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酒钢公司1 号高炉热风炉风温潜力分析研究 专业：冶金工程 硕士生：孙科社 指导教师：杜森林副教授 马质廉高工( 酒钢) 摘要 炼铁工艺中，为了获得更高的热风温度，达到进一步增铁1 仃焦的目的，热风炉技术问 题仍然是高炉一i ：作者倍加关注的热点课题之一。 本课题以酒钢l4 高炉热风炉生产实际中提山的问题立论。在经过深入的调查研究利生 产现场热运行技术测定获得的第一手技术资料的基础上，进行了人鼙的数据处理和热平衡 解析运算，得出了本高炉热风炉运行效果初步分析结论，提山了酒钢条件f 进一步获得高 风温的技术途径。同时对公司下属山西宏刚公司正在建设的3 8 0 m 3 中型高炉采_ i j | 球式热风 炉的技术问题进行了前瞻性分析讨论。 关键词：热风炉风温热能分析研究 论文类型：应_ l _ | j 技术研究 两安建筑科技人学颂f 学位论文 s t u d yo np o t e n t i a lo fi n c r e a s i n gt e m p e r a t u r ei nh o ts t o v ea t l b fi nj i s c 0 s p e c i a l t y ：m e t a l l u r g i c a le n g i n e e r i n g n a m e ：s u nk e s h e i n s t r u c t o r ：d us e n l i n m az h i l i a n a b s t r a c t i no r d e rt oa c h i e v eh i g h e rt e m p e r a t u r e sa n dt oo b t a i nt h ea i m so fi n c r e a s e di r o na m o u n ta n d s a v e dc o k e si ni r o n m a k i n gp r o c e s s ，t h ep r o b l e mo nt e c h n i q u eo fh o t - b l a s tf u r n a c ei ss t i l lt o p i c s t h a tb l a s tf u r n a c ew o r k e r sc o n c e r n i n g ， t h i st h e s i si n v e s t i g a t e st h ep r o b l e m sf r o mp r a c t i c eo fp r o d u c t i o no ft h eh o t - - b l a s tf u r n a c e n o 1 i nj i s c o ，ap r i m i t i v ec o n c l u s i o no fp e r f o r m a n c eo f f i c i e n e yo ft h i sh o t - 一b l a s tf u r n a c eh a s b e e nd r a w na n dt h et e c h n i c a lp a t ht oa c h i v eh i g h e rt e m p e r a t u r e so fh o 一b i a s ta tt h ej i s c oh a s b e e np a v e do nt h eb a s i so fi n _ d e d t hr e s e a r c ha n dc a r e f u lm e a s u r e m e n tt e c h n i c a ld a t ao nt h e s p o t a tt h es a m et i m e ap r e d i c t i v ea n a l y s i so ft h eh o 卜- b i a s ts t o v ew i t hb a l i y p eu s e d m e d i u m3 8 0 m b l a s tf u r n a c ei nc o n s t r u c t i o nb yas u b c o m p a n go fh o n g y a n g s h a nx ih a sb e e n g i v e n k e y w o r d s ：h o ts t o v e b l a s tt e m p e r a t u r et h e r m a le n e r g y i n v e s t i g a t i o n t h e s i s ： a p p l i e dt e c h n i c a li n v e s t i g a t i o n 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的矿究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名：豕斟软日期：幽稆。夕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：研希脚导师签名：枷日期：朋夕 注：请将此页附在论文首页。 l 前言 回顾国内外钢铁：l ：业发展的历史高炉生产的技术进步与送风系统的不断改进有着 极为密切的关系。风是促进高炉冶炼强化的最积极最活跃的因素之一。 “风”的改进不只是一个鼓风机的问题。除了鼓风参数( 风昔、风压) 在数量上能够比 较富余地满足高炉冶炼的需求之外，还包括风的质量改进请如h ；i 热风炉来提高风温，用 喷吹设备在鼓风中送入燃料( 细磨i 蒯体燃料、气体燃料或液体燃料) 以及风中掺氧和蒸汽 等富化物质。 热风炉是高炉鼓风的加热设备如何不断提高温度是保证高炉强化生产雨i 进一步降低 焦比的重要措施之一。尤其是近年来不断增加燃料喷吹鹫的情况f 进一步提高鼓风温度 有着更为重要的现实意义。 就高炉炼铁而言，单位生铁工序能耗组成务子项中最主要的是综合燃料消耗定额指 数。进一步降低燃料消耗是一切炼铁企业技术经济活动的中心以降低燃料消耗为中心， 可以全面推动炼铁生产的质量、产最和经济效果的跃升。进一步降低燃料消耗的技术措施 主要包括入炉原燃料的质量、风温水平以及技术管理水平。可见。追求高风温是当今炼铁 生产工艺中的技术核心内容之一。 如何使现代高炉发挥出更高效益是炼铁工作者追求的最终目标而效益提高的关键问 题之一是需要有高喷煤率或高喷燃料率，这就要求有更高的热风温度。而获得高风温最根 本的做法是更新热风炉设计观念提高设计风温，增大热风炉能力井延长热风炉的工作 寿命。 我国较老的热风炉大多数设计为内燃式热风炉，都显示山风温能力不足的弱点，并且 燃烧室和蓄热室之间隔墙问题严重不宜得到彻底解决。 近2 0 年来，我国改造和新建了许多新型热风炉，收到了一定的效果，但实际风温水 平达到1 2 0 0 以上的屈指可数。 在以往热风炉建设中偏重于追求热风炉的形式、座数羽i 蓄热室的面积忽视了高温 热量对提高风温的决定作用结果是有不少高炉投入巨额资金建造了4 座外燃室或高温 内燃式热风炉。单位炉容的蓄热面积高达8 5 一l o o m m 3 ，而热风温度却没有相应的提高，长 期停滞在1 0 5 0 5 0 的水平。2 0 0 0 年我国只有6 座高炉的热风温度达到1 2 0 0 - - 1 2 5 0 c 的水 平。 从这一基本认识出发本文以酒钢公司1 4 高炉( 1 8 0 0 m 3 ) 热风炉( 考贝式) 生产实践 和实测技术资料为依据就其进一步提高风温水平的问题开展分析研究。同时对目前正在 1 i 程实施中的酒钢f 属山西宏剐公司3 8 0 m 3 高炉用球式热风炉技术问题加以引伸讨论，无 疑是一项颇有理论意义和实际应圳价值的技术研究 ：作。 1 西安建筑科技大学颂f ：学位论文 2 i 概述 2 文献综述 近l o 年来我国热风炉技术取得了显著进步但发展速度不适应当前炼铁技术的要求。 2 0 0 1 年全国重点企业炼铁厂平均风温只有1 0 5 l 。风温提不上去有两个主要原冈：一是 高炉煤气随着炼铁焦比降低逐渐贫化又无寓化煤气补充：二是热风炉寿命低检修频繁。 作业率低热效率低，风温不稳定。在较k 一段时间内，对如何提高热风炉的寿命作为一 个学术问题，进j 亍，“泛的讨论争论的焦点是热风炉的结构形式问题，一种观点认为只有 外燃式热风炉才是发展长寿热风炉的唯一的出路。8 0 年代外燃式热风炉很盛行。就是3 0 0 m 3 级高炉也采用外燃式热风炉，这是一种误导。近l o 年来。我国加人了内燃式热风炉结构的 研究，技术上有了重人突破内燃式热风炉技术得到了迅速发展。新建羽i 改进的热风炉、 内燃式热风炉结构l 与土导地位。在2 0 0 0 3 0 0 0 m 级高炉中 燃式热风炉l 6 0 1 2 一i 。1 9 9 5 年以来新建的2 0 0 0 - 2 5 0 0 m 5 的7 座高炉中，有5 座高炉采用了内燃式热风炉这是一个较 大的转变。表2 1 列举了我国新型内燃式热风炉的应用情况i “。 我国新型内燃式热风炉应用情况表2 1 厂名高炉面积( m 3 )热风炉座数( 庄)技术依托 投产l | 期 3 2 0 04 1 9 9 i 1 0 武钢1 5 1 33园内设计 1 9 9 3 2 5 1 64 1 9 9 6 唐钢2 5 6 03部分弓l 进1 9 9 8 鞍钢 2 5 8 03 部分0 l 进2 0 0 l 海鑫1 0 8 03 网内设计 2 0 0 i 上钢一j _ 2 5 0 04 周内设计1 9 9 9 同样，国外热风炉技术的发展趋势也是如此，9 0 年代，霍戈文公司为世界各地1 6 库人 型高炉设计了内燃式热风炉l “i ( 见表2 2 ) 。 而我国内燃式热风炉技术的发展受到霍戈文热风炉技术的启发，引进了霍戈文热风 炉的一些关键技术。1 9 8 7 年武钢3 2 0 0 m 3 高炉引进了霍戈文热风炉陶瓷燃烧器和部分相关技 - 2 - 术不到1 0 年间。这种热风炉技术在我国得到迅速发展。预计氍戈文热风炉技术将会在我 国新建和改进的火型内燃式热风炉得到r 泛麻圳。 霍戈文公司设计的内燃式热风炉表2 2 热风由、炉壳直径加热风量拱顶温度热风温度 国家及厂名高炉母投产期 ( m )n m 3 r a i n( )( ) 意大利28 53 8 3 51 4 0 01 2 0 01 9 9 l 加拿大d o f a s c o48 53 3 6 01 3 5 01 0 0 51 9 9 5 美国u s s c a r y 67 93 0 9 01 4 0 01 1 5 01 9 9 8 中国唐钢l1 04 7 5 01 4 0 01 1 5 01 9 9 8 中国武钢i1 05 2 0 01 4 2 01 2 5 02 0 0 l 中国太钢38 0 2 6 7 0 1 4 2 01 2 0 0设计中 中国鞍铡新i1 1 26 7 0 01 4 2 01 2 5 0设计中 提高风温的直观效果就是降低焦比。其根本原因在于鼓风带入的物理热能够有效地代 替部分焦炭的燃烧热。因为提高风温后焦比降低，炉顶温度降低，煤气带走的热量减少 单位生铁的热损失亦减少。热风带入的物理热在高炉下部高温区能全部被利_ h j ，而焦炭燃 烧后供给的热量只有一部分被利_ h j 另一部分则为煤气带出高炉或成为热损火。因此提高 风温带入的热量同焦炭燃烧提供的热量是不等价的，它比焦炭燃烧热更有效。高风温还可 收到提高炉缸温度。稳定生铁质缴，提高喷吹燃料效率有利间接还原。改善煤气能量利 用等效果。 根据鞍钢的统计，提高风温和降低焦比的关系如表2 1 3 所示。可见提高风温可大幅度 降低焦比和燃料比：然而，随着风温的提高，每增加风温1 0 0 降低焦比( 燃料比) 的幅 度却减小。风温与焦比的一般关系列于表2 3 。 提高风温与降低焦比的关系表2 3 风温水平6 0 0 7 0 07 0 0 - 8 0 08 0 0 - 9 0 09 0 0 - i 0 0 01 0 0 0 1 1 0 0 焦比k 鲈 8 6 0 - 8 0 08 0 0 7 5 27 5 2 7 1 97 1 9 - 6 0 06 0 0 - 5 7 0 每提高1 0 0 风泓降低焦比k g t 6 04 8 3 3 3 0 2 8 焦比降低 7 64 44 24 7 这就是说提高每风温节约的碳量，在风温高时小于风温低时的效果。冈此在风温 - 3 - 两蜜建筑科技大学硕士学位论文 水平较低，焦比较高的情况下。提高风温的效果成为显著。 既然风温越高，降低焦比的效果变差，为什么国内外仍在致力丁继续提高风温呢? 这 是因为另外的因素和效果在起作用，特别是喷吹燃烧必须有高风温相配合。风温愈高燃 烧温度愈高，燃料燃烧愈完全，喷吹效果愈好。而喷吹燃料本身x 有降低燃烧带温度的作 用因而又可促进风温的提高，为高炉接受风温创造了良好的条件。田此高炉风温水平 一直在不断提高。目前世界各国风温的平均先进水平是1 2 5 0 一1 3 5 0 。州德有五座五炉采用 外燃式热风炉，风温达到1 3 5 0 1 4 5 0 。我国目前风温水平仍较低人中型企业热风温度1 9 9 7 年1 0 2 3 1 9 9 8 年1 0 3 0 ( 2 ，2 0 0 0 年1 0 4 6 ，其中宝钢1 2 4 8 包钢1 2 1 5 ，梅山1 1 1 4 酒钢只有9 6 2 。可见同国际水平差距尚大l ”i 。 2 2 高风温对高炉冶炼的影响及意义 高炉喷煤技术对降低焦化、保护焦煤资源、缓解焦炉污染和提高高炉i ：艺竞争力有重 火意义。高炉大喷煤要改善料柱透气性及风口燃烧条件，提高高炉接受与消化煤粉的能力。 高炉喷煤使风口燃烧温度降低，为保持高炉正常冶炼的热鬣平衡就要提高热风温度 或鼓风富氧率米进行热补偿。在我国当前的能源条仆f 提高热风温度是最经济有效的热 补偿方法，因此，对现代热风炉的发展趋势和设计理念值得关注。 提高风温为什么能够降低焦比和降低铁水生产成本。主要原因是提高风温不仅冈鼓风 带入的物理热增加。替代了一部分焦碳而使焦比降低而且提高风温后可多喷煤又替代了 一部分焦碳，所以提高风温降低焦比有双重效应”。 建设现代热风炉的目的仍是提高热风温度，为高炉采用高温喷煤、火力降低焦比创造 条件。高炉要实现高温喷煤还必须以精料为基础，改善高炉的透气性否则热风炉的功能 不能充分发挥，热风炉的投资不能得到应有的网报。现代热风炉是一项综合技术既要解 决热风炉系统的设备、结构在高温高压_ f 的高效长寿问题，义要根据加热风鼙和风温的要 求。对热风炉的形式、座数、操作制度、： 艺参数进行优化选抒；对热风炉的燃烧能力、 蓄热能力、放热能力进行热量和功能平衡：对热风炉本体与热风管网进行功能平衡。避免 在热工、设备、结构上产生薄弱环节i i “。 高炉生产需要大簧的热量才能顺行。高炉所需的这些热鼙主要来源丁焦炭在炉缸的燃 烧热和鼓风带入的物理热。鼓风带进的热量越多( 风温越高) ，所需的焦炭燃烧热( 亦即焦 炭量) 越少。特别是在炼焦资源越来越少的情况f 越需要减少焦炭的使川姑。 长期生产实践表明，提高风温，对高炉生产具有如f 作 ：i j ：( 1 ) 降低焦比。改善渣铁 流动性和提高生铁质龋，提高产量。焦比降低后，焦炭带入的a 1 2 0 s 、s i 0 2 、s 等降低，有 利于改善渣铁流动性和提高生铁质量，提高产量。( 2 ) 活跃炉缸，风温提高，鼓风动能提 高有利于打透中心。( 3 ) 有利于提高喷煤量喷煤所需的热补偿需要提高风温。( 4 ) 有 利于同收和节约二次能源。高炉煤气得以充分利。 4 西安建筑科技人学顾1 ：学位论文 2 3 关于高风温技术 高风温是5 0 年代鞍钢发展起米的新技术。当时国外的研究i ：作认为：高风温操作使氧 化区缩小。炉腹区s i 0 2 升华，造成炉况不顺。因此，认为风温有一个限度：制钢铁6 0 0 - - 6 5 0 ， 铸造铁7 0 0 一7 5 0 c ，不能理提高。受这个框框的影响。5 0 年代初期国l _ l | 外人都采_ i ：f j 低风温 冶炼。使用风温一般在5 0 0 - 6 0 0 之间。 1 9 5 0 年鞍钢风温水平也只有5 0 0 - - 6 0 0 c ，1 9 5 2 1 9 5 3 年6 0 0 7 0 0 c ：1 9 5 3 1 9 5 5 年试验 加湿鼓风，风温逐渐提高到8 0 0 c ，实现了国内外较高的风温水平；1 9 5 6 - - 1 9 5 7 年达到 9 0 0 - , , l o o o ，个别高炉闯过1 0 0 0 1 2 火关，达到当时世界虽好水平。 随着风温水平的进一步提高在1 9 5 9 年引起了争论。争论集中在：( 1 ) 提高风温有无 极限：( 2 ) 高风温与顺行问题；( 3 ) 提高干风温度的效果；( 4 ) 干风操作好还是湿风操 作好。特别是干风操作与湿风操作成了争论的焦点。后来鞍钢在两个高炉上分别做两种操 作试验，经过辩论和生产实践后基本上达成的统一认识主要有： ( 1 ) 关于风温的界限问题。从节约焦炭消耗来说，提高风温是没有界限的但由于热 风炉的结构材质及煤气热值的限值从综合经济效果考虑，风温不得不限制在一定水平。 目前风温水平离极限甚远。 ( 2 ) 干风操作好还是湿风操作好的问题，根据维持适当的理论燃烧温度和生产实践的 结果来解决。前苏联一些高炉专家的高风温不影响炉子顺行的理论是不正确的。这问题也 被日本的高炉所证实。从7 0 年代中后期世界上出现两次石油危机，日本原喷吹重油的高 炉，停吹重油改为全焦冶炼从而带来了高炉的不顺行。高炉的风温从1 2 0 0 c 降至1 0 0 0 c 左右得到证明。1 9 8 0 年以后开始考虑喷煤，喷煤后的风温水平，义进一步提高，达到 1 2 5 0 1 3 0 0 。 生产实践证明，加湿鼓风( 或喷吹燃料) 对维持适当的风1 3 前理论燃烧温度提高风温 是起主导作用的。 6 0 年代是鞍钢高风温技术发展的辉煌年代。为了满足高炉对高风温的需要对热风炉 进行了一系列全面的改造，在热风炉操作上采取了多种新技术，热风炉的供风能力有了很 大提高，高风温操作技术逐渐成熟。通过高炉喷吹重油和煤粉控制适宜的风口前理论燃 烧浊国庆节，高炉风温水平进一步提高。1 9 6 2 年高炉朱燃料时，全厂平均风温水平为8 7 7 ，焦比6 4 9 k g t ：1 9 6 5 年喷吹重油3 3 k g t 风温1 0 8 0 c ，焦比5 2 7 k g t ，1 9 6 6 年喷吹燃料 8 0 k g t 。风温1 0 7 1 ，焦比4 8 2 k g t 。其中单高炉风温达1 1 7 6 1 2 达到世界先进水平。而当 年日本的风温只有9 7 0 。 1 9 7 6 年鞍钢6 号高炉火修时，采用了外燃式热风炉，硅质耐火材料陶瓷燃烧器，焦 炉煤气引射器等四项新技术。于1 9 7 9 年成功地进行了1 3 0 0 c 高风渝试验。试验期平均风温 西安建筑科技大学颀l ：学位论文 1 2 7 0 c ，撮高达到1 3 i o c 。高炉稳定顺行。和基准删相比风温提高了2 2 9 ( 2 ，综合焦比降 低了4 6 k g t 。平均日产增加1 2 6 t 。因此鞍钢对高风温技术的理论研究和实际生产总结，为 国内外高炉使朋高风温奠定了基础。 2 3 1 高风温与降低焦比的关系 提高热风带入的物理热，代替一部分由焦炭燃烧产生的热鬣。由热平衡计算得知，热 风带入的热量已i 叶总热量的2 0 - 3 0 。 ( 1 ) 热风带入的物理热，减少了作为发热荆所消耗的焦炭； ( 2 ) 风温提高j i 亓焦比降低。使单位生铁煤气量减少，煤气水当昔减少，炉顶煤气温度 降低。煤气带走的热量减少； ( 3 ) 提高风温后因焦比降低煤气餐减少，高温区卜| 移。中温区扩人、增加间接还原。 减少直接还原： ( 4 ) 由于风温提高焦比降低产量相应提高，单位生铁热损火减少； ( 5 ) 风温提高，炉缸温度升高。炉缸热量收入增加，可以加大喷吹燃料数越，更有利 于降低焦比。 风温水平不同。提高风温的节能效果也不同。风温愈低，降低焦比的效果愈显著；反 之，风温水平愈高，增加相同的风温所节约的焦炭减少。 2 3 2 风温与喷吹燃料的关系 高风温是高炉实现大量喷煤的关键因素之一。喷煤后风口火焰温度降低，必须对风口 前的火焰燃烧温度进行补偿。最经济的办法就是使用高风温。提高风温为喷吹燃料提供了 良好的条件。而喷吹燃料的增加又促使风温进一步提高。喷吹物是冷料，燃烧分解要吸热， 同时煤气楚增加，导致喷吹后燃烧带温度f 降。因此喷吹燃料后应提高风温进行补偿。 喷吹量愈火，需补偿的热量就愈多。据鞍钢经验。喷吹l k g 重油或煤粉时，要分别补偿1 7 4 6 k j 和1 0 0 9 1 0 热量否则将影响喷吹效果，甚至可能引起炉况火常。 提高风温后增加了炉缸的热量确保燃烧带具有较高的温度水平，促进喷吹燃料的裂 化和燃烧有利于喷吹燃料热能和化学能的充分利用。所以提高风温是加人喷吹谐和提高 喷吹效果的必要而积极的措施。据计算，风温每提高l 可多喷重油0 2 5 k g l 。日本川畸 4 号高炉在8 0 0 c 风温时重油喷吹界限为3 0 k g t ；| 1 0 0 c ，时，可增加喷吹餐到l i o k g t 。理 论燃烧温度下限为2 2 0 0 - - - 2 0 0 0 ( 2 每提高理论燃烧温度1 0 0 c 燃料比降低1 0 - - 1 4 k g t 而每 提高l 风温，理论燃烧温度可提高0 9 5 。 鞍钢某高炉风温由1 0 3 l 提高到1 1 4 9 ( 2 ，油比增加3 5 k t ，焦比降低s s k g t 燃料比 降低2 0 k g t ，日产量增加2 7 9 t 。优质率上升1 0 6 。煤气中c 0 2 增加0 9 。经计算，扣除 风温本身录i 生铁s i 量影响后增加1 1 8 c 风温。提高置换比0 3 ，降低焦比约6 k g 这是提 - 6 - 西安建筑科技大学预j ：学位论文 高风温改善了喷吹效果的结果。 首钢高炉风温在1 0 0 0 以上时喷吹燃料鼙人约是1 4 0 - - - 1 5 0 k g t ，相当r 总燃料姑的3 0 左右：如果风温降到9 0 0 左右时，喷吹最减少到总燃料蟥的2 0 左在：当风温再低时，喷 吹量更明显减少效果也不好。 国外大喷煤量的高炉风温大都保持在l1 5 0 1 2 5 0 c i l 3j 。 2 3 3 提高风温的条件 高炉操作中维持稳定的炉缸热制度f j ：有特殊的意义。冈此，在提高风温的同时，必 须保持稳定的炉温( 炉渣和铁水温度) 。高炉冶炼是各种有关因素的错综复杂的相互作_ j ， 提高风温意味着某些因素的变动因此就不能不影响到其它一些冈素相应地发生变化，它 们相互影响制约。这就构成了提高风渝的条制：0 4 1 。 ( 1 ) 原料品质的影响 原料粒度对于提高风温这之所以以有密切关系，主要是由于负荷加重使料柱透气性急 剧恶化，而煤气体积有某种程度的膨胀之故。负荷不能增加又转而妨碍风温的提高。 ( 2 ) 高炉内型的影响 高炉剖面因侵蚀或结瘤而造成圆周 ：作不均匀时，不利于提高风温。网为在圆周上下 料不均将引起一部分风口凉，而另一部分风口热的现象。提高风温更加剧了高炉圆周热状 况的不平衡性炉子就不能接受风温。 ( 3 ) 操作制度的影响 关于炉顶布料制度。由于风温提高，负荷加重，就带来了一系列的变化：矿石批重增 加炉顶布料状况改变：料层厚度增加；燃烧区温度略上升。因此，以上的变化都要求改 变炉顶布料以创造新的有利于煤气流通的条件。 关于炉顶压力制度。实行高压炉顶操作使煤气流速降低，并直接影响到燃烧区煤气体 积的缩小，因此有利于提高风温。 关于造渣制度。保证初渣流动性良好的造渣制度，有利于提高风温。 综上所述，为了克服风温升高使炉况不顺的影响应改善炉料透气性、喷欧燃料等保 持炉况顺行。同时，加强炉况调剂这样就能进一步提高风温。 2 3 4 提高风温的途径 6 0 年代补我国高炉的风温水平居世界前列，高于日本风温水平。现在落厉了，其原 因主要在于热风炉结构缺陷多。大部分是考贝式热风炉有的仍在使用套筒燃烧器热风 炉热效率低；耐火砖材质不好或砖型不配套施一】：质精不高，寿命短；辅助系统不配套， 管道、阀门、弯头及欧管等管路系统散热器损失火以及高热值煤气不足等等，阴制了风 温水平的进步提高，徘徊不前，为了赶上世界水平使我国风温水平提高到1 2 0 0 以上， - 7 两安建筑科技大学坝j = 学位论文 应采取以f 措施： ( i ) 采用干式除尘设备 目前我国大、中型高炉流行的湿式除尘系统( 重力除尘一洗涤塔一文氏管) 的最大弱 点是经多次喷水洗涤、煤气温度低( 4 5 5 0 c ) 含水提高( i o 以上) 严重影响热风炉理 论燃烧温度的提高同时消耗大量的水，也增加了动力消耗。干式热尘煤气含水昔低( 3 左右) ，发热值高除尘效果很好；同时煤气温度可保持在1 5 0 - - - 2 0 0 c 可充分利用其显热 和高压炉顶煤气的机械能，此外，干式除尘省水、省电，避免湿式除尘的污水净化和环境 污染等一系列问题。对水源缺乏地区意义更火。 ( 2 ) 改进热风炉结构 采用外燃式热风炉或顶燃式热风炉、新式霍戈文式热风炉使用砘砖陶瓷燃烧器【1 5 - 1 6 1 。 宝钢1 号高炉采_ l ；i 外燃室结构，风温能力火于1 2 0 0 ( 2 ”i 。冷水江铁焦总厂将内燃式热风炉 改为顶燃式后，热风炉热效率由7 3 提高到8 0 i ，风温提高l o o 。国外现已采j _ ；| 外燃式 热风炉获得了1 3 0 0 以上的高风温，而且克服了内燃式热风炉在结构上的一系列缺陷， 使热风炉寿命延长。 对于中、小高炉应推广干式布袋除尘球式热风炉技术使风温达到1 1 0 0 或更高。 球式热风炉实际上就是顶燃式热风炉，只是用耐火球床代替了砖格子蓄热室。单位体积球 床的蓄热宝面积一般比砖格子大3 5 倍，传热系数人9 倍，冈而传热效率高易丁- 提高风 温在相同拱顶温度f ，球炉比内燃式热风炉的风渝要高山1 0 0 c 以上。同时可火人缩小热 风炉的体积，减少钢材消耗和基建投资。 ( 3 ) 改善热风炉操作条件 充分利用热风炉的废气余热预热助燃空气和煤气是提高风温和热效率，实现节能的有 效途径。助燃空气每提高1 0 0 c 可提高理论燃烧温度3 5 c ，助燃空气预热到4 0 0 c ，风温 可提高1 0 0 。另外实现热风炉自动调节。保证燃烧制度合理，能够订约人耸煤气和提高风 温。 ( 4 ) 提高煤气热值 随着高炉煤气能量利用的改善，煤气发热值也降低。这就出现了一个尖锐的矛盾，即 高炉对风温要求愈来愈高，而作为热风炉主要燃烧的高炉煤气热值却愈来愈低，_ l j 低热值 煤气是不可能得到高风温的。要提高煤气热值就应该走富化的道路。最简单的提高煤气热 值方法是高炉煤气中掺入一定数量的焦炉煤气、天然气等高热值煤气。 ( 5 ) 减少送风系统的热损失 送风系统管路热量损失严重，降低了实际入炉风温水平。首钢曾进行过测试由热风 环管的炉缸，风温损失竟达到1 3 5 ( 3 ，占风温的1 2 以上，冈此对热风管路及其高炉送风 装置等增强绝热能力是十分必要的。冷风管保温也是减少冷风散热、提高热风温度有的效 措施。 ( 6 ) 优化使用高炉煤气提高热风炉理论燃烧温度 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 由于高发热值的气体燃料日益缺乏，低发热值的高炉煤气作为热风炉的唯一能源已经 成为必然趋势，这无疑是我国热风温普遍低的重要原因之一。因此优化使用高炉煤气，获 取热风炉高风温，是当前我国钢铁界实现现代化高炉生产所面临的紧急任务。 预热高炉煤气的效果 随着钢铁企业粗钢深加工的迫切需求，高热值煤气越来越紧张，高炉热风炉使用单闰 高炉煤气己经势在必行。而高炉煤气热值低，加之近年来湿法净化煤气技术尚存在脱水不 彻底等问题使高炉煤气含水量居高不下，很大程度上影响湿法热风炉的燃烧温度。以表 2 4 所列高炉煤气参数为例，在空气、煤气均不预热的条件下其空气消耗系数与理论燃烧 温度的关系示于图2 1 。如将该高炉煤气分别预热到1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 。其理论燃烧温度会 明显提高。由计算结果表明，高炉煤气每增加1 0 0 ，在相同的空气过剩系数条件下。就可 以使理论燃烧温度提高5 3 左右。 某厂实际应用的高炉煤气参数表2 4 高炉煤气成分 温度 含饱和水含机械水低发热量 g m 3g m 。3 k j 矿 c o c 0 2h 20 2n 2 2 4 7 i1 5 82 9 9o 1 6 5 6 3 4 4 58 i 1 5 7 72 9 5 9 1 2 4 0 1 2 2 0 1 2 0 0 1 1 8 0 1 1 6 0 空气过剩系数 1 3 图2 1不预热时空气过剩系数与燃烧温度的关系 预热助燃空气的效果 单纯预热助燃空气。也可以提高热风炉的理论燃烧温度，如在同一空气过剩系数条件 下，助燃空气温度每增加1 0 0 c ，理论燃烧温度提高3 1 - 3 2 c 。分别预热高炉煤气和助燃空 气对理论燃烧温度的影响如图2 2 所示。 9 3趟孵嚣纂常群 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 3 5 0 1 3 0 0 1 2 5 0 1 2 0 0 1 1 5 0 5 01 5 0 2 5 03 5 0 4 5 05 5 0 高妒煤气或助燃空气预热温度r 图2 2 预热高炉煤气及预热助燃空气对理论燃烧温度的影响 l 一预热高炉煤气的效果：2 一预热助燃空气的效果 空、煤气双预热的综合效果 单独预热高炉煤气或者助燃空气。从理论上讲，都可以提高热风炉的理论燃烧温度。 但实际上将某一方过高地预热到某一温度区域，使高炉煤气与助燃空气的温差过大，会造 成熟风炉燃烧器遭受温度应力破坏，发生砌体断裂，甚至倒塌等现象。理论计算和实践结 果都证明，如同时将高炉煤气和助燃空气预热，不仅会明显提高热风炉的理论燃烧温度， 而且有利于提高热风炉的寿命，降低能源消耗。 由计算可以看出，分别将高炉煤气加热到1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 ，同时分别将助燃空气加热 到1 0 0 、2 0 0 、3 0 0 、4 0 0 、5 0 0 、6 0 0 。取空气过剩系数为1 1 5 ，可以得到不同对应关系下 的热风炉理论燃烧温度( 见表2 5 ) 。 双预热所对应的理论燃烧温度表2 5 孓 4 51 0 02 0 03 0 0 3 61 1 4 21 1 7 01 2 2 21 2 7 5 1 0 01 1 6 l1 1 8 91 2 4 l1 2 9 4 2 0 01 1 9 2 1 2 2 0 1 2 7 21 3 2 5 3 0 01 2 2 31 2 5 l1 3 0 21 3 5 5 4 0 01 2 5 41 2 8 21 3 3 31 3 8 6 5 0 01 2 8 61 3 1 41 3 6 51 4 1 8 6 0 01 3 1 81 3 4 61 3 9 71 4 5 0 - 1 0 3醚礴蠼萋 西安建筑科技大学硕士学位论文 由表2 5 可以看出，同时预热高炉煤气和助燃空气对理论燃烧温度的提高数值，正好是 单独预热某一方提高的理论燃烧温度之和。即高炉煤气温度每增加1 0 0 ( 2 ，同时助燃空气温 度每增加1 0 0 可以使理论燃烧温度提高8 l 8 5 。 ( 7 ) 降低空气过剩系数 降低空气过剩系数n 从总体上讲，可以使热风炉理论燃烧温度升高。由计算可知，不 管高炉煤气是否预热，当n 值每降低5 。理论燃烧温度均能提高1 2 1 54 c ，且高炉煤气温 度越低，提高值越趋上限。且当助燃空气被预热后，n 值每降低5 。理论燃烧温度可提高 7 1 4 c 。随着预热温度增加，理论燃烧温度的升高呈下降趋势。见图2 3 。 1 5 j 3 f 1 1 9 7 1 0 02 0 03 0 0 4 0 05 0 06 0 0 助燃空气预热温度 c 图2 3不同的预热空气温度所提高的理论燃烧温度( n 值每下降5 ) ( 8 ) 高炉煤气除湿降温及富化 国内湿法高炉煤气除尘工艺都不能很好地解决含水多的问题。表2 6 为某高炉产生的煤 气在除尘清洗后不同温度下的水含量。 某高炉煤气的水含量表2 6 高炉煤气温度机械水含量饱和水含量总含水量 g + m - 3g m 。3g m 3 02 0 03 5 1 05 5 1 0 3 53 2 14 7 3 07 9 4 0 4 04 4 26 3 2 71 0 7 4 7 4 55 7 78 1 1 01 3 8 8 0 西安建筑科技大学颂士学位论文 随着煤气温度的增高，水含量增大。过多的水分将会火火降低燃烧温度。图2 4 为不同 温度一i - 高炉煤气水含耸与理论燃烧温度的关系。计算结果表明当高炉煤气中同时含有机 械水和饱和水时不论冬季还是夏季每克水含鼙都将使理论燃烧温度卜降1 1 5 1 2 c 。而 高炉煤气中除去每克机械水可使理论燃烧温度升高1 5 5 - 2 7 c ：同时降低仅含饱和水的高炉 煤气温度，也可以使理论燃烧温度升高。在夏季煤气温度每降低1 ，理论燃烧温度可升高 3 c 左右：冬季煤气温度每降低l ，理论燃烧温度可升高6 7 。 1 3 5 0 1 3 0 0 1 2 5 0 1 2 0 0 1 1 5 0 3 5 4 04 5 高炉煤气温度 c 图2 4 不同温度的煤气水含量与理化燃烧温度有关系 一不含饱和水和机械水：2 - - 仅禽饱和水；3 一州时含有饱和水和机械水 高炉煤气的富化，就是应_ l _ f j 变压吸附新技术( p s a 和v s a ) 除去高炉煤气中的人部分 c 0 2 和n 2 ，富集c o 实现高炉煤气高热值。近年来日本在这一领域处于领先地位，我国 也在积极开发应用这项新术1 2 0 - 2 2 】。石家庄钢铁有限责任公司采_ i j 的高炉煤气c o 富集一i ：艺和 装置，可使c o 7 6 ，n 2 1 5 3 ，产品气热值达9 6 m j m 3 。将这种产品气取一部分兑至原 高炉煤气中，对热风炉理论燃烧温度的提高大有好处。 2 3 5 高风温热风炉的特点 通过对我国高炉热风炉的调查研究发现。作为向高炉提供高风温的热风炉都具有以下 特征5 删： ( 1 ) 热风炉为改进型内燃式，其拱顶为锥一球顶并与人墙分开白成独立结构，避免了 因大墙热膨胀不均匀而引起的开裂。具有结构稳定、气流分布均匀的优点。 ( 2 ) 采刚五孔自锁带水平通道的高效格子砖； ( 3 ) 采用新型高效能陶瓷燃烧器专利技术。使其在过剩空气系数小于或等丁1 0 2 时都 能保证煤气燃烧完全，大大提高燃烧温度： 1 2 p越赠蠼繁袋群 西安建筑科技人学颂i ：学位论文 ( 4 ) 在关键部位采用f n 1 3 0 喷涂料、低蠕变高铝砖和高密度组合砖，为热风炉高温长 寿创造条件； ( 5 ) 优化热风炉结构设计加强热风炉整体保温，减小热损火： ( 6 ) 热风炉各种阀门采_ i _ i j 液压传动。与手动比较它可以人人减轻i ：人的劳动强度： ( 7 ) 热风炉操作采用计算机远距离控制，便利可靠，人人减少换炉风温波度使热风 炉操作达到一个新的水平。 ( 8 ) 优化热风炉平台设计。平台采用新型的钢格板与以往采j j 的花纹钢扳相比，它 具有防滑性能好、承载力强、不积灰、不积水、美观耐 ；i j 雨i 安装方便等诸多优点。 2 4 课题立论及其研究方法 高炉冶炼过程所需的能量主要来自燃料和j u l ：i 以燃烧燃料的高温鼓风。由r 鼓风是被加 热后以高能位热载气体送入高炉的，因此它的热行为主要有两个方面，一是鼓风中0 2 对高 炉内燃料的燃烧所产生的化学热效应，二是高温鼓风直接带入的物理热。热风炉加热鼓风 的目的有二，一是利用高炉自产煤气将其化学能通过燃烧方式转换成鼓风的物理热焓，达 到综合利用回收二次能源和保护环境的目的二是高温鼓风进入高炉有利1 = 加快炉缸焦炭 ( 或者由风口送入的其它非焦补充性燃料) 的燃烧强度，活跃炉缸l ：作，达剑炉况顺利和 改善生铁质量的目的。因此炼铁j ：艺中，为了获得更高的热风温度达到进一步增铁节焦 的目的，热风炉技术问题仍然是高炉工作者倍加关注的热点课题之一，酒钢的情况也不例 外。 为了考查和评价酒钢1 4 高炉( 1 8 0 0 m 3 ) 热风炉热运行效果及其主要热工结构特性的合 理性，进一步探讨酒钢条件f 热风炉生产特点的节能、操作管理，以及进一步实现其高温、 高效、氏寿的目标和改善其技术经济指标的方向、方法雨i 措施现以本课题立论加以分析 研究。课题研究内容的界定范围是：以该热风炉的热运行效果立论，通过生产运行实践幕i 现场热工测定结果分析研究获得离水平运行效果的技术途径。同时对酒钢f 属山两宏阳 公司新建3 8 0 m 3 高炉采用球式热风炉的合理性作出理论雨i 实践的讨论。 本课题研究方法主要是：生产现场实地考察，开展调卉研究l ：作： 根据原冶金】：业部1 9 8 4 年6 爿发布的 ：业炉窑热平衡测定与计算方法暂行规定， 对热风炉热运行态进行技术测定j ： 由测定结果进行运算分析，确定出热量平衡关系和各项热利川指标： 依据测定结果分析进一步提高风温的设备潜力及技术途径： 最后，针对宏阳公司球式热风炉技术问题进行对比性分析讨论。 1 3 两蜜建筑科技人学颂i ：学位论文 3 考贝式热风炉与球式热风炉的比较 传统的考贝式热风炉与球式热风炉的根本差别在于两者蓄热室的热介结构不同。前者 是用耐火格子砖砌筑规整的连续通道式砖格子，而后者则是以等径均一的耐火球自然堆积 而成的散料填充床层。这一变化使两者蓄热室结构的特性指数截然不同。它们在热运行过 程中的热 ：行为也发生了很大变化。 3 1 我国球式热风炉技术发展情况 高炉使用热风操作已有1 0 0 多年的历史热风温度的高低，直接影响高炉的生产技术 指标。随着炼铁技术的发展，对热风温度的要求也越来越高为适应高风温的要求，t 眭界 各国不断对热风炉进行了许多重人的技术改造，设计了许多新型的热风炉，使热风温度提 高到1 2 0 0 - - 1 3 5 0 的水平。目前采用的热风炉有普通内燃式热风炉、改造型i 燃式热风炉、 顶燃式热风炉、外燃式热风炉和球式热风炉。前四种热风炉虽然结构不同，但蓄热式均由 格子砖组成。而格子砖的比表面积都比较小，一般都在3 0 m 2 1 m 以下，即使高效格子砖比表 面积也小于4 0 m 2 m 3 。为进一步增大蓄热面积，必然使热风炉的体积过于庞火增加钢材和 耐火材料的消耗，增加设备投资，这对于中小高炉进一步提高风温是极大的障碍。而球式 热风炉则完全不同，它的比表面积比格子砖的大3 - 5 倍具有体积小、蓄热面积人、热交 换系数大、热效率高、节省材料、投资省和施二：方便等优点。目前许多国家都开展了这方 面的研究，我国也有了一大批理论研究和j i ：程实践成果。 3 i 1 发展及演变过程 我国球式热风炉技术的发展经历了三个阶段即起步阶段、推r 使用阶段和成熟发展 阶段。 1 9 7 4 - - - 1 9 8 2 年间为球式热风炉的起步时期。球式热风炉与布袋除尘器是根据我国中小高 炉生产的特点而提出来的研究项目。在原冶金部生产司的组织f 由包头钢铁设计院和有 关单位参加，1 9 7 4 年在河北涉县铁厂1 3 m 3 高炉同时采用球式热风炉和布袋除尘器，试验取 得了成功到1 9 7 8 年就发展到全国约2 0 个省区1 0 0 多座高炉，配套高炉容积从6 m 3 、t 3 m 3 、 2 8 m 到5 5 m 3 。万福铁厂从1 9 7 8 年开始在7 3 m 3 高炉上进行升级使删球式热风炉的中间试验 和工业试验，到1 9 8 2 年l t 升级应用成功，获得了1 0 0 0 左右的高风温，使球式热风炉配 套的高炉容积增加到了7 3 m 3 。 1 9 8 2 1 9 9 2 年问球式热风炉技术得到了迅速发展，新建及改造的l o o m 3 高炉上普遍采 1 4 两安建筑科技火学坝i ：学位论文 用了球式热风炉。如包头东风钢铁厂、千里山钢铁厂、江油钢铁厂、成都钢铁厂、人渡河 铁厂、呼市铁厂等等。尤其是在四川发展很快特别是在威远钢铁厂1 8 5 m 高炉( 配7 0 0 m 3 m i n 风机) 球式热风炉于1 9 8 6 年1 月建成投产获得1 1 9 5 的高风温，且拱顶温度与热风温度 差值一般在5 0 - - 8 0 ，使我国球式热风炉技术向中硝高炉发展前进了一步。接着1 9 8 7 年成 都钢铁厂3 1 8 m 3 高炉决定采用球式热风炉，并于1 9 9 1 年建成投入使j j ，成为当时我国晟人 的球式热风炉，中央电视台在新闻联播节目中都曾作过报道，这就意味着球式热风炉技术 己进入中型高炉使用阶段。为了考察成钢3 1 8 m 3 高炉球式热风炉的麻h j 效果，促进球式热 风炉优化设计、合理运行硐i 大型化发展，蹦安建筑科技人学丁1 9 9 3 年进行了热平衡测定计 算与分析研究r ：作1 2 4 1 。研究