第九章高炉强化冶炼与新技术应用

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2/4/20231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（ηV）与冶炼强度（I）和焦比（K）的关系式：ηV=I/K可以看出，要想提高ηV，一是要提高冶炼强度（I），二是要降低焦比（K）。

2/4/20232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2/4/20233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，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。2/4/20234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。2/4/20235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2/4/20236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2~3%，焦比降低0.5~1.0%。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。2/4/20237图2冶强与顶压的关系图3压差与顶压及冶强的关系2/4/202382、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。2/4/20239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-800800-900900-1000+1000降焦%4.03.53.02.0-2.5（每提高100℃风温降焦幅度）2/4/202310一、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，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。2/4/202311二、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。2/4/202312第五节喷吹燃料一、喷吹燃料对高炉冶炼影响1、煤气流分布变化——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。2/4/2023132、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。2/4/202314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）喷吹物的分解；3）喷吹燃料带入物理热少。2/4/202315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。2/4/202316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。2/4/202317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，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；2/4/2023182）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，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：2/4/202319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）2/4/202320第七节加湿鼓风和脱湿鼓风大气中自然湿度1~3%（相当于8~24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。2/4