高炉高压操作

1、5.3 高压压操作 提高炉顶煤气压力的操作称为高压操作，是相对于常压操作而言的。一般常压提高炉顶煤气压力的操作称为高压操作，是相对于常压操作而言的。一般常压高炉炉顶压力高炉炉顶压力(表压表压)低于低于30kPa，凡炉顶压力超过此值者，均为高压操作。它是，凡炉顶压力超过此值者，均为高压操作。它是通过安装在高炉煤气除尘系统管道上的高压调节阀组，改变煤气通道截面积，使通过安装在高炉煤气除尘系统管道上的高压调节阀组，改变煤气通道截面积，使其比常压时为小，从而提高炉顶煤气压力的。由于炉顶压力提高，高炉内部各部其比常压时为小，从而提高炉顶煤气压力的。由于炉顶压力提高，高炉内部各部分的压力都相应提高。整个炉

2、内的平均压力也提高，使高炉内发生一系列有利于分的压力都相应提高。整个炉内的平均压力也提高，使高炉内发生一系列有利于冶炼的变化，促进了高炉强化和顺行。冶炼的变化，促进了高炉强化和顺行。 自自20世纪世纪50年代开始，高压操作成为强化高炉冶炼的有力手段。特别是对年代开始，高压操作成为强化高炉冶炼的有力手段。特别是对2000m以上大型高炉，高压操作更为明显。可以说，高炉容积愈大，为保证强以上大型高炉，高压操作更为明显。可以说，高炉容积愈大，为保证强化顺行所需的炉顶压力应愈高；高炉强化程度愈高。愈需要实行高压操作。因此化顺行所需的炉顶压力应愈高；高炉强化程度愈高。愈需要实行高压操作。因此国外一些巨型高

3、炉，如日本大分厂国外一些巨型高炉，如日本大分厂2号高炉号高炉(内容积内容积5070m)，炉顶压力高达，炉顶压力高达275kPa，1980年年7月平均获得利用系数月平均获得利用系数2.04t(md)，燃料比，燃料比426kg/t铁铁(焦比焦比3834kg/t)的优良结果。日本扇岛的优良结果。日本扇岛1号高炉号高炉(4052m)，炉顶压力高，炉顶压力高于于196kPa，炉顶煤气，炉顶煤气CO2含量达到含量达到20一一30，获得了煤气能量利用的高水，获得了煤气能量利用的高水平。其他平。其他4000m级高炉，炉顶压力一舶都在级高炉，炉顶压力一舶都在200一一300kPa。新设计的巨型高。新设计的巨型高

4、炉，一般都按炉，一般都按250kPa以上的高压操作考虑。以上的高压操作考虑。Table of Contents 5.3.1 高压操作系统高压操作系统5.3.1 5.3.1 高压操作系统高压操作系统高炉炉顶煤气剩余压力的提高，是由煤气系统中的高压调节阀组织控制阀门的开高炉炉顶煤气剩余压力的提高，是由煤气系统中的高压调节阀组织控制阀门的开闭度来实现的。前苏联最早试验时，曾将这一阀组设置在煤气导出管上、它很快闭度来实现的。前苏联最早试验时，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，因而试验未获成功。后来在改进阀组结构并将其安装在被煤气所带炉尘所磨坏，因而试验未获成功。后来在改进阀组

5、结构并将其安装在洗涤塔之后，才取得成功洗涤塔之后，才取得成功(图图54)。长期以来，由于炉顶装料设备系统中广泛使。长期以来，由于炉顶装料设备系统中广泛使用着双钟马基式布料器，它既起着封闭炉顶，又起着旋转布料的作用，布料器旋用着双钟马基式布料器，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。只有到转部位的密封一直阻碍着炉顶压力的进一步提高。只有到20世纪世纪70年代实现了年代实现了“布料与封顶分离布料与封顶分离”的原则，即采用双钟四阀、无钟炉顶等装备以后，炉顶煤气压力的原则，即采用双钟四阀、无钟炉顶等装备以后，炉顶煤气压力才大幅度提高到才大幅度提高到

6、150kPa，甚至达到，甚至达到200一一300kPa。5.3.1 高压操作系统高压操作系统应当指出，消耗在调压阀组的剩余压力是由风机提供的，而风机为此提高了风压是应当指出，消耗在调压阀组的剩余压力是由风机提供的，而风机为此提高了风压是消耗了大量的能量的消耗了大量的能量的(由电动机或蒸汽透平提供由电动机或蒸汽透平提供)。为有效地利用这部分压力能，人。为有效地利用这部分压力能，人们从们从20世纪世纪60年代开始，试验高炉炉顶煤气余压发电，先后在前苏联和法国取得年代开始，试验高炉炉顶煤气余压发电，先后在前苏联和法国取得成功。采用这种技术后，可回收风机用电的成功。采用这种技术后，可回收风机用电的25

7、一一30，节省了高炉炼铁的能耗，节省了高炉炼铁的能耗。图。图5-5为采用余压发电后的高压操作系统。为采用余压发电后的高压操作系统。5.3.1 高压操作系统高压操作系统5.3.2 高压操作的影响高压操作的影响5.3.2.1 5.3.2.1 对燃烧带的影响对燃烧带的影响由于炉内压力提高在同样鼓风量的情况下鼓风体积变小从而引起鼓风由于炉内压力提高在同样鼓风量的情况下鼓风体积变小从而引起鼓风动能的下降。根据计算由常压动能的下降。根据计算由常压(15KPa)提高到提高到80kPa的高压后。鼓风的高压后。鼓风动能降到原来的动能降到原来的76。同时，由于炉缸煤气压力的升高，煤气中。同时，由于炉缸煤气压力的升

8、高，煤气中O2和和CO2的分压升高，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的分压升高，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。为维持合理的燃烧带以利于煤气量分布，就可以增加鼓作后的燃烧带缩小。为维持合理的燃烧带以利于煤气量分布，就可以增加鼓风量，这对增加产量起着积极的作用。风量，这对增加产量起着积极的作用。5.3.2 高压操作的影响高压操作的影响5.3.2.2 5.3.2.2 对还原的影响对还原的影响 从热力学上来说，压力对还原的影响是通过压力对反应从热力学上来说，压力对还原的影响是通过压力对反应CO2十十C2CO的影的影响体现的，由于这个反应前

9、后有体积的变化，压力的增加有利于反应向左进行响体现的，由于这个反应前后有体积的变化，压力的增加有利于反应向左进行，即有利于，即有利于CO2的存在。这就有利于间接还原的进行。同时，高炉内直接还原的存在。这就有利于间接还原的进行。同时，高炉内直接还原发展程度取决于上述反应进行的程度，高压不利于此反应向右进行从某种意发展程度取决于上述反应进行的程度，高压不利于此反应向右进行从某种意义上讲，是抑制了直接还原的发展，或者说将直接还原推向更高的温度区域进义上讲，是抑制了直接还原的发展，或者说将直接还原推向更高的温度区域进行，同样有利于行，同样有利于CO还原铁氧化物而改善煤气化学能的利用。还原铁氧化物而改善

10、煤气化学能的利用。 从动力学上来说，压力提高加快了气体的扩散和化学反应速度，有利于还原从动力学上来说，压力提高加快了气体的扩散和化学反应速度，有利于还原反应的进行。但是有的研究者认为压力的提高也加快了直接还原的速度，因此反应的进行。但是有的研究者认为压力的提高也加快了直接还原的速度，因此压力对铁的直接还原度不会产生明显的影响，单从压力对还原的影响分析，高压力对铁的直接还原度不会产生明显的影响，单从压力对还原的影响分析，高压操作对焦比没有影响。压操作对焦比没有影响。 研究和实际操作都肯定高压对研究和实际操作都肯定高压对Si的还原是不利的，这表明高压对低硅生铁的的还原是不利的，这表明高压对低硅生铁

11、的冶炼是有利的。冶炼是有利的。5.3.2 高压操作的影响高压操作的影响5.3.2.3 5.3.2.3 对料柱阻损的影响对料柱阻损的影响这是高压操作对高炉冶炼影响的最重要的一个方面。从著名的卡门公式这是高压操作对高炉冶炼影响的最重要的一个方面。从著名的卡门公式不难看出，料层的阻力损失与气流的压力成反比。在其他条件不变的情况下，可写成不难看出，料层的阻力损失与气流的压力成反比。在其他条件不变的情况下，可写成由于料层的阻力损失与气流的压力成反比，高压操作以后，炉内的总压力由于料层的阻力损失与气流的压力成反比，高压操作以后，炉内的总压力p高高较常压较常压操作时的操作时的p常常大，因而常压操作时煤气流通

12、过料柱的阻力损失大，因而常压操作时煤气流通过料柱的阻力损失 p常常大于高压操作时大于高压操作时的的 p高高。这就使得在常压高炉上因。这就使得在常压高炉上因p过高而引起的诸如管道行程，崩料等炉况失过高而引起的诸如管道行程，崩料等炉况失常现象在高压操作的高炉上大为减少，而且还可弥补一些强化高炉冶炼技术使常现象在高压操作的高炉上大为减少，而且还可弥补一些强化高炉冶炼技术使p升升高的缺陷。高的缺陷。5.3.2 高压操作的影响高压操作的影响研究者们用不同的方式对高压操作后研究者们用不同的方式对高压操作后 p高高下降进行了测定和计算所得结果不下降进行了测定和计算所得结果不尽相同，但其平均值约为顶压每提高尽

13、相同，但其平均值约为顶压每提高100kPa，料柱阻损下降，料柱阻损下降3kPa。在常压提。在常压提高到高到100kPa时，时， p下降值略大于下降值略大于3kPa；而顶压由；而顶压由100kPa进一步提高到进一步提高到200一一300kPa时，此值降到时，此值降到2kPa100kPa。应当指出，高压操作以后，炉内料柱应当指出，高压操作以后，炉内料柱阻损的下降并不是上下部均相同的，阻损的下降并不是上下部均相同的，研究表明，炉子部的阻损下降得多，研究表明，炉子部的阻损下降得多，下部的下降得少下部的下降得少(图图56)。造成这种。造成这种现象的原因是料柱上下部透气不同，现象的原因是料柱上下部透气不同

14、，高炉下部由于被还原矿石的软熔，空高炉下部由于被还原矿石的软熔，空隙度急剧下降，压力对隙度急剧下降，压力对 p的作用为的作用为空隙度的下降所减弱。空隙度的下降所减弱。5.3.2 高压操作的影响高压操作的影响众所周知，煤气通过料柱的阻力损失，相当于自下而上的浮力，它与炉料与炉墙之间众所周知，煤气通过料柱的阻力损失，相当于自下而上的浮力，它与炉料与炉墙之间的摩擦力、炉料与炉料之间的摩擦力等一起，阻碍着靠重力下降的炉料运动。高压操的摩擦力、炉料与炉料之间的摩擦力等一起，阻碍着靠重力下降的炉料运动。高压操作后作后p的下降无疑减少了炉料下降的阻力，可使炉况顺行。如果的下降无疑减少了炉料下降的阻力，可使炉

15、况顺行。如果p维持在原来低压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。时的水平，则可增加风量，即提高高炉的冶炼强度。早期的生产实践表明，在由常压改为早期的生产实践表明，在由常压改为80kPa的高压后鼓风量可增加的高压后鼓风量可增加10一一15，相当于提高，相当于提高29.8kPa左右；现在的实践表明，再从左右；现在的实践表明，再从100kPa往上提高时，这往上提高时，这个数值下降到个数值下降到(1.7一一1.8)9.8kPa。这比理论计算的。这比理论计算的3左右要低很多造左右要低很多造成这种差别的原因在于：成这种差别的原因在于：1)高炉内限制冶炼强度提高的是炉子下部，如前所述

16、，下高炉内限制冶炼强度提高的是炉子下部，如前所述，下部部p减少的数值较小；减少的数值较小；2)高压以后，焦比有所降低炉尘量大幅度降低，在入炉炉高压以后，焦比有所降低炉尘量大幅度降低，在入炉炉料准备水平相同的情况下，上部块状带内料柱透气性也变差；料准备水平相同的情况下，上部块状带内料柱透气性也变差；3)高压以后，燃烧带高压以后，燃烧带和炉顶布料发生变化，上下部调剂跟不上也阻碍着高压操作作用的发挥。和炉顶布料发生变化，上下部调剂跟不上也阻碍着高压操作作用的发挥。为此，要充分发挥高压对增产的作用，需要改善炉料的性能，特别是焦炭的高温强度为此，要充分发挥高压对增产的作用，需要改善炉料的性能，特别是焦炭

17、的高温强度，矿石的高温冶金性能和品位，矿石的高温冶金性能和品位(降低渣量降低渣量)，以及掌握燃烧带和布料变化规律，应用上，以及掌握燃烧带和布料变化规律，应用上下部调剂手段加以控制。随着这些工作进展的情况不同，各厂家每提高下部调剂手段加以控制。随着这些工作进展的情况不同，各厂家每提高10kPa的增的增产幅度波动在产幅度波动在1.1一一3.0。我国宝钢的生产经验是顶压每提高。我国宝钢的生产经验是顶压每提高10kPa，风量可增，风量可增加加200250mmin。5.3.2 高压操作的影响高压操作的影响5.3.2.4 5.3.2.4 对焦比的影响对焦比的影响由于高压操作促进炉况顺行，煤气分布合理，利用

18、程度改善，有利于冶炼低硅由于高压操作促进炉况顺行，煤气分布合理，利用程度改善，有利于冶炼低硅生铁等，而且使焦比有所下降。国内外的生产经验是，顶压每提高生铁等，而且使焦比有所下降。国内外的生产经验是，顶压每提高10kPa，焦，焦比下降比下降0.2一一1.5。提高炉顶压力的这种增产作用只有伴随着风量的增加或冶炼强度的提高才能明提高炉顶压力的这种增产作用只有伴随着风量的增加或冶炼强度的提高才能明显表现出来。因为在焦比不变，焦炭负荷一定的情况下，高炉生产率与风量，显表现出来。因为在焦比不变，焦炭负荷一定的情况下，高炉生产率与风量，亦即单位时间内燃烧的焦炭量成正比。因此，在一定冶炼条件下，冶炼强度应亦即

19、单位时间内燃烧的焦炭量成正比。因此，在一定冶炼条件下，冶炼强度应与炉顶压力成正比，即提高炉顶压力可相应地提高冶炼强度，从而提高高炉生与炉顶压力成正比，即提高炉顶压力可相应地提高冶炼强度，从而提高高炉生产率。产率。高压操作的这种降焦节能作用已为越来越多的高炉实践所证实。根据实践分析高压操作的这种降焦节能作用已为越来越多的高炉实践所证实。根据实践分析，高压降低燃耗的原因归结为改善了顺行和煤气利用，发展了高炉内的间接还，高压降低燃耗的原因归结为改善了顺行和煤气利用，发展了高炉内的间接还原，抑制了直接还原。原，抑制了直接还原。首先，高压操作降低了煤气流速，延长了煤气在炉内与矿石的接触时间同时首先，高压

20、操作降低了煤气流速，延长了煤气在炉内与矿石的接触时间同时减小或消除了管道行程，改善了煤气分布，从而改善了铁矿石的还原条件使减小或消除了管道行程，改善了煤气分布，从而改善了铁矿石的还原条件使块料带内的间接还原得到充分发展，煤气能量得到充分利用。块料带内的间接还原得到充分发展，煤气能量得到充分利用。5.3.2 高压操作的影响高压操作的影响 其次，直接还原反应取决于反应其次，直接还原反应取决于反应CO2十十C2CO的发展。提高炉顶压力炉内的发展。提高炉顶压力炉内平均压力相应提高，促使该反应的平衡向气体体积减小的方向平均压力相应提高，促使该反应的平衡向气体体积减小的方向(逆向逆向)移动从而移动从而抑制

21、了直接还原的发展，或者说使直接还原推向更高的温度区域进行。这同压低抑制了直接还原的发展，或者说使直接还原推向更高的温度区域进行。这同压低软熔带，扩大块料带，提高软熔带，扩大块料带，提高CO利用率的要求相一致。高压操作对碳的气化反应利用率的要求相一致。高压操作对碳的气化反应的抑制作用，在某种意义上也相当于降低焦炭的反应性。这对减少碳素溶解损失的抑制作用，在某种意义上也相当于降低焦炭的反应性。这对减少碳素溶解损失，提高焦炭高温强度，改善软熔带和滴落带的透气，提高焦炭高温强度，改善软熔带和滴落带的透气(液液)性，增加风口燃烧有效碳性，增加风口燃烧有效碳量都是有利的。量都是有利的。 同样，高压可抑制硅还原同样，高压可抑制硅还原(SiO2+2C=Si+2CO)，有利于降低生铁含硅量，有利于降低生铁含硅量促进焦比降低。研究指出，在提高促进焦比降低。研究指出，在提高CO压力时，生铁中压力时，生铁中Si显著降低，这是因为显著降低，这是因为硅在生铁中的平衡浓度与硅在生铁中的平衡浓度与CO分压的平方成反比。另外，由反应分压的平方成反比。另外，由反应SiO2+CO=SiO+CO2的平衡常数的平衡常数K， 可得可得pSiO=XAI)9m。因此提高炉顶压力，则气相中因此提高炉顶压力，则气相中pCOpCO2降低，抑制了降低，抑制了SiO的挥发从而减少了的挥发从而减少了硅的还原导