第九章高爐強(qiáng)化冶煉與新技術(shù)應(yīng)用

第九章高爐強(qiáng)化冶煉與新技術(shù)應(yīng)用第一節(jié)高爐強(qiáng)化冶煉的方向第二節(jié)精料第三節(jié)高壓操作第四節(jié)高風(fēng)溫第五節(jié)噴吹燃料第六節(jié)富氧鼓風(fēng)第七節(jié)加濕鼓風(fēng)與脫濕鼓風(fēng)2/4/20231第一節(jié)高爐強(qiáng)化冶煉的方向高爐操作者的任務(wù)就是在給定條件下達(dá)到“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽”的目的。從提高高爐生產(chǎn)能力看，主要從三個(gè)方面：1）擴(kuò)大爐容；2）降低休風(fēng)率；3）強(qiáng)化冶煉。強(qiáng)化冶煉：在順行基礎(chǔ)上，使高爐在單位時(shí)間內(nèi)能鼓入更多的風(fēng)量（氧量），提高冶煉強(qiáng)度，以便獲得高的利用系數(shù)和低的焦比。從利用系數(shù)（ηV）與冶煉強(qiáng)度（I）和焦比（K）的關(guān)系式：ηV=I/K可以看出，要想提高ηV，一是要提高冶煉強(qiáng)度（I），二是要降低焦比（K）。

2/4/20232從右圖I與K的關(guān)系可以看出：1）在一定原料條件下，K先隨I的提高而降低，當(dāng)I達(dá)到一定值后，K隨I的增加而增加，且存在一個(gè)適宜的I，此時(shí)K最低。2）隨著原料條件的改善，適宜的I值提高而焦比K隨之降低。圖1焦比與冶強(qiáng)的關(guān)系2/4/20233解釋I與K的這種關(guān)系，要從順行和爐內(nèi)煤氣能利用二個(gè)方面來分析：1）當(dāng)I較低時(shí)，由于鼓風(fēng)動(dòng)能小，煤氣流速低，導(dǎo)致煤氣流分布不均勻，易形成爐缸堆積，雖然煤氣在爐內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，但由于煤氣與礦石不能充分接觸，煤氣能利用還是較差，同時(shí)單位熱損失相對(duì)較高，因而焦比較高。隨著I的增加，煤氣分布趨于合理，煤氣能利用得到改善，焦比隨之降低。2）當(dāng)I達(dá)到一定值后，則隨I的增加，煤氣流速增大，煤氣在爐內(nèi)停留時(shí)間減小，煤氣能利用變差，焦比升高。在不改善原料條件下，若I過高，則會(huì)導(dǎo)致壓差明顯升高，引起高爐難行或懸料，破壞高爐順行，焦比升高。2/4/20234因此，在一定的冶煉條件下，有一個(gè)適宜的I值，此時(shí)風(fēng)量與料柱透氣性相適應(yīng)，K較低，超過或低于這個(gè)值，都會(huì)使K增加。因此應(yīng)不斷改善原料條件和冶煉條件，提高操作水平，使適宜的I值向更高的方向發(fā)展，以獲得低的焦比和高的利用系數(shù)。高爐強(qiáng)化冶煉的基本方針：以精料為基礎(chǔ)，以節(jié)能為中心，改善煤氣能利用，選擇適宜的冶煉強(qiáng)度，最大限度地降低焦比和燃料比，有效地提高利用系數(shù)。高爐強(qiáng)化冶煉主要采取措施：精料、高壓、高風(fēng)溫、富氧鼓風(fēng)、大噴吹、脫濕鼓風(fēng)和自動(dòng)控制等。2/4/20235第二節(jié)精料精料是高爐強(qiáng)化冶煉的物質(zhì)基礎(chǔ)。一、精料基本內(nèi)容基本內(nèi)容；高、穩(wěn)、熟、小、勻、凈高：穩(wěn)：熟?。簞颍簝舳?、提高人造富礦的高溫冶金性能——還原后強(qiáng)度、還原性、軟熔性三、合理爐料結(jié)構(gòu)2/4/20236第三節(jié)高壓操作高壓操作：提高爐頂煤氣壓力的操作。一般爐頂壓力超過0.03MPa均稱為高壓操作。它是通過安裝在煤氣除塵系統(tǒng)管道上的高壓閥組，改變煤氣通道面積，從而提高爐頂煤氣壓力。高壓操作是隨著高爐大型化以及爐頂設(shè)備的改進(jìn)而得到實(shí)現(xiàn)和提高，是高爐強(qiáng)化冶煉的主要手段。生產(chǎn)實(shí)踐證明：爐頂壓力提高0.01MPa，產(chǎn)量提高2~3%，焦比降低0.5~1.0%。高壓操作現(xiàn)狀：高壓操作作用：1、強(qiáng)化冶煉作用爐頂壓力提高，爐內(nèi)煤氣體積減小，流速降低，壓差減小，有利提高冶煉強(qiáng)度，提高產(chǎn)量。2/4/20237圖2冶強(qiáng)與頂壓的關(guān)系圖3壓差與頂壓及冶強(qiáng)的關(guān)系2/4/202382、焦比降低1）高壓操作改善了煤氣流分布，促進(jìn)爐況穩(wěn)定順行和爐溫穩(wěn)定，降低煤氣流速，煤氣與礦石接觸時(shí)間增加等。2）產(chǎn)量提高，單位生鐵熱損失減少。3）壓力提高，CO2+C=2CO反應(yīng)開始溫度提高，間接還原區(qū)擴(kuò)大。4）高壓不利SiO2等直接還原反應(yīng)的進(jìn)行，有利抑制Si等的還原。3、增加調(diào)劑爐況手段，為高爐大型化創(chuàng)造條件。高壓操作使燃燒帶縮小，因此，高壓應(yīng)與大風(fēng)量、大噴吹等配合使用。同時(shí)，高壓后，鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)能消耗增加，回收爐頂煤氣剩余壓力能對(duì)降低能耗、降低生鐵成本有重要意義。2/4/20239第四節(jié)高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)作用：是降低高爐焦比、增加產(chǎn)量的重要措施，而且還有利增強(qiáng)爐渣脫硫能力，從而提高生鐵質(zhì)量、補(bǔ)償噴吹燃料和爐缸熱量不足，以及穩(wěn)定風(fēng)口燃燒帶溫度，為噴吹燃料創(chuàng)造有利條件。風(fēng)溫水平：風(fēng)溫水平與提高風(fēng)溫降低焦比的關(guān)系：風(fēng)溫水平-800800-900900-1000+1000降焦%4.03.53.02.0-2.5（每提高100℃風(fēng)溫降焦幅度）2/4/202310一、提高風(fēng)溫對(duì)焦比影響目前高爐冶煉而言，rd值偏高，碳素消耗取決于熱量消耗而非還原劑消耗，故風(fēng)溫提高，焦比降低。但如上所述，隨風(fēng)溫水平提高，提高風(fēng)溫降低焦比幅度減小，原因如下：1、鼓風(fēng)帶入物理熱替代部分焦炭燃燒放熱，使焦比降低，但隨風(fēng)溫提高，焦比降低，單位生鐵鼓風(fēng)量減小，鼓風(fēng)帶入物理熱相對(duì)減小，故降低焦比幅度減小。2、隨風(fēng)溫提高，高爐熱量利用系數(shù)隨之增大。這是因?yàn)楣娘L(fēng)帶入的物理熱直接作用于高爐高溫區(qū)，熱價(jià)值高于焦炭燃燒放熱。3、風(fēng)溫提高，焦比降低，單位生鐵煤氣量減少，爐頂煤氣溫度降低，爐頂煤氣帶走熱量減少。4、風(fēng)溫提高，高溫區(qū)下移，間接還原區(qū)擴(kuò)大。5、風(fēng)溫提高，焦比降低，若I不變，則產(chǎn)量增加，單位生鐵熱損失減少。2/4/202311二、提高風(fēng)溫對(duì)順行影響提高風(fēng)溫對(duì)高爐順行有不利影響，這是因?yàn)椋?、風(fēng)溫提高，高溫區(qū)PSiO增大（SiO大量揮發(fā)），引起料柱透氣性變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致難行。2、風(fēng)溫提高，燃燒帶溫度增加，煤氣體積膨脹，引起壓差升高，對(duì)順行不利。三、接受高風(fēng)溫條件1、精料2、與其它技術(shù)措施配合使用：1）高風(fēng)溫與噴吹燃料相結(jié)合（高風(fēng)溫是提高噴吹量、提高噴吹效率的重要措施）；2）在無噴吹條件下，可采用加濕鼓風(fēng)技術(shù)。2/4/202312第五節(jié)噴吹燃料一、噴吹燃料對(duì)高爐冶煉影響1、煤氣流分布變化——中心氣流發(fā)展原因：1）爐缸煤氣量增加；2）鼓風(fēng)動(dòng)能增加；3）噴吹后，煤氣中H2含量增加，煤氣滲透力增強(qiáng)。因此，噴吹燃料后，當(dāng)其它條件不變時(shí)，將引起中心氣流發(fā)展，其程度取決于噴吹量、噴吹燃料種類和噴吹燃料在風(fēng)口內(nèi)燃燒率等。2/4/2023132、壓差升高引起壓差升高主要原因：1）煤氣量增加，煤氣流速增加；2）隨噴吹量增加，焦比降低，焦炭負(fù)荷增大，料柱透氣性變差。壓差升高不利于順行，但噴吹后也有有利于實(shí)行的一面：1）爐缸工作活躍；2）爐料有效重量增加；3）煤氣中H2含量增加，煤氣比重和粘度減小。實(shí)踐證明，噴吹燃料后，高爐允許在較高的壓差下正常工作，維持高爐順行。3、“熱滯后”現(xiàn)象熱滯后——噴吹燃料或改變噴吹量后，爐缸溫度要經(jīng)過一段時(shí)間才能顯示出噴吹帶來的熱效果。2/4/202314產(chǎn)生熱滯后原因：1）煤氣中H2的還原作用，噴吹后，煤氣中H2含量增加，H2代替部分固體碳還原；2）噴吹燃料后，改善了高爐上部的還原過程，使rd降低。熱滯后時(shí)間長(zhǎng)短取決于冶煉周期。掌握噴吹燃料的熱滯后現(xiàn)象，為能動(dòng)進(jìn)行爐況調(diào)節(jié)，保證爐缸熱制度穩(wěn)定創(chuàng)造條件。4、爐缸溫度趨于均勻噴吹燃料后，燃燒焦點(diǎn)溫度降低，中心溫度升高，使?fàn)t缸溫度分布趨于均勻，有利順行及生鐵質(zhì)量改善。噴吹后，理論燃燒溫度降低，燃燒（帶）焦點(diǎn)溫度降低，這是因?yàn)椋?）煤氣量增加；2）噴吹物的分解；3）噴吹燃料帶入物理熱少。2/4/202315噴吹后，爐缸中心溫度升高，這是因?yàn)椋?）中心氣流發(fā)展；2）rd降低；3）部分H2產(chǎn)生熱分解作用，以及煤氣中H2含量增加提高煤氣導(dǎo)熱能力，強(qiáng)化了熱交換過程。根據(jù)噴吹冶煉特點(diǎn)，高爐采用噴吹燃料時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的上下部調(diào)劑措施。二、噴吹燃料效果噴吹燃料能大幅度降低焦比，主要原因：1）噴吹燃料中碳素替代焦碳中的碳素，從而節(jié)約了焦炭；2）氫參加還原替代部分固體碳，節(jié)約了作為還原劑所消耗的碳；3）氫替代固體碳的還原節(jié)約了熱量。2/4/202316另外，噴吹燃料后，一般講，高爐產(chǎn)量提高，生鐵質(zhì)量得到改善。三、改善噴吹燃料利用噴吹燃料效果（降低焦比幅度）取決于噴吹量和置換比。增大噴吹量，提高置換比是提高噴吹技術(shù)的重要任務(wù)。置換比——噴吹單位重量（體積）的燃料所能替代的焦炭量，kg/kg（m3）。置換比是噴吹效果的重要標(biāo)志，也是噴吹燃料取得經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。置換比和噴吹量是衡量噴吹效果的二個(gè)重要指標(biāo)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，當(dāng)噴吹量達(dá)到一定程度后，隨著噴吹量增加，焦比降低幅度減小，置換比降低（見圖4），嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)大量碳黑沉積，噴吹燃料利用惡化，限制噴吹量提高。2/4/202317其主要原因在于：1）噴吹燃料燃燒率降低。這是因?yàn)樵谝欢ㄒ睙挆l件下，隨著噴吹量增加，噴吹強(qiáng)度（單位體積鼓風(fēng)的噴吹量，克/米3）提高，單位噴吹燃料氧氣量減少，以及燃料霧化變差，燃燒溫度降低，燃料燃燒不完全，導(dǎo)致燃燒率降低，噴吹效果變差；2/4/2023182）高爐順行變差。隨著噴吹量增加，煤氣量增加，同時(shí)焦炭負(fù)荷提高，料柱透氣性變差，順行遭到破壞，噴吹效果變差。因此，存在著一個(gè)增加噴吹量與提高噴吹效果矛盾的問題。要解決這個(gè)矛盾，就要積極創(chuàng)造條件，改善原料質(zhì)量，改善操作，提高燃燒率，獲得高的置換比，達(dá)到最大的噴吹量。這樣，才能在降低焦比同時(shí)，使燃料比降低或基本保持不變，才能獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。降低噴吹固體燃料粒度，提高燃燒溫度，保證充足氧氣，減少煤氣生成量，以及改善料柱透氣性等措施，均能改善噴吹燃料的利用，提高噴吹效果。主要措施：提高操作水平，提高風(fēng)溫，高壓操作，富氧鼓風(fēng)，精料，以及改善噴吹條件等。改善噴吹條件：2/4/202319第六節(jié)富氧鼓風(fēng)富氧鼓風(fēng)：是指加入工業(yè)用氧氣，使鼓風(fēng)含氧量大于大氣含氧量。富氧鼓風(fēng)效果：1、冶煉強(qiáng)度提高，產(chǎn)量提高；2、提高爐缸溫度，降低爐頂煤氣溫度，改善煤氣能利用，同時(shí)有利于噴吹燃料。3、煤氣中CO、H2含量增加，有利于促進(jìn)間接還原發(fā)展。4、煤氣量減少，高溫區(qū)下移，間接還原區(qū)擴(kuò)大。富氧鼓風(fēng)的合理使用（綜合鼓風(fēng)）2/4/202320第七節(jié)加濕鼓風(fēng)和脫濕鼓風(fēng)大氣中自然濕度1~3%（相當(dāng)于8~24克H2O/m3）其濕度隨時(shí)間、地點(diǎn)以及氣候的變化而波動(dòng)。鼓風(fēng)濕度的波動(dòng)必然引起爐況的波動(dòng)。為穩(wěn)定爐況，需穩(wěn)定鼓風(fēng)濕度。一、加濕鼓風(fēng)加濕鼓風(fēng)：鼓風(fēng)中加入水蒸氣調(diào)節(jié)濕度的方法。加濕鼓風(fēng)具有穩(wěn)定爐況和強(qiáng)化冶煉作用。1）鼓風(fēng)中帶入1molH2O，相當(dāng)于帶入1/2molO2和1molH2，也就是提高了鼓風(fēng)含氧量，同時(shí)提高了煤氣中CO、H2含量，因此，加濕強(qiáng)化了高爐冶煉。2/4