高爐高壓操作

1、5.3 高壓操作高壓操作 提高爐頂煤氣壓力的操作稱為高壓操作，是相對于常壓操作而言的。一般常壓提高爐頂煤氣壓力的操作稱為高壓操作，是相對于常壓操作而言的。一般常壓高爐爐頂壓力高爐爐頂壓力(表壓表壓)低于低于30kPa，凡爐頂壓力超過此值者，均為高壓操作。它是，凡爐頂壓力超過此值者，均為高壓操作。它是通過安裝在高爐煤氣除塵系統(tǒng)管道上的高壓調(diào)節(jié)閥組，改變煤氣通道截面積，使通過安裝在高爐煤氣除塵系統(tǒng)管道上的高壓調(diào)節(jié)閥組，改變煤氣通道截面積，使其比常壓時為小，從而提高爐頂煤氣壓力的。由于爐頂壓力提高，高爐內(nèi)部各部其比常壓時為小，從而提高爐頂煤氣壓力的。由于爐頂壓力提高，高爐內(nèi)部各部分的壓力都相應(yīng)提高。

2、整個爐內(nèi)的平均壓力也提高，使高爐內(nèi)發(fā)生一系列有利于分的壓力都相應(yīng)提高。整個爐內(nèi)的平均壓力也提高，使高爐內(nèi)發(fā)生一系列有利于冶煉的變化，促進(jìn)了高爐強(qiáng)化和順行。冶煉的變化，促進(jìn)了高爐強(qiáng)化和順行。 自自20世紀(jì)世紀(jì)50年代開始，高壓操作成為強(qiáng)化高爐冶煉的有力手段。特別是對年代開始，高壓操作成為強(qiáng)化高爐冶煉的有力手段。特別是對2000m以上大型高爐，高壓操作更為明顯。可以說，高爐容積愈大，為保證強(qiáng)以上大型高爐，高壓操作更為明顯?？梢哉f，高爐容積愈大，為保證強(qiáng)化順行所需的爐頂壓力應(yīng)愈高；高爐強(qiáng)化程度愈高。愈需要實(shí)行高壓操作。因此化順行所需的爐頂壓力應(yīng)愈高；高爐強(qiáng)化程度愈高。愈需要實(shí)行高壓操作。因此國外一些

3、巨型高爐，如日本大分廠國外一些巨型高爐，如日本大分廠2號高爐號高爐(內(nèi)容積內(nèi)容積5070m)，爐頂壓力高達(dá)，爐頂壓力高達(dá)275kPa，1980年年7月平均獲得利用系數(shù)月平均獲得利用系數(shù)2.04t(md)，燃料比，燃料比426kg/t鐵鐵(焦比焦比3834kg/t)的優(yōu)良結(jié)果。日本扇島的優(yōu)良結(jié)果。日本扇島1號高爐號高爐(4052m)，爐頂壓力高，爐頂壓力高于于196kPa，爐頂煤氣，爐頂煤氣CO2含量達(dá)到含量達(dá)到20一一30，獲得了煤氣能量利用的高水，獲得了煤氣能量利用的高水平。其他平。其他4000m級高爐，爐頂壓力一舶都在級高爐，爐頂壓力一舶都在200一一300kPa。新設(shè)計(jì)的巨型高。新設(shè)計(jì)的

4、巨型高爐，一般都按爐，一般都按250kPa以上的高壓操作考慮。以上的高壓操作考慮。Table of Contents 5.3.1 高壓操作系統(tǒng)高壓操作系統(tǒng)5.3.1 5.3.1 高壓操作系統(tǒng)高壓操作系統(tǒng)高爐爐頂煤氣剩余壓力的提高，是由煤氣系統(tǒng)中的高壓調(diào)節(jié)閥組織控制閥門的開高爐爐頂煤氣剩余壓力的提高，是由煤氣系統(tǒng)中的高壓調(diào)節(jié)閥組織控制閥門的開閉度來實(shí)現(xiàn)的。前蘇聯(lián)最早試驗(yàn)時，曾將這一閥組設(shè)置在煤氣導(dǎo)出管上、它很快閉度來實(shí)現(xiàn)的。前蘇聯(lián)最早試驗(yàn)時，曾將這一閥組設(shè)置在煤氣導(dǎo)出管上、它很快被煤氣所帶爐塵所磨壞，因而試驗(yàn)未獲成功。后來在改進(jìn)閥組結(jié)構(gòu)并將其安裝在被煤氣所帶爐塵所磨壞，因而試驗(yàn)未獲成功。后來在改

5、進(jìn)閥組結(jié)構(gòu)并將其安裝在洗滌塔之后，才取得成功洗滌塔之后，才取得成功(圖圖54)。長期以來，由于爐頂裝料設(shè)備系統(tǒng)中廣泛使。長期以來，由于爐頂裝料設(shè)備系統(tǒng)中廣泛使用著雙鐘馬基式布料器，它既起著封閉爐頂，又起著旋轉(zhuǎn)布料的作用，布料器旋用著雙鐘馬基式布料器，它既起著封閉爐頂，又起著旋轉(zhuǎn)布料的作用，布料器旋轉(zhuǎn)部位的密封一直阻礙著爐頂壓力的進(jìn)一步提高。只有到轉(zhuǎn)部位的密封一直阻礙著爐頂壓力的進(jìn)一步提高。只有到20世紀(jì)世紀(jì)70年代實(shí)現(xiàn)了年代實(shí)現(xiàn)了“布料與封頂分離布料與封頂分離”的原則，即采用雙鐘四閥、無鐘爐頂?shù)妊b備以后，爐頂煤氣壓的原則，即采用雙鐘四閥、無鐘爐頂?shù)妊b備以后，爐頂煤氣壓力才大幅度提高到力才大幅度

6、提高到150kPa，甚至達(dá)到，甚至達(dá)到200一一300kPa。5.3.1 高壓操作系統(tǒng)高壓操作系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)指出，消耗在調(diào)壓閥組的剩余壓力是由風(fēng)機(jī)提供的，而風(fēng)機(jī)為此提高了風(fēng)壓是應(yīng)當(dāng)指出，消耗在調(diào)壓閥組的剩余壓力是由風(fēng)機(jī)提供的，而風(fēng)機(jī)為此提高了風(fēng)壓是消耗了大量的能量的消耗了大量的能量的(由電動機(jī)或蒸汽透平提供由電動機(jī)或蒸汽透平提供)。為有效地利用這部分壓力能，人。為有效地利用這部分壓力能，人們從們從20世紀(jì)世紀(jì)60年代開始，試驗(yàn)高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電，先后在前蘇聯(lián)和法國取得年代開始，試驗(yàn)高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電，先后在前蘇聯(lián)和法國取得成功。采用這種技術(shù)后，可回收風(fēng)機(jī)用電的成功。采用這種技術(shù)后，可回收風(fēng)機(jī)用電

7、的25一一30，節(jié)省了高爐煉鐵的能耗，節(jié)省了高爐煉鐵的能耗。圖。圖5-5為采用余壓發(fā)電后的高壓操作系統(tǒng)。為采用余壓發(fā)電后的高壓操作系統(tǒng)。5.3.1 高壓操作系統(tǒng)高壓操作系統(tǒng)5.3.2 高壓操作的影響高壓操作的影響5.3.2.1 5.3.2.1 對燃燒帶的影響對燃燒帶的影響由于爐內(nèi)壓力提高在同樣鼓風(fēng)量的情況下鼓風(fēng)體積變小從而引起鼓風(fēng)由于爐內(nèi)壓力提高在同樣鼓風(fēng)量的情況下鼓風(fēng)體積變小從而引起鼓風(fēng)動能的下降。根據(jù)計(jì)算由常壓動能的下降。根據(jù)計(jì)算由常壓(15KPa)提高到提高到80kPa的高壓后。鼓風(fēng)的高壓后。鼓風(fēng)動能降到原來的動能降到原來的76。同時，由于爐缸煤氣壓力的升高，煤氣中。同時，由于爐缸煤氣壓

8、力的升高，煤氣中O2和和CO2的分壓升高，促使燃燒速度加快。鼓風(fēng)動能降低和燃燒速度加快導(dǎo)致高壓操的分壓升高，促使燃燒速度加快。鼓風(fēng)動能降低和燃燒速度加快導(dǎo)致高壓操作后的燃燒帶縮小。為維持合理的燃燒帶以利于煤氣量分布，就可以增加鼓作后的燃燒帶縮小。為維持合理的燃燒帶以利于煤氣量分布，就可以增加鼓風(fēng)量，這對增加產(chǎn)量起著積極的作用。風(fēng)量，這對增加產(chǎn)量起著積極的作用。5.3.2 高壓操作的影響高壓操作的影響5.3.2.2 5.3.2.2 對還原的影響對還原的影響 從熱力學(xué)上來說，壓力對還原的影響是通過壓力對反應(yīng)從熱力學(xué)上來說，壓力對還原的影響是通過壓力對反應(yīng)CO2十十C2CO的影的影響體現(xiàn)的，由于這個

9、反應(yīng)前后有體積的變化，壓力的增加有利于反應(yīng)向左進(jìn)行響體現(xiàn)的，由于這個反應(yīng)前后有體積的變化，壓力的增加有利于反應(yīng)向左進(jìn)行，即有利于，即有利于CO2的存在。這就有利于間接還原的進(jìn)行。同時，高爐內(nèi)直接還原的存在。這就有利于間接還原的進(jìn)行。同時，高爐內(nèi)直接還原發(fā)展程度取決于上述反應(yīng)進(jìn)行的程度，高壓不利于此反應(yīng)向右進(jìn)行從某種意發(fā)展程度取決于上述反應(yīng)進(jìn)行的程度，高壓不利于此反應(yīng)向右進(jìn)行從某種意義上講，是抑制了直接還原的發(fā)展，或者說將直接還原推向更高的溫度區(qū)域進(jìn)義上講，是抑制了直接還原的發(fā)展，或者說將直接還原推向更高的溫度區(qū)域進(jìn)行，同樣有利于行，同樣有利于CO還原鐵氧化物而改善煤氣化學(xué)能的利用。還原鐵氧化物

10、而改善煤氣化學(xué)能的利用。 從動力學(xué)上來說，壓力提高加快了氣體的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)速度，有利于還原從動力學(xué)上來說，壓力提高加快了氣體的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)速度，有利于還原反應(yīng)的進(jìn)行。但是有的研究者認(rèn)為壓力的提高也加快了直接還原的速度，因此反應(yīng)的進(jìn)行。但是有的研究者認(rèn)為壓力的提高也加快了直接還原的速度，因此壓力對鐵的直接還原度不會產(chǎn)生明顯的影響，單從壓力對還原的影響分析，高壓力對鐵的直接還原度不會產(chǎn)生明顯的影響，單從壓力對還原的影響分析，高壓操作對焦比沒有影響。壓操作對焦比沒有影響。 研究和實(shí)際操作都肯定高壓對研究和實(shí)際操作都肯定高壓對Si的還原是不利的，這表明高壓對低硅生鐵的的還原是不利的，這表明高壓對低

11、硅生鐵的冶煉是有利的。冶煉是有利的。5.3.2 高壓操作的影響高壓操作的影響5.3.2.3 5.3.2.3 對料柱阻損的影響對料柱阻損的影響這是高壓操作對高爐冶煉影響的最重要的一個方面。從著名的卡門公式這是高壓操作對高爐冶煉影響的最重要的一個方面。從著名的卡門公式不難看出，料層的阻力損失與氣流的壓力成反比。在其他條件不變的情況下，可寫成不難看出，料層的阻力損失與氣流的壓力成反比。在其他條件不變的情況下，可寫成由于料層的阻力損失與氣流的壓力成反比，高壓操作以后，爐內(nèi)的總壓力由于料層的阻力損失與氣流的壓力成反比，高壓操作以后，爐內(nèi)的總壓力p高高較常壓較常壓操作時的操作時的p常常大，因而常壓操作時煤

12、氣流通過料柱的阻力損失大，因而常壓操作時煤氣流通過料柱的阻力損失 p常常大于高壓操作時大于高壓操作時的的 p高高。這就使得在常壓高爐上因。這就使得在常壓高爐上因p過高而引起的諸如管道行程，崩料等爐況失過高而引起的諸如管道行程，崩料等爐況失常現(xiàn)象在高壓操作的高爐上大為減少，而且還可彌補(bǔ)一些強(qiáng)化高爐冶煉技術(shù)使?，F(xiàn)象在高壓操作的高爐上大為減少，而且還可彌補(bǔ)一些強(qiáng)化高爐冶煉技術(shù)使p升升高的缺陷。高的缺陷。5.3.2 高壓操作的影響高壓操作的影響研究者們用不同的方式對高壓操作后研究者們用不同的方式對高壓操作后 p高高下降進(jìn)行了測定和計(jì)算所得結(jié)果不下降進(jìn)行了測定和計(jì)算所得結(jié)果不盡相同，但其平均值約為頂壓每

13、提高盡相同，但其平均值約為頂壓每提高100kPa，料柱阻損下降，料柱阻損下降3kPa。在常壓提。在常壓提高到高到100kPa時，時， p下降值略大于下降值略大于3kPa；而頂壓由；而頂壓由100kPa進(jìn)一步提高到進(jìn)一步提高到200一一300kPa時，此值降到時，此值降到2kPa100kPa。應(yīng)當(dāng)指出，高壓操作以后，爐內(nèi)料柱應(yīng)當(dāng)指出，高壓操作以后，爐內(nèi)料柱阻損的下降并不是上下部均相同的，阻損的下降并不是上下部均相同的，研究表明，爐子部的阻損下降得多，研究表明，爐子部的阻損下降得多，下部的下降得少下部的下降得少(圖圖56)。造成這種。造成這種現(xiàn)象的原因是料柱上下部透氣不同，現(xiàn)象的原因是料柱上下部透

14、氣不同，高爐下部由于被還原礦石的軟熔，空高爐下部由于被還原礦石的軟熔，空隙度急劇下降，壓力對隙度急劇下降，壓力對 p的作用為的作用為空隙度的下降所減弱?？障抖鹊南陆邓鶞p弱。5.3.2 高壓操作的影響高壓操作的影響眾所周知，煤氣通過料柱的阻力損失，相當(dāng)于自下而上的浮力，它與爐料與爐墻之間眾所周知，煤氣通過料柱的阻力損失，相當(dāng)于自下而上的浮力，它與爐料與爐墻之間的摩擦力、爐料與爐料之間的摩擦力等一起，阻礙著靠重力下降的爐料運(yùn)動。高壓操的摩擦力、爐料與爐料之間的摩擦力等一起，阻礙著靠重力下降的爐料運(yùn)動。高壓操作后作后p的下降無疑減少了爐料下降的阻力，可使?fàn)t況順行。如果的下降無疑減少了爐料下降的阻力，

15、可使?fàn)t況順行。如果p維持在原來低壓維持在原來低壓時的水平，則可增加風(fēng)量，即提高高爐的冶煉強(qiáng)度。時的水平，則可增加風(fēng)量，即提高高爐的冶煉強(qiáng)度。早期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，在由常壓改為早期的生產(chǎn)實(shí)踐表明，在由常壓改為80kPa的高壓后鼓風(fēng)量可增加的高壓后鼓風(fēng)量可增加10一一15，相當(dāng)于提高，相當(dāng)于提高29.8kPa左右；現(xiàn)在的實(shí)踐表明，再從左右；現(xiàn)在的實(shí)踐表明，再從100kPa往上提高時，這往上提高時，這個數(shù)值下降到個數(shù)值下降到(1.7一一1.8)9.8kPa。這比理論計(jì)算的。這比理論計(jì)算的3左右要低很多造左右要低很多造成這種差別的原因在于：成這種差別的原因在于：1)高爐內(nèi)限制冶煉強(qiáng)度提高的是爐子下部，如

16、前所述，下高爐內(nèi)限制冶煉強(qiáng)度提高的是爐子下部，如前所述，下部部p減少的數(shù)值較?。粶p少的數(shù)值較?。?)高壓以后，焦比有所降低爐塵量大幅度降低，在入爐爐高壓以后，焦比有所降低爐塵量大幅度降低，在入爐爐料準(zhǔn)備水平相同的情況下，上部塊狀帶內(nèi)料柱透氣性也變差；料準(zhǔn)備水平相同的情況下，上部塊狀帶內(nèi)料柱透氣性也變差；3)高壓以后，燃燒帶高壓以后，燃燒帶和爐頂布料發(fā)生變化，上下部調(diào)劑跟不上也阻礙著高壓操作作用的發(fā)揮。和爐頂布料發(fā)生變化，上下部調(diào)劑跟不上也阻礙著高壓操作作用的發(fā)揮。為此，要充分發(fā)揮高壓對增產(chǎn)的作用，需要改善爐料的性能，特別是焦炭的高溫強(qiáng)度為此，要充分發(fā)揮高壓對增產(chǎn)的作用，需要改善爐料的性能，特別

17、是焦炭的高溫強(qiáng)度，礦石的高溫冶金性能和品位，礦石的高溫冶金性能和品位(降低渣量降低渣量)，以及掌握燃燒帶和布料變化規(guī)律，應(yīng)用上，以及掌握燃燒帶和布料變化規(guī)律，應(yīng)用上下部調(diào)劑手段加以控制。隨著這些工作進(jìn)展的情況不同，各廠家每提高下部調(diào)劑手段加以控制。隨著這些工作進(jìn)展的情況不同，各廠家每提高10kPa的增的增產(chǎn)幅度波動在產(chǎn)幅度波動在1.1一一3.0。我國寶鋼的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是頂壓每提高。我國寶鋼的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是頂壓每提高10kPa，風(fēng)量可增，風(fēng)量可增加加200250mmin。5.3.2 高壓操作的影響高壓操作的影響5.3.2.4 5.3.2.4 對焦比的影響對焦比的影響由于高壓操作促進(jìn)爐況順行，煤氣分布合理

18、，利用程度改善，有利于冶煉低硅由于高壓操作促進(jìn)爐況順行，煤氣分布合理，利用程度改善，有利于冶煉低硅生鐵等，而且使焦比有所下降。國內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是，頂壓每提高生鐵等，而且使焦比有所下降。國內(nèi)外的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)是，頂壓每提高10kPa，焦，焦比下降比下降0.2一一1.5。提高爐頂壓力的這種增產(chǎn)作用只有伴隨著風(fēng)量的增加或冶煉強(qiáng)度的提高才能明提高爐頂壓力的這種增產(chǎn)作用只有伴隨著風(fēng)量的增加或冶煉強(qiáng)度的提高才能明顯表現(xiàn)出來。因?yàn)樵诮贡炔蛔?，焦炭?fù)荷一定的情況下，高爐生產(chǎn)率與風(fēng)量，顯表現(xiàn)出來。因?yàn)樵诮贡炔蛔?，焦炭?fù)荷一定的情況下，高爐生產(chǎn)率與風(fēng)量，亦即單位時間內(nèi)燃燒的焦炭量成正比。因此，在一定冶煉條件下，冶煉強(qiáng)度

19、應(yīng)亦即單位時間內(nèi)燃燒的焦炭量成正比。因此，在一定冶煉條件下，冶煉強(qiáng)度應(yīng)與爐頂壓力成正比，即提高爐頂壓力可相應(yīng)地提高冶煉強(qiáng)度，從而提高高爐生與爐頂壓力成正比，即提高爐頂壓力可相應(yīng)地提高冶煉強(qiáng)度，從而提高高爐生產(chǎn)率。產(chǎn)率。高壓操作的這種降焦節(jié)能作用已為越來越多的高爐實(shí)踐所證實(shí)。根據(jù)實(shí)踐分析高壓操作的這種降焦節(jié)能作用已為越來越多的高爐實(shí)踐所證實(shí)。根據(jù)實(shí)踐分析，高壓降低燃耗的原因歸結(jié)為改善了順行和煤氣利用，發(fā)展了高爐內(nèi)的間接還，高壓降低燃耗的原因歸結(jié)為改善了順行和煤氣利用，發(fā)展了高爐內(nèi)的間接還原，抑制了直接還原。原，抑制了直接還原。首先，高壓操作降低了煤氣流速，延長了煤氣在爐內(nèi)與礦石的接觸時間同時首先

20、，高壓操作降低了煤氣流速，延長了煤氣在爐內(nèi)與礦石的接觸時間同時減小或消除了管道行程，改善了煤氣分布，從而改善了鐵礦石的還原條件使減小或消除了管道行程，改善了煤氣分布，從而改善了鐵礦石的還原條件使塊料帶內(nèi)的間接還原得到充分發(fā)展，煤氣能量得到充分利用。塊料帶內(nèi)的間接還原得到充分發(fā)展，煤氣能量得到充分利用。5.3.2 高壓操作的影響高壓操作的影響 其次，直接還原反應(yīng)取決于反應(yīng)其次，直接還原反應(yīng)取決于反應(yīng)CO2十十C2CO的發(fā)展。提高爐頂壓力爐內(nèi)的發(fā)展。提高爐頂壓力爐內(nèi)平均壓力相應(yīng)提高，促使該反應(yīng)的平衡向氣體體積減小的方向平均壓力相應(yīng)提高，促使該反應(yīng)的平衡向氣體體積減小的方向(逆向逆向)移動從而移動從

21、而抑制了直接還原的發(fā)展，或者說使直接還原推向更高的溫度區(qū)域進(jìn)行。這同壓低抑制了直接還原的發(fā)展，或者說使直接還原推向更高的溫度區(qū)域進(jìn)行。這同壓低軟熔帶，擴(kuò)大塊料帶，提高軟熔帶，擴(kuò)大塊料帶，提高CO利用率的要求相一致。高壓操作對碳的氣化反應(yīng)利用率的要求相一致。高壓操作對碳的氣化反應(yīng)的抑制作用，在某種意義上也相當(dāng)于降低焦炭的反應(yīng)性。這對減少碳素溶解損失的抑制作用，在某種意義上也相當(dāng)于降低焦炭的反應(yīng)性。這對減少碳素溶解損失，提高焦炭高溫強(qiáng)度，改善軟熔帶和滴落帶的透氣，提高焦炭高溫強(qiáng)度，改善軟熔帶和滴落帶的透氣(液液)性，增加風(fēng)口燃燒有效碳性，增加風(fēng)口燃燒有效碳量都是有利的。量都是有利的。 同樣，高壓可

22、抑制硅還原同樣，高壓可抑制硅還原(SiO2+2C=Si+2CO)，有利于降低生鐵含硅量，有利于降低生鐵含硅量促進(jìn)焦比降低。研究指出，在提高促進(jìn)焦比降低。研究指出，在提高CO壓力時，生鐵中壓力時，生鐵中Si顯著降低，這是因?yàn)轱@著降低，這是因?yàn)楣柙谏F中的平衡濃度與硅在生鐵中的平衡濃度與CO分壓的平方成反比。另外，由反應(yīng)分壓的平方成反比。另外，由反應(yīng)SiO2+CO=SiO+CO2的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)K， 可得可得pSiO=XAI)9m。因此提高爐頂壓力，則氣相中因此提高爐頂壓力，則氣相中pCOpCO2降低，抑制了降低，抑制了SiO的揮發(fā)從而減少了的揮發(fā)從而減少了硅的還原導(dǎo)致了燃料的節(jié)省。硅的還原導(dǎo)致了燃料的節(jié)省。 高壓操作改善了煤氣分布，促進(jìn)爐況穩(wěn)定順行和爐溫穩(wěn)定，因而可減少不必要高壓操作改善了煤氣分布，促進(jìn)爐況穩(wěn)定順行和爐溫穩(wěn)定，因而可減少不必要的熱量儲備，適當(dāng)降低爐缸和爐腹溫度，使燃料消耗降低，也為降低生鐵含硅量的熱量儲備，適當(dāng)降低爐缸和爐腹溫度，使燃料消耗降