行基础上，使高炉在单位时间内能鼓入更多的风量（氧量），提高冶炼强度，以便获得高的利用系数和低的焦比。 从利用系数（V）与冶炼强度（I）和焦比（K）的关系式： V=I/K 可以看出，要想提高

2、V，一是要提高冶炼强度（I），二是要降低焦比（K）。 2022-5-163 从右图I与K的关系可以看出： 1）在一定原料条件下，K先随I的提高而降低，当I达到一定值后，K随I的增加而增加，且存在一个适宜的I，此时K最 低。 2）随着原料条件的改善，适宜的I值提高而焦比K随之降低。图1 焦比与冶强的关系2022-5-164 解释I与K的这种关系，要从顺行和炉内煤气能利用二个方面来分析： 1）当I较低时，由于鼓风动能小，煤气流速低，导致煤气流分布不均匀，易形成炉缸堆积，虽然煤气在炉内停留时间较长，但由于煤气与矿石不能充分接触，煤气能利用还是较差 ，同时单位热损失相对较高，因而焦比较高。随着I的增加

3、，煤气分布趋于合理， 煤气能利用得到改善，焦比随之降低。 2）当I达到一定值后，则随I的增加，煤气流速增大，煤气在炉内停留时间减小，煤气能利用变差，焦比升高。在不改善原料条件下，若I过高，则会导致压差明显升高，引起高炉难行或悬料，破坏高炉顺行，焦比升高。2022-5-165 因此，在一定的冶炼条件下，有一个适宜的I 值 ，此时风量与料柱透气性相适应，K较低，超过或低于这个值，都会使K增加。因此应不断改善原料条件和冶炼条件，提高操作水平，使适宜的I值向更高的方向发展，以获得低的焦比和高的利用系数。 高炉强化冶炼的基本方针：以精料为基础，以节能为中心，改善煤气能利用，选择适宜的冶炼强度，最大限度地

4、降低焦比和燃料比，有效地提高利用系数。 高炉强化冶炼主要采取措施：精料、高压、高风温、富氧鼓风、大喷吹、脱湿鼓风和自动控制等。2022-5-166 第二节 精料 精料是高炉强化冶炼的物质基础。 一、精料基本内容 基本内容；高、稳、熟、小、匀、净 高： 稳： 熟 小： 匀： 净 二、提高人造富矿的高温冶金性能还原后强度、还原性、软熔性 三、合理炉料结构2022-5-167 第三节 高压操作 高压操作：提高炉顶煤气压力的操作。一般炉顶压力超过0.03MPa均称为高压操作。它是通过安装在煤气除尘系统管道上的高压阀组，改变煤气通道面积，从而提高炉顶煤气压力。 高压操作是随着高炉大型化以及炉顶设备的改进

5、而得到实现和提高，是高炉强化冶炼的主要手段。 生产实践证明：炉顶压力提高0.01MPa，产量提高23%，焦比降低0.51.0%。 高压操作现状： 高压操作作用： 1、强化冶炼作用 炉顶压力提高，炉内煤气体积减小，流速降低，压差减小，有利提高冶炼强度，提高产量。2022-5-168图2 冶强与顶压的关系图3 压差与顶压及冶强的关系2022-5-169 2、焦比降低 1）高压操作改善了煤气流分布，促进炉况稳定顺行和炉温稳定，降低煤气流速，煤气与矿石接触时间增加等。 2）产量提高，单位生铁热损失减少。 3）压力提高，CO2+C=2CO反应开始温度提高，间接还原区扩大。 4）高压不利SiO2等直接还原

6、反应的进行，有利抑制Si等的还原。 3、增加调剂炉况手段，为高炉大型化创造条件。 高压操作使燃烧带缩小，因此，高压应与大风量、大喷吹等配合使用。同时，高压后，鼓风机动能消耗增加，回收炉顶煤气剩余压力能对降低能耗、降低生铁成本有重要意义。2022-5-1610 第四节 高风温 热风作用：是降低高炉焦比、增加产量的重要措施，而且还有利增强炉渣脱硫能力，从而提高生铁质量、补偿喷吹燃料和炉缸热量不足，以及稳定风口燃烧带温度，为喷吹燃料创造有利条件。 风温水平： 风温水平与提高风温降低焦比的关系： 风温水平 -800 800-900 900-1000 +1000 降焦 % 4.0 3.5 3.0 2.0

7、-2.5 （每提高100风温降焦幅度）2022-5-1611 一、提高风温对焦比影响 目前高炉冶炼而言，rd 值偏高，碳素消耗取决于热量消耗而非还原剂消耗，故风温提高，焦比降低。但如上所述，随风温水平提高，提高风温降低焦比幅度减小，原因如下： 1、鼓风带入物理热替代部分焦炭燃烧放热，使焦比降低，但随风温提高，焦比降低，单位生铁鼓风量减小，鼓风带入物理热相对减小，故降低焦比幅度减小。 2、随风温提高，高炉热量利用系数随之增大。这是因为鼓风带入的物理热直接作用于高炉高温区，热价值高于焦炭燃烧放热。 3、风温提高，焦比降低，单位生铁煤气量减少，炉顶煤气温度降低，炉顶煤气带走热量减少。 4、风温提高，

8、高温区下移，间接还原区扩大。 5、风温提高，焦比降低，若I不变，则产量增加，单位生铁热损失减少。2022-5-1612 二、提高风温对顺行影响 提高风温对高炉顺行有不利影响，这是因为： 1、风温提高，高温区PSiO增大（SiO大量挥发），引起料柱透气性变差，严重时会导致难行。 2、风温提高，燃烧带温度增加，煤气体积膨胀，引起压差升高，对顺行不利。 三、接受高风温条件 1、精料 2、与其它技术措施配合使用：1）高风温与喷吹燃料相结合（高风温是提高喷吹量、提高喷吹效率的重要措施）；2）在无喷吹条件下，可采用加湿鼓风技术。2022-5-1613 第五节 喷吹燃料 一、喷吹燃料对高炉冶炼影响 1、煤气

9、流分布变化中心气流发展 原因： 1）炉缸煤气量增加； 2）鼓风动能增加； 3）喷吹后，煤气中H2含量增加，煤气渗透力增强。 因此，喷吹燃料后，当其它条件不变时，将引起中心气流发展，其程度取决于喷吹量、喷吹燃料种类和喷吹燃料在风口内燃烧率等。2022-5-1614 2、压差升高、压差升高 引起压差升高主要原因： 1）煤气量增加，煤气流速增加； 2）随喷吹量增加，焦比降低，焦炭负荷增大，料柱透气性变差。 压差升高不利于顺行，但喷吹后也有有利于实行的一面：1）炉缸工作活跃；2）炉料有效重量增加；3）煤气中H2含量增加，煤气比重和粘度减小。 实践证明，喷吹燃料后，高炉允许在较高的压差下正常工作，维持高

10、炉顺行。 3、“热滞后”现象 热滞后喷吹燃料或改变喷吹量后，炉缸温度要经过一段时间才能显示出喷吹带来的热效果。2022-5-1615 产生热滞后原因： 1）煤气中H2的还原作用，喷吹后，煤气中H2含量增加，H2代替部分固体碳还原； 2）喷吹燃料后，改善了高炉上部的还原过程，使rd降低。 热滞后时间长短取决于冶炼周期。 掌握喷吹燃料的热滞后现象，为能动进行炉况调节，保证炉缸热制度稳定创造条件。 4、炉缸温度趋于均匀 喷吹燃料后，燃烧焦点温度降低，中心温度升高，使炉缸温度分布趋于均匀，有利顺行及生铁质量改善。 喷吹后，理论燃烧温度降低，燃烧（带）焦点温度降低，这是因为：1）煤气量增加；2）喷吹物的

11、分解；3）喷吹燃料带入物理热少。2022-5-1616 喷吹后，炉缸中心温度升高，这是因为：1）中心气流发展；2）rd降低；3）部分H2产生热分解作用，以及煤气中H2含量增加提高煤气导热能力，强化了热交换过程。 根据喷吹冶炼特点，高炉采用喷吹燃料时，应采取相应的上下部调剂措施。 二、喷吹燃料效果 喷吹燃料能大幅度降低焦比，主要原因： 1）喷吹燃料中碳素替代焦碳中的碳素，从而节约了焦炭； 2）氢参加还原替代部分固体碳，节约了作为还原剂所消耗的碳； 3）氢替代固体碳的还原 节约了热量。2022-5-1617 另外，喷吹燃料后，一般讲，高炉产量提高，生铁质量得到改善。 三、改善喷吹燃料利用 喷吹燃料

12、效果（降低焦比幅度）取决于喷吹量和置换比。增大喷吹量，提高置换比是提高喷吹技术的重要任务。 置换比喷吹单位重量（体积）的燃料所能替代的焦炭量，kg/kg（m3）。 置换比是喷吹效果的重要标志，也是喷吹燃料取得经济效益的基础。置换比和喷吹量是衡量喷吹效果的二个重要指标。 生产实践证明，当喷吹量达到一定程度后，随着喷吹量增加，焦比降低幅度减小，置换比降低（见图4），严重时出现大量碳黑沉积，喷吹燃料利用恶化，限制喷吹量提高。2022-5-1618 其主要原因在于：1）喷吹燃料燃烧率降低。这是因为在一定冶炼条件下，随着喷吹量增加，喷吹强度（单位体积鼓风的喷吹量，克/米3）提高，单位喷吹燃料氧气量减少，

13、以及燃料雾化变差，燃烧温度降低，燃料燃烧不完全，导致燃烧率降低，喷吹效果变差；2022-5-1619 2）高炉顺行变差。随着喷吹量增加，煤气量增加，同时焦炭负荷提高，料柱透气性变差，顺行遭到破坏，喷吹效果变差。 因此，存在着一个增加喷吹量与提高喷吹效果矛盾的问题。要解决这个矛盾，就要积极创造条件，改善原料质量，改善操作，提高燃烧率，获得高的置换比，达到最大的喷吹量。这样，才能在降低焦比同时，使燃料比降低或基本保持不变，才能获得好的经济效益。 降低喷吹固体燃料粒度，提高燃烧温度，保证充足氧气，减少煤气生成量，以及改善料柱透气性等措施，均能改善喷吹燃料的利用，提高喷吹效果。 主要措施：提高操作水平

14、，提高风温，高压操作，富氧鼓风，精料，以及改善喷吹条件等。 改善喷吹条件：2022-5-1620 第六节 富氧鼓风 富氧鼓风：是指加入工业用氧气，使鼓风含氧量大于大气含氧量。 富氧鼓风效果： 1、冶炼强度提高，产量提高； 2、提高炉缸温度，降低炉顶煤气温度，改善煤气能利用，同时有利于喷吹燃料。 3、煤气中CO、H2含量增加，有利于促进间接还原发展。 4、煤气量减少，高温区下移，间接还原区扩大。 富氧鼓风的合理使用（综合鼓风）2022-5-1621 第七节 加湿鼓风和脱湿鼓风 大气中自然湿度13%（相当于824克H2O/m3） 其湿度随时间、地点以及气候的变化而波动。鼓风湿度的波动必然引起炉况的波动。为稳定炉况，需稳定鼓风湿度。 一、加湿鼓风 加湿鼓风：鼓风中加入水蒸气调节湿度的方法。 加湿鼓风具有稳定炉况和强化冶炼作用。 1）鼓风中带入1molH2O，相当于带入1/2molO2和1molH2，也就是提高了鼓风含氧量，同时提高了煤气中CO、H2含量，因此，加湿强化了高炉冶炼。20