高炉炼铁工艺2010.pptVIP

3 高炉炼铁工艺,3.1 高炉炼铁生产的原则 3.2 高炉操作制度 3.3 高炉炼铁过程的强化（精料、高压、高风温、喷吹燃料、富氧和综合鼓风、加湿与脱湿鼓风）,本章内容,引言,高炉炼铁工艺概述,高炉炼铁 物料系统,炉料： 铁矿（块矿，烧结矿，球团矿） 熔剂：少 焦炭,鼓风：热风热风炉 11001250 富氧O2 增湿水蒸气 喷吹料煤，天然气，重油,从炉顶加入,从炉下部加入,3.1 高炉炼铁生产的原则,优质，低耗，高产，长寿，高效益,焦点问题：如何提高产量及焦比和产量的关系,产量、冶炼强度和焦比之间的关系,生产原则,利用系数、冶炼强度和焦比之间的关系,提高利用系数的途径,冶炼强度保持不变，不断地降低焦比 焦比保持不变，冶炼强度逐步提高 随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所降低 随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶炼强度增长的幅度大,冶炼强度对焦比的影响是高炉增产的关键,冶炼强度与产量(1)和焦比(2)的关系 a一美国资料；b一西德资料；c一苏联资料,冶炼强度与焦比的关系,冶炼强度过低，煤气热能和化学能利用不充分，直接还原度升高，焦比升高 冶炼强度提高，煤气热能和化学能利用改善，间接还原发展，焦比下降 冶炼强度超过适宜值，煤气流速过大，导致炉缸中心过吹或管道行程，焦比升高,生产上焦比与冶炼强度呈最小值特征，产量与冶炼强度呈最大值特征。但产量的峰值位置高于焦比,加强原料准备，采取合理的炉料结构，提高炉顶煤气压力，使用综合鼓风，改造设备等强化高炉冶炼技术的采用，冶炼强度可以进一步提高，对应的最低焦比也将进一步下降,不同冶炼条件下的冶炼强度(I)与焦比(K)的关系,当对钢铁的需求大于供给时，经济上最合算的产量，并不是生铁成本最低时的产量，而是略高于生铁成本最低时的产量,日产量(P)对产品成本(S)和生产盈利性的影响(C一出厂价格),3.2 高炉操作制度,高炉操作制度,装料制度,上部调节,下部调节,送风制度,造渣 及热制度,物料平衡 及热平衡计算,3.2.1装料制度,（1）装料制度及其在高炉冶炼过程中的意义 装料制度是指炉料装入炉内方式的总称，它决定着炉料在 高炉内的分布状况，直接影响高炉上部煤气流的分布，间接 影响炉料下降状况、煤气利用程度和软熔带的位置和形状。 1）炉料的种类、粒度、堆密度和自然堆积角等因 素影响其在炉内的分布状况 天然矿石堆密度大、滚动性差、堆角大，相对地在炉内边缘堆得多； 烧结矿疏松多孔，堆密度小，同等重量的体积大，炉内分布面宽，相对地减少了边缘堆积量； 球团矿形状整齐呈球形，堆角小易滚到中心； 焦炭与烧结矿类似； 熔剂尽量布放到中心，防止边缘生成高粘度初渣，使炉墙结厚。,2）炉料在炉内的分布状况对煤气流分布的影响 焦炭与矿石比较 焦炭集中的地方，透气性好，阻力小，通过的煤气多； 大块与小块比较 大块集中的地方，透气性好，阻力小，通过的煤气多； 料层厚度 料层薄的地方，阻力小，通过的煤气多； 炉料偏析状况 在炉料堆角处，大块多，阻力小，通过的煤气多；在堆尖处，小块和粉末多，阻力大，通过的煤气少。,3.2.1装料制度,3.2.1装料制度,3）炉料和煤气在炉子横截面上分布均匀，有利于煤气对炉料的加热和还原，有利于提高煤气利用率。 4）从炉料下降角度，边缘煤气流适当发展，有利于降低固体料柱与炉墙的摩擦力，使炉子顺行。 5）从炉况顺行角度，要求适当发展中心煤气流，以活跃炉缸中心。 上部调节：通过选择装料制度，以控制煤气流分布的一系列操作措施。,问题： 1.什么是理论燃烧温度？影响理论燃烧温度的主要因素有哪些？其影响趋势如何？ 2.阐述煤气上升过程中量及成分的变化特点。 3.高炉炼铁生产的原则是什么？说明冶炼强度与焦比的关系。 4.炉料的种类、粒度、堆密度和自然堆积角等因素如何影响其在炉内的分布状况？,上部调节的依据,3.2.1装料制度,炉喉处煤气中CO2分布 煤气温度分布 煤气流速分布,反映了料柱透气性，煤气与矿石之间接触是否良好，间接还原反应是否进行得充分,沿径向理想的气流速度分布及相应的矿/焦层厚度比值分布（日本）,装料要求,3.2.1装料制度,漏斗型 圆周上均匀分布 堆尖位置可调,高炉装料系统,典型双钟炉顶装料设备总图 1料面； 2大钟； 3探料尺， 4煤气上升管 5布料器， 6大钟均压阀 7受料漏斗； 8料车； 9均压煤气管；10料钟吊架； 11绳轮； 12平衡杆； 13放散阀； 14大气阀,3.2.1装料制度,双钟式系统：传统的高炉装料系统，1907年美国马基公司设计,3.2.1装料制度,工作制度 一般采用60一站的六点布料法。即批炉料各车的堆尖位置同布在个点上，然后旋转60，再布下一批料，这样可使炉料在炉喉的堆尖呈螺旋式均匀分布。这种布料器由于有定点的功能，可通过选定位置布料以消除管道与偏行。还有种快速布料器，它般以20r/min的速度旋转，消除堆尖偏析,炉料堆尖位置分布循环图,炉料在小料斗中的分布 1料车，2细料区，3块料区,炉料在小料斗内分布不均匀，这种不均匀性，在炉料下到大料斗内及随后下到炉内时依然存在。 炉料在炉喉内按一定堆角分布随着高炉容积扩大，炉喉直径变大，矿石可能很少或根本布不到高炉中心 在低压高炉上使用时密封性较好；炉顶压力在1.5公斤/厘米2以上时，密封性较差。 大钟寿命较短，更换困难，不能适应现代高炉需要。,马基式布料器的不足：,3.2.1装料制度,大钟与炉喉间隙：在料面高度定时，间隙越大，入炉料的堆尖与炉墙的距离也越大，促使矿石滚向中心 大钟倾角：不同倾角会引起炉料从大钟下降的轨迹变化。当炉料物理性质不变时，角度越小，炉料下降的抛物线轨迹越平坦，原料堆尖越靠近炉墙。一般大钟倾角都固定为53,马基式布料器的影响因素,可调炉喉 在炉喉部位安装以机械形式调节炉喉直径的挡板，当某种炉料需要更多地布向炉中心时，即将护板向内推进。,这种活动炉喉板是对传统料钟式装料系统的改良，不能从根本上改变其调节范围小、调节手段不够灵活有效的根本缺陷。,图69 日本钢管式活动炉喉板示意图 1一炉喉板；2一油压缸；3一限位开关；4一炉喉板导轨,3.2.1装料制度,无料钟装料系统：由卢森堡的P.W.公司发明，1972年投入使用,无料钟炉顶 1受料漏斗；2液压缸；3上密封阀；4料仓，5放散管，6均压管，7 波纹管弹性密封；8电子秤；9节流阀；10下密封闭；11气封漏斗；12波纹管；13均压煤气或氮气；14溜槽，15布料器传动气密箱；16中心喉管；17蒸气管,3.2.1装料制度,溜槽长短是固定的，改变倾角就等于改变钟式布料的大料钟与炉喉间隙和大料钟倾角两个因素的作用，所以，溜槽角度越大，炉料越容易推到边缘，反之则容易推到中心，另外，还可通过边下料边改变倾角来实现多环布料、螺旋布料，达到合理分布炉料的目的,工作制度,a.环形布料 b.螺旋布料或布进式同心圆布料 c.定点布料 d.扇形布料,3.2.1装料制度,依靠旋转溜槽倾斜角的变化，及其在水平的炉喉截面上运动方位角的调节，能将炉料分布在炉内任何所希望的部位 有利于提高炉顶压力，为高压操作创造条件,优点,常见的布料方式：,装料制度对布料和煤气流分布的影响,批重 当批重大于临界批重时,矿石布向中心较多，加重中心；过大则中心、 边缘均加重；当批重小于临界批重 时,矿石布不到中心，此时，随批重 增加而加重边缘或作用不明显,3.2.1装料制度,生产上可供选择的装料制度内容有：批重、装料顺序、料线和高炉装料系统的布料功能变动等,高炉喷吹燃料后，保持焦批不动，扩大矿石批重，以保持焦窗面积,高炉合理批重范围（刘云彩）,批重适宜值的确定： 前苏联：Y焦2500.1222Vu 我国：W矿=0.43d12+0.02d13 日本：W焦=(0.030.04) d13 Y焦450(0.088750.125)Vu,3.2.1装料制度,料线 钟式高炉，以大钟最大行程的大钟下沿为零点，无料钟式高炉，以溜槽下端为零点，从零点到炉内料面的距离,料线对布料的影响,料线的高低，可以改变炉料堆尖位置与炉墙的距离。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。,不同料线时炉料堆尖的位置,3.2.1装料制度,装料顺序是指以皮料中矿石和焦炭进入高炉的顺序 按炉料入炉顺序可分为： 正装：一批料中矿石在先，焦炭在后； 倒装：一批料中焦炭在先，矿石在后； 同装：一批料中矿石和焦炭只开一次大钟，同时 装入炉内； 分装：矿石和焦炭分开两次入炉； 混同装：一批料中前后都有焦炭；,3.2.1装料制度,装料顺序,I-正同装(实线)或正分装(虚线)； Ll-倒同装(实线)或倒分装(虚线),在料线高低、批重大小一定的情况下，主要靠炉料装入炉内的先后次序来控制炉料在炉喉内的分布 先落入炉的料一般靠近炉墙多，后入炉的料沿已形成的料面斜坡滚向中心较多,3.2.1装料制度,高炉基本装料顺行,3.2.1装料制度,矿石与焦炭的堆角和粒度： a 焦炭的堆角小于矿石的堆角，上述规律 适用，焦炭的堆角大于矿石的堆角，则反常 b 矿石性质：矿石粒度小，滚动好，加重中心,3.2.1装料制度,一般，无料钟式高炉装料顺序对煤气流分布的调节作用不如料钟式高炉。但批重的影响，无论对何种装料设备的高炉都大,问题： 1、什么是上部调节？上部调节的依据有哪些？ 2、高炉装料系统有哪几种？说明其影响因素及工作制度。 3、生产上可供选择的装料制度内容有哪些？举其中一例说明其对布料和煤气流分布的影响。,3.2.2 送风制度,送风制度及其在高炉冶炼中的作用,上下部调节相配合，是组织最佳的煤气流动状态的关键。下部调节的效果较上部调节快而有效,送风制度：是指通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称 下部调节：调节上述诸参数以及随鼓风喷射入炉内的辅助燃料(油、煤粉或天然气等)的种类及数量统称为“下部调节” 在高炉冶炼中的作用：送风制度是影响煤气在炉下部分布状态的决定性因素。选择合理的鼓风参数，可使原始煤气气流分布合理、炉缸圆周工作均匀、热量充足、工作活跃，是保证高炉稳定顺行、高产、优质、低耗的重要条件,3.2.2 送风制度,送风制度包括鼓风量、风中含氧及含湿量、风温、风压，风口直径、风口中心线与水平的倾角，风口端伸入炉内的长度等。 由此又确定了两个重要的鼓风参数，即风速和鼓风动能,送风制度的一般数据： 热风温度：11001250 风口数目：1540个。 风鼓入高炉的速度：200300米/秒； 风口内径：1520cm， 风口伸入炉内：30cm； 鼓风压力：24个大气压， 回旋区往炉内延伸：约l一2米； 回旋区风速：10m/s。,送风制度的影响因素,鼓风动能的确定：,3.2.2 送风制度,适宜的鼓风动能与炉缸直径、原燃料条件和冶炼强度有关 与炉缸直径的关系,与原燃料条件的关系 原燃料条件差，应保持较低的E值，原燃料条件好，应保持较高的E值。 E值增大，燃烧带扩大，边缘气流减少，中心气流增强。 日本用系数n来衡量大型高炉适宜的燃烧带深度：,喷吹燃料后，精确计算E值困难，我国的喷煤实践，每增加10喷煤量，风口面积应扩大8左右。,3.2.2 送风制度,对于大型高炉，n0.5，中小型高炉n值宜选大一些。,3.2.3造渣制度,造渣制度包括造渣过程和对终渣性能的控制。 造渣制度选择的依据：冶炼条件、生铁品种。 要点： 造渣过程应控制炉渣化学成分，以控制对应的熔 化性温度和粘度，表面张力，脱硫、脱碱能力（物料 平衡确定） 终渣性能的控制是使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性，保证良好的炉缸热状态和合理的渣铁温度，以及控制好生铁成分，主要是Si和S,一般数据：R1.0-1.2 MgO810%，Al2O31015%,3.2.4 热制度,概念,热制度指炉内的热状态（温度和温度分布由热平衡 确定）。实质上是多种操作制度的综合结果，主要由产品及 炉渣的温度和成份体现。 热制度的表示: 铁水温度：正常生产是在13501550之间波动，一 般为1450左右，俗称“物理热”。 生铁含硅量：硅全部是直接还原，炉缸热量越充足，越 有利于硅的还原，生铁中含硅量就高，因此生铁含硅量的高 低，在一定条件下可以表示炉缸热量的高低，俗称“化学热”。 目前许多工厂尚无直接测量铁水温度的仪器，因此生铁含硅 量已成为表示热制度的常用指标,3.2.4 热制度,判定热状态的依据,风口前理论燃烧温度t理 燃烧带炉热指数tc 临界热储量Q临：保证冶炼条件波动时，使炉温波动在允许范围,合理热制度的选择,3.2.4 热制度,选择合理的热制度应结合以下几方面来考虑： 1)根据生产铁种的需要，选择生铁含硅量在经济上合理水平 2)根据原料条件选择生铁含硅量，例如冶炼含钒铁矿石时，允许很低的生铁含硅量。 3)结合高炉设备情况选择热制度，如炉缸侵蚀严重时，以冶炼铸造铁为好，因为提高生铁含硅量，可促进其石墨炭的析出，可维护炉缸。 4)结合技术操作水平与管理水平选择热制度，如原料的中和混匀搞得好，高炉工长技术操作水平较高时，可以将生铁含硅量定在生产铁种最经济的界限，即冶炼经济品种，冶炼炼钢生铁时可生产含硅低，但铁水物理温度高的低硅生铁。,影响热制度的因素,3.2.4 热制度,第一类是由原燃料性质变化所引起的。如矿石含铁量、还原性、焦炭灰分、含硫量、焦炭强度、矿石粒度、含粉率、熟料率、熔剂量、入炉废铁量等等。 第二类是由冶炼参数的变动引起的，如冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压力、炉顶混合煤气CO2含量等等。 第三类是由设备及其他方面的故障引起的，如冷却设备漏水，布料器不工作、亏料线作业、下雨等天气变化导致入炉原燃料含水量增加、入炉料称量误差等等。 热状态的稳定是高炉行程正常的条件和标志。几乎高炉所有操作参数的变化都要对热制度产生影响。 暂时的轻度的热制度波动一般以下部调节校正，而大幅度的长期性的失常则必须辅以上部调节，包括调整焦炭负荷，严重炉冷时可能投入空焦。,3.2.5 渣、铁的合理排放,传统的炉缸渣、铁排放,一般是一个铁口、两个渣口。出铁前从渣口排出上渣，出铁时从铁口排出铁水和下渣,合理的炉缸渣、铁排放,强化要求渣铁排放彻底，传统的炉缸渣、铁排放在炉缸内有大量渣铁残留，将引起炉缸工作不均匀，风压徒升，下料不匀不畅，甚至产生大崩料，从而造成炉缸堆积 强化炉缸要求勤放渣铁，及时排净，且应沿炉缸周围均匀排放，有利于炉缸工作均匀化。传统的炉缸渣、铁排放做不到,高炉强化和高炉大型化后，产量增加，渣口出渣困难，出铁次数增加，渣铁口难于维护 目前新设计的大型高炉已取消了渣口，采取双铁口或多铁口轮番连续出铁、出渣。一方面，增加了出铁次数，另一方面，减慢了渣、铁流出速度，同时不断变换出铁方位，有利于出净渣、铁和炉缸反应均匀化。 此外，实行多铁口轮番连续出铁、出渣，对于一个铁口则仍是周期性间歇出铁，这可改善渣铁口的维护和劳动条件,3.2.5 渣、铁的合理排放,3.2.6 炉况判断,炉况判断的方法,直接观测方法,看铁：主要看铁水温度、含硅和含硫量等。生铁含硅低时，铁水流动过程中火花矮小而多，流动性好，铁样断口为白色。随含硅量提高，火花逐渐变大而少，当含硅达到3.0左右时没有火花，同时流动性变差，粘铁水沟，铁样断口由白变为深灰色，晶粒加粗。生铁含硫高时，铁水表面“油皮”多，凝固过程表面颤动，裂纹大，凝固后成凸状，并有一层黑皮，铁样断口为白色针状结晶，质脆容易折断。铁水表面“油皮”少、裂纹小、凝固后成凹状，铁样质坚、断口灰色或仅边角部分有白色时生铁含硫低。高硅高硫时，铁样断口虽呈灰色，但在灰色中布满白色亮点,3.2.6 炉况判断,看渣：炉热时，渣流动性好、光亮耀眼、从炉子流出时表面冒出火苗、水渣白色。炉凉时，波流动性整、颜色发红，从炉内流出来时无火苗而有小火星、水渣变黑。渣碱度高时，用铁棍粘渣液成粒状滴下，不拉丝、渣样断口呈石头状。渣碱度低时，用铁棍粘渣液能拉出玻璃状长丝，碱度越低技丝越多越长，渣样断口玻璃状。另外，渣中MnO高时，渣样断口呈豆绿色；FeO含量在2%以上时呈黑色 看风口：风口是唯一可以直接看到炉内局部冶炼现象的地方，可以随时观察，比看铁、看渣所显示的炉况波动也早。炉热时风口明亮、无大块和生料下降；炉凉时风口发暗，炉料生降与大块多，甚至出现风口前涌渣、挂渣现象。风口回旋区深度合适时，焦炭活跃，极少出现大块与生降，即使炉凉也只涌渣而不灌渣，如回旋区深度不够，焦炭不够活跃，有时有大块出现，风口容易灌渣。各风口工作的差异，表明圆周工作不均匀程度,3.2.6 炉况判断,利用仪表判断,热风压力和风显表：风压上升和风量下降，表明煤气上升过程中的阻力增加，风压上下波动，表明高炉难行，风压突然上升和风量突然下降，表明有发生悬料现象的可能 探尺表：从探尺表的形状看出下料速度、料线高低、顺行和难行、崩料和悬料等情况 炉顶温度和炉喉温度表：它可以间接地反映四个方向上的煤气流分布状况。边缘气流较大时炉顶温度和炉喉温度上升，并且四个点的温度较分散；边缘气流小时，炉顶温度和炉喉温度下降，四个点温度集中 炉身静压力计：炉身静压差升高，说明该压差计上下两水平面之间的炉料透气性变差,3.2.6 炉况判断,炉况正常的标致,常见的低料线、管道行程、崩料、悬料现象，利用上下部调节及时处理，能较快恢复，否则，会出现炉缸堆积、大凉、炉缸冻结等大事故 煤气流长期分布不合理及炉温大幅波动，会导致炉墙结厚、结瘤。炉况失常最为严重的使炉缸和炉底烧穿,3.2.6 炉况判断,炉况失常,3.3 高炉炼铁过程的强化,3.3.1 精料,提高铁品位,TFe提高1%，焦比降低2%，产量提高3%（高产、低耗最积极最有效的措施）,烧结矿铁品位：国内5557%，日本5859%,增加熟料比,人造矿还原性、透气性、造渣性好,孰料比：国内85%，日本84%,改善冶金性能,还原性、还原粉化、还原膨胀、融滴性能,3.3.1 精料,加强原料稳定性,原料稳定性影响造渣和热制度,烧结矿铁品位波动：国内11.5%，日本0.2%,含铁炉料整粒,改善高炉上部通气性,国内用的不多，日本全部使用,改善焦炭质量,我国：灰分14%、转鼓77-80%，C85%，S0.8% 日本：灰分12%、转鼓大于85%，C88%，S0.5%,3.3.1 精料,高炉炉料结构,高炉使用的含铁原料有天然块矿，烧结矿和球团矿 1）概念 碱度 二元碱度 CaO/SiO2 : 实际多用 三元碱度 （CaO+MgO）/SiO2:锰铁冶炼 四元碱度（CaO+MgO）/（SiO2Al2O3）: 理论 矿石碱度划分 R0.5 酸性矿 R0.50.8 半自熔性矿 R0.81.2 自熔性矿 R1.2 碱性矿 炼铁及炼钢操作碱度 高炉操作: R=1.11.2 炼钢操作：R2.53.5,2)高炉炉料结构的模式： 全自熔性烧结矿 酸性球团矿为主配加高碱度烧结矿：北美 自熔性球团矿：北美、北欧 高低碱度两种烧结矿搭配（块矿） 高碱度烧结矿配加酸性球团矿（块矿） 高碱度烧结矿配加天然富矿 3)合理炉料结构的一般原则 熟料比高(即炉料中烧结矿和球团矿的比例高),炉料综合冶 金性能好 生产熟料应采用烧结还是球团工艺，应根据矿粉性能决定。 一般富矿粉粒度粗，不能制造球团产球团矿 高炉内不直接加入熔剂(石灰石、白云石等) 生铁成本最低,3.3.1 精料,4）合理的炉料结构 高碱度烧结矿配加酸性球团矿, 高碱度烧结矿配加酸性球团矿和块矿, 高碱度烧结矿配加块矿。 高碱度烧结矿 自身生成组织良好，高效率，生产优质品 良好的还原性：还原性10，焦比89 较好的冷强度和较低的还原粉化：以铁酸钙为粘结相，大孔厚壁，强度好，粉化率低 具有较高的荷重软化温度 具有较好的高温还原和熔滴性能,3.3.1 精料,酸性球团矿,生球爆裂温度高，焙烧区间宽，易于组织生产, TFe高,强度高 还原性好。气孔率高，还原性优于其他种类矿石 高温冶金性能差：表现为软化温度低，熔滴特性中的压差徒升，最高压差数值大。尽管可配加适量的蛇纹石或白云石来改善，但与烧结矿相比仍有差距,高碱度烧结矿配加酸性球团矿组成的炉料的冶金性能,可避免酸性球团矿软化温度过低，软化区间过宽的弱点，同时提供压差徒升温度，达到自熔性烧结矿的水平 可发挥高碱度烧结矿冶金性能良好的优势，同时也可克服因碱度过高难熔而单一炉料不能滴落，给高炉操作造成困难,3.3.1 精料,3.3.2高压操作,（1）概念 概念：高压操作就是通过净煤气管道上的高压阀组提高炉顶 压力，从而使整个高炉内的煤气处于高压状态。 分类：炉顶压力30kpa 高压 高的可达300kpa。 效果：70kPa时，产量提高12.3%，焦比降低2.7%，炉尘量大幅 度降低。 （2）发展历史 高压操作是1871年法国冶金学家贝斯麦提出的。20世纪50 年代以后得到采用迅速推行。 美国19441946年，克里夫兰厂，炉顶压力提高到70kPa； 苏联于1940年开始试验； 我国从50年代后期开始，70年代后炉顶压力逐步提高到100 150kPa。宝钢1号高炉(4063m3)的炉顶压力已达到250kPa，进入 世界先进行列,(1)高压操作系统的开发 苏联最早试验时，曾将这一阀组设置在煤气导出管上，它 很快被煤气所带炉尘所磨坏，因而试验末获成功。后来改进 阀组结构并将其安装在洗涤塔之后，才取得成功,图617 高压操作工艺流程图,3.3.2高压操作,(2)高压操作的条件 1)鼓风机要有满足高压操作的压力，保证在高压操作下能供应足够的风量 2)“布料与封顶分离”的原则：双钟马基式布料器，它既起着封闭炉顶，又起着旋转布料的作用，布料器旋转部位的密封一直阻碍着炉顶压力的进一步提高。只是到70年代实现了“布料与封顶分离”的原则，即采用双钟四阀，无钟炉顶等以后，炉顶煤气压力才大幅度提高到150kPa，甚至到200300kPa。 (3)余压回收 风机提高了风压是消耗大量的能量的(由电动机或蒸汽透平提供)。为有效地利用这部分压力能，从60年代开始，试验高炉炉顶煤气余压发电，先后在苏联和法国取得成功。采用这种技术后，可回收风机用电的2530，节省了高炉炼铁的能耗,4.3.1高压操作系统,余压发电工艺流程图 1一重力除尘器；2、3一文氏洗涤塔；4、11、14一煤气；5一主管喷射器；6一蒸气；7一点火孔；8一减压阀组；9一消音器；10一煤气总管；12一氮气吹扫阀；13一除雾器；V1一入口蝶阀；V 2一入口眼睛阀；V3一紧急切断阀；V4一旁通阀；V 5一调速阀；V6一水封截止阀；TlT4一放散阀；G一发电机组；TRT一余压发电透平机,4.3.1高压操作系统,4.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影响,（1）对燃烧带的影响 PV=nRT T一定，PV风速。 1)鼓风体积变小，从而引起气流速度下降，鼓风动能减小。 2)炉缸煤气压力的升高，煤气中O2和CO2的分压将升高，将促 使燃烧速度加快。 鼓风动能降低和燃烧速度加快导致高压操作后的燃烧带缩小(可相应增加风量，进一步提高冶炼强度，增加产量)。 （2）对还原的影响 1）还原热力学： FeOCFe+CO FeOCOFeCO2 CO2十C2CO 压力增加，直接还原和碳的溶蚀反应受到抑制，对降燃 耗有利。或者说将直接还原推向更高的温度区域，有利于CO 还原铁氧化物，改善煤气化学能的利用,P，CA，气体扩散速度加快，使化学反应也加快，从动力学角度分析，高压操作对焦比没有影响。 （3）高压操作对Si的还原不利，表明高压操作对 低Si生铁的冶炼有利。 （4)对碳酸盐分解反应的影响 CaCO3CaOCO2 P，向左移动，使开始分解和沸腾分解温度升高。 好在目前已广泛采用自熔性或高碱度烧结矿，取消石灰 石入炉。因此，这种影响已消除了,2）动力学,PV=nRT,CA=n/V=P/RT,4.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影响,（5）对料柱阻损的影响 由卡门公式：,p常p高p高p常,高压操作p高p常1，因而p常p高，即高压操作使煤气流在高炉内通过的阻力损失降低。但炉内料柱阻损的下降并不是上下部均相同的，研究表明，炉子上部的阻损下降得少，下部的下降得多。造成这种现象的原因是料柱上下部透气性不同，高炉下部由于被还原矿石的软熔，孔隙度急剧下降，压力对p的作用为孔隙度的下降所减弱。,4.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影响,高压高炉高度上的煤气压力变化,料柱阻损下降好处： 高压操作后p的下降减少炉料下降的阻力，可使炉况顺行。如果p维持在原来低压时的水平，则可增加风量，即提高高炉的冶炼强度。,4.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影响,(6)对炉顶布料的影响 高压操作降低了离开料柱和炉顶的煤气的动压头：,1）在冶炼强度相同和炉料粒度结构相同的情况下，被吹出 炉尘的粒径变小，数量减少。常压改为高压操作后，炉尘吹出 量降低2050，150250kPa，炉尘10kg/t-Fe以下。 2）h动， 影响料面的运动。表现为边缘料层加厚，料面 漏斗加深，可能恶化边缘区域的炉料透气性，从而使炉内压降 增大，削弱了顶压提高的作用,4.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影响,4.4高风温操作,1）应用实践及效果 自180年前采用鼓风加热的技术以来，风温已由 最初的149提高到1350，它给高炉带来了大幅 度降低焦比和提高产量的显著效果，成为炼铁发展 史上极为重要的技术进步。 2）目的 以风的物理热代替焦炭的化学能，结果焦比降低。,4.4.1高风温对高炉冶炼的影响,（1）对燃烧带的影响 1）根据PVnRT可知，在P一定的情况下，T, V 鼓 风动能，结果使风口区增大，冶炼强度提高； 2）高风温使风口区的燃烧碳量减少，导致风口区变小， 冶炼强度下降。 前苏联学者A.H.拉姆教授给出了高风温减少燃烧碳量的计 算公式：,计算表明，风温由0提高到l00，(C风)为20.6，而由1100提高到1200， (C风)只有5.2。,综合结果：会使冶炼强度,（2)高炉高度上温度分布 风温提高后，炉缸温度上升，炉身和炉顶温度降低，中 温区(900l000)略有扩大。,低风温(1)和高风温(2)情况下 煤气温度沿高炉高度的分布,A.H.拉姆教授总结出炉 顶煤气温度与风温的关系式 t顶t顶0/(0.5十0.0005t风),4.4.1高风温对高炉冶炼的影响,（3）直接还原度上升 风温提高以后，C风的减少使形成的CO也减少，同时 炉身温度的降低均使间接还原减少，尽管中温区扩大有利于 间接还原进行，但前两者的影响大于这后一影响。 A.H.拉姆教授总结出的r d与 t风的关系式如下： rdrd *(0.684十0.01t风0.5 ) 式中 rd *风温1000时的直接还原度。 （4）炉内料柱阻损增加 焦比，透气性，P （5）冶炼所需有效热耗下降 焦比 灰分和硫，单位生铁的渣量和脱S耗热,4.4.1高风温对高炉冶炼的影响,问题： 1、高炉实施高压操作的条件是什么？实施高压操作对高炉冶炼有何影响？ 2、高炉实施高风温操作的目的是什么？实施高风温操作对高炉冶炼有何影响？,4.4.2 高炉接受高风温的条件,加强原料准备，改善料柱的透气性。重视品位的提高，减少渣量，采用高碱度烧结矿与酸性料配合的合理炉料结构,改善炉腹和软熔带的工作条件,提高炉顶煤气压力。高压操作对还原和降低炉内煤气压差的有利影响可以弥补高风温的不利影响,喷吹燃料和鼓风增湿等有利于发挥高风温长处。降低风口前的t理，解决风温提高使炉子下部温度升高造成的炉况难行,风温 ，超过极限,炉况不顺（焦比 ，产量 ）,4.4.3 高风温的取得,提供能达到火焰燃烧温度15501650甚至1700以上的高温热量,具体采用的措施：采用高发热值的燃料，预热空气和燃料,热风炉的结构及附属设备的耐热性,结构： 1100l150采用改良内燃式热风炉，超过1200风温宜采用气流分布均匀、结构稳定的马琴式或新日铁式外燃热风炉；顶燃热风炉是发展方向,材质： 钢材，耐火材料,热风阀： 采用填注高铝质不定型耐火材料的耐热合金钢板焊接结构，寿命能达到2年以上,4.5喷吹补充燃料,主要目的,以价格较低廉的非焦燃料取代昂贵的焦炭,历史,18401845年在法国一座高炉上喷吹木炭屑,上世纪五十年代喷吹燃料步入工业规模，六十年代普及，目前世界上90以上的高炉采用喷吹补充燃料技术,喷吹补充燃料的种类,天然气：前苏联，美国,重油：日本，法国，德国,煤粉：中国,世界上除石油、天然气资源丰富的国家外，都在实践喷煤,4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响,风口前燃料的燃烧,燃烧热值减少,焦炭：燃烧（碳的氧化）,喷吹燃料：热解(碳氢化合物分解)，燃烧 耗热！,不同燃料的碳在风口前燃烧的热值,4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响,喷吹燃料在风口区热解过程不完全，易形成烟炭,炉缸热收入减少,对炉料强度的破坏,混入炉渣形成固体颗粒，炉渣粘度，流动性，炉缸工况恶化（炉缸堆积，炉腹渣皮脱落，风口和渣口大量烧坏）,措施,燃料与鼓风尽可能完全和均匀地混合，重油应采用雾化良好的喷枪，使进入风口的重油液滴50m，煤粉则应细磨，使其中80m的占80以上,富氧鼓风和高风温能改善燃料在燃烧时的供氧和温度条件，可促进喷吹燃料的充分气化,4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响,炉缸煤气量增加，燃烧带扩大,碳氢化合物含H2，使炉缸煤气量增加,H2的粘度和密度均小，穿透能力大于CO,部分燃料在直吹管和风口内就开始燃烧，在管路内形成高温混合气流流速和动能远大于全焦治炼,4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响,理论燃烧温度下降,热解耗热,燃烧产物增加,携带的物理热少于炉内焦炭,炉缸中心温度上升,燃烧带扩大，中心部位的热量收入增加,上部还原得到改善，炉子中心进行的直接还原数量减少，热支出减少,煤气量增加，高炉内热交换改善，进入炉缸的物料和产品的温度升高,炉缸温度下降,炉缸温度回升,热滞后现象持续34h,4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响,料柱阻损增大,单位生铁的焦炭消耗量减少和炉料中矿/焦上升，造成料柱透气性变差,煤气量增大，煤气流速增大,炉内温度场分布,高温区上移：炉身、炉顶温度略有上升,炉缸温度趋于均匀：边缘下降（t理下降），中心上升（煤气穿透能力增加）,H2对p升高和t顶升高起着缓和作用， H 2的粘度和密度较小，可降低煤气的粘度和密度，使p下降；H2也能提高煤气的导热能力，加速煤气向炉料的热传递,4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响,直接还原和间接还原的变化,煤气中还原性组分（COH2），N2,有利于间接还原的发展,C的溶损反应：下部区温度降低，焦比减少了焦炭与CO2反应表面积,焦比，单位生铁的炉料容积减少，使炉料在炉内停留时间延长,H2的数量的浓度，氢较CO在还原热力学和动力学方面均有一定的优势,天然气重油煤,4.5.2置换比与喷吹量,置换比与喷吹量的概念,置换比：喷吹1kg(或1m3)燃料能替换多少焦炭，一般为0.8,影响置换比的因素,喷吹量：喷入高炉的燃料量,喷吹燃料中的碳代替了焦炭中的碳,喷吹燃料中的氢代替焦炭中的碳,喷吹燃料的种类：含碳和氢高的燃料，置换比就高，重油含碳和氢最高，置换比最高，一般1.21.4kg/kg；无烟煤中含量最少，置换比也最低（能力）,喷吹燃料在风口前气化程度。气化越好，置换比越高（发挥好坏）,4.5.2置换比与喷吹量,鼓风参数：a提高风温和富氧鼓风可提高理论燃烧温度，降低炉顶煤气温度，喷吹燃料时降低理论燃烧温度；b提高炉顶煤气温度，高风温和富氧使rd上升，而喷吹燃料可降低rd；c高风温、富氧和喷吹燃料都使p上升，而高压可使p降低。因此风温的高低，是否富氧等都影响置换比的高低（如何发挥）,煤气流利用程度：改进炉料的质量和调剂炉况使炉内CO和H2同时提高而提高置换比（发挥好）,表示形式,平均置换比： R/s(0)/s,差值置换比： R(12)/(s2s1),微分(瞬时)置换比： Rd/ds,4.5.2置换比与喷吹量,限制置换比的因素,燃烧速率：风口前喷吹燃料的燃烧速率是目前限制喷吹量的薄弱环节。影响燃烧速率的因素主要是温度、供氧、燃料与鼓风的接触界面等。 生产实践表明，喷吹的煤粉在风口燃烧带内的燃烧率保持在85以上时，不会影响高炉： 遇焦炭粘附在其上，随焦炭下降进入燃烧带气化； 少量的进入炉渣，成为渣中氧化物直接还原的碳； 遇滴落的铁珠成为渗碳的碳； 粘附在矿石，石灰石上成为直接还原的碳而气化。,高炉允许的最低理论燃烧温度 允许的最低t理至少应高于冶炼的液体产品温度，允许的炉缸煤气温度下限应保证能过热铁水和炉渣，以及保证其它吸热的高温过程(例如锰的还原，脱硫等)的进行。 一般喷吹天然气时t理的下限控制在18501900，而喷吹煤粉时应控制在20002100，当喷吹量已达到使t理降到允许的最低水平时，就要采用维持t理不再下降的高风温或富氧等措施，以进一步扩大喷吹量 流体力学因素也能成为限制喷吹量的环节：它表现为上部料柱透气性变坏，下部软熔带p急剧上升和滴落带出现局部液泛征兆。要采用富氧来扩大喷吹量,4.5.2置换比与喷吹量,喷吹量与置换比的关系 a一苏联下塔吉尔钢铁公司喷吹天然气时的微分置换比； b一奥地利林茨厂喷吹重油时的平均置换比,随着喷吹量的增加，喷吹燃料的置换比下降,4.5.2置换比与喷吹量,4.6 富氧鼓风,富氧鼓风是往高炉鼓风中加入工业氧，使鼓风含氧量超过大气含氧量,目的：提高理论燃烧温度 效果：提高冶炼强度，降低阻力损失，有利于炉料顺行,4.6.1富氧鼓风对高炉冶炼的影响,对风口前燃料燃烧的影响 燃烧1kg碳所需风量减少，相应地风口前燃烧产生的煤气量也减少，而煤气中CO含量增加，氮含量减少；使t理大幅升高，从而加快了碳得燃烧速度，导致燃烧带缩小,鼓风中氧浓度对风量、产生的煤气量和煤气中CO，N2含量的影响,CO,N2,对炉内温度场的分布的影响 煤气量炉身温度 t理，煤缸温度,富氧鼓风时炉身温度下降情况,（3）还原度的影响 富氧对间接还原发展有利的方面是炉缸煤气中CO浓度的提高与惰性的氮含量降低，对间接还原发展不利的方面是炉身温度的降低，两方面因素共同作用的结果，间接还原有可能发展，也可能削减，也有可能维持在原来的水平,4.6.1富氧鼓风对高炉冶炼的影响,富氧能提高理论燃烧温度，降低炉顶温度，但没有带入热量，反而因富氧后风量减小使高炉冶炼的热收入减少。 例如在t风1000时，风中含氧21(湿分1)的大气鼓风带入的热量为4.34l 13195723kJ/kgC风，而富氧到30时，它降为3.06013194036J/kgC风，减少了1687kJ/kgC风，相当于大气鼓风下碳燃烧放出热量的10.9。 富氧鼓风降低了鼓风的焓，用它冶炼炼钢生铁和铸造生铁时，焦比不会降低，风