王筱留-優(yōu)化鼓風(fēng)質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵的剖析-新疆大高爐會(huì)議0917

1、優(yōu)化鼓風(fēng)質(zhì)量以實(shí)現(xiàn)低碳煉鐵的剖析 王筱留北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院鋼冶系北京市海淀區(qū)學(xué)院路30號(hào),100083新疆 提 綱1. 風(fēng)壓-高壓操作的保證2. 風(fēng)溫 2.1 制約熱風(fēng)爐不能提供128020風(fēng)溫的因素和解決的技術(shù)措施 2.2 輸送熱風(fēng)管路問(wèn)題和解決措施 2.3 縮小拱頂溫度t拱與熱風(fēng)溫度t風(fēng)的溫差以達(dá)到風(fēng)溫1280203.富氧 3.1 富氧率 3.2 制約高爐煉鐵富氧量的因素 3.3 適宜（經(jīng)濟(jì)）富氧量4. 濕度5. 結(jié)論 前 言 精料是實(shí)現(xiàn)高爐節(jié)能，低碳低成本煉鐵的基礎(chǔ)，在原燃料質(zhì)量下滑而價(jià)格攀升的情況下，堅(jiān)持精料尤為重要，人們?cè)谔岣邿Y(jié)礦冶金性能和粒度組成方面做了很多有效的工作

2、； 但往往忘了鼓風(fēng)也是高爐煉鐵的重要?dú)鈶B(tài)原料，忽視它的質(zhì)量對(duì)高爐煉鐵低碳低成本的影響； 本文以優(yōu)化鼓風(fēng)質(zhì)量：風(fēng)壓，風(fēng)溫，富氧，濕度等方面進(jìn)行剖析，闡明它們對(duì)低碳低成本煉鐵的影響。1 風(fēng)壓-高壓操作的保證高爐頂壓力操作-簡(jiǎn)稱高壓操作是高爐煉鐵增產(chǎn)節(jié)焦有效技術(shù)措施之一，增產(chǎn)在于高壓后，爐內(nèi)壓差降低在現(xiàn)有爐頂壓力的情況下，頂壓進(jìn)一步提高降低壓差在2-3kPa/100Pa，由于生產(chǎn)條件的差異，增產(chǎn)的效果也略有差別，寶鋼的經(jīng)驗(yàn)是頂壓每提高10kPa，風(fēng)量可增加200-250m3/min，大部分廠家是每提高10kPa的增產(chǎn)效果在1.5%-3.0%，節(jié)焦在于提高頂壓后有利間接還原發(fā)展和低硅生鐵的冶煉，并且使

3、爐塵量大幅度減少吹出的焦和煤粉降低，碳在高爐內(nèi)的利用率提高，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)踐表明，頂壓每提高10kPa，焦比下降1.0%左右，最高可達(dá)1.5%。爐頂壓力是受風(fēng)機(jī)出口壓力限制的， 或 式中PC-風(fēng)機(jī)出口壓力，MPa; PT-爐頂壓力，MPa；P1爐內(nèi)料柱阻損，MPa；P2-熱風(fēng)爐阻損，MPa；P3-送風(fēng)管路阻損，MPa。高爐設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50427-2008）規(guī)定的上述諸值列于表1。表1 GB50427-2008規(guī)定的PC，PT和P1和P2+P3值高爐級(jí)別/m310002000300040005000料柱阻損/MPa0.120.140.140.160.160.180.180.200.190.23送

4、風(fēng)系統(tǒng)阻損/MPa0.0250.0250.030.0350.035風(fēng)機(jī)出口壓力/MPa0.340.370.360.440.400.490.450.540.490.57爐頂壓力/MPa0.200.200.250.220.280.250.300.280.30而我國(guó)目前各級(jí)高爐風(fēng)機(jī)的額定出口壓力為：高爐級(jí)別1000200030004000額定出口壓力，0.310.460.400.520.450.490.51它們都已具備爐頂壓力達(dá)到的條件，建議凡是爐頂壓力沒(méi)有達(dá)到的高爐都應(yīng)在精料基礎(chǔ)上將爐頂壓力提高。并通過(guò)已知風(fēng)壓和頂壓的條件下計(jì)算，冶煉條件下的允許爐腹煤氣量。然后按爐腹煤氣量來(lái)控制高爐的生產(chǎn)達(dá)到高效

5、，低碳。表2 我國(guó)目前各級(jí)高爐風(fēng)機(jī)的額定出口壓力，MPa最簡(jiǎn)單的計(jì)算方法是從流體力學(xué)導(dǎo)出的計(jì)算式：式中 V爐腹max冶煉條件下允許最大爐腹煤氣量，m3/minP熱風(fēng)-熱風(fēng)壓力，100Pa（表壓）；P頂-爐頂壓力，100Pa（表壓）；K-全爐透氣阻力系數(shù)，K值與高爐容積關(guān)系示于圖11。 例如某4000m3級(jí)高爐 P熱風(fēng)，P頂，該爐的K值從圖1上查到最佳，最大不能超過(guò)。 由爐腹煤氣量推算出風(fēng)量 該高爐以上述爐腹煤氣量和風(fēng)量生產(chǎn)獲得燃料比486490kg/t，利用系數(shù)V3d。2. 風(fēng)溫 加熱到高溫的鼓風(fēng)給高爐煉鐵帶來(lái)很寶貴的高溫?zé)崃?，可以?jié)約燃料消耗因?yàn)楣娘L(fēng)帶入風(fēng)口燃燒帶的熱量可全部代替燃料中碳燃燒

6、成CO放出的熱量，其節(jié)約的燃燒碳量可按下式計(jì)算：式中q風(fēng)1，q風(fēng)2-風(fēng)溫提高前后鼓風(fēng)的焓（扣除風(fēng)中水分分解）KJ/m3;qC-風(fēng)口前1kg燃料中碳燃燒成CO放出量，一般焦炭中碳為9800KJ/kg，無(wú)煙煤粉中碳為9400 KJ/kg，煙煤中碳為8400KJ/kg，（煤粉的放熱量扣除其分解好熱后的熱值）；v風(fēng)-燃燒1kg碳消耗的風(fēng)量， ，m3/kg。 從計(jì)算式可以看出每100風(fēng)溫節(jié)省的燃料中碳量是遞減的。盡管如此，在目前我國(guó)重點(diǎn)企業(yè)風(fēng)溫平均已達(dá)到1160-1170，但如果進(jìn)一步提高到最高風(fēng)溫水平128020還有100多度的潛力，還可降低燃料比10kg/t以上。 我國(guó)的煉鐵工作者已經(jīng)完全掌握了全燒

7、單一低熱值高爐煤氣（30003200KJ/m3）達(dá)到風(fēng)溫1300的技術(shù)，并且曾在大、中、小高爐上實(shí)現(xiàn)（500m3級(jí)高爐-河北奧森廠，10002000m3級(jí)山西通才廠，5000m3級(jí)首鋼京唐廠）。但絕大部分高爐的風(fēng)溫在1200以下，少數(shù)高爐曾達(dá)到12801300風(fēng)溫，但因存在某些技術(shù)問(wèn)題而又退下來(lái)了，分析原因?yàn)閮深悾阂活愂菬犸L(fēng)爐本身不能提供128020風(fēng)溫，另一類是輸送熱風(fēng)管路不能承受這么高的溫度。2.1制約熱風(fēng)爐不能提供128020風(fēng)溫的因素和解決的技術(shù)措施要獲得128020的高風(fēng)溫，必須將熱風(fēng)爐的拱頂溫度維持在138020，曾經(jīng)制約拱頂溫度的因素有： 1）煤氣質(zhì)量 它從三方面影響t拱：煤氣熱

8、值；含塵量；含水量。 煤氣熱值，隨著高爐生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，煤氣在高爐內(nèi)的利用率不斷提高，CO高的已超過(guò)，煤氣中發(fā)熱的主要組分CO有的已降到22%以下，煤氣熱值已低于3000KJ/m3，單用這樣的煤氣燒爐是不能使t拱達(dá)到13801400，但目前已有成功的技術(shù)，除了過(guò)去常用的煤氣富化，即向煤氣總?cè)敫邿嶂档霓D(zhuǎn)爐煤氣，焦?fàn)t煤氣或天然氣，富化以后就可達(dá)到要求（例如每?jī)度?%焦?fàn)t煤氣可使煤氣熱值提高約148KJ/m3）外，現(xiàn)在最常用的是將高爐煤氣預(yù)熱到200250（每100可提高t拱50左右）助燃空氣預(yù)熱到350600（每100可提高t拱3035）在熱風(fēng)爐燒爐時(shí)，可將拱頂溫度控制在13801400。 含塵量

9、，要滿足拱頂溫度達(dá)到13801400，煤氣含塵量應(yīng)達(dá)到10mg/m3以下，滿足14001450，要達(dá)到5-8mg/m3，現(xiàn)在的干法布袋除塵可達(dá)到這樣的含塵量，甚至工作好的含塵量還可達(dá)到5 mg/m3，滿足t拱1550。 含水量，煤氣中的水分過(guò)高，會(huì)降低煤氣的發(fā)熱值，也降低了燒爐時(shí)的火焰溫度，在濕法除塵后，煤氣中水分每增加1%，煤氣發(fā)熱值降低3，拱頂溫度降低8，現(xiàn)采用干法除塵后，含水量的問(wèn)題已完全解決。 從上面分析可以看出，煤氣質(zhì)量曾經(jīng)是決定性因素，但現(xiàn)在已有新技術(shù)完全解決，使之不成為問(wèn)題。2）燃燒期內(nèi)燃燒器結(jié)構(gòu)和性能決定了燃燒過(guò)程的空氣過(guò)剩系數(shù)（n=實(shí)際助燃空氣消耗量/按化學(xué)反應(yīng)要求的理論空氣

10、消耗量），燃燒單一高爐煤氣時(shí)n值波動(dòng)在1.051.30之間，陶瓷燃燒器性能好使煤氣與助燃空氣混合越好，n值就越低，否則n值就越高。相同煤氣在不同燃燒器中燃燒所得t拱不同，其中套筒式的n值大（例如霍戈文式改良內(nèi)燃式熱風(fēng)爐用的陶瓷燃燒器n值在1.151.30）柵格式的n值就?。ɡ缭ヅd式頂燃熱風(fēng)爐和卡魯金式頂燃熱風(fēng)爐使用的n值在1.05左右）而n值每增加0.05，t拱要降低15，所以同樣的高爐煤氣在霍戈文改良內(nèi)燃式熱風(fēng)爐上所得t拱要比豫興式或卡魯金式頂燃式熱風(fēng)爐上的t拱低3060，目前正在推廣頂燃式熱風(fēng)爐，因此可以說(shuō)這個(gè)制約因素已經(jīng)解決。3）熱風(fēng)爐拱頂和上部格子磚耐火材料 t拱應(yīng)低于所用耐火材料的

11、荷重軟化溫度100150，20世紀(jì)50年代耐火材料的質(zhì)量不是很好，耐材及其砌筑質(zhì)量曾是t拱的制約性因素，現(xiàn)在耐材質(zhì)量大幅度提高，低蠕變高鋁磚和硅磚的使用就完全解決了此問(wèn)題。但是仍有部分廠為節(jié)省投資，采購(gòu)價(jià)廉低質(zhì)的假低蠕變高鋁磚，再加上砌筑質(zhì)量不佳，目前仍成為風(fēng)溫的制約因素，而且還造成熱風(fēng)爐短壽命。4）爐殼晶界腐蝕 在煤氣燃燒過(guò)程中，高溫使N2和O2分解單體N和O，隨后N和O又生成NOx，煤氣中殘余的S和H2S燃燒時(shí)又形成SOx，煙氣中NOx和SOx通過(guò)磚縫擴(kuò)散到爐殼內(nèi)表面，與該處冷凝的H2O生成HNO2，HNO3和H2SO3，H2SO4，在有Fe3+存在的條件下，它們成為鋼殼的強(qiáng)腐蝕劑，在爐殼

12、存在應(yīng)力的地方形成的酸沿著晶格侵入內(nèi)部，裂縫擴(kuò)展導(dǎo)致鋼板破裂，熱風(fēng)爐生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的脈沖拉應(yīng)力和疲勞應(yīng)力更促使這種腐蝕將鋼殼破裂，研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明NOx大量產(chǎn)生的溫度是1400左右。當(dāng)燃燒溫度超14201450時(shí)，NOx生成量迅猛增加，晶界腐蝕隨之加重，盡管在建爐和生產(chǎn)中采取了一系列措施來(lái)預(yù)防，但這些措施只能減緩腐蝕的進(jìn)展，而不能根除。因此晶界腐蝕是目前制約t拱的決定性因素，生產(chǎn)中將t拱限制在1400以下，成為使NOx產(chǎn)生量盡可能少的唯一途徑。 通過(guò)以上剖析，晶界腐蝕成為決定性因素，它限制t拱只能維持在138020，在這樣的t拱下風(fēng)溫也就限制在128020。2.2輸送熱風(fēng)管路問(wèn)題和解決措施目

13、前輸送熱風(fēng)管路成為熱風(fēng)爐本身能夠提供128020風(fēng)溫，而實(shí)際風(fēng)溫達(dá)不到1200的主要甚至唯一原因。輸送管路出現(xiàn)的問(wèn)題表現(xiàn)在：熱風(fēng)出口磚襯頻繁損壞造成出口鋼殼燒紅變形；熱風(fēng)管道內(nèi)磚襯脫落甚至造成管道破損；支管，總管和圍管的連接處損壞。在20世紀(jì)熱風(fēng)管道的設(shè)計(jì)，砌筑主要是考慮熱膨脹造成的影響，而未考慮不對(duì)稱開(kāi)孔和不對(duì)稱連接造成的盲板力的作用，因此造成了上述問(wèn)題的出現(xiàn)，現(xiàn)在的熱風(fēng)管道設(shè)計(jì)已經(jīng)全面考慮熱膨脹，生產(chǎn)中出現(xiàn)的壓力波動(dòng)和盲板力的影響，并采取了相應(yīng)措施保證熱風(fēng)管道能在1300風(fēng)溫下安全穩(wěn)定地工作。 作者認(rèn)為格孔中302.0mm的19孔磚完全可以適應(yīng)現(xiàn)代熱風(fēng)爐要求的合理格/u格的比值，這種磚的加

14、熱面達(dá)到=55m2/m3左右，蓄熱體的容積uk3/m3左右。最佳通道面積在0.36 m2/m3左右。為強(qiáng)化上部高溫區(qū)輻射傳熱以貯存更多的高溫?zé)崃?，可在蓄熱體上部高溫區(qū)使用山東慧敏公司開(kāi)發(fā)的高效蓄熱體覆層技術(shù)，既可提高格磚的性能，又可提高格磚的高溫?zé)崃抠A量30%左右，可獲得提高t風(fēng) 1520的效果。2）高爐開(kāi)爐期過(guò)后，應(yīng)將盲板封死混合閥通道，由于混風(fēng)蝶閥是關(guān)不嚴(yán)的，即使儀表顯示它已關(guān)閉，但仍有冷風(fēng)流過(guò)，通過(guò)測(cè)定表明，混風(fēng)閥關(guān)不嚴(yán)漏冷風(fēng)會(huì)使風(fēng)溫下降1525。所以封死混風(fēng)閥通道可縮小溫差205，封死后采用全交叉（4座熱風(fēng)爐）或半交叉（3座熱風(fēng)爐）熱并聯(lián)送風(fēng)（圖3、4）。它的實(shí)質(zhì)是用較低溫鼓風(fēng)代替冷風(fēng)

15、與過(guò)高風(fēng)溫的鼓風(fēng)混合達(dá)到設(shè)定風(fēng)溫水平。由于使用送風(fēng)末期低于設(shè)定風(fēng)溫的部分鼓風(fēng)去降低另一座送風(fēng)初期高于設(shè)定風(fēng)溫的溫度達(dá)到設(shè)定風(fēng)溫，這樣比用冷風(fēng)來(lái)混風(fēng)可提高風(fēng)溫2040，這是很有效的技術(shù)措施。要實(shí)現(xiàn)熱并聯(lián)送風(fēng)，一定要采用全自動(dòng)控制兩座熱風(fēng)爐冷風(fēng)閥的開(kāi)度，在現(xiàn)在技術(shù)條件下是完全可以做到的。123456781送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)2送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)3送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)4送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)空白為燃燒圖4 交叉并聯(lián)送風(fēng)操作制度作業(yè)圖123456781送風(fēng)送風(fēng)送風(fēng)2送風(fēng)送風(fēng)送3送送風(fēng)送風(fēng)空白為燃燒圖5半交叉并聯(lián)送風(fēng)操作制度作業(yè)圖3）燃燒期適當(dāng)提高廢氣溫度，在現(xiàn)代技術(shù)條件下，改進(jìn)熱風(fēng)爐爐箅和支座材質(zhì)，使其工作溫度提高到60

16、0左右（加Mo等合金元素即可實(shí)現(xiàn)），研究和實(shí)踐表明廢氣溫度每提高100，可使風(fēng)溫提高約40，這是因?yàn)閺U氣溫度提高以后強(qiáng)化了蓄熱體下部的傳熱。提高了溫度的廢氣可通過(guò)換熱器用來(lái)預(yù)熱煤氣和助燃空氣，使進(jìn)入煙囪的廢氣溫度降到100150，提高了熱風(fēng)爐的熱效率，降低了加熱鼓風(fēng)的能耗，也降低了CO2排放量。4）適當(dāng)縮短送風(fēng)期，目的是使送風(fēng)末期的風(fēng)溫水平提高并用于混風(fēng)，適宜的送風(fēng)周期是與格磚的熱工特性有關(guān)。在現(xiàn)代熱風(fēng)爐上使用19孔格孔的格磚時(shí)送風(fēng)周期設(shè)定在4550min為宜，不宜超過(guò)1h。5）冷風(fēng)進(jìn)入熱風(fēng)爐的區(qū)域爐箅子支柱區(qū)域設(shè)置導(dǎo)流板，使冷風(fēng)進(jìn)入蓄熱室得到合理分布，冷風(fēng)與格磚之間的熱交換更完善，實(shí)踐表明可

17、縮小溫差10左右。6）采用全自動(dòng)燒爐，換爐，熱并聯(lián)送風(fēng)冷風(fēng)閥開(kāi)度等，即可減少加熱用煤氣消耗5%10%，降低換爐過(guò)程風(fēng)壓和風(fēng)溫波動(dòng)，還可使風(fēng)溫與拱頂溫度差縮小1015。 富氧對(duì)高爐煉鐵的有益作用：強(qiáng)化高爐冶煉提高高爐產(chǎn)量（3.5%2.7%）/%O2；為高噴煤量提供t理的溫度補(bǔ)償4550/%O2和煤粉燃燒需要的氧過(guò)剩系數(shù)，提高煤粉在風(fēng)口前的燃燒速度和燃燒率，其效果為20-25kg/%O2;維持良好的高爐爐缸狀態(tài)和提高高爐煤氣的發(fā)熱值等。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外高爐幾乎100%，采用富氧鼓風(fēng)煉鐵。作者認(rèn)為需要剖析三個(gè)問(wèn)題，以求與煉鐵工作者達(dá)到共識(shí)：富氧率計(jì)算、制約富氧量的因素和適宜（經(jīng)濟(jì)）富氧量的選定。在高爐生產(chǎn)

18、的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)和對(duì)標(biāo)中有一項(xiàng)是富氧率，但是目前這項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算尚無(wú)統(tǒng)一的規(guī)范算法。實(shí)際各廠的富氧率的數(shù)值差異并不能完全反映其富氧量的多少。造成這種狀況的原因是富氧率概念的差異：有的是將富氧后風(fēng)中含氧量比大氣鼓風(fēng)含氧量多出的增量作為富氧率，有的是將富氧量占鼓風(fēng)量的比例作為富氧量。 富氧率3.5 球式頂燃熱風(fēng)爐改造問(wèn)題的討論 第一種概念計(jì)算的式子有考慮大氣濕度的，也有忽略大氣濕度的。在目前廣泛采用脫濕鼓風(fēng)的情況下，風(fēng)中的濕度基本穩(wěn)定在冬季水平（即一年中最低濕度），作者認(rèn)為作為工業(yè)生產(chǎn)計(jì)算可忽略風(fēng)中水分，這樣富氧率可按下式計(jì)算：生產(chǎn)中風(fēng)量單位是m/min，而富氧的單位是m/h。計(jì)算時(shí)要注意統(tǒng)一為

19、m/min，還要注意分母中風(fēng)量中是否要加氧量，這與氧加入方式有關(guān)，在風(fēng)機(jī)前加入，則風(fēng)量中已包含氧氣，這時(shí)不需要再加富氧量，單用風(fēng)量計(jì)算即可，在風(fēng)機(jī)的流量孔板后加入（我國(guó)生產(chǎn)中大部分是這種方式），則要加富氧量。這個(gè)計(jì)算式在包鋼生產(chǎn)中就演變成式中：為60為h與min的單位換算V風(fēng)包括富氧量 考慮鼓風(fēng)中的濕度時(shí)的計(jì)算式為（包鋼工業(yè)氧含量99%）風(fēng)機(jī)前富氧 孔板后富氧 第二種概念計(jì)算的式子較為簡(jiǎn)單風(fēng)機(jī)前富氧：富氧量/風(fēng)量孔板后富氧：富氧量/(風(fēng)量+富氧量) 這種計(jì)算式是較為粗略的，有學(xué)者認(rèn)為不夠嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)，因?yàn)樗炔豢紤]風(fēng)中的濕分，也不考慮工業(yè)氧的純度（即工業(yè)氧的含氧量），在計(jì)算中會(huì)造成誤差。例如前蘇

20、聯(lián)（現(xiàn)俄羅斯）工業(yè)氧僅含氧85%左右，現(xiàn)在分子篩吸附制氧的工業(yè)氧含量90%95%。 兩種計(jì)算方法實(shí)際差別是（工業(yè)氧含氧量-0.21），前一種算式中有，后一種算式中沒(méi)有，兩者相差（0.78-0.70）倍。 基于以上敘說(shuō)，建議采用第一種概念的計(jì)算方法來(lái)統(tǒng)一富氧率的計(jì)算，在統(tǒng)計(jì)報(bào)表中或改為氧耗量（m/h）或改為風(fēng)中含氧（%）。制約高爐煉鐵富氧量的因素 目前高爐煉鐵采用富氧和噴煤結(jié)合的綜合鼓風(fēng)技術(shù)，并取得相當(dāng)好的操作指標(biāo)和效益。引出的問(wèn)題是富氧量有無(wú)極限，什么樣的富氧率可取得最好的操作指標(biāo)和效益，我們從眾多影響因素中分析得出當(dāng)前最主要的限制因素是富氧后爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布和氧氣成本。從高爐冶煉工藝原理分析富

21、氧后高爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布的變化規(guī)律是t理上升，高溫區(qū)下移，爐身溫度和爐頂溫度下降，風(fēng)口前燃燒帶內(nèi)的燃料燃燒的t理計(jì)算式為式中 QC單位生鐵到達(dá)風(fēng)口燃燒帶燃料中碳燃燒成CO放出的熱量，KJ/t； Q風(fēng)單位生鐵消耗風(fēng)量帶入熱量； Q焦單位生鐵到達(dá)燃燒帶焦炭帶入熱量； KJ/t； n為焦炭在風(fēng)口燃燒率，一般為； k焦比；c焦焦炭比熱容。 tC焦炭進(jìn)入燃燒帶時(shí)的溫度，正常爐況時(shí) Q煤?jiǎn)挝簧F噴煤帶入熱量。 ；KJ/t M煤比，cM煤比熱容，tM一般為7080。 Q水分鼓風(fēng)和噴吹煤粉中水分分解耗熱，一般為10800kJ/m3H2O； Q噴分噴吹煤粉分解耗熱，一般可取300kJ/kg。 VCO，VH2，VN2

22、燃燒帶燃燒形成的組分，m3/t cCO，cH2，cN2煤氣多組分的比熱容，KJ/m M未單位生鐵噴吹煤粉在風(fēng)口前未燃燒的煤粉量， ，一般nM在70%80%; c未未燃燒的比熱容，kJ/kg A焦炭和煤粉在風(fēng)口前燃燒后殘余的灰分 cA灰分的比熱容 kJ/kg 在生產(chǎn)中常將Q煤、M未、A三項(xiàng)省略，并將 ， n焦，c焦=1.675KJ/kg代入得到實(shí)用公式從計(jì)算式可以看出，分子上Q風(fēng)因富氧后噸鐵風(fēng)量減少而減少，而分母上因富氧后風(fēng)中N2減少，造成燃燒后煤氣中N2減少，而CO則略有增加，但是最終煤氣量還是減少。這樣富氧后t理就上升，一般每1%富氧就上升4550/%O2。所以如果富氧增加后，t理上升到24

23、00以上，高爐煉鐵就難于保持順行，必須將t理降到2350以下，在中國(guó)的高爐生產(chǎn)中，一般是維持在220050，在高富氧，甚至全氧煉鐵時(shí)，常用提高噴吹燃燒和加濕鼓風(fēng)來(lái)降低過(guò)高的t理，即加大分子中的Q水分和Q噴分。鼓風(fēng)每增加1%H2O可以降低t理4045（低濕分）或3035（高濕分）或96/g H2O。而噴吹煤粉時(shí)，每1kg煤粉可以降低t理1.53.5，前者是噴無(wú)煙煤，而后者是噴高揮發(fā)分的長(zhǎng)焰煙煤，因此理論上講過(guò)高的t理是可以解決的，不是高氧量的制約因素。但爐頂溫度t頂?shù)慕档途筒灰粯恿?。雖然提高噴吹燃料數(shù)量可以提高t頂，可是至今噴吹煤粉量仍不能長(zhǎng)期維持在210kg/t以上，因而它提高t頂?shù)淖饔檬怯邢?/p>

24、的。高富氧后，t頂降低到露點(diǎn)以下，高爐就很難維持生產(chǎn)了，所以目前它成為制約富氧率的決定性的因素，從工藝?yán)碚?，試?yàn)研究以及高爐生產(chǎn)實(shí)踐三者方向綜合討論分析，富氧率的最高值在14%15%。這也是目前國(guó)外少數(shù)高爐（前蘇聯(lián)契鋼、新里畢茨克鋼、韓國(guó)浦項(xiàng)、荷蘭格魯斯廠）最高富氧率的控制水平，例如前蘇聯(lián)契鋼噴吹150m3/t天然氣時(shí)，高爐富氧到3035%，爐頂煤氣溫度控制在120左右。 氧氣成本 鼓風(fēng)富氧以后，由于增加了氧氣消耗，必然增加噸鐵生產(chǎn)的費(fèi)用，這種對(duì)生鐵成本的負(fù)面影響是可以得到對(duì)冶煉生產(chǎn)帶來(lái)的有益影響的補(bǔ)償，而且在富氧量合適的情況下，噴煤量的增加，產(chǎn)量的提高以及爐況穩(wěn)定順行等帶來(lái)的效益，超過(guò)富氧增

25、加的費(fèi)用而使生鐵成本降低，相反如果富氧增加的費(fèi)用超過(guò)帶來(lái)的效益，生鐵成本升高，富氧投入和產(chǎn)出的平衡取決于氧氣成本和富氧率的高低，前蘇聯(lián)高爐冶煉的富氧率低的4%5%，高的14%以上，其原因是其天然氣價(jià)和電價(jià)低，使用為高爐煉鐵專用含氧85%的工業(yè)氧成本（約為煉鋼用純氧成本的50%）也低。我國(guó)沙鋼5800m3高爐的富氧率達(dá)到8%以上，也是由于其氧氣成本低。適宜（經(jīng)濟(jì)）富氧量從制約因素分析中可以得到以下結(jié)論：富氧后溫度場(chǎng)分布變化規(guī)律決定的富氧率在14%，而氧氣成本決定的富氧率需從冶煉條件和實(shí)際氧氣成本確定，北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院博士生在導(dǎo)師指導(dǎo)下就我國(guó)高爐冶煉條件下：噴煤130150kg/t，

26、氧價(jià)元/m3進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)山東某鋼鐵廠500m3高爐富氧率與生鐵成本關(guān)系得到如圖的結(jié)果：合適富氧率4%，這樣的富氧率下生鐵成本最低。圖7 富氧率4%時(shí)不同氧價(jià)格對(duì)生鐵成本的影響1-氧價(jià)元/m3;2-氧價(jià)元/m3；3-氧價(jià)元/m3如果富氧的效益維持在氧價(jià)元/m3的水平，則隨著氧價(jià)的降低高爐富氧率可進(jìn)一步提高。圖8 不同氧價(jià)下，生鐵成本與富氧的關(guān)系（效益均維持在元/m3時(shí)的水平）在制氧成本下降（例如前蘇聯(lián)為高爐煉鐵制造的專用制氧機(jī)生產(chǎn)含氧85%的工業(yè)氧，又如現(xiàn)在開(kāi)始推廣的變壓吸附制氧含氧90%95%的工業(yè)氧，氧價(jià)比深冷制氧的氧價(jià)低40%-50%）的情況下，如何選定富氧率，固定在4%使生鐵成本更低

27、，還是生鐵成本維持4%時(shí)的，而增大富氧率，以取得產(chǎn)量提高，噴煤量增加，這要看富氧的總效益。 A=P(C-S) A-總效益，元/t；P-因富氧增加的產(chǎn)量，t/d；C-生鐵出廠價(jià)（即市場(chǎng)生鐵價(jià)）它由市場(chǎng)決定，元/t；S-生鐵成本，元/t。 前一種情況 產(chǎn)量P1小但C-S1值大。總效益A1=P1(C-S1) 后一種情況 產(chǎn)量P2大但C-S2值小。總效益A2=P2(C-S2) 生產(chǎn)中A1和A2比較；那個(gè)大就選那種方案組織生產(chǎn)。就目前情況下，如果企業(yè)有多座高爐，宜將有限的氧量分配到各爐采用低富廣富的方案為好，不宜將氧氣集中在某一座高爐使用。自然界的客觀規(guī)律是夏季濕度大，冬季濕度小。例如沿海的上海地區(qū)夏季

28、濕度最高接近40g/m3，而冬季則平均在1213 g/m3，最低則低于10 g/m3。晝夜的波動(dòng)不僅與氣溫有關(guān)（白天氣溫高濕度大，夜間氣溫低濕度低），而且還與是否下雨有關(guān)。大氣濕度的變化造成入爐鼓風(fēng)中的含H2O量波動(dòng)，在其他冶煉條件不變的情況下，風(fēng)口前鼓風(fēng)中H2O分解熱也隨濕度變化而時(shí)多時(shí)少，造成風(fēng)口前t理波動(dòng)，引起爐缸熱狀態(tài)不穩(wěn)定和爐況不穩(wěn)定，解決濕度波動(dòng)以減緩或完全克服它對(duì)爐況波動(dòng)的方法有兩種：加濕到濕度波動(dòng)的最大值（夏季水平）和脫濕到濕度波動(dòng)的最小值（冬季水平）。在高爐煉鐵采用噴吹燃料之前，一般都采用加濕鼓風(fēng)，我國(guó)著名冶金學(xué)家葉諸沛在20世紀(jì)50年代提出的“三高理論”其中“一高”就是加濕

29、到10%。在高爐冶煉采用噴吹燃料后，我們提倡采用脫濕鼓風(fēng)，將大氣濕度脫到冬季水平，將濕分分解熱節(jié)省用于噴吹燃料分解耗熱以提高噴煤量。生產(chǎn)實(shí)踐表明，這項(xiàng)技術(shù)效果明顯，寶鋼將脫濕列為大噴煤200kg/t的必要條件。但是國(guó)內(nèi)外所有高爐并不是都采用脫濕鼓風(fēng)，有部分高爐至今仍采用加濕鼓風(fēng)。有的專家就以此為據(jù)評(píng)論我們?cè)趪娒簵l件下提倡脫濕具有一定的片面性，過(guò)分夸大了脫濕的效果而否定了加濕鼓風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)。這種評(píng)論是不符合事實(shí)的，首先我們提倡脫濕鼓風(fēng)，并不否定用少量加濕進(jìn)行調(diào)濕的作用，即在爐況波動(dòng)時(shí)用加減濕分來(lái)調(diào)節(jié)爐況的熱狀態(tài)，還是以寶鋼為例，寶鋼在一年中濕度高而且波動(dòng)大的季節(jié)內(nèi)先進(jìn)行脫濕到冬季平均水平（13g/m

30、3左右），然后在爐況需要調(diào)節(jié)時(shí)用加減13 g/m3調(diào)濕以求爐缸熱狀態(tài)的穩(wěn)定，因此總的來(lái)說(shuō)寶鋼是脫濕加調(diào)濕。并不是這些專家說(shuō)的寶鋼也是加濕鼓風(fēng)。第二、我們并沒(méi)有片面夸大脫濕鼓風(fēng)的效果?，F(xiàn)在使用最好的脫濕方法是風(fēng)機(jī)吸入側(cè)冷卻法，而在風(fēng)機(jī)的吸風(fēng)口前設(shè)置冷卻脫濕裝置，寶鋼高爐使用的脫濕裝置的參數(shù)示于表。表3 寶鋼脫濕裝置主要參數(shù)項(xiàng)目工況項(xiàng)目工況夏季平均最高（設(shè)計(jì)條件）年平均夏季平均最高（設(shè)計(jì)條件）年平均空氣量（標(biāo)態(tài)）/m3min-179007900出口溫度/8.52.5入口溫度/3216含濕量/gm-39.06.0相對(duì)濕度/%8380需要冷量/kcalh-11029000039720000含濕量/gm

31、-332.512.9脫除水分/kgh-1111403270顯然脫濕裝置本身是要耗能的，但是脫濕以后，風(fēng)機(jī)吸入空氣的溫度和濕度均因通過(guò)脫濕裝置后有所下降，這就為風(fēng)機(jī)創(chuàng)造了節(jié)能效果。如果脫濕裝置的耗能與風(fēng)機(jī)的節(jié)能完全相當(dāng)，兩者就可以相互抵消而使脫濕鼓風(fēng)不耗能，實(shí)際上風(fēng)機(jī)因脫濕的節(jié)能大于脫濕裝置耗能。表 為寶鋼高爐風(fēng)機(jī)吸入側(cè)冷卻脫濕的比較，從表中可以看到寶鋼7900m3/min，風(fēng)機(jī)脫濕后省工平均1951kw，而脫濕裝置的耗功為1616kw，所以總的是省功335kw。表4 寶鋼脫濕裝置耗電與風(fēng)機(jī)省電的比較指標(biāo)狀態(tài)風(fēng)量/m3min-1風(fēng)壓（表壓）/MPa吸入空氣溫度/吸入空氣濕度/gm-3鼓風(fēng)機(jī)功率/kw脫濕后鼓風(fēng)機(jī)省功脫濕裝置耗功/kw差額/kw/kw/%設(shè)計(jì)點(diǎn)不脫濕79000.44232.032.539312400210.23647335脫濕79000.4428.59.035310年平均不脫濕79000.44216.0