（冶金工程专业论文）酒钢高炉操作制度与技术的研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 酒钢高炉操作制度与技术的研究 专业：冶金工程 硕士生：韩建臻 导师：兰新哲教授扬双平副教授 马质廉高工 摘要 高炉操作制度与技术是当前高炉炼铁的关键技术难题之一，也是影响高炉的主要技术经济 指标焦比的重要因素之一，在原燃料和装备水平一定的条件下，合理的操作制度与技术对高 炉的技术经济指标起着决定性的作用。本论文通过系统回顾国内外高炉冶炼技术的发展和对高 炉冶炼操作制度与技术的分析研究，结合酒钢高炉的生产状况并以大量生产数据为依据，对酒 钢高炉各时期的操作制度与技术进行了对比分析研究，通过不断优化和实践，提出了酒钢高炉 目前较为合适的各项操作制度与技术，并应用于酒钢高炉实际生产，使酒钢高炉入炉焦比大幅 度降低，取得了巨大的效益。此外，文中还讨论了最佳操作制度与技术要与精料水平、装备水 平、人员素质和科学管理相结合，才能创造出最佳的经济效益。 关键词：酒钢高炉操作制度与技术优化 论文类型：应用研究 西安建筑科技大学硕士论文 r e s e r c ho fb l a s t - f u r n a c e o p e r a t i o ns y s t e m a n d t e c h n o l o g y o fj i s e o 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 ：h a l lj i a n z h e n i n s t r u c t o r ：l a n x i n z h e 培s h u a n g p i n g m az h i l i a n a b s t r a c t o p c l 血o ns ) 吼锄a n dt e c h n o l o g yo f b fd u r i n gi r o nm a k i n gp r o c e s si so n eo f t h ek e yp r o j e c t si n t h ec u r r e n ti r o na n ds t e e lm a k i n gi n d u s t r y o p e r a , o ns y k e ma n d t e c h n o l o g yi nt h eb f i so n eo fm e m o s t i m p o n a n tp a r a m e t e r sw h i c hr e p r e s e n t st h e t e c h n i c a la r de c o n o m i c a li n d e xl e v e ra sw e l la sr e l a t e t ot h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h eb ff o ri r o nm a k i n g u n d e rc o n d i t i o n so ft h er a wm a t e r i a l sa n d e q u i pc e r c a i nl e v e l ，t h ee c o n o m i ci n d e xs i g no ft e c h n i q u et o w a r d sb f o ft h er e a s o n a b l e so p e r a t i o n s y s t e m la n dt e c h n i q u er i s i n gt h ef u n c t i o no f t h ed e c i s i o r lt h i st h e s i sd e a l sw i t hb ys t u d y i n gg e n e r a l d e v e l o p m e n ts i t u a t i o no f o p e m l i o ns y s t e ma n do p e r d l j o nt e c h n o l o g yo f b l a s t - f u m a c ep r o c e s sa th o m e a n da b r o a d , c o n s i d e r i n gp r o d u c i n gs i t u 蚯o no fb l a s t - f u m a c ei nj i s c o , b a s e do nal a r g ea m o u n to f d e t a i l e da n da c c u r a t ep r o d u c t i o n d a t a s ，c o m p a r a t i v ea n da m l y t i ce x p e r i m e n t so f o p e r a t i o ns y s t e ma n d m e t h o di ne a c hb l a s t - f i m m e e p h a s e i nj i s c oa l ed e s c r i b e di nt h e a r t i c l e t h r o u g hc o n h n o u s o p f m f i z a f i o na n dp r a c t i c e , a p p r o p r i a t eo p e r a t i o ns y s t e ma n dt e c h n o l o g yo f e a c hi t e ms u i t e df o rj i s c o b l a s t - f u e n a c ec u r r e n ts i t u a t i o nh a v eb e r ns e a r c h e do u t , w i t hw h i c ht r e m e r d o u s d e c r e a s i n go f c o k e a n d e n e r g yh a sb e e na c n e v e d i nt h eb fo f t h e j i u q m m i r o na n ds t e e lc o o p e t a t i o ni nt h el a s tf e w y e a r s t h e m f o r e ，g r e a te c o n o m i cp r o f i th a sb e e no b t a i n e d b e s i d 魁t h et h e s i sa l s od i s c u 鼹t h a to n l yb y c o m b i n i n g t h eb e s t o l x 目r a t i o ns y s t g l n a n d o p e r a t i o nt e c h n o l o g y w i t hf i n em a t e r i a la n d h i g h - p e r f o r m a n c ee q u i p m e n ta sw e l la sp e r s o n n e ls t u f fa n ds c i e n t i f i cm a n a g e m e n tc a l lw em a k e o p t i m u m e c o n o m i c p r o f i t k e yw o r d s ：j i u q u a n i r o na n ds t e e lc o o p e r a t i o n b l a s t - f u r n a c e p r o c e s s o p e r a t i o ns y s t e ma n dt e c h n o l o g yo p t i m i z a t i o n t h e s i s ： a p p l i c a t i o ns t u d y 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 或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位己 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：日期：口o ；弓1 i 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： 注：请将此页附在论文首页。 师签名：b 期：碱扔；，j 穆嘶 磷 建 扦 臻 建 碰吓 西安建筑科技大学硕士论文 1 文献综述 目前，从铁矿石中提取铁元素主要有3 种工艺：高炉炼铁，直接还原和熔融还原。不管是 从生产效益、生产规模还是工艺成熟程度来看，高炉炼铁仍是最佳的生铁制造工艺。高炉冶炼 的生铁占全世界生铁产量的9 3 以上。 近1 0 年来，世界经济全球化迫使钢铁工业以生产设备的集中化为杨d 进行结构重组，目 的是刚氐成本提高国际竞争力。为适应这个调整，炼铁技术也发生了很大变化，主要有以下特 点：通过设备的集中化提高单炉生产率。近1 0 年来，美国高炉数量减少了1 7 ，而产量却 提高了2 7 。日本高炉从4 0 座减到3 0 座平均单炉产量高达3 0 0 万吨。减人增效降低成本。 日本炼铁系统的人员数量在1 0 年间减少了4 0 。延长高炉寿命。炼铁系统环保技术得到 了更高度的重视。 从高炉技术方面来看 ( 1 ) 高炉焦比大幅度降低 主要是由于喷吹技术发展迅速。如欧洲些高炉年平均煤比达到1 8 0 - - 2 0 0 k g t ，1 9 9 6 年日 本已有2 7 座高炉平均煤比1 1 4 k g t ，我国宝钢高炉煤比达到2 5 0 k g t ! 【t 8 - 2 1 。 ( 2 ) 利用无料钟炉顶技术，改进了高炉布料，使布料更精确。 ( 3 ) 延长高炉寿命：日本高炉平均寿命超过了1 2 年，最长的高炉寿命是川崎千叶6 号高 炉寿命己达2 0 年以上。 ( 4 ) 高炉的强化冶炼又受到重视：芬兰和美国的一些高炉利用系数已超过3 0 t ( m 3 d ) 。 ( 5 ) 精料水平提高：炉料结构更趋合理；入炉料品位提高，渣比降低，适应高强度冶 炼：烧结过程追求低成本矿；烧结过程使用再循环冶金固体废料；炼焦技术进步，适匣炼铁需 要。 ( 6 ) 低硅冶炼：欧洲和日本的一些高炉生铁含硅量已降到了0 1 2 - 4 ) 2 0 o ( 7 ) 新高炉达产速度普遍提高：炉缸出铁制度得到进一步重视；高炉工程技术更趋先进。 西安建筑科技大学硕士论文 1 1 2 国内炼铁技术概况 中国、印度和埃及是有史记载使用铁器最早的国家。1 8 9 0 年清朝湖广总督张之洞兴建汉 阳钢铁厂，拉开了我国近代钢铁工业的帷幕，经过1 0 0 多年的发展，到2 0 0 2 年我国生铁产量 达到1 8 亿吨，成为世界第一产铁大国。我国炼铁工业在新中国成立后特别是改革开放以来得 到了迅猛发展。1 1 3 中国留下的钢铁工业是一个技术落后，残缺不全的烂摊子，1 9 4 9 年生铁产 量为2 5 万吨，钢产量为1 5 8 万吨，仅占世界钢产量的o 1 0 。新中国成立后，把优先发展重 工业作为指导方针，首先组织原有钢铁工厂恢复生产。到1 9 5 2 年全国生铁与粗钢产量分别达 到1 9 3 万吨与1 3 5 万吨，均超过了解放前的历史最高年产量。1 9 5 2 年，鞍钢带头学习原苏联 炼铁经验取得成功，生产水平大幅度提高。这些经验随之在全国推广，提高了我国炼铁工业的 总体水平。1 9 5 4 年我国铁产量达到5 9 4 万吨，钢产量5 3 5 万吨，占全世界钢产量的1 8 3 ，至 此我国炼铁工业开始形成产业口“。从1 9 5 8 年开始，我国炼铁发展主要经历了三个阶段：1 9 5 8 年为大办钢铁的第一阶段；1 9 6 1 年开始了为期三年调整阶段；1 9 7 8 年进入了高速发展阶段。 近年来我国炼铁技术迅猛发展，各项技术经济指标得到提高，2 0 0 0 年重点企业与1 9 9 9 年 指标对比见表1 1 ，炼铁技术的进步主要表现在 5 - 7 1 ： ( 1 ) 炼铁生产稳步发展。1 9 9 7 年我国生铁产量达到了1 1 3 7 4 万吨，大高炉产量逐步增加， 小高炉产量有所减少； ( 2 ) 高炉喷煤技术得到新的发展。年平均煤比超过1 0 0 k g t 的炼铁厂1 9 9 7 年已达到了7 个； ( 3 ) 炼铁系统技术经济指标全面改进，节能降耗取得明显进步。1 9 9 7 年重点企业高炉利 用系数达到了1 8 1 5 以l n 3 d ) ，焦比降低到了4 7 5 k g t ，风温达到了1 0 4 6 ； ( 4 ) 高炉长寿和高风温技术得到了进一步发展。梅山2 号高炉没有中修寿命达到了1 1 年， 宝钢高炉风温已达到了1 2 0 0 以上； 表1 - 1重点钢铁企业2 0 0 0 年和1 9 9 9 年炼铁指标对比表 利用系数焦比煤比燃料比 风温 休风率入炉品位矿耗 年份 t m d k g tk g tk g t l 嘞 1 9 9 9 拄1 9 9 34 2 0 0 01 1 4 3 05 3 4 3 01 0 7 52 _ 4 25 4 8 81 7 4 4 0 2 0 0 0 矩2 0 5 94 1 2 7 21 2 5 7 35 3 8 4 51 0 6 22 0 75 5 9 41 7 2 1 9 差值 + 0 0 6 67 - 2 8+ 1 1 4 3+ 4 1 51 3n 3 5+ 1 0 6也1 ( 5 ) 高炉精料技术得到了一定发展。批现代化中和料场发挥作用，发展了低s i 0 2 低f e o 烧结技术，高质量低灰、低硫焦炭技术，高入炉品位得到重视； ( 6 ) 炼铁系统环保得到了重视。新建高炉，都采用全封闭式出铁沟、出渣沟，且进行有效 除尘。但总体来说，我国炼铁技术和国外相比差距较大，除了装备水平外，主要是操作制度和 西安建筑科技大学硕士论文 操作技术有待进一步优化和进步。 酒钢高炉始建于1 9 5 8 年，到1 9 7 0 年1 号高炉( 1 5 1 3 m 3 ) 才建成投产。1 9 8 5 年1 月，大 修后的1 号高炉开始了第2 代炉役，高炉采用了无料钟炉顶；1 9 9 0 年3 月1 2 日，1 号高炉 坍塌，同年1 2 月1 7 日建l 或投产，第3 代炉役开始：1 9 9 8 年6 月1 3 日，大修扩容后的第4 代1 号高炉容积为1 8 0 0m 3 ，采用了“矮胖”炉型。1 9 8 9 年1 2 月，2 号高炉( 7 5 0 m 3 ) 建成 投产，炉顶也采用了无料钟炉顶。2 0 0 0 年1 0 月，大修扩容后的第2 代2 号高炉容积为1 0 0 0 m 3 。 酒钢高炉炼铁的发展大体经历了7 个阶段：1 9 5 8 - 1 9 7 0 年高炉新建到投产：1 9 7 0 - - 1 9 7 8 年为 炼铁生产逐步上升阶段：1 9 7 9 - - - 1 9 8 2 为年生产徘徊不前阶段；1 9 8 3 1 9 8 6 年为炼铁生产迅速 发展阶段；1 9 8 7 - 1 9 9 0 年为生产下滑阶段；1 9 9 1 1 9 9 6 年为炼铁生产缓匣发展阶段；1 9 9 7 年 后为全面发展阶段。到2 0 0 1 年，生铁产量达到2 0 5 万吨( 酒钢高炉投产咀来历年产量情况 见表l 一2 、图1 1 ) 8 - t o l 。 表1 - 2酒钢高炉历年铁产量表( 吨) 年1 9 7 01 9 7 11 9 7 21 9 7 31 9 7 41 9 7 51 9 7 61 9 7 71 9 7 81 9 7 91 9 8 0 产量1 3 6 8 41 0 1 0 5 61 2 1 2 2 31 7 6 4 42 2 4 鹞92 3 9 8 3 32 6 3 2 1 42 7 8 6 0 23 6 4 1 5 74 7 5 6 3 24 3 5 3 2 3 芷 1 9 8 l1 9 8 21 9 8 31 9 8 41 9 8 51 9 8 61 9 8 71 9 站1 9 8 91 9 9 01 9 9 1 产量3 7 0 锕4 1 0 1 2 65 0 1 5 9 24 8 0 4 3 66 1 9 1 6 l7 0 6 1 5 76 7 6 7 8 4 6 5 0 1 7 26 0 1 8 7 24 4 5 9 6 89 0 0 3 2 4 在 1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 1 产量9 7 0 7 6 21 0 4 3 3 7 l1 0 8 0 4 叭1 1 1 2 9 0 4 1 1 1 9 4 0 41 3 4 4 哪1 3 6 0 0 5 41 7 8 嗍1 8 5 0 0 0 02 0 5 0 0 0 0 图1 - 1 酒钢高炉投产以来历年产量情况 西安建筑科技大学硕士论文 1 2 高炉操作制度与技术对经济效益的影响 综上所述国内外高炉操作技术概况来看，我国重点钢铁企业技术经济指标进步较快，尽管 如此我国大型与中型企业和国外同类相比，节能降耗、成本、环保等方面差距也较大。要提 高经济效益必须优化操作制度，提高操作技术。 高炉各项技术经济指标的提高，在原燃料条件既定的条件下，只有i 拣索合理的高炉操 作制度，提高操作技术水平才能不断提高。 合理的装料制度可以控制炉料分布从而影响煤气分布，既稳定炉况又能提高煤气利用，从 而达到节能降耗的目的。除采取措施提高入炉品位、实施高风温为喷煤外，提高煤气利用的节 能降耗效果最为明显；造渣制度的选择不仅影响生铁质量、排碱、炉缸工作活跃程度而且还会 危及到炉捌l 研亍，如炉况不顺，技术经济指标则无从谈起；风温是最经济的热量来源，喷吹煤 粉来代替冶金焦炭是发展趋势，富氧鼓风既提高冶炼强度又改善炉缸工作环境，这几方面均属 送风制度范畴，同样送风制度范畴中风口回旋区长度、鼓风动能的选择不仅影响炉冽嘶也影 响技术经济指标；在热制度方面，不管是从高炉技术还是从经济角度来看，低硅冶炼是发展方 向，但低硅冶炼必须保证炉缸温度。 因此各项操作制度彼此互相影响，又都直接影响着高炉冶炼效果。如何选择合适的操作制 度必须在遵守冶炼原则外，根据各国的高炉具体情况，在正确理论的基础上，认真分析总结， 才能做出科学的选择。 1 3 高炉操作制度与技术 高炉操作制度主要内容包括：装料制度、造渣制度、送风制度和热制度。其调节手段主要 有下部调节、上部调节和负荷调节。 选择合理的操干1 e 带m l 度的依据：高炉内型和设备条件；原燃料性质；生铁品种；生产计划调 度要求。 1 3 1 装料制度 装料制度包括入炉料的装料顺序、数量的多少、入炉顺序、料线高低、炉顶设备布料功能 的运用等。合理的装料制度可以达到控制炉料分布从而影响气流分布的目的，它属于上部调节。 利用装料制度可以控制炉料分布，使块状带的矿、焦比分布及软熔带的位置和形状合理， 从而使上升煤气流分布合理，以充分利用煤气能量，达到高炉稳定顺行，高效生产的目的。 影响炉料分布的主要因素有： 西安建筑科技大学硕士论文 ( 1 ) 固定条件：装料设备类型和结构尺寸、炉喉与大钟间的间隙、炉料自身特性( 粒度、 堆角、堆密度、形状等) 。 ( 2 ) 可变条件：旋转流槽倾角、转速、旋转角、活动炉喉板位置、料线蒯氐、装 顺宇、 批重、煤气流速等。 ( 3 ) 钟式炉顶布料： 1 ) 各种布料器的特性 a 料罐式：虽然罐内炉料的周向分布可控制均匀，但调节手段少，难于定点布料：炉料装 罐顺序对布料有明显影响。 b 马基式：一般为六点布料，6 0 。为一站，可在管道方位或偏料处布料，以消除管道或 纠正偏料，矿、焦批重可灵活调节。 c 快速布料器：除有马基式的布料优点之外，因料斗快速旋转，可避免形成【司定堆尖，周 向布料更均匀，也可定点布料。 d 空转螺旋布料器：先旋转后装料，般以5 7 。或6 3 。为站，故堆尖不重复，呈螺旋 形变化，周向布料较均匀，也可定点布料。 e 可调炉喉板：高炉大型化后，大钟直径随之增大，矿石难于布到高炉中心。可调炉喉板 能在一定范围内调节。 2 ) 设备因素对布料的影响 a 炉料下落的影响：炉料落下离开钟体作斜下抛自由落体运动，其轨迹主要受炉料泐系 数和炉料对大钟的摩擦系数影响。 b 炉喉间隙的影响：炉喉间隙愈大，炉料堆尖距炉墙越远，反之则愈近。 c 大钟倾角的影响：大钟倾角愈大，炉料愈布向中心，反之则布向边缘。 d 大钟下降速度及行程的影响：大钟下降速度和炉料滑落速度相等时，大钟行程大，布 料有疏松边缘的趋势。大钟下降速度大于炉料滑落速度时，大钟行程的大小对布料无明显影响。 大钟下降速度小于炉料滑落速度时，大钟行程有加重边缘的趋势。 e 大钟边缘伸出料斗外长度的影响：大钟边缘伸出料斗外的长度愈大，炉料愈易布向炉墙， 否则相反。 3 ) 料线古1 氐的影响：料线在下落炉料与炉墙碰撞点之上时，提高料线将使堆尖与炉墙的 距离增大，同时炉料堆角增大。料线在碰撞点之下时，炉料撞击炉墙，然后反弹落下，气流分 布失去控制。 4 ) 装入顺序的影响：当料线、批重、炉料粒度、密度和堆角以及煤气速度一定时，不同 装入j 顶j 芋按从加重边缘到发展边缘的作用程度依次排列如下： 西安建筑科技大学硕士论文 加重边缘发展边缘 正同装o c lo o c c l0 0 0 i c c c l 正分装0 i c l0 0 i c c l0 0 0 i c c c l 混同装c o o c o i ：0 c lc o c o i 倒分装c i o lc c l 0 0 ic c c4 0 0 0 l 倒同装c l o lc c 0 0 l 双装c c4 0 04c c c c ( x ) ( ) 0 l 5 ) 批重的影响：批重决定炉内料层的厚度。批重越大，料层越厚，软熔带焦层厚度越大； 此外，料柱的层数减小，界面效应减小，利于改善透气性，但批重扩大，不仅增大中心气流阻 力，也增大边缘气流的阻力，所以一般批重扩大压差有所升高。 6 ) 炉喉煤气速度的影响：煤气对炉料的阻力在空区是向上的，此力的增长与煤气速度的 平方成正比。 ( 4 ) 无料钟炉顶布料 无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别见表1 - 3 1 ：1 1 - 1 5 。 表1 - 3无钟炉顶和钟式炉顶的区别 项目无钟炉顶布料钟式炉顶布料 旋转溜槽倾角a 可在0 。卯。范围内调节，炉大钟倾角一般为5 0 。- - - 5 3 。不能 倾角布料范 料能布在边缘至中心任意半径圆角面上，并且可以调节。炉料堆尖只能在大钟外缘至炉墙 围及方式 选择单环、多环、螺旋、扇形或定点等多种布料方之间，可借助旋转布料器作定点布料或 式。装偏料。 1 炉料向堆尖外侧滚动多于内侧，形成料面不1 大钟开启时，炉料下落初始速度 对称分布，外侧料面较平坦。为零，无旋转效应。 2 多圈放料有自然偏析，采用多环或螺旋布料2 一次放料，自然偏析不能弥补。 炉料偏析 可适当弥补偏析。3 一次放料矿石对焦炭层的冲击推 3 多圈布料，矿石对焦炭的冲击作用较均匀。挤作用较集中。 4 因节流控制不住，可能出现半圈布料。4 没有非整圈布料现象。 由以上区别来看，无料钟炉顶其布料优势正日益发挥着巨大作用，其灵活多样的布料，控 制煤气流分布，提高煤气利用，增产降耗，护炉长寿均较无钟炉顶有优势。 西安建筑科技太学硕士论文 ( 5 ) 装料制度的作用 1 ) 布料对软熔带和煤气分布的影响 用装料制度来改变煤气分布，从而也就影响了软熔带的位置和形状，装料制度、煤气曲线、 软熔带形状之间的关系与冶炼效果见表1 4 1 岳1 ”。 表1 4装料制度的作用与影响 煤气曲线形煤气温度煤气对炉墙炉顶散静煤气利炉料 类型装料制度软熔带形状 状曲线阻力侵蚀温度损失用程度质量 边缘发 厂弋l l 最小最大最高最大最差最差 1 展型 2 双峰型 厂叭u ul u 较小较大较高 较大较差较差 中心发 矿以, - l 较大最小较低 较小较好较好 3 展型 4 平坦型，、，、l j l l ，一l 最大较小最低最小最好最好 2 ) 装料制度的选择 装料制度是用来控制煤气流分布的一种手段，因此其选择应根据冶炼效果、原燃料条件 炉况顺行程度而定，装料制度的选择应与送风制度相适应。 1 3 0 造渣制度 造渣制度是指适合于具体冶炼条件和铁种要求的最佳炉渣成份和碱度，炉渣应具有良好的 化学稳定性，良好的流动性和脱硫能力，并有利于高炉内衬维护、排碱，且能保持炉况长期稳 定顺行。 造渣制度作为调剂炉况的手段是指根据选定的炉渣成份和性能来调整各种入炉料的用量 配比，甚至改变所用人造富矿的成分。 ( 1 ) 高炉渣分类：高炉渣按炉渣成分和性能可分为般高炉渣、高铝高镁渣、含钡高炉渣、 含氟稀土渣、高钛渣等。 1 ) 一般高炉渣：渣中m g o 一般维持在7 , - - 9 , c a o i s i o r - - 1 1 1 5 。 2 ) 高铝高镁渣：渣中a 1 2 0 3 及m g o 含量较高，般各为1 5 2 0 。如浙江漓渚矿、山东 张家洼矿较普通渣难熔易凝。 3 ) 含钡高炉渣：炉渣中b a o 含量较高。如酒钢镜铁山矿，b a o 含量为3 以上，若b a o 西安建筑科技大学硕士论文 不超过1 5 ，不影响高炉操作，但脱硫能力低。 4 ) 含氟稀土高炉渣：此渣中由于含氟量高，熔化性温度和粘度明显下降，但稀土氧化物 则提高炉渣熔化性温度，并使粘度变4 9 _ 3 n 剧。i 比渣特别易熔易凝，高温粘度特低，对炉衬侵蚀 严重 5 ) 高钛渣：高钛渣是种溶化性温度高，流动性区间窄的短渣，此渣属非均态结构，在 炉缸温度范围内容易与碳反应，使渣变稠，造成操作困难。 ( 2 ) 炉渣碱度表示：二元碱度r = c a o s i 0 2r = c a o s i 0 2 ； 全碱度r = ( c a o + m g o ) ( s i 0 2 + a 1 2 0 3 ) ( 3 ) 造渣制度选择依据：热稳定生良好，炉缸热量充沛；具有良好的流动性；有足够的脱 硫能力。 ( 4 ) 调剂注意事项：入炉品位提高1 0 炉渣喊度相应提高o 0 1 - - 0 0 2 ；硫负荷升高o 5 k g t ， 炉渣碱度相应提高0 0 2 , - 0 0 3 ；渣中含有一定量的m g o 时能改善炉渣流动性，一般渣中m g o 含量在9 0 - 1 1 o ；在不影响生铁质量前提下，尽量维持较低碱度；炉渣碱度调整要以终渣成 分为依据，与炉温和含硫量相适应，但要注意碱度调整的滞后性；铁中 m n 】升高时，炉渣碱度 控制可适当低一些；炉况不顺和长期休风后恢复炉况时，应在上调炉温的同时，下调炉渣碱度； 炉缸水温差升高时。可根据顺行情况维持上限碱度；长期休风前，装休风料时，可调整炉渣碱 度偏低些：严禁长期低【s i 】、高碱度操作。 1 3 3 送风制度 确定适宜的冶炼强度和焦比后，依据鼓风性质和鼓风参数，选择适宜的风口面积和长度并 保持相对稳定：再按照炉况变化和征兆以及所需理论燃烧温度，使用日常调节手段，如风温、 湿分、风量、喷吹量等来进行及时调节，达到炉况稳定顺行和煤气利用良好的目的，这些都属 于下部调节。 鼓风离开风口时具有动能，煤气流在炉内经过三次分布，首先自风口向上和向中心扩散； 然后穿过滴落带并在软熔带焦炭夹层中作横向运动；最后曲折向e 通过块状带。初始煤气流的 流向线与回旋区大小有关。风口前的煤气流以回旋区为放射中心，沿短径向两侧并沿长径向炉 缸中心扩展。回旋区形状和范围大小适宜，则炉缸周向和径向的气流分布也就均匀合理。范围 过大或过小将造成电b 或边缘气流发展。回旋区的大小和形状反映了风口的进肛t p o t 态，影响气 流和温度的分布，以及炉缸括跃程度。 高炉因具体条件不同，各有其适宜的回旋区深度l 【悼1 6 1 。日本对大型高炉的研究认为： n 爿d 2 ( d - 2 l ) 2 ld 2 = 0 5 ( 式中d 为炉缸直径) 时，高炉料柱透气性和燃料比最佳。一般清况下， 3 0 0 m 3 阻下高炉n 为0 5 5 , - - 0 6 5 ，1 0 ( 0 ) 0 3 左右高炉n 为o 5 - - 0 5 5 ，2 0 0 0 m 3 以上高炉n 为0 4 , - 0 5 1 2 】。 西安建筑科技大学硕士论文 决定回旋区大小的直接因素主要是鼓风参数和原燃料条件。 高炉的热量几乎全部来自回旋区碳燃烧产生的热量和鼓风带入的物理热。回旋区状况的主 要标志是风口前理论燃烧温度ta 。它不仅影响渣铁温度( 即炉缸温度) ，还影响软熔带形状、 煤气分布和还原反应。日本高炉随着炉容扩大和燃料比降低，理论燃烧温度控制在2 1 0 0 - - 2 4 0 0 之间。国内高炉喷吹燃料后，理论燃烧温度控制在2 0 0 0 2 3 0 0 之间。理论燃烧温度过高或 过低都导致高炉不顺，指标差。适宜的理论燃烧温度应能满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和 热量，即保证液态渣铁充分加热；炉缸热交换和还原反应正常进行；喷吹燃料在回旋区迅速燃 烧。因此，适宜的理论燃烧温度随高炉冶炼条件不同而有一定范围。 1 3 4 热制度 热制度应满足炉内( 尤指炉缸) 热量充沛、炉温稳定、适合冶陈产品要求，并能承受一定 的冶炼条件的临时变化需要。主要内容为选择适当的焦炭负荷，辅以相应的装料制度、送风制 度，它们都具有相对稳定性。日常根据炉况变化，采用改变喷吹量，风温，湿分和风量来调节， 必要时采用负荷调节。 ( 1 ) 热制度的选择 热制度指根据冶炼条件和所炼铁种的需要，争取在最低燃料比的条件下达到均匀、稳定而 热量充沛的炉温，包括生铁含硅量和渣铁物理温度。热制度的稳定，对高炉顺行有重大作用。 只有在稳定的炉温条件下，渣铁流动性、炉料透气性、气流分布稳定性以及炉料下降的均匀性 等才能得到保证。 目前许多高炉采取其它措施后，在保证炉缸物理热和脱硫能力的前提下，均采用低硅冶炼， 以达到增产降耗，效果非常理想。如日本水岛2 号高炉1 9 8 4 年6 月【s i 平均为0 1 8 ，我国杭 钢3 号高炉1 9 8 4 年连续5 个月 s i 】平均值小于0 2 4 口0 - 2 3 。 下列措施有利于冶炼低硅生铁 1 ) 增加烧结矿配比，提高烧结矿品位、碱度和软熔温度，改善烧结矿还原性，采用低f e o 、 低s i 0 2 和较高m g o 的烧结矿。 2 ) 降低焦炭灰分，提高其反应后强度。 3 ) 适当提高炉渣碱度，降低渣中s i q ：提高炉顶压力。 4 ) 选用低灰煤粉，适当控制风口燃烧温度；增加铁水含锰量。 5 ) 做好上、下部调剂，保证炉缸工作活跃。 ( 2 ) 热制度的影响因素 1 ) 炉料、入炉品位、粒度、矿石种类数、还原性、焦炭及煤粉灰份、水分、硫份、强度 及金属附加物用量等。 西安建筑科技大学硕士论文 2 ) 煤气分布，煤气利用等；操作状况：焦炭负荷、综合负荷、风温、富氧、风量、料速 等。 3 ) 设备故障：溜槽停转，冷却设备漏水、称量误差等。 4 ) 高炉操作：偏料、管道行程、坐料、渣皮脱落、长期低料线作业、无计划长期休风、 计量和装料错误等。 ( 3 ) 热制度的衡量 1 ) 物理热：以铁水物理温度( ) 表示。一般为1 4 5 0 左右。 2 ) 化学热：以铁水 s i 来表示，般为0 3 如9 。 3 ) 攀钢以生铁 网含量来衡量炉缸热量。 ( 4 ) 热制度调剂的注意要点 1 ) 密切注意煤气分布变化、炉墙温度、冷却水量及冷却水温度差的变化，使综合负荷和 煤气利用相适应。当煤气分布突然失常；炉墙温度突然升高；水量突然升高时；上料设备、装 料设备不正常，预计煤气利用变差时；都要警惕炉温下跌，必要时加净焦。 2 ) 料速变化时要注意综合负荷与料速相适应。当料速连续两小时以上超出正常水平，除 用足风温和综合负荷适当从轻外，必要时要减风控制料速。 3 ) 防止连续崩料。一旦出现连续崩料，要立即减风处理，乱料下达前要注意防凉，乱料 下达到软熔带时，压差升高，不要轻易降温处理。 4 ) 及时处理管道行程、偏料等，防止炉温大幅度下降。 5 ) 注意长时间憋风，出铁后料速转快导致炉温下降。 6 ) 风温、煤粉、氧气正常情况下不要同时调剂。休、减风后恢复炉况的过程中，需要同 时变动的时候，要注意综合判断，风量恢复上来，料速正常后，首先要保持正常综合负荷，然 后视当温基础，逐步恢复全风温。 7 ) 风口、热风阀、冷却器等冷却设备漏水时，要及时处理，并防低炉温。 8 ) 注意回风速度，因各种原因造成慢风后，其回风速度一定要与炉温基础相适应。特别 是低炉温减风后的回风，定要分析掌握好回风过程中的压量关系。透气性指数高，加风容易， 能接受提炉温措施而不显难行，否则回风速度一定不能过快，要阻确保炉温充沛为回风的前提 条件。 9 ) 密切注意热风炉的实际供热能力，使综合负荷与风温水平相适应。 1 0 ) 注意原燃料变化及气候对原燃料的影响，及时调整焦炭负荷或综合负荷。 1 1 ) 炉温在中下限，又连续三炉铁含硅量递降时，要注意防止炉凉。 1 2 ) 氧量减少，综合负荷应从轻掌握。 各项操作制度彼此互有关联。合理的装料制度和送风制度可使气流分布合理，炉缸工作良 好，炉况稳角顶行。造渣制度和热制度不合理时，也会影响气流分布和炉缸工作，引起炉况不 西安建筑科技大学硕士论文 顺，常因装料制度和送风制度不当而引起造渣制度和热制度剧烈波动，波及炉缸工作和炉冽顷 行，所以各操作制度的调剂应相互照应。 1 4 我国高炉技术的发展趋势 1 4 1 我国高炉操作制度与技术的发展趋势 我国目前共有高炉3 1 4 1 座( 截至1 9 9 7 年) 【糊，其中容积大于2 0 0 0 m 3 有1 5 座，1 0 0 0 _ 2 0 0 0 m 3 的2 9 座。高炉分布全国各地，装备水平参差不齐。尽管高炉技术的发展趋势具有明显的倾 向性，但高炉操作制度仍不尽相同。高炉技术的发展趋势及操作制度的主流是： ( 1 ) 贯彻精料方针。高品位、低渣比，降低入炉粉末，提高入炉矿强度，改善入炉矿冶金 性能；改善焦炭质量，降低灰硫含量，提高高温强度；寻求低成本铁矿资源等。 ( 2 ) 优化高炉结构，减少高炉座数，延长高炉寿命。高炉趋向大型化，通过改变高炉内衬 的材质，采用含钛物料护炉，努力提高高炉寿命已经是高炉技术的重要课题。 ( 3 ) 推广高炉喷煤与节能降耗。提高喷煤比，努力降低冶炼成本。 ( 4 ) 采用高新技术改善高炉技术经济指标。如高风温、高顶压、高富氧、高自动化 呈度、 低硅冶炼等。 ( 5 ) 重视环保，减少污染。高炉出铁场采用储铁式主沟，全封闭，有效进行除尘。 ( 6 ) 采用合理炉料结构。高炉炉料结构以高碱度烧结矿为主，配以部分酸| 生球团矿和营陕 矿，充分发挥高碱度烧结矿强度高粉末少优势。 ( 7 ) 高炉装料制度。以大批重，分装多环布料为主，适当开放中心气流。 ( 8 ) 造渣制度。在保证高炉顺行的前提下，适当提高炉渣碱度，冶炼低硫优质生铁，为炼 钢提供优质铁水。 ( 9 ) 送风制度。采用较高鼓风动能，充分活跃炉缸，保证渣铁物理热充足。全开风口送风， 保证炉缸圆周方向气流分布均匀。 ( 1 0 ) 热制度。低硅已经是高炉技术进步的标志，低硅和充沛的物理热是冶炼特种钢的基 本要求。 酒钢高炉由于受原燃料条件限制，操作技术的改进进展缓慢。精料的核心内容即提高品位， 在酒钢不具备条件，只是在粒度组成上下了大功夫，尤其是有效刚氐了入炉粉末。目前己探索 出较适合酒钢原燃料条件的各项操作制厨瑚：炉料结构以高碱度烧结矿为主( 6 5 。o 左e ) ，配 西安建筑科技大学硕士论文 加酸性球团烧结矿( 2 5 左右) 和部分富块矿及酸性球团矿；装料制度采用分装多环布的布料 方式，充分发挥了无料钟炉顶布料优势；造渣制度的选择既考虑了有效排碱，又考虑了生铁质 量：送风制度以全风屋、高风温、全开风口、较高的鼓风动能为前提，充分活跃炉缸，增加炉 缸的透液性，以消除低品位、高渣比给炉缸带来的不利影响；热制度大胆实施低硅冶炼，不但 提高了生铁产量，且对降焦十分有效。但总体来说各项操作制度还有其不完善之处，主要表现 在煤气利用低，消耗高。到2 0 0 0 年双高炉入炉焦比仍高达5 6 2 k g t ，与国内先进企业相比，差 距较大，严重制约着经济效益的提高。 要改善高炉的技术经济指标，提高经济效益归纳起来有两种方法，一是改善原燃料条件； 二是优化高炉操作制度。对不同的高炉，其侧重点不同，就拿酒钢高炉来说，由于原燃料条件 的限制，入炉品位到目前为止只有5 0 8 ，渣比5 7 5 k 鲈，与国内的平均水平：品位5 6 ，渣 比3 6 0 k g t 相比，相差甚远，而且由于酒钢地域偏僻，靠买矿来提高品位，不经济，只能在现 有条件下进一步改善原燃料的粒度组成。因此酒钢高炉要提高技术经济指标只能走优化高炉操 作制度这条路。而且国内外高炉通过优化高炉操作制度改进指标的先例很多，对酒钢有很强的 借鉴意义。因此这一课题的研究有着十分重要的现实意义。 1 5 本文主要研究内容及目的意义 要改善高炉经济效益，就是要改善高炉的技术经济指标，就是要提高高炉的生产率，降低 消耗。主要途径归纳起来有两种：一是改善原燃料条件，提高装备水平( 这是最简单，也是最 易见效的方法) ；二是优化高炉操作制度。由于所处的条件不同，因此各高炉提高经济效益的 侧重点也不同。国外高炉由于入炉品位高，装备水平先进，因此研究侧重点在改善原燃料条件 方面。而国内大部分高炉由于受资源条件限制，研究的侧重点在高炉的操作制度和操作技术上。 就拿酒钢高炉来说，由于原燃料条件的限制，入炉品位到目前为止只有5 0 8 ，渣比高达 5 7 5 k g a 。与国内的平均水平品位5 6 ，渣比3 6 0 k g t 相比，相差甚远，鉴于酒钢地处大陆腹地， 靠大量买外矿来提高入炉品位，不经济，只能在现有条件下进一步改善原燃料的粒度组成。因 此酒钢高炉要提高技术经济指标只能走优化高炉操作制度，采用高炉冶炼先进技术这条路。国 内外高炉通过优化操作制度改进指标的先例很多，对酒钢有很强的借鉴作用。因此，通过这一 课题的研究，找出对酒钢高炉操作有指导的方案，采用一些实用技术，改善酒钢高炉技术经济 指标，提高经济效益，增强酒钢在市场改革中的竞争力，适应酒钢继续发展的需要是十分必要 的。 西安建筑科技大学硕士论文 2 试验分析研究 酒钢1 号高炉截止目前共经历了四代炉役，前三代炉役容积均为1 5 1 3m 3 目前正在生产 的第四代炉役是1 9 9 8 年6 月在原1 5 1 3m 3 高炉基础上扩容为1 8 0 0m 3 的新型高炉。2 号高炉共 经历了两代炉役，目前正在生产的第二代炉役是2 0 0 0 年1 0 月在原7 5 0m 3 高炉基础上扩容为 1 0 0 0m 3 的新型高炉，两座高炉在扩容改造时均采用了易于强化的“矮胖”炉型，炉缸采用了 保温性能好的“陶瓷杯”，并实现了计算机操作和工业电视监控，高炉装备水平达到了二十世 纪9 0 年代国内高炉先进水平。高炉投产初期，炉况不顺，产量低，消耗高。 二十世纪7 0 年代初期，矿石入炉品位仅3 8 3 9 ，有害元素含量高，其特点是碱负荷、硫 负荷高，分别高达1 2 k g t 和1 6 k g t ，化学成份波动大。1 9 7 2 年1 号烧结机投产，高炉熟料比上 升，但是烧结矿品位低，冶金性能差，高炉长期低料线，高炉操作是“洗不完的炉，恢复不完 的炉况，炸不完的瘤”。直到1 9 7 9 年3 月，高炉才结束最后一次休风降料线炸瘤的历史。二十 世纪7 0 年代末，8 0 年代初，中国炼铁技术有了较大发展，基本上攻克了提高煤气利用关，实 现了高炉操作思想的重大转变。此期间酒钢在管理上水平、设备上档次的同时，采用了许多新 工艺、新技术，高炉的技术经济指标逐年改善。1 9 8 9 年1 2 月1 6 日，炉容为7 5 0 m 3 的2 号高 炉投产，结束了酒钢单高炉生产的历史。 二十世纪9 0 年代的高炉生产可以划分为两个阶段，1 9 9 7 年前，炼铁生产出现过几次短暂 的辉煌，但商炉操作调剂技术没有取褥实质性的突破，失常难题尚未得到解决，生产发展十分 缓慢。1 9 9 7 年，由于原燃料质量有了大的改善，再加之确立了较为合理的炉料结构，寻找到 了适合酒钢原料条件以及与炉型结构相适应的基本操作制度，使炼铁生产展翼高飞。1 9 9 8 年， 炼铁人以开拓进取的精神，以出色的停炉技术，第一次胜利完成了空料线停炉，2 号高炉利用 系数从8 月份开始稳定在2 f i t ( m 3 d ) 以上。1 9 9 9 年高炉生尚韭 辉煌期，全年共产生铁1 7 9 万吨，2 号高炉全年利用系数2 1 5 t ( m 3 d ) 。双高炉内型尺寸见表2 1 。 表2 - 1双高炉内型尺寸 项目上代1 号现役l 号上代2 号现役2 号 有效容积v u 矗 1 5 1 31 8 0 07 5 01 0 0 0 炉缸直径d m m 8 6 0 09 6 0 07 4 0 07 6 0 0 炉腰直径d n a n 9 6 0 01 0 8 0 07 6 0 08 7 0 0 炉喉直径d 】m 6 6 0 06 8 0 05 4 0 05 8 0 0 有效高度i - h m 2 8 0 0 02 8 0 0 02 2 6 0 02 3 1 0 0 死铁层高度h 1 t r a i l 1 3 2 8 51 8 9 58 0 01 2 0 0 炉缸高度h 2 r r a n 3 2 0 04 2 0 03 2 0 0 4 0 0 0 西安建筑科技大学硕士论文