高炉炼铁工艺

null第五章 高炉炼铁工艺 第五章 高炉炼铁工艺 本章主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 本章主要内容 5.1 高炉炼铁生产的原则 5.2 高炉操作制度 5.3 高炉强化冶炼的技术措施null5.1 高炉炼铁生产的原则null1) 产量和消耗之间的关系 2) 产量与高炉寿命、效益之间的关系 3) 产量与质量之间的关系各类因素之间关系的分析产量和消耗之间的关系 产量和消耗之间的关系 ηv (t铁/m3·d) ＝ I(t焦/m3·d)/ K (t焦/t铁) 高炉有效容积利用系数＝ 冶炼强度 / 焦比为了使高炉产量↑有4种途径：为了使高炉产量↑有4种途径：☆ I不变，K↓ ☆ K不变，I↑ ☆ 随I↑，K有所↓ ☆ 随I↑，K有所↑(一般不采用)对一个实际高炉而言 存在与最低焦比相适宜的冶炼强度I适ηv ＝ I / K 冶炼强度和焦比之间的关系 冶炼强度和焦比之间的关系 I冶炼强度和焦比的关系分析 冶炼强度和焦比的关系分析  I< I适时：煤气量减小，煤气流速低 →煤气分布不均匀（边缘发展） →煤气热能、化学能利用不充分 →焦比升高  I> I适时：煤气量↑↑，煤气流速过大 炉况恶化→焦比↑中心过吹或管道行程△P↑null 高炉工作者应掌握此规律，用它来指导生产，针对具体生产条件，确定与最低焦比相适应的冶炼强度，使高炉顺行，稳定地高产。适宜冶炼强度和焦比的关系 适宜冶炼强度和焦比的关系 I适是随冶炼条件的改善不断增大的 null1) 产量和消耗之间的关系 2) 产量与高炉寿命、效益之间的关系 3) 产量与质量之间的关系各类因素之间关系的分析2）产量与高炉寿命、效益之间的关系 2）产量与高炉寿命、效益之间的关系 产量↑↑，意味着冶炼强度 I ↑↑ 高炉设备的寿命↓ → 修理费用↑ → 效益↓故提高一代高炉寿命是很重要的null 高炉长寿技术的开发和实现将促使高炉生产实现高产、低耗、优质、高效，目前世界各国已把高炉长寿看作炼铁技术的一个重要组成部分和发展标志。提高高炉寿命的对策 提高高炉寿命的对策 null1) 产量和消耗之间的关系 2) 产量与高炉寿命、效益之间的关系 3) 产量与质量之间的关系各类因素之间关系的分析3）产量与质量之间的关系 3）产量与质量之间的关系 铁水质量的主要指标 铁 水 含 硫 铁 水 温 度I过高时，炉料停留时间↓ null 如何处理好这五者的关系，对降低焦比、提高产量、降低能耗有重要意义。null 高炉冶炼是一个逆流式连续过程。 炉料一进入炉子上部即逐渐受热并参予诸多化学反应，在上部预热及还原的程度对下部工作状况有极大影响，通过控制操作制度可维持操作的稳定，这是高炉冶炼优质生铁与降低能耗的基础。5.2 高炉操作制度 5.2 高炉操作制度 高炉四大操作制度 装 料 制 度 送 风 制 度 造 渣 制 度 热 制 度装料制度 装料制度 炉料装入炉内方式的总称； 不同炉料对煤气流的阻力有差异； 炉料在高炉横截面上的分布状况影响煤气流的分布； 煤气流分布直接影响矿石的下降、还原、软化熔融等。散料堆中的粒度分布情况散料堆中的粒度分布情况炉料性质对布料的影响（A）炉料性质对布料的影响（A）炉 料 的 粒 度 （不同粒度的混合料） 大块炉料易于滚落到堆角 由于堆角处料层薄，相对透气性好； 小块炉料则多集中在堆尖 由于堆尖处料层厚，相对透气性差。炉料性质对布料的影响（B）炉料性质对布料的影响（B）炉 料 的 粒 度 （同一粒度的炉料） 大粒度的自然堆角小 易于滚落到炉子中心 小粒度的自然堆角大 易于集中在炉子边缘炉料性质对布料的影响（C）炉料性质对布料的影响（C）炉 料 的 种 类 焦炭的实际堆角小 滚落到炉子中心的趋势大 中心气流相对发展 矿石的实际堆角大 集中在炉子边缘的趋势大 边缘气流相对抑制影响炉喉布料的因素影响炉喉布料的因素1.焦炭集中，透气性好，阻力小； 矿石集中，透气性差，阻力大。 2.大块集中，透气性好，阻力小； 小块集中，透气性差，阻力大。 3.料层薄，透气性好，阻力小； 料层厚，透气性差，阻力大。 4.炉料堆脚处，大块多，阻力小； 炉料堆尖处，小块多，阻力大。高炉炉顶装料设备 高炉炉顶装料设备 nullnullnull影响炉顶装料状况的因素 可变因素 料线高度 料批大小 装料顺序固定因素 a、布料设备参数 1、布料器形式 2、炉喉高度和直径 3、大钟与炉喉间隙 4、大钟倾角及速度 5、无钟炉顶参数 b、炉料特性 堆比重,堆角,粒度,外形null装 料 制 度 控制炉内煤气流分布 又称为:上部调剂 或 上部调节炉料装入炉内方式的总称可 变 因 素(l)  料线的定义(l)  料线的定义钟式炉顶－大钟在开启位置时的下沿至料面的垂直距离 无钟炉顶－旋转溜槽在最小夹角时其出口至料面的垂直距离 高炉正常料线深度为1.5－2.0m料线高低对布料的影响图示料线高低对布料的影响图示 一般选用料线在碰撞点（面）以上，并保证加完一批料后仍有0.5m以上的余量，以免影响大钟或溜槽的动作，损坏设备。 在碰撞点以上（炉况正常） 料线愈高，炉料堆尖离炉墙愈远 发展边缘气流，抑制中心气流 在碰撞点以下（炉况失常） 炉料先与炉墙碰撞，布料混乱 料线的高低可改变炉料的堆尖位置正常情况下 高料线压制中心气流；低料线压制边缘气流。 料线对布料的影响null(2)  炉料批重定义炉料是分批加入高炉的。 每批矿石的重量称为矿石批重； 每批焦炭的重量称为焦炭批重。 矿石与焦炭的重量比称为焦炭负荷。 炉料批重对布料的影响图示炉料批重对布料的影响图示null炉料批重对布料的影响 矿石比焦炭的堆角大，当边缘堆到一定程度后，才能滑向中心； 批重越大，滑向中心的矿石越多，边缘气流发展； 大批重时，炉料分布较均匀，煤气利用率提高； 批重过大时，煤气量波动大，不利于顺行；一般情况下 大矿批压中心；小矿批压边缘。 null(3)装料顺序定义炉料中矿石和焦炭装入高炉 内的先后次序称为装料顺序一般而言 先入炉的料首先在炉墙边沿较多 堆积到一定程度后才会滚向中心装料顺序对布料的影响图示装料顺序对布料的影响图示null装料顺序对布料的影响 正装－先装矿石，后装焦炭； 倒装－先装焦炭，后装矿石； 同装－矿石和焦炭一起装入炉内； 分装－矿石和焦炭分别装入炉内。 ← ← ←中心气流发展 正同装，正分装，倒分装，倒同装 边缘气流发展→ → →矿石粒度对布料的影响矿石粒度对布料的影响大块矿更 加重中心小块矿更 加重边缘5.2 高炉操作制度 5.2 高炉操作制度 高炉四大操作制度 装 料 制 度 送 风 制 度 造 渣 制 度 热 制 度送风制度 送风制度 ◎ 通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称. ◎ 包括：风温、风量含氧量、风压、风口直径、喷吹量等参数. ◎ 两个重要参数：风速和鼓风动能 ◎ 影响炉内原始煤气流的分布.鼓 风 动 能鼓 风 动 能kg.m/s式中：Q0－ 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 状态风量，m3/s； g －重力加速度， m/s2； ν－空气标态重度，kg/m3；n －风口个数； S －每个风口的通风截面积，m2； P －热风压力，表压kg/cm2； t －热风温度，℃。null适宜的鼓风动能与高炉炉缸直径的关系 null 控制原始煤气流分布又称之为：下部调剂 或 下部调节 上部和下部 调节相配合最佳煤气流动状态增大鼓风的动能→高炉中心气流发展 增大喷吹燃料量→高炉中心气流发展（一般：下部调剂的反应较快） 送 风 制 度5.2 高炉操作制度 5.2 高炉操作制度 高炉四大操作制度 装 料 制 度 送 风 制 度 造 渣 制 度 热 制 度造渣制度 造渣制度 控制造渣过程和终渣性能★ 控制炉渣各种理化性能的总称null造渣过程：软化开始温度、熔化开始温度、软熔区间温度差、熔化终了温度、软熔过程中的压力降。 终渣性能：使熔渣具有良好的热稳定性以保证炉缸良好的热状态和合理的渣铁温度以及控制好生铁成分，主要是生铁中[Si]和[S]。5.2 高炉操作制度 5.2 高炉操作制度 高炉四大操作制度 装 料 制 度 送 风 制 度 造 渣 制 度 热 制 度热制度 在工艺操作上控制高炉内热状态方法的总称。热制度 在工艺操作上控制高炉内热状态方法的总称。各种操作制度的综合结果 几乎所有操作参数变化都对热制度产生影响主要通过 null高炉热状态：炉内各部位具有足够相应温度的热量，以满足冶炼过程中加热炉料和各种物理化学反应需要的热量以及过热液态产品达到要求的温度。 通常用热量是否充沛，炉温是否稳定衡量热状态。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 对于生产高炉，为了能对冶炼过程进行全面、定量的深入研究，发现增产、节焦的薄弱环节，提出努力方向和改革措施，也常要进行物料平衡和热平衡计算。 5.3.1 高炉能量利用计算 高炉物料平衡和热平衡以配料计算为基础，并严格遵守质量守恒和能量守恒定律。 一、配料计算和物料平衡 配料计算的目的是根据已知原、燃料成分和冶炼条件来决定矿石、燃料和熔剂的需要量，以获得性能良好的炉渣和合乎规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好基础。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 配料计算和物料平衡必须具备以下数据： 1 各种原料（包括喷吹物）的全分析（各种成分的总和应调整到100%）； 2 计算得到或实际所用的各种原料（包括喷吹物）重量，生铁产量、渣量、炉尘吹出量； 3 冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分； 4 炉顶煤气成分； 5 鼓风参数（包括富氧程度、湿分等）； 6 各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算为了编制物料平衡必须进行风量和煤气量的计算。 计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前被鼓风中的氧所燃烧的碳量（C风） （5-6） 式中 C氧化——被鼓风和炉料中氧所氧化的碳量，kg； C直——被炉料中氧所氧化的碳量（即Si、Mn、P、Fe 直接还原消耗碳量），kg。 5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 二、热平衡 通过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，从而找到改善热能利用、降低焦比的途径。 常见的热平衡计算法有两种: 第一种是建立在盖斯定律基础上的，即依入炉物料的初态和出炉产物的终态来计算而与炉内实际反映过程无关。 第二种是按炉内实际反应过程来计算热量消耗。 前者比较简便，但不考虑实际过程；后者比较实际，但计算较繁。此处还有“区域热平衡法”，可根据高炉特定区域，如高炉下部的实际需要来进行。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 实际生产中多用第一种热平衡法。它是先分别计算出冶炼过程中的热收入项和热支出项，然后编制出热平衡法，根据能量守恒定律，热收入应等于热支出来进行比较和检查。 举例如表5-2。其中热支出第九项外部热损失，系根据热收入总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占百分数是否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值一般为3~6%，铸造生铁一般为6~10%。当然希望外部热损失低一些好。此值过高，说明计算有错误，或焦比选择不当，应予以检查和调整。如果测试手段齐备，外部热损失也可用准确实测数据来计算。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3.2 高炉操作线图及其应用 长期来，高炉工作者习惯于应用图4-8的rd-C曲线来分析还原和热消耗过程对焦比的影响。但该图没有表达出冶炼过程风量和煤气成分的变化；同时要做出热量消耗曲线，往往需要进行繁杂的热平衡计算。 1967年，法国学者A·里斯特（A·Rist）和N·梅依森（N·Meyssem）提出高炉操作线图（简称操作线），能直接表达出高炉冶金过程Fe-O-C体系的变化和高炉各生产指标间的内在联系，对分析高炉冶金全过程甚为方便。这是高炉冶炼理论的一个重要发展。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 一．构成操作线的基本原则 高炉冶炼主要反应都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移向或转变成煤气的进程。如铁矿石的还原，碳的燃烧和气化等。在这些涉及氧的反应中，氧有三个来源——铁的氧化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向——高温区碳氧化（包括燃烧和气化），最终生成CO；直接还原，铁及其它氧化物中的氧被碳夺取变成CO；间接还原，铁及其它氧化物中的氧被CO夺取变成CO2，这些生成或转变成的CO和CO2，最终都进入煤气。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 Rist操作线正是抓住“氧的转移”这个高炉冶炼最本质的特征来描述高炉过程。 在物料平衡和热平衡中，常以1吨生铁来计算。而操作线则以1个铁原子，实际用1kmolFe，即质量为56kg的铁为基准来计算。这样，能更好的反应出化学反应是以原子、分子为单位进行的本质。例如 工业单位 72kg 12kg 56kg 22.4m3 化学反应单位 1分子 1原子 1原子 1分子5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 操作线图系一平面直角坐标（图5-4），X轴为氧、碳原子比，即O/C，主要用来表示氧的去向。Y轴为氧、铁原子比，即O/Fe，主要用来表示氧的来源。 在X、Y平面上，线段AB及其投影△X（或x）和△Y（或y），代表一种特定类型的氧的迁移。相应的氧的流量nO与沿着X轴的煤气中的碳量nC有关，也与沿着Y轴的固体炉料中的铁量nFe有关。null5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 线段AB的斜率 由于x，y均为正值，所以斜率u亦为正值。斜率等于碳同铁的产物量的比值，即nC/nFe，实际就是用C/Fe原子比表示的单位原子铁的碳量消耗，也就是以比值（分子CO/原子Fe）表示的单位原子铁的还原气体消耗量。 5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 可见，斜率的意义在实际上与焦比（或燃料比）是完全一致的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或C/Fe原子比是一个定值。由于u=C/Fe原子比一定，故O/Fe与O/C原子比或Y与X呈直线关系。 当表示若干氧的迁移过程时所有的线段都具有同一斜率u，而且可按一定顺序在斜率为u的同一条直线AE上互相衔接起来，就构成所谓的操作线（图5-5），由于是以原子比为计量单位，所以操作线AE时一条直线，其斜率u=C/Fe原子比。实际代表了焦比或燃料比。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算二．操作线图各组成部分的理论分析 取纯碳（X=0）和纯铁（Y=0）为坐标原点O。 引三条垂直线： X=0，纯碳，即Y轴； X=1，纯CO气体，这里O/C=1，即GF线； X=2，纯CO2气体，这里O/C=2，即HX线（H点对X轴的垂线）。 引两条水平线： Y=0，纯铁，即X轴； Y=yO，即yOH线，表示炉料中铁的氧化度（O/Fe原子比）。例如，Fe2O3=3/2=1.5；Fe3O4=1.33；FeO=1.0。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 在GF线左侧，O＜X＜1的区间，为高炉下部C氧化为CO的直接还原区，并用来描述还原性气体的生成。 在GF线右侧，1＜X＜2的区间，为CO转化为CO2的直接还原区，并用来描述还原性气体的利用。 在X轴以上，即0＜Y＜yO的区间，用来表示炉料中铁氧化物提供的氧，并用以描述整个高炉内铁的还原过程。其中AB部分在Y轴上的投影即yi，为用于间接还原，使CO转变为CO2的氧；BC部分在Y轴上的投影即yd，为用于直接还原，使C变为CO的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了还原气体的生成，有参与了还原性气体的利用。 5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 在X轴以下，坐标平面负的y值一边，说明除铁的氧化物外，在高炉下部（炉腹、风口区、炉缸）发生作用的其它氧的来源。这些氧只参与还原性气体的生成，而未参与还原性气体的利用。其中包括碳燃烧、气化、夺取脉石氧化物中的氧而生成的CO。如CD部分，它在Y轴上的投影yf，为脉石中Si、Mn、P、S等氧化物直接还原提供的氧；DE部分在Y轴上的投影yb，为鼓风中提供的氧，用于碳的燃烧和气化。 5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 在Y＞y0部分，即y0H水平线以上区域，用处很少，但它可说明在高炉以外，使高炉煤气完全燃烧所需氧的来源，如在热风炉、加热炉、焦炉中应用高炉煤气作燃料进行的燃烧等。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算四．操作线的应用 掌握了高炉操作线原理，性质以及各线段和特性点的意义，就可用来解决高炉生产问题。 例如，如可以根据特定高炉已知的矿石成分，炉顶煤气成分，生铁成分，风口前燃烧的碳量，并在物料平衡的热平衡计算基础上，选择适宜的数据组合，如A点及斜率µ，A点及D点，或P点及斜率等，便可确定或描绘出该高炉的实际操作线，并与其理想操作线对分，分析各种因素对焦炭的影响。如A点的变化，即精料水平的高低（YA），煤气利用的好坏（XA）；5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 B点的改变，即直接还原的变化（YB或ya）；E点（ya）的变化，即风量或料批时速的变化；U点（Yu或Yf）的改变，即直接还原度的变化；V点（Q/qd）的改变，即渣量，炉渣成分，渣、铁温度，生熔剂（石灰石）入炉量的变化；P点的改变（表现为UV线的变化）等等，都会使操作线AE的斜率（或焦比）发生变化。总之，几乎影响焦比的各种因素都可通过操作线图来进行分析。这时，可按下式求得焦比（K）和焦比的改变量（ΔK）。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 此外，又由于Q=yb·qb-yd·qd（见5-16式），其中yd，yb可由高炉仪表中的炉顶煤气分析和分量导出，而qd是常数，qb在风温，湿分一定时，也是常数。因此，可由风量和煤气连续分析得到的数据，不断算出高炉各个时期的Q值，充分发挥电子计算机的作用，及时判断高炉高温区热状态，并进行调节。5.3 高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算 高炉操作线在一个平面直角坐标系内，用一条直接（操作线），把高炉过程的一系列重要参数及其影响因素联系在一起，使高炉操作者对高炉冶炼状况一目了然，并明确降低焦比（或燃料比）的方向和途径。因而不失为分析和解决高炉问题的一个重要而方便的工具。但高炉操作线表示的只是高炉稳定状态的情况，即是一种“静态模型”，而实际高炉炉况常处于变动之中，因此，更加需要寻求一种“动态模型”来有效控制高炉。目前正在进行这种研究和探索。5.4 高炉强化冶炼的措施 5.4 高炉强化冶炼的措施 5.4.1 精 料 5.4.2 高 压 操 作 5.4.3 高 风 温 5.4.4 喷 吹 燃 料 5.4.5 综 合 鼓 风null5.4.1 精 料 高 稳 熟 小 匀 净 null1.高 铁矿石品位高，还原性高，焦炭中固定碳高，熔剂中CaO高，各种原料机械强度高。null2.稳 各种原料的化学成分稳定，波动小。 矿石成分差别很大，天然富矿入炉前混匀，精矿和富矿粉烧结、造球前混匀。null3.熟 高炉全部装入烧结矿和球团矿，尽量不加石灰石入炉。 4.小、匀、净 平均粒度小，粒度均匀，缩小上下限粒度差，大于上限大块破碎，小于下限粉末筛除干净。null 综上所述，关键使用高品位（SiO2～5%），低渣量（＜300kg/t铁），高还原性，低ω（FeO）（＜5%），高强度，成分稳定，粒度均匀的熔剂性人造富矿，避免石灰石入炉。null 人造富矿的发展方向 对于原料条件复杂，如有富矿粉、精矿粉（粒度较粗）及各种含铁粉尘杂料时，适宜采用烧结法处理。 对于原料条件单一，尤其是过细精矿的处理，适宜采用球团法处理。null 提高人造富矿的高温冶金性能 1.人造富矿的还原强度（抑制还原膨胀、粉化）； 2.人造富矿的高温还原性能； 3.人造富矿的软熔性（荷重软熔性和熔融滴落性）。 null 合理的炉料结构 高炉使用单一的烧结矿或球团矿，并不能获得最佳的技术经济指标。 合理炉料结构应是:高碱度烧结矿配加酸性炉料（酸性氧化球团、普通烧结矿或天然矿等） null 烧结矿含铁品位 熟料比 烧结矿二元碱度 入炉粉末烧结矿含Fe成分波动 烧结矿整粒 含 铁 原 料 质 量 的 比 较null焦 炭 质 量 的 比 较5.4 高炉强化冶炼的措施 5.4 高炉强化冶炼的措施 5.3.1 精 料 5.3.2 高 压 操 作 5.3.3 高 风 温 5.3.4 喷 吹 燃 料 5.3.5 综 合 鼓 风5.4.2 高压操作 5.4.2 高压操作 工艺流程 风机→热风炉→高炉→炉顶煤气→除尘→高压阀组→净煤气管道 ↓ 余压发电（可回收风机用电的30％左右）用控制高压阀组的开闭度和送风压力 提高高炉炉顶煤气压力 null高压操作条件： 1.鼓风机要有满足高压操作的压力，保证在高压操作下能向高炉供应足够风量； 2.高炉及整个炉顶煤气系统和送风系统必须保证可靠的密封及足够的强度以满足高压操作要求。null称之为高压操作 （反之为常压操作） 炉顶煤气压力>50（30）kPa时 （国外认为>150kPa） 日本高炉顶压平均为225 kPa 宝钢3号高炉（4350M3）已达230 kPanull消耗在高压阀组上的压力是由风机提供的炉顶煤气压力↑，要求送风压力↑ 能 量 消 耗↑采用“ 余压发电”技术 可回收风机用电的25～30％炉顶余压发电透平机（TRT）炉顶余压发电透平机（TRT） 高炉高压操作时，调压阀组消耗了炉顶煤气的剩余压力，而这部分压力能是由风机提供的。风机为了提高风压以满足炉顶压力的要求消耗了很多能量，为了不浪费炉顶煤气的压力能和热能。从20世纪60年代开始开发了利用炉顶煤气的能量发电的技术，现已广泛应用于高压高炉上。2) 高压操作对冶炼的影响 2) 高压操作对冶炼的影响 高炉整个送风系统、高炉本体、煤气除尘系统是一个连通器高压调节阀组前压力的提高， 不仅炉顶压力↑，炉内压力也↑高压操作必然会对 高炉冶炼产生重要影响null 提高高炉产量 降低高炉焦比 改善生铁质量 减少炉尘吹出量 可回收能量高压操作的理论基础 高压操作的理论基础 煤气通过散料层时造成的压力损失可用下式表示null当鼓风或煤气重量流量（G）和温度不变时 气体密度（ρ）和气体平均压力（P）成正比 气体流速（W）与气体平均压力（P）成反比在风量不变的情况下 高压操作后煤气的ΔP↓ 有利于高炉顺行煤气的压力损失 与煤气平均压力成反比null炉顶煤气压力P顶和热风压力P风的关系 炉内煤气平均压力 P风为热风压力 P顶为炉顶煤气压力因为 P风1＝P顶1＋ΔP1 P风2＝P顶2＋ΔP2null因为 P风2＝P顶2＋ΔP2用此式可计算常压改高压时相应的热风压力提高炉P顶时，其它参数的变化提高炉P顶时，其它参数的变化  随炉顶煤气压力的提高，热风压力相应提高， 但提高的幅度小于炉顶煤气压力提高的幅度； 随炉顶煤气压力的提高，煤气压力损失则降低。 null因 为 又 煤气流速（W）与煤气量成正比 煤气量又与风量（V）成正比 所 以 煤气流速（W）与风量（V）成正比null标态下，V与G成正比维持煤气压力损失ΔP不变时 炉内煤气平均压力与风量的关系null当炉顶压力由常压时的0.02 MPa  0.15 MPa 炉内煤气平均压力则由0.07 MPa  0.18 MPa 风量在常压基础上提高了60％高压操作有利于提高冶炼强度强 化 高 炉 冶 炼null高压操作对高炉冶炼的具体影响 (1)燃烧带减小 炉内压力↑鼓风体积↓，鼓风动能↓所致（当顶压由15 kPa→80 kPa时，E降到原来的76％） CO2、O2分压↑，燃烧速度加快所致为了维持合理的燃烧带，可增大风量 从而对增产有积极作用null(2)对还原的影响(rd↓，[Si]↓) 对铁氧化物还原的影响 因为抑制了 C＋CO2=2CO 正反应 有利于间接还原发展， rd↓ 对Si还原的影响 因为抑制了 C＋SiO2=Si＋CO2 正反应，[Si] ↓ 高压操作对低硅生铁冶炼有利null(3)料柱阻力损失△P↓ 由于，料层气流阻损△P与气体压力成反比（ ） 故有： △P高压 < △P常压 高压操作有利于顺行（下料通畅）null如果△P维持常压时的水平 则入炉风量可以↑， 从而产量↑ 高压操作有利于增加高炉生铁产量 注意 高压操作时△P的下降并不均匀 上部下降幅度大，下部下降幅度小高炉限制冶强提高的是炉子下部状况 要充分发挥高压操作对增产的作用 需改善炉料的高温性能 （焦炭高温强度、矿石高温冶金性能） null(4)大幅度减少炉尘吹出量 因为煤气流速↓ 炉尘吹出的粒径变小、数量变少常压→高压，炉尘吹出量降低20～70％ 顶压150～250kpa的高炉，炉尘量<10kg/t null(5) 降 低 焦 比 高压操作后降低焦比的原因 炉况顺行，煤气利用率提高； 炉尘吹出量大幅度减少； 产量提高，单位生铁热损减小； 有利于间接还原发展； 生铁含硅可控制在下限水平。 实践证明，实行高压操作，不断提高炉顶压力水平是强化高炉冶炼，增产节能的一条重要途径。5.3 高炉强化冶炼的措施 5.3 高炉强化冶炼的措施 5.3.1 精 料 5.3.2 高 压 操 作 5.3.3 高 风 温 5.3.4 喷 吹 燃 料 5.3.5 综 合 鼓 风5.4.3 高风温 5.4.3 高风温 综合效果→降低焦比 古老的高炉采用冷风炼铁 1828年英国首次用150℃的热风炼铁 现最高风温可达1300－1350℃ 将鼓风风温加热到1200℃以上的操作。 一、高风温对高炉冶炼的影响 一、高风温对高炉冶炼的影响 风口前燃烧C量减少 原 因 风温提高是焦比下降所致 （热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热） 热风带入的物理热在高炉下部高温区能全部被利用； 焦炭燃烧后供给的热量只有一部分被利用，另一部分则为煤气带出高炉或成为热损失。 因此它比焦炭燃烧更可贵。null高炉内温度场发生变化 炉缸温度↑ 炉身上部和炉顶温度↓ 中温区（900～1000℃）略有扩大原因 null直接还原度略有升高 炉内压损△P↑ 如果高炉在顺行的极限下操作 则风温↑→ 将迫使冶炼强度↓风温每↑100 ℃ ，炉内△P ↑～5kPa，冶炼强度下降～2％null有效热消耗减少 原 因 改善生铁质量 风温↑ → 焦比下降，高炉的硫负荷下降， 炉缸温度升高，热量充沛， → 易于冶炼低硫生铁；二、提高风温降低焦比的效果 二、提高风温降低焦比的效果 t风↑100℃降低焦比的量 三、高炉接受高风温的条件 三、高炉接受高风温的条件 接受高风温的条件 l 精料→改善料柱透气性 l 提高炉顶压力（高压操作）→降低煤气流速△P↓ l喷吹燃料 l 加湿鼓风null 高压以后，给提高风温创造了条件，因为高压使煤气阻损降低，使提高风温不致影响顺行，而风温的提高总是使焦比降低，所以观察到的高压以后焦比降低，风温的提高起了很大的作用。null我国大型高炉平均风温1000℃ 宝钢高炉热风温度1220－1250℃ 日本最高风温可达1350℃高炉具备接受高风温的条件是关键 四、高风温的获得 四、高风温的获得 ☆高炉煤气发热值较低：3200～3800kJ/m3 ☆获得高风温的设备因素受限制 对 策 5.4 高炉强化冶炼的措施 5.4 高炉强化冶炼的措施 5.3.1 精 料 5.3.2 高 压 操 作 5.3.3 高 风 温 5.3.4 喷 吹 燃 料 5.3.5 综 合 鼓 风5.4.4 喷吹燃料 5.4.4 喷吹燃料 主 要 目 的 代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭喷 吹 燃 料 的 种 类 天然气―原苏联、美国 重 油―日本、法国、德国，因石油价格↑，也转向喷吹煤粉。 煤 粉―我国（资源所限）世界上除重油、天然气丰富的地区外，都在实践大量喷煤工作。 喷煤对高炉冶炼的影响 喷煤对高炉冶炼的影响 a. 风口前燃料燃烧的热值↓ 原 因 nullb.扩大燃烧带 Ⅰ.炉缸煤气量↑(以焦炭为1时，煤粉为1.13)Ⅱ.部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，在管路内形成高温(高于鼓风温度400-800℃),促使中心气流发展（鼓风动能↑）原 因 nullc.风口前理论燃烧温度 ↓ ◎ 作为喷吹物的煤粉是冷态的 ◎ 煤粉的热分解需要消耗热量 ◎ 燃烧产物量↑→用于加热产物到燃烧 温度的热量消耗↑ 原 因 nulld.直接还原度↓ C熔损反应量↓★ 还原性组分（CO＋H2）浓度↑，绝对量↑(煤气量↑所致) ★ 炉下部温度↓,碳熔损反应受到抑制 焦比↓, 焦炭与CO2反应的表面积↓ 原 因 nulle. 煤气阻力损失（△P）↑ 原 因 nullf.炉内温度场变化 高温区上移炉缸温度趋于均匀 略有上升 → ↑所致 炉缸边缘温度↓ → 风口理论燃烧温度下降所致 炉缸中心温度↑ → 煤气穿透能力增强所致 （煤气量、煤气含氢、鼓风动能↑）原 因 炉身温度 炉顶温度null热滞后g.存在热滞后现象 增加喷煤量后，炉缸出现先凉后热的现象，即煤粉在炉缸分解吸热，使炉缸温度降低，直到增加的煤粉量带来的煤气量和还原性气体在上部改善热交换和间接还原的炉料下到炉缸，使炉缸温度上升，这一过程所经历的时间叫“热滞后”时间。null热滞后现象原因 “热滞后”时间约为3－4小时煤粉的置换比与喷吹量 煤粉的置换比与喷吹量 Ⅰ·置换比 喷吹1kg煤粉能替换的焦炭量 （一般在0.8左右） 因此喷吹1kg或1m3燃料能替换多少焦炭是衡量喷吹效果的重要指标。null影响喷煤置换比的因素 ·煤粉含C量和含H2量（C/H↑，煤气量↑) ·煤粉燃烧率（风口前气化程度） ·炉况顺行程度 ·是否有补偿手段 最大喷吹量亦即最低焦比应由焦炭骨架作用决定。nullⅡ. 喷吹量 扩大喷吹量是炼铁工作者的任务null影响高炉接受煤粉喷吹量的因素 · 高炉精料水平（炉内透气性） · 炉缸热量水平（炉内热补偿） · 煤粉理化特性（炉内燃烧率） · 喷煤的均匀性（喷吹设备）补偿手段 补偿手段 可通过运用高风温、高压操作和 富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段。 高炉喷煤的效果 高炉喷煤的效果 降低焦比 煤粉代替焦炭 间接还原发展 炉缸热状态稳定 为接受高风温创造条件 改善生铁质量 降低生铁成本 5.4 高炉强化冶炼的措施 5.4 高炉强化冶炼的措施 5.3.1 精 料 5.3.2 高 压 操 作 5.3.3 高 风 温 5.3.4 喷 吹 燃 料 5.3.5 综 合 鼓 风5.4.5 综合鼓风 5.4.5 综合鼓风 鼓风湿度调整＋富氧鼓风＋高风温＋喷吹燃料综 合 鼓 风 1．鼓风湿度调整 1．鼓风湿度调整 (1) 加 湿 鼓 风 在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度 通常水蒸气在冷风管道中加入最大特征――强化高炉冶炼干风含氧量21％ 水蒸气含氧量50％ 单位体积的水蒸气比干风含氧高1.38倍 鼓风中湿度增加1％（8g/m3）， 在焦比不变时，产量可提高1.38％null(2) 脱 湿 鼓 风 把鼓风中的水分脱除一部分 使鼓风湿度保持在低于大气湿度的稳定水平 通常用氯化锂作脱湿剂吸收鼓风中水分， 或用冷却法脱除鼓风中水分。最大特征――节省燃料消耗脱湿减少了水分的分解耗热 通常脱湿1％，可降低焦比约8kgnull采取 鼓风加湿?鼓风脱湿?（有争论） 喷煤高炉→脱湿鼓风◎节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热 （高炉喷吹燃料后，加湿鼓风逐渐被喷吹燃料所代替，因此喷吹燃料所起作用比加湿鼓风更经济合算。）◎可以消除大气湿度波动的影响null不喷煤高炉 → 加湿鼓风对于不喷吹燃料的高炉 加湿鼓风不失为一种调剂炉况的手段2．富氧 2．富氧 往高炉鼓风中加入工业氧气富氧对高炉冶炼的影响 提高产量 每富氧1％增产3～5％ 提高t理 每富氧1％, t理↑45～50℃ (炉缸煤气量↓所致) 燃烧带有缩小的趋势 (N2↓, t理↑→加快碳的燃烧过程) 高温区下移，炉身、炉顶温度↓（煤气量↓所致） 直接还原度略有升高 (尽管CO↑ → rd↓ ，但是：炉身温度↓ → rd↑； I↑→ 停留时间↓ → rd↑null富氧与高风温的异同 富氧：热收入减少null富氧与喷煤相结合 对 于 扩大喷煤量 增加富氧量 均 有 好 处null高炉鼓风富氧 制氧技术是关键生产纯氧电耗高，故纯氧的价格高 开发生产低成本的、含氧60％左右的高炉用氧技术 是一个具有重大意义的研究课题新技术动向――氧气高炉 第五章 思考題 第五章 思考題 何谓高炉四大操作制度，何谓“ 上部调节”和“ 下部调节”。 如何实现高炉系统的高压操作？高压操作以后对高炉冶炼进程的影响如何？并说明原因。 提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化？并说明原因。 提高风温可采取什么措施？风温的进一步提高受何限制？ 高炉喷煤的效果何在？喷吹煤粉对高炉冶炼的影响如何？其原因何在。null已知：某高炉喷煤前焦比520 kg / t ,实施喷煤100 kg / t后,高炉的综合冶炼强度为1.20 t / m3 ·d , 高炉燃料比为540 kg / t 。 求解：a. 高炉的有效容积利用系数； b. 喷煤置换比。 何谓“ 加湿鼓风”、“ 脱湿鼓风”？说明各自对高炉冶炼的影响。 说明富氧鼓风对高炉冶炼的影响及其原因。富氧鼓风与喷吹煤粉有何关系？