高爐強(qiáng)化冶煉詳解

高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)及其進(jìn)步高爐煉鐵生產(chǎn)的原則高爐冶煉生產(chǎn)的目標(biāo)是在較長(zhǎng)的一代爐齡(例如5年或更長(zhǎng))內(nèi)生產(chǎn)出盡可能多的生鐵，而且消耗要低，生鐵質(zhì)量要好，經(jīng)濟(jì)效益要高，概括起來(lái)就是“優(yōu)質(zhì)，低耗，高產(chǎn)，長(zhǎng)壽，高效益”。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)乃至世界各國(guó)的煉鐵工作者對(duì)如何處理這五者間的關(guān)系進(jìn)行過(guò)，而且還在進(jìn)行著討論，討論的焦點(diǎn)是如何提高產(chǎn)量及焦比眾所周知，表明高爐冶煉產(chǎn)量與消耗的三個(gè)重要指標(biāo)—有效容積利用系數(shù)(%)、冶煉強(qiáng)度(I)和焦比(K)之間有著如下的關(guān)系：nY=i/K(4)隨著冶煉強(qiáng)度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不最后一種情況下，產(chǎn)量增長(zhǎng)很少，而且是在犧牲昂貴的焦炭的消耗與焦比的關(guān)系如圖1所示。在一定的冶煉條件下，存在著一個(gè)與最低焦比相對(duì)應(yīng)的最適宜的冶煉強(qiáng)度I。當(dāng)冶煉強(qiáng)度低于或高于I時(shí)，焦比將升高，而產(chǎn)量適適稍遲后，開(kāi)始逐漸降低。這種規(guī)律反映了高爐內(nèi)煤氣和爐料兩流股間的復(fù)雜傳熱、傳質(zhì)現(xiàn)象。在冶煉強(qiáng)度很低時(shí)，風(fēng)量及相應(yīng)產(chǎn)生的煤氣量均小，流速低，動(dòng)壓頭很小，造成煤氣沿爐子截面分布極不流動(dòng)狀態(tài)，由層流轉(zhuǎn)為湍流，風(fēng)口前循環(huán)區(qū)的出現(xiàn)，大大改善了煤氣流分布和煤氣與爐料之間的接觸，煤氣流的熱能和化學(xué)能利用改下降，直到與最適宜冶煉強(qiáng)度兒相對(duì)應(yīng)的最低焦比值。之后冶煉強(qiáng)度繼續(xù)提高，煤氣量的增加進(jìn)一提高了煤氣流速，這將帶來(lái)疊加它的壓頭損失可變得與爐料的有效質(zhì)量相等或超過(guò)有效質(zhì)量，爐料善了的條件相應(yīng)的冶煉強(qiáng)度可以進(jìn)一步提高，而焦比不會(huì)提高，相反與之相對(duì)應(yīng)的最低焦比也進(jìn)一步下降，這就是世界各國(guó)幾十年來(lái)冶煉強(qiáng)度不斷提高，焦比也降低的原因，見(jiàn)圖2。但是，在任何生產(chǎn)技術(shù)水平上，當(dāng)冶煉條件一定時(shí)，冶煉強(qiáng)度與焦比K之間始終保持著極值關(guān)系，決不可以得出產(chǎn)量是與冶煉強(qiáng)度成正比地增長(zhǎng)的簡(jiǎn)單結(jié)論，而盲目追求高冶煉強(qiáng)度。超越冶煉條上述有關(guān)高爐冶煉重要技術(shù)指標(biāo)nY、I、K之間的關(guān)系還未解決經(jīng)濟(jì)效益最佳的冶煉強(qiáng)度問(wèn)題。在對(duì)鋼鐵的需求大于供給的條件的操作情況下，產(chǎn)品的最低成本并不是在最低焦比相對(duì)應(yīng)的冶煉強(qiáng)高產(chǎn)量是在比最低焦比相對(duì)應(yīng)的冶煉強(qiáng)度稍高的情況下達(dá)到的上升得較緩慢，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)多消耗焦炭的費(fèi)用能被節(jié)省下的加工并不是生鐵成本最低時(shí)的產(chǎn)量，而是略高于這個(gè)最低產(chǎn)量。圖2不同冶煉條件下的冶煉強(qiáng)度(I)與焦比(K)的關(guān)系，1-5示意冶煉條件不斷改善(丁斤葷斗圖3日產(chǎn)量(P)對(duì)產(chǎn)品成本(S)和生產(chǎn)盈利性的影響(C一出廠價(jià)格)煉鐵廠(或車間)經(jīng)濟(jì)上最合算的產(chǎn)量是在所具有的設(shè)備上，于單位時(shí)間內(nèi)達(dá)到最高利潤(rùn)總和時(shí)的產(chǎn)量，如圖3所示，在生鐵成本為產(chǎn)量的函數(shù)S=/(P)曲線上，生鐵最低成本是在Po產(chǎn)量下獲得，而且在最低處附近，生鐵成本升高較慢，使得生鐵出廠價(jià)與成本的差值經(jīng)濟(jì)效益戶(C-S)的乘積達(dá)到最大，這就是我國(guó)眾多廠家追求的產(chǎn)量指標(biāo)。最后，應(yīng)當(dāng)指出的是在我國(guó)隨著產(chǎn)量和效益的提高，高爐設(shè)改進(jìn)高爐冷卻(爐底水冷，爐身軟水密閉循環(huán)冷卻)以及釩鈦爐渣護(hù)高爐強(qiáng)化冶煉工藝操作技術(shù)我國(guó)高爐煉鐵在近幾年來(lái)取得了很大的進(jìn)步，冶煉強(qiáng)度在中小吹燃料技術(shù)、富氧大噴煤技術(shù)、先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等。精料是高爐強(qiáng)化冶煉的基礎(chǔ)在爐內(nèi)的流速增大，煤氣穿過(guò)料柱上升的阻力p上升；另一方面爐上，燃料比500kg/t是困難的，甚至是不可能的；另外渣量也是煤和高爐順行的決定性因素。均勻的粒度組成和較好的高溫強(qiáng)度是保證塊狀帶料柱透氣性的基本條件，而良好的造渣性能是降低軟熔帶的天然赤鐵礦和褐鐵礦礦石),才能保證爐料在進(jìn)入高溫區(qū)以前充分我國(guó)精料技術(shù)取進(jìn)步和發(fā)展方近年來(lái)，精料的重要性已深入煉鐵工作者的心中，受到各級(jí)組(1)入爐品位顯著提高。由于認(rèn)識(shí)到入爐品位的高低是決定渣量和冶煉過(guò)程熱量消耗的決定性因素之一，在原來(lái)入爐品位較低(TFe約淘汰國(guó)產(chǎn)劣質(zhì)礦；改進(jìn)選礦技術(shù)，使精礦粉的品位由原來(lái)的60%(2)做好入爐料成分穩(wěn)定工作。生產(chǎn)實(shí)使人們認(rèn)識(shí)到，原料成分的不穩(wěn)定是引起高爐爐況波動(dòng)的重要原因。為防止?fàn)t況失常，生產(chǎn)(3)優(yōu)化入爐料的粒度組成，這是改善料柱透氣性和強(qiáng)化冶煉過(guò)程的卻是生產(chǎn)燒結(jié)礦的道路，球團(tuán)礦生產(chǎn)一直沒(méi)有得到重視。隨精的質(zhì)量還不是太好，很難滿足大型高爐對(duì)球團(tuán)礦質(zhì)量的要求，但為爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化還是做出了貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在首鋼遷安礦山公司已成功地高爐精料技術(shù)發(fā)展的方向大致是：進(jìn)一步提高人爐品位；改進(jìn)高強(qiáng)度冶煉和必須具備的條件提高冶煉強(qiáng)度,以達(dá)到提高產(chǎn)量之目的的冶煉粒度不均,粉末多,則料柱透氣性不好,高爐不接受大風(fēng),強(qiáng)行加風(fēng),則渣量增加,大風(fēng)操作時(shí)滴落帶容易引起液泛,高爐亦不能維持順行(2)要適合高強(qiáng)度冶煉的合理爐型。適度的“爐缸大、爐身矮、風(fēng)由于爐缸截面積大,風(fēng)口多,在較高的冶煉強(qiáng)度和噴吹燃料的條件下(5)操作上要根據(jù)爐況變化，采取上下部調(diào)節(jié)以保證爐況順行，例如堆尖向中心稍稍移動(dòng)，與下部回旋區(qū)延伸相適應(yīng)；視噴吹煤量的多少調(diào)節(jié)風(fēng)口面積等以維持合適的中心氣流和邊緣氣流。在爐前操作上要保證放好渣鐵，因?yàn)椴患皶r(shí)放渣、放鐵，會(huì)出現(xiàn)下部透氣性變壞、風(fēng)壓升高、爐料難行等現(xiàn)象，難于維持大風(fēng)量冶煉高壓操作及條件和優(yōu)點(diǎn)高壓操作就是通過(guò)凈煤氣管道上的高壓閥組提高爐頂壓力，從而使整個(gè)高爐內(nèi)的煤氣處于高壓狀態(tài)。一般認(rèn)為高爐爐頂壓力在(1)鼓風(fēng)機(jī)要有滿足高壓操作的壓力，保證在高壓操作下能向高爐供提高，煤氣的體積縮小流速降低，壓頭損失也隨之降低，從而促進(jìn)分利用；加上高壓操作改善順行,可以減少懸料、崩料,以及提高產(chǎn)量,減少單位生鐵的熱量損失等都有減少焦炭消耗的作用,研究表明,高壓以后,給提高風(fēng)溫創(chuàng)造了條件,因?yàn)楦邏菏姑簹怅?yáng)損降低,使提高風(fēng)溫不致影響順行,而風(fēng)溫的提高總是使焦比降低的,所以觀察到高壓操作的工作制度和優(yōu)點(diǎn)大小鐘均壓閥或無(wú)料鐘均壓閥各有兩種工作制度：或下封閥打開(kāi)后關(guān)閉。采用這種工作制度對(duì)大鐘或下封閥上部啟，只在小鐘或上封閥開(kāi)啟前的裝料過(guò)程中關(guān)閉。采用這種工作上部密封良好時(shí)，為了減輕大鐘或下密封閥的磨損，可改用輔助工2)輔助工作制。小鐘均壓閥經(jīng)常是開(kāi)啟的，只有當(dāng)大鐘或下密正常情況下應(yīng)采用基本工作制。只有當(dāng)處理大小鐘設(shè)備或料斗高壓與常壓的轉(zhuǎn)換操作程序加風(fēng)，轉(zhuǎn)換完畢后根據(jù)具體情況增加風(fēng)量，以維持原壓差為標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)取消均壓程序，停止回爐使用高壓操作的注意事項(xiàng)(2)轉(zhuǎn)高壓后一般會(huì)導(dǎo)致邊緣氣流發(fā)展，要視情況相應(yīng)調(diào)整裝料制鐘均壓閥同時(shí)打開(kāi)吹掃，但一般不得用荒煤氣吹掃。高壓操作中的調(diào)壓閥組和它的作用它安裝在高爐的凈煤氣管道上，是控制高爐爐頂煤氣壓力高低的閥囹4高爐的高壓調(diào)壓憫組示息圖在閥組上有5條平行的通道和4個(gè)閥門(mén)，最小的一條通道直徑頂壓力因某些原因(例如爐內(nèi)爆炸、大崩料)突然增高，或其他閥失有3個(gè)大的(直徑一般為01750mm)為電控或液壓控制的蝶o1個(gè)余壓發(fā)電透平機(jī)TRT分壓力能是由風(fēng)機(jī)提供的。風(fēng)機(jī)為了提高風(fēng)壓以滿足爐頂壓力的要求消耗了很多能量（由電機(jī)或蒸汽透平提供），為了不浪費(fèi)爐頂煤能量發(fā)電的技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于高壓高爐上。所謂TRT就是爐頂余壓發(fā)電透平機(jī)的簡(jiǎn)稱，余壓發(fā)電工藝流程示于圖5。圖5高爐爐頂余壓發(fā)電工藝流程圖1一重力除塵器；2、3一文氏洗滌塔；4、11、14一煤氣；5一主管噴射器；6—蒸汽；7一點(diǎn)火孔；8一減壓閥組；9一消音器；10一煤氣總管；12一氮?dú)獯祾唛y13一除霧器：TRT的煤氣人口從文氏管后的煤氣管接出，TRT的煤氣出口與調(diào)壓閥組后的凈煤氣主管相接，所以TRT是與調(diào)壓閥組并聯(lián)在凈煤氣管道上的。高壓煤氣在透平機(jī)內(nèi)膨脹做功，推動(dòng)透平機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。透平機(jī)有軸流向心式、軸流沖動(dòng)式和軸流反動(dòng)式3種，其中軸流反動(dòng)式的質(zhì)量小、效率高。在回收余壓能量方式上有部分回收、全部回收和平均回收3種，平均回收的發(fā)電能力高，設(shè)備投資低，投資回收期短，而且還能保證高爐爐頂壓力穩(wěn)度高，透平的效率提高(煤氣溫度每提高10℃,透平機(jī)出力可提高M(jìn)Pa即可采用TRT技術(shù)，但要有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，爐頂壓力應(yīng)提提高風(fēng)溫對(duì)高爐冶煉的影響(1)風(fēng)口前燃燒碳量C風(fēng)減少，這是因?yàn)閱挝簧F的熱收入不變的情況下，提高風(fēng)溫帶人的熱量替代了部分風(fēng)口前焦炭燃燒放出的熱(2)高爐高度上溫度分布發(fā)生爐缸溫度上升、爐身和爐頂溫度降低和少和爐身溫度降低等原因造成的。爐料下降的條件明顯變壞。如果高爐是在順行的極壓差下操作，則風(fēng)溫的提高迫使冶煉強(qiáng)度降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在冶煉件不變時(shí)，風(fēng)溫高爐接受高風(fēng)溫的條件凡是能降低爐缸燃燒溫度和改善料柱透氣性的措施，都有利于Vxct風(fēng)風(fēng)溫為10000c時(shí)，噴吹1kg重油需補(bǔ)償風(fēng)溫1.6~2.31℃,噴(4)搞好上下部調(diào)劑，保證高爐順行。如果高爐不順，則不宜使用高風(fēng)溫。此時(shí)需正確運(yùn)用上下部調(diào)劑手段，首先保證高爐順行，方綜合鼓風(fēng)和綜合噴吹富氧和噴吹燃料三者結(jié)合的鼓風(fēng)，常用綜合噴吹這個(gè)名詞來(lái)表達(dá)。綜合噴吹是高爐煉鐵技術(shù)的重大進(jìn)步，對(duì)高爐強(qiáng)化冶煉具有很大意金焦，而使焦比大幅度降低，生鐵成本下降。(2)風(fēng)口噴入的燃料，需在爐缸吸熱分解后燃燒，需要一定的熱量補(bǔ)償，為高爐接受高風(fēng)溫提供了條件。(4)用一般燃料替代部分冶金焦炭，為減少焦?fàn)t數(shù)目、節(jié)約基建(5)采用富氧鼓風(fēng)與噴吹燃料的綜合噴吹技術(shù)，可以改善噴吹燃焦比。同時(shí)富氧鼓風(fēng)可以提高風(fēng)口區(qū)的理論燃燒溫度，又可彌補(bǔ)增(6)采用富氧與噴吹燃料的綜合噴吹技術(shù)后，因?yàn)橐话銍娙肴剂细郀t富氧鼓風(fēng)及加氧方式和特點(diǎn)高爐富氧鼓風(fēng)是往高爐鼓風(fēng)中加人工業(yè)氧(一般含氧85%高爐產(chǎn)量和強(qiáng)化噴吹燃料在風(fēng)口前燃燒。鼓風(fēng)含氧按下式計(jì)算：鼓風(fēng)含氧=大氣中含氧+富氧率富氧率=富氧量/(風(fēng)量+富氧率)(1)將氧氣廠送來(lái)的高壓氧氣經(jīng)部分減壓后，加入冷風(fēng)管道，經(jīng)小，在放風(fēng)閥前加入，易于連鎖控制，休減風(fēng)前先停氧，保證供氧安全，但熱風(fēng)爐系統(tǒng)一般存在一定的漏風(fēng)率，特別是中小高爐漏風(fēng)操作控制可全部由鼓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)管理，但氧氣漏損較第(3)種方式是較經(jīng)濟(jì)的用氧方法，旨在提高煤槍出口區(qū)域的局供氧管線要引到風(fēng)口平臺(tái)，安全防護(hù)控制措施較繁瑣，沒(méi)經(jīng)過(guò)熱風(fēng)爐預(yù)熱的氧氣冷卻煤粉的作用大于水冷及空氣冷卻效果，又存在不富氧鼓風(fēng)對(duì)高爐冶煉的影響(1)由于煤氣體積小，煤氣對(duì)爐料下降的阻力風(fēng)量、提高冶煉強(qiáng)度創(chuàng)造了條件。(2)隨鼓風(fēng)中氧含量的提高，煤氣中CO濃度增加，煤氣的還原(3)富氧鼓風(fēng)改變了爐內(nèi)溫度場(chǎng)的分布，其規(guī)律與高風(fēng)溫相似，(4)如富氧后冶煉強(qiáng)度不變，則風(fēng)口回旋區(qū)要縮小而影響煤氣初(6)富氧鼓風(fēng)對(duì)順行產(chǎn)生影響。富氧鼓風(fēng)使燃燒帶的焦點(diǎn)溫度提高，爐缸半徑方向的溫度分布不合理，以及產(chǎn)生SiO氣體的劇烈揮富氧量的限制因素瘤等事故；另外到目前為止，氧的制備需要較高的成本，一時(shí)不加濕鼓風(fēng)及對(duì)高爐冶煉的影響加濕鼓風(fēng)曾叫過(guò)蒸汽鼓風(fēng)，是往高爐鼓風(fēng)中加入水蒸氣以提高(1)鼓風(fēng)加濕可用其濕分使鼓風(fēng)的濕度保持穩(wěn)定，消除大氣自然