高炉强化技术讲座

1、5. 5. 高炉强化冶炼高炉强化冶炼 5.1 5.1 精精 料料 5.2 5.2 高压操作高压操作 5.3 5.3 高风温高风温 5.4 5.4 喷吹燃料喷吹燃料 5.5 5.5 综合鼓风综合鼓风5. 5. 高炉强化冶炼高炉强化冶炼 强化冶炼应具备的条件：强化冶炼应具备的条件： （1 1）原料条件要好，（）原料条件要好，（2 2）合理的炉型，（）合理的炉型，（3 3）应能具备实现高压、高风温、富氧和喷吹的工艺应能具备实现高压、高风温、富氧和喷吹的工艺条件，（条件，（4 4）鼓风机能力足够大，（）鼓风机能力足够大，（5 5）操作上要）操作上要适应。适应。 高炉强化冶炼措施：高炉强化冶炼措施：（1

2、 1）精）精 料（料（2 2）高）高 压压 操操 作（作（3 3）高）高 风风 温温 （4 4）喷）喷 吹吹 燃燃 料（料（5 5）综）综 合合 鼓鼓 风风5.1 5.1 精精 料料1.2.3.4.5.6.7.提高含铁品位增加熟料比改善冶金性能加强原料稳定性含铁炉料整粒改善焦炭质量合理的炉料结构1 1、精料是高炉强化冶炼的基础、精料是高炉强化冶炼的基础 （1 1）矿石的入炉品位和焦炭灰分及含硫量等，它们）矿石的入炉品位和焦炭灰分及含硫量等，它们决定渣量，渣量是影响喷煤量和炉腹煤气量的关键。决定渣量，渣量是影响喷煤量和炉腹煤气量的关键。 （2 2）原料的粒度组成、高温强度和软熔特性是影响）原料的

3、粒度组成、高温强度和软熔特性是影响料柱透气性的决定性因素：料柱透气性的决定性因素： 均匀的粒度组成和较好的高温强度影响块状带透均匀的粒度组成和较好的高温强度影响块状带透气性；气性； 良好的软熔性能是降低软熔带和滴落带煤气运动良好的软熔性能是降低软熔带和滴落带煤气运动阻力的基本条件。阻力的基本条件。 （3 3）原料的还原性影响高炉内铁的直接还原）原料的还原性影响高炉内铁的直接还原度。度。 （4 4）焦炭的强度特别是高温强度是软熔带焦）焦炭的强度特别是高温强度是软熔带焦窗和滴落带焦床透气性、透液性以及炉缸中心气窗和滴落带焦床透气性、透液性以及炉缸中心气流的决定性因素。流的决定性因素。2 2、高炉对

4、含铁原料的要求高炉对含铁原料的要求高炉的要求高炉的要求含铁品位高含铁品位高熟料比高熟料比高化学成分稳定化学成分稳定冷态强度高冷态强度高粒度适宜粒度适宜有害元素含量要少有害元素含量要少低温还原低温还原粉化率低粉化率低还原膨还原膨胀率低胀率低还原还原性好性好软化温度高软化温度高软化区间窄软化区间窄熔融滴落温度熔融滴落温度高高,滴落区间窄滴落区间窄3 3、含铁原料性能对高炉冶炼的影响、含铁原料性能对高炉冶炼的影响含铁品位的影响含铁品位的影响提高入炉原料铁品位提高入炉原料铁品位 1高炉焦比高炉焦比 2高炉产量高炉产量 3机械强度增加的影响机械强度增加的影响提高烧结矿转鼓强度提高烧结矿转鼓强度 1高炉产

5、量高炉产量 1降低烧结矿自然粉化率降低烧结矿自然粉化率 1高炉焦比高炉焦比 0.5高炉产量高炉产量 1还原性能的影响还原性能的影响降低烧结矿降低烧结矿FeO 1高炉焦比高炉焦比 11.5高炉产量高炉产量 11.5降低原料在高炉内的降低原料在高炉内的rd 1高炉焦比高炉焦比 0.80.9高炉产量高炉产量 0.80.9SPCuPbZnSnFNa2O+K2O 0.12%0.030.08%0.3%0.1%0.10.2%0.07%1%50kPa50kPa时时 （国外认为（国外认为150kPa150kPa） 称之为称之为高压操作高压操作 （反之为常压操作）（反之为常压操作）消耗在高压阀组上的压力是由风机提

6、供的消耗在高压阀组上的压力是由风机提供的炉顶煤气压力炉顶煤气压力，要求送风压力，要求送风压力能能 量量 消消 耗耗采用采用“余压发电余压发电”技术技术可回收风机用电的可回收风机用电的252530305.2.2 5.2.2 高压操作对冶炼的影响高压操作对冶炼的影响 高炉整个送风系统、高炉本体、高炉整个送风系统、高炉本体、煤气除尘系统是一个连通器煤气除尘系统是一个连通器高压调节阀组前压力的提高，高压调节阀组前压力的提高，不仅炉顶压力不仅炉顶压力，炉内压力也，炉内压力也高压操作必然会对高压操作必然会对高炉冶炼产生重要影响高炉冶炼产生重要影响（1 1）燃烧带（回旋区）减小燃烧带（回旋区）减小 炉内压力

7、炉内压力鼓风体积鼓风体积，鼓风动能，鼓风动能 （当顶压由（当顶压由15kPa80 15kPa80 kPakPa时，时，E E降降 到原来的到原来的7676） 为了维持合理的燃烧带，可增大风量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从而对增产有积极作用（2 2）对还原的影响）对还原的影响(rd(rd，Si)Si)对铁氧化物还原的影响对铁氧化物还原的影响因为抑制了因为抑制了 C CCOCO2 2=2CO=2CO有利于间接还原发展，有利于间接还原发展， 对对SiSi还原的影响还原的影响因为抑制了因为抑制了 2C2CSiOSiO2 2= = SiSi 2CO2COSi Si 高压操作对低

8、硅生铁冶炼有利高压操作对低硅生铁冶炼有利不利于石灰石分解不利于石灰石分解dr（3 3）高压操作使料柱）高压操作使料柱P减小减小 高压操作使煤气在炉内的平均压力高压操作使煤气在炉内的平均压力P Pm m增加，煤气体增加，煤气体积受到压缩，流速降低，使风口到料面间的全压差降低。积受到压缩，流速降低，使风口到料面间的全压差降低。据据ErgunErgun方程方程: :可导出：可导出：式中：式中：222021003022212121(1)1.752()()2mpmmP TPPPuHPdP TPPPPPPPP erfe-D=-=-+=D222202100030(1)3.50pP Tppu HKudTerf

9、e-= 因此高压操作后由于因此高压操作后由于P Pm m 增大和增大和u u0 0下降，下降， PP 会下降。会下降。平均顶压提高平均顶压提高100KPa100KPa，料柱阻，料柱阻损减少损减少3KPa3KPa。 高压操作有利于增加高炉生铁产量。高压操作有利于增加高炉生铁产量。如果如果P P维持常压维持常压时的水平时的水平，则入炉风量可以，则入炉风量可以，从而产量，从而产量，提高顶压提高顶压10KPa10KPa，增产，增产1%3% 。 注意：注意： 高压操作时高压操作时P P的下降并不均匀的下降并不均匀 上部下降幅度大，下部下降幅度小上部下降幅度大，下部下降幅度小 而高炉限制冶强提高的是炉子下

10、部状况，所以要充分而高炉限制冶强提高的是炉子下部状况，所以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）。（焦炭高温强度、矿石高温冶金性能）。 （4）大幅度减少炉尘吹出量大幅度减少炉尘吹出量常压常压高压，炉尘吹出量降低高压，炉尘吹出量降低20207070顶压顶压150150250kpa250kpa的高炉，炉尘量的高炉，炉尘量10kg/t10kg/t因为煤气流速与炉内压力成反比，随着操因为煤气流速与炉内压力成反比，随着操作压力的提高，煤气流速降低，作压力的提高，煤气流速降低，炉尘吹出炉尘吹出的粒径变小、数量变少

11、的粒径变小、数量变少（5）降降 低低 焦焦 比比 顶压提高顶压提高10Kpa10Kpa，焦比下降，焦比下降1%1%；高压操作后降低高压操作后降低焦比的原因：焦比的原因：炉况顺行，煤气利用率提高；炉况顺行，煤气利用率提高；炉尘吹出量大幅度减少；炉尘吹出量大幅度减少；产量提高，单位生铁热损减小；产量提高，单位生铁热损减小；有利于间接还原发展；有利于间接还原发展；生铁含硅可控制在下限水平。生铁含硅可控制在下限水平。高炉操作注意事项：高炉操作注意事项：（1 1）要熟悉高压常压的转换操作。）要熟悉高压常压的转换操作。（2 2）提高炉顶压力后，要防止边缘气流发展。）提高炉顶压力后，要防止边缘气流发展。（3

12、 3）常压转高压必须在顺行的基础上进行，高炉）常压转高压必须在顺行的基础上进行，高炉发生崩料和悬料时，应转常压处理。发生崩料和悬料时，应转常压处理。（4 4）设备出现故障，需要大量减风，首先必须转）设备出现故障，需要大量减风，首先必须转常压操作；常压操作；（5 5）出铁时铁流过大，应改常压出铁。）出铁时铁流过大，应改常压出铁。提高高炉产量提高高炉产量降低高炉焦比降低高炉焦比改善生铁质量改善生铁质量减少炉尘吹出量减少炉尘吹出量高压操作的综合效果高压操作的综合效果： 在风量不变的情况下高压操作后煤气的在风量不变的情况下高压操作后煤气的PP有利于高炉顺行！有利于高炉顺行！ 5.3 5.3 高风温高风

13、温综合效果综合效果降低焦比降低焦比 古老的高炉采用冷风炼铁古老的高炉采用冷风炼铁 1828 1828年英国首次用年英国首次用150150的热风炼铁的热风炼铁 现最高风温可达现最高风温可达13001300135013505.3.1 5.3.1 高风温对高炉冶炼的影响高风温对高炉冶炼的影响（1 1）风口前燃烧碳量减少）风口前燃烧碳量减少 在冶炼单位生铁热收入不变的情况下，热风带入的显在冶炼单位生铁热收入不变的情况下，热风带入的显热替代了部分风口前碳燃烧放出的热量，风温越高，替代热替代了部分风口前碳燃烧放出的热量，风温越高，替代的部分越大。冶炼一吨生铁减少的燃烧碳量（的部分越大。冶炼一吨生铁减少的燃

14、烧碳量（kgkg）为：）为： 式中：式中：C C风风2 2、C C风风1 1不同风温下鼓风的焓不同风温下鼓风的焓( (扣除水分分解扣除水分分解热热) )，kJ/mkJ/m3 3；q qc c风口前风口前1kg1kg碳素燃烧放出的热量，碳素燃烧放出的热量，kJ/kg; kJ/kg; V V风风/ /铁铁冶炼冶炼1 1吨铁所消耗的风量，吨铁所消耗的风量，m m3 3/ /吨铁；吨铁；V V风风/ /碳碳燃烧燃烧1kg1kg碳所消耗的风量，碳所消耗的风量，m m3 3 /kg /kg。上式表明随着风温的提高，由上式表明随着风温的提高，由于于 等因素基本不变，而等因素基本不变，而 增大，所以增大，所以

15、 随风温提高，随风温提高， 幅度降低。幅度降低。()()()()()()221/21/2ccCqVCVCCVCCCqVC风风风风/碳风 铁风风风 铁风风/碳D+=-D=+()21CC风风-()2C风()CD提高风温降低焦比的效果：提高风温降低焦比的效果：吨铁风量每吨铁风量每100100降低焦比降低焦比600700 700800800900 9001000 100011001535kg 1530kg 1025kg820kg820kg（2）高炉内温度场发生变化高炉内温度场发生变化炉缸温度炉缸温度炉身上部和炉顶温度炉身上部和炉顶温度中温区（中温区（90090010001000）略有扩大）略有扩大原因

16、原因每每 100100风温，风口理论燃烧温度风温，风口理论燃烧温度60608080C C风风 煤气量（标态体积）煤气量（标态体积） 炉身上部温度炉身上部温度注注: : C C风风代表风口前燃烧的碳量。代表风口前燃烧的碳量。原原 因：因：（3）直接还原度略有升高 CO炉身温度炉身温度原原 因因（4 4）炉内压损）炉内压损P P 焦比焦比料柱透气性变差料柱透气性变差高炉下部温度高炉下部温度煤气流速和体积煤气流速和体积SiOSiO挥发挥发堵塞料柱孔隙堵塞料柱孔隙 如果高炉在顺行的极限下操作则风温如果高炉在顺行的极限下操作则风温 将迫使冶炼强度将迫使冶炼强度（5）有效热消耗减少有效热消耗减少 原原 因

17、因 灰分灰分 渣量渣量硫量硫量 脱硫耗热脱硫耗热+ +脱硫碳脱硫碳耗耗焦比焦比 （6 6）改善生铁质量改善生铁质量风温风温 焦比下降，高炉的硫负荷下降，焦比下降，高炉的硫负荷下降，炉缸温度升高，热量充沛，炉缸温度升高，热量充沛， 易于冶炼低硫生铁易于冶炼低硫生铁；我国大型高炉平均风温我国大型高炉平均风温11501150宝钢高炉热风温度宝钢高炉热风温度1220122012501250日本最高风温可达日本最高风温可达13501350 高炉具备接受高风温的条件是关键5.3.25.3.2炉接受高风温的条件炉接受高风温的条件风温风温超过超过 “ “极限极限” ” 炉况不顺，导致焦比炉况不顺，导致焦比产量

18、产量利用热分解，降低风口理论燃烧温度利用热分解，降低风口理论燃烧温度（加湿在不喷吹燃料情况下为宜）（加湿在不喷吹燃料情况下为宜） 接受高风温的条件接受高风温的条件精料精料焦炭质量、矿石品位，改善高炉下部料柱透气性焦炭质量、矿石品位，改善高炉下部料柱透气性提高炉顶压力（高压操作）提高炉顶压力（高压操作）降低煤气流速降低煤气流速P P 喷吹燃料喷吹燃料加湿鼓风加湿鼓风5.3.3 高风温的获得：高风温的获得：高炉煤气发热值较低：高炉煤气发热值较低：320032003800kJ/m3800kJ/m3 3获得高风温的设备因素受限制获得高风温的设备因素受限制空气煤气预热空气煤气预热高发热值燃料高发热值燃料

19、热风炉结构能承受高温热风炉结构能承受高温燃烧热风炉，使火焰温度燃烧热风炉，使火焰温度达达1550 1550 17001700结构结构材质（钢、耐火材料）材质（钢、耐火材料）热风阀热风阀对对策策 5.4 5.4 喷吹燃料喷吹燃料主主 要要 目目 的的代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭喷吹燃料的种类喷吹燃料的种类天然气天然气原苏联、美国原苏联、美国重重 油油日本、法国、德国，因石油价格日本、法国、德国，因石油价格，也转向喷吹煤粉。，也转向喷吹煤粉。煤煤 粉粉我国（资源所限）我国（资源所限）世界上除重油、天然气丰富的地世界上除重油、天然气丰富的地区外，都在实践大

20、量喷煤工作。区外，都在实践大量喷煤工作。95降低焦比降低焦比 煤粉代替焦炭煤粉代替焦炭 间接还原发展间接还原发展 炉缸热状态稳定炉缸热状态稳定 为接受高风温创造条件为接受高风温创造条件改善生铁质量改善生铁质量, ,降低生铁成本降低生铁成本一种重要的炉况快捷调剂手段一种重要的炉况快捷调剂手段喷煤效果喷煤效果高炉喷吹用煤要求：高炉喷吹用煤要求：（1 1）粒度，无烟煤）粒度，无烟煤-200-200目应达到目应达到8085% %，烟煤，烟煤- -200200目的达到目的达到5065%。含结晶水的烟煤、褐煤在高。含结晶水的烟煤、褐煤在高富氧的条件下粒度还可以更粗些。富氧的条件下粒度还可以更粗些。（2 2

21、）温度，应控制在）温度，应控制在7080，以避免输送煤粉，以避免输送煤粉载体中的饱和水蒸气凝结而影响收粉。载体中的饱和水蒸气凝结而影响收粉。（3 3）水分）水分, ,煤粉的水分应控制在煤粉的水分应控制在1%1%左右，最高不超左右，最高不超过过2%2%。5.4.15.4.1喷煤对高炉冶炼的影响喷煤对高炉冶炼的影响（1 1）风口前燃料燃烧的热值）风口前燃料燃烧的热值原原 因因焦炭燃烧焦炭燃烧C C的氧化过程的氧化过程煤粉燃烧煤粉燃烧升温升温+ +脱气脱气结焦结焦C C的氧化过程的氧化过程耗热耗热H/CH/C愈高，耗热量愈大愈高，耗热量愈大燃烧热值燃烧热值焦炭可基本全部被燃烧焦炭可基本全部被燃烧煤粉

22、在燃烧区停留时间短煤粉在燃烧区停留时间短部分未燃煤粉随气流上升部分未燃煤粉随气流上升84（2 2）燃烧带燃烧带扩大扩大 原原 因因.炉缸煤气量炉缸煤气量( (以焦炭为以焦炭为1 1时，煤粉为时，煤粉为1.13)1.13).部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，在管路部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，在管路内形成高温内形成高温( (高于鼓风温度高于鼓风温度400-800),400-800),促使中心气流发展（鼓风动能促使中心气流发展（鼓风动能） 当喷煤量增加到一定水平后，炉缸中心煤气量可当喷煤量增加到一定水平后，炉缸中心煤气量可能会受到抑制，与中心料柱的透气性有关。能会受到抑制，与中心料柱的透气性有关。（3

23、 3）风口前理论燃烧温度）风口前理论燃烧温度 原因：原因： 作为喷吹物的煤粉与焦炭比是冷态的作为喷吹物的煤粉与焦炭比是冷态的 煤粉的热分解需要消耗热量煤粉的热分解需要消耗热量 燃烧产物量燃烧产物量用于加热产物到燃烧用于加热产物到燃烧温度的热量消耗温度的热量消耗C C熔损反应量熔损反应量焦比焦比 焦炭与焦炭与COCO2 2反应的表面积反应的表面积 焦比焦比单位生铁的炉料容积单位生铁的炉料容积矿石在炉内停留时间矿石在炉内停留时间（4 4）直接还原度）直接还原度间接还原间接还原原原 因因 还原性组分（还原性组分（COCOH H2 2）浓度）浓度，绝对量，绝对量( (煤气量煤气量所致所致) ) 高炉下

24、部温度高炉下部温度碳熔损反应受到抑制碳熔损反应受到抑制（5 5） 煤气阻力损失（煤气阻力损失（P P）原原 因因 焦炭量焦炭量 料柱透气性料柱透气性 煤气量煤气量 煤气流速增大煤气流速增大高温区高温区上移上移趋于均匀趋于均匀略有上升略有上升 所致所致W气W料炉缸边缘温度炉缸边缘温度 风口理论燃烧温度下降所致风口理论燃烧温度下降所致炉缸温度炉缸温度炉缸中心温度炉缸中心温度 煤气穿透能力增强所致煤气穿透能力增强所致（煤气量、煤气含氢、鼓风动能（煤气量、煤气含氢、鼓风动能）（6 6）炉内温度场变化）炉内温度场变化 原原 因因炉身温度炉身温度炉顶温度炉顶温度（7）存在热滞后现象存在热滞后现象原原 因因

25、喷入炉内的煤粉要分解吸热喷入炉内的煤粉要分解吸热 炉缸温度暂时炉缸温度暂时被还原性强的煤气作用的被还原性强的煤气作用的炉料下降到炉缸后，由于炉料下降到炉缸后，由于 炉缸温度回升炉缸温度回升直接还原耗热减少直接还原耗热减少“热滞后热滞后”时间约为时间约为3 34 4小时小时 2 2、煤粉的置换比与喷吹量、煤粉的置换比与喷吹量（1 1）置换比）置换比 喷吹喷吹1kg1kg煤粉能替换的焦炭量煤粉能替换的焦炭量（在（在1.21.20.750.75之间）之间）置换比置换比喷吹量喷吹量煤粉含煤粉含C C量和含量和含H H2 2量量煤粉燃烧率煤粉燃烧率炉况顺行程度炉况顺行程度是否有补偿手段是否有补偿手段喷吹

26、量喷吹量煤粉与焦炭的灰分煤粉与焦炭的灰分（2 2）影响喷煤置换比的因素）影响喷煤置换比的因素（3） 喷吹量保持合理的置换比下在骨架不是限制环节时扩大喷吹量是炼铁工作者的任务3、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）（1 1）炉内透气性因素分析）炉内透气性因素分析 对于高炉上部块状带，随着喷煤量的增加，料柱中焦对于高炉上部块状带，随着喷煤量的增加，料柱中焦炭数量减少，透气性变差，压差上升，影响高炉顺行。但炭数量减少，透气性变差，压差上升，影响高炉顺行。但这种限制可以用提高炉顶压力降低实际煤气流速和改善炉这

27、种限制可以用提高炉顶压力降低实际煤气流速和改善炉料的质量来部分地解决。料的质量来部分地解决。 高炉下部软熔带和滴落带的炉渣滞留甚至出现液泛是高炉下部软熔带和滴落带的炉渣滞留甚至出现液泛是整个喷煤的决定性限制环节。研究表明，为使高炉正常生整个喷煤的决定性限制环节。研究表明，为使高炉正常生产，高炉下部焦柱中应保持一个最低允许的空隙度产，高炉下部焦柱中应保持一个最低允许的空隙度，此，此值为值为0.230.24m m3 3/m/m3 3。渣量为。渣量为500kg/t500kg/t允许的焦比水平为允许的焦比水平为400440 kg/tkg/t，渣量为，渣量为250300kg/tkg/t，允许的焦比水平为，允许的焦比水平为250kg/tkg/t。（2 2）补偿手段）补偿手段喷吹煤粉喷吹煤粉 高风温高风温 高压操作高压操作 富氧鼓风富氧鼓风t理t顶rdP可通过运用高风温、高压操作和可通过运用高风温、高压操作和富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段。4 4、未燃煤粉在高炉内的行为、未燃煤粉在高炉内的行为： （1 1）参加碳的