8高爐強化冶煉

1、第 五 章 高爐強化冶煉,精料 高冶煉強度 高壓 高風溫 噴吹燃料 富氧鼓風 低硅冶煉,第三節(jié) 高壓操作,在高爐的凈煤氣管道上設調壓閥組，依據閥組閥門關閉的程度來升高和調控爐頂壓力，一般認為使高爐處于0.03MPa以上的高壓下工作，叫高壓操作。 我國高爐高壓操作始于50年代中后期，第一座料罐式高壓高爐為鞍鋼9號高爐，1956年7月投產，第一座料車式高壓高爐為鞍鋼3號高爐，1957年8月投產，爐頂壓力為0.060.08MPa。緊接著鞍鋼10號高爐、本鋼、武鋼、包鋼等新建高爐全部采用高壓操作，爐頂壓力0.10.15MPa。70年代后新建的大中型高爐，特別是寶鋼巨型高爐爐頂壓力達到0.20.25MP

2、a，躍居世界先進行列。,第三節(jié) 高壓操作,國外高壓操作起步較早，特別是前蘇聯和西歐各國，50年代初就擁有很多高壓高爐，當時爐頂壓力一般為0.060.08MPa。 目前我國部分中型高爐的頂壓已提到0.08MPa左右， 部分300600m3高爐沒有采用高壓操作技術，需改造為高壓高爐，這是一項強化高爐冶煉，提高產量，降低焦比的重大措施。 隨著爐頂壓力提高，高爐冶煉進程和爐前工作節(jié)奏加快，必須采取一系列適應措施，才能保證高壓操作順利進行。,第三節(jié) 高壓操作,(1) 壓頭損失降低 提高爐頂壓力，在冶煉強度不變的情況下，總壓頭損失降低，但沿高度方向各部位降低幅度并不一致，下部風口至爐腰間增加，爐腰以上降低

3、幅度較大。因此，生產過程產生的難行或懸料多發(fā)生在爐子下部。故高壓操作時如何采取措施減少下部壓頭損失，對充分發(fā)揮高壓效果具有重要意義。 (2) 邊緣氣流發(fā)展 提高爐頂壓力，煤氣速度降低，特別是邊緣降低幅度較大。 據日本福山高爐測定，爐頂壓力每提高0.01MPa，爐喉煤氣速度降低5.6，從而促進邊緣氣流發(fā)展。所以，高壓操作必須相應加風，特別是爐頂壓力增加幅度較大時，應適當縮小風口面積。,高壓操作冶煉特征,第三節(jié) 高壓操作,高壓操作冶煉特征,第三節(jié) 高壓操作,高壓操作冶煉特征,第三節(jié) 高壓操作,(3) 煤氣停留時間延長 提高爐頂壓力，煤氣在爐內停留時間延長，有利于還原反應進行，也有利于焦比降低。 (

4、4) 有利穩(wěn)定順行 提高爐頂壓力，由于壓頭損失降低，流速減慢，作用于爐料的浮力也相應降低，爐料比較容易下降，因而有利于爐況穩(wěn)定順行。 (5) 除塵器瓦斯灰量減少 爐頂壓力由常壓轉為0.08MPa時，爐塵量降了2050，現代高爐爐頂壓力提高到0.150.25MPa，爐塵量常低于10/kg/t。,高壓操作冶煉特征,第三節(jié) 高壓操作,對產量的影響 高壓操作壓頭損失降低，有利于加風，因而有利于提高產量。早期研究高壓對冶煉強度的影響時，許多人都推薦用H.M.查沃隆科夫(H.M)的計算壓頭損失來計算,高壓效果,第三節(jié) 高壓操作,對產量的影響 對產量的影響根據上式計算，爐頂壓力每提高0.01MPa，大約可增

5、加風量3，即可提高冶煉強度3，亦即在焦比不變的情況下增產3。而高壓操作后，焦比總有所下降，增產效果應略高于3。但是隨著爐頂壓力的進一步提高，例如由0l提高到0.30MPa時每提高0.01MPa，冶煉強度只能提高1.7左右。 各高爐由于冶煉條件和操作指導思想不同，高壓實際增產效果差別很大。19581959年鞍鋼3號和9號高爐側重提高冶煉強度增產，頂壓提高0.0lMPa，增產效果大于3。高壓操作時壓差高于常壓操作壓差，但爐況不順。一般高爐每提高頂壓0.01MPa，增產率為23，且隨頂壓提高增產率遞減。在現代高爐上，頂壓每提高0.01MPa，增產率降為1.10.2。,高壓效果,第三節(jié) 高壓操作,高壓

6、操作可降低焦比，其主要原因有: 1)提高爐頂壓力，則煤氣體積縮小，在風量大致不變的情況下，煤氣在爐內停留時間延長，增加了礦石與煤氣的接觸時間，有利于礦石還原。 2)由于現在使用的球團礦和燒結礦都具有微孔隙和小孔隙，存在著大量的內表面，高壓加快了氣體在這些微小孔隙內的擴散速度。 3)氣體擴散速度加快使得礦石還原速度加快，并且提高爐頂壓力后，加速了CO分解(2COCO2+C)反應，分解出碳存于礦石之間，也能加速礦石還原反應。 4)提高爐頂壓力后瓦斯灰吹出量降低，吹出的碳量也相應減少。,高壓效果,第三節(jié) 高壓操作,對生鐵成分的影響 提高爐頂壓力，有礙硅還原反應進行(SiO22C=Si+2CO)，因而

7、高壓操作有利于降低生鐵硅量。有利于獲得低硅生鐵。,高壓效果,第三節(jié) 高壓操作,高壓操作以后，還觀察到鐵水中含碳量升高(約0.40.5)，這可能是高壓后析碳反應(2CO=CO2C)產生的煙碳量增加而使海綿鐵滲碳量增多。在現代高爐上，煉鋼生鐵的含碳量與爐頂煤氣中CO的分壓有如下的統(tǒng)計關系:,高壓效果,高壓操作需注意以下事項,l)提高爐頂壓力，要防止邊緣氣流發(fā)展，注意保持足夠的風速或鼓風動能，要相應縮小風口面積，控制壓差略低于或接近常壓操作壓差水平。 2)常壓轉高壓操作必須在順行基礎上進行。爐況不順時不得提高爐頂壓力。 3)高爐發(fā)生崩料或懸料時，必須轉常壓處理。待風量和風壓適應后，再逐漸轉高壓操作。

8、 4)高壓操作懸料往往發(fā)生在爐子下部。因此，要特別注意改善軟熔帶透氣性，如改善原燃料質量，減少粉末。提高焦炭強度等。操作上采用正分裝，以擴大軟熔帶焦窗面積。 5)設備出現故障，需要大量減風甚至休風，首先必須轉常壓操作，嚴禁不改常壓減風至零或休風。,第三節(jié) 高壓操作,高壓操作需注意以下事項,6)高壓操作出鐵速度加快，必須保持足夠的鐵口深度，適當縮小開口機鉆頭直徑，提高炮泥質量，以保證鐵口正常工作。 7)高壓操作設備漏風率和磨損率加大，特別是爐頂大小鐘、料斗和托圈、大小鐘拉桿、煤氣切斷閥拉桿及熱風閥法蘭和風渣口大套法蘭等部位，磨損加重，必須采取強有力的密封措施，并注意提高備品質量和加強設備的檢查、

9、維護工作。 8)新建高壓高爐，高爐本體、送風、煤氣和煤氣清洗系統(tǒng)結構強度要加大，鼓風機、供料、泥炮和開口機能力要匹配和提高，以保證高壓效果充分發(fā)揮。,第三節(jié) 高壓操作,第五節(jié) 噴吹燃料,高壓噴煤粉的流程和主要設備,高壓噴煤是將煤粉罐充壓后，靠罐內壓力使煤粉倉下面的漏斗排出，并可用罐內壓力高低調節(jié)總的下煤量。煤粉倉下每個漏斗的下面有一個混合器，壓縮空氣從混合器中的噴嘴噴射出來，將煤粉帶走，從插入風口直吹管的噴槍吹入高爐爐缸。大型高爐，風口數目多，煤粉罐下不能設置過多的漏斗與混合器時，可以在高爐爐臺設置若干個瓶式分配器，每個瓶式分配器吹送幾個風口，這樣，從煤粉罐下來的煤粉便經過漏斗下混合器輸送到瓶

10、式分配器再送入高爐，形成兩次分配。除了大型高爐風口多時采用此種方式外，單罐一列式的高壓噴煤也用此種方法。雙罐重疊式多采用兩個系列，即一個系列吹送奇數風口，另一個系列吹送偶數風口；上面罐是儲存罐，下面罐是噴吹罐。三罐重疊式增加了一個中間儲存罐，常用一個系列。,第五節(jié) 噴吹燃料,什么叫置換比？怎樣計算噴吹煤粉的置換比？,在高爐冶煉中，從風口每噴入單位重量的燃料所能替代的焦炭量就叫做噴吹燃料的置換比。 計算噴吹煤粉的置換比的方法有： 實際對比計算法； 經驗計算法； 理論計算法。,第五節(jié) 噴吹燃料,什么叫置換比？怎樣計算噴吹煤粉的置換比？,最大噴煤量是根據具體條件確定的。主要限制因素是理論燃燒溫度和空

11、氣過剩系數。 空氣過剩系數主要與單位時間內的鼓風量及風中的含氧量有關。風量越大，風中富氧率越高越有利于增大噴吹量。 理論燃燒溫度對燃燒速度有決定意義，從而決定了最大噴吹量。單位生鐵不同的燃料消耗，有不同的允許理論燃燒溫度下限。一般情況是： 燃料比，kg/t鐵 700 650 600 550 500 450 理論燃燒溫度下限， 1900 1950 2000 2050 2100 2150 為保證實現最大噴吹量，還應做到順利噴吹，如煤粉要干燥，水分應小于1；噴煤槍插入直吹管的角度與深度要適當，輸煤系統(tǒng)暢通，均勻等。,第六節(jié)富氧鼓鳳,空氣中的氧氣含量在標準狀態(tài)下為21，采用不同方法，提高鼓風中的含氧量

12、就叫富氧鼓風。常用的富氧方式是將從制氧機出來的氧氣，用單獨的管道送到高爐鼓風機出口管道旁，并經環(huán)形管道與支管送到冷風總管中，與鼓風機送出的風混合，達到提高鼓風含氧量的目的，然后一起送往熱風爐加熱后送入高爐。,第六節(jié)富氧鼓鳳,高爐富氧鼓鳳冶煉特征,(1)理論燃燒溫升高(t理) 富氧鼓風理論燃燒溫度升高，爐身和爐頂溫度降低。如氧量超過一定限度，由于t理過高，則導致爐況不順。故富氧鼓風必須與噴吹燃料配合，控制適宜的t理，才能發(fā)揮富氧鼓風的最佳效果。.,第六節(jié)富氧鼓鳳,高爐富氧鼓鳳冶煉特征,(2)煤氣量減少 富氧鼓風由于氧濃度提高入量降低，單位生鐵的煤氣量減少，因而允許提高冶煉強度，增加產量。但是，如

13、果冶煉強度不變，由于風量減少，影響風口前焦炭回旋區(qū)縮小，從而導致邊緣氣流發(fā)展。 (3)煤氣發(fā)熱量提高 富氧鼓風由于N2量減少，煤氣發(fā)熱量相應提高。根據鞍鋼2號高爐試驗數據，富氧1，煤氣發(fā)熱量提高3.4。,第六節(jié)富氧鼓鳳,高爐富氧鼓鳳冶煉特征,(4)間接還原基本不變 富氧鼓風因N2量降低，爐內煤氣CO濃度增加，在一定范圍內有利于間接還原反應進行。但是CO濃度對氧化鐵還原的影響是遞減的，而且在焦比接近于不變的情況下，富氧并沒有增加單位被還原Fe的CO量所以有利于間接還原的影響是有限的；而且富氧后由于溫度場分布的改變，間接還原進行的溫度帶高度縮小，富氧后因產量提高使爐料在間接還原區(qū)停留時間縮短，這兩

14、方面都不利于間接還原的進行。所以間接還原基本上維持原來不富氧時的水平。在富氧量超過一定限度，風量降低幅度太大，鼓風帶入爐內熱量相對減少，影響爐料加熱和還原，將使焦比升高。,第六節(jié)富氧鼓鳳,富氧鼓風對產量影響,即富氧前后如果風量不變，在焦比一定的條件下，每提高鼓風含氧1可增產4.76，這是理論值，實際生產中由于影響因素很多，很難達到。且隨富氧率提高，增產率遞減如圖537。因為為了保持爐況穩(wěn)定順行，一般都控制爐腹煤氣速度，在富氧前后保持相對穩(wěn)定(速度3m左右)。為此富氧后應略減風量，以保持爐腹煤氣量相對穩(wěn)定。生產實踐表明在焦比基本保持不變的情況下富氧皿的增產效果為:風中含氧2125，增產3.3，風

15、中含氧25一30增產3，冶煉鐵合金時由于焦比下降增產效果提高到57。,第六節(jié)富氧鼓鳳,(2) 富氧鼓風對焦比的影響 富氧鼓風對焦比的影響，有利和不利因素共存。富氧鼓風由于鼓風量減少，帶入爐內熱量相對減少，不利于焦比降低。由于煤氣CO濃度提高，煤氣帶走的熱量減少，有利于焦比降低。一般，原來采用難還原的礦石冶煉、風溫較低、富氧量少時，因熱能利用改善，焦比將有所降低。否則，采用還原性好的礦石冶煉。 風溫較高、富氧量很多時，熱風帶入爐內的熱量大幅度降低，將有可能使焦比升高。 (3) 富氧鼓風有利于冶煉特殊生鐵 富氧鼓風有利于錳鐵、硅鐵、鉻鐵冶煉。Si、Mn、Cr直接還原反應在爐子下部消耗大量熱量，富氧

16、鼓風t理提高，且高溫向下移，正好滿足了Si、Mn、Cr還原反應對熱量的需求。因此富氧鼓風冶煉特殊生鐵，將會促進冶煉順利進行和焦比降低。,第七節(jié) 低硅冶煉,低硅鐵冶煉發(fā)展情況 低硅生鐵中的硅含量是相對的，隨著冶煉條件的改善和煉鐵技術的進步，低硅生鐵中的硅含量逐步下降，到20世紀末，低硅生鐵中的硅含量已降到0.3或更低。中國的低硅鐵冶煉經過3個發(fā)展階段。 (1)第一個階段(建國初期，1950年前后) 鞍山地區(qū)鐵礦資源豐富，但大多數為含SiO2很高的貧礦，冶煉過程加入大量石灰石，焦炭強度差，灰分很高，生鐵合硅量大都在1.5左右。這種鐵水先到預備精煉爐脫硅后，再送平爐煉鋼，生產效率極低。從1950年4

17、月起，在4號高爐進行試用燒結礦冶煉低硅鐵試驗，生鐵含硅量降至1.0以下，試驗獲得成功。 第二個發(fā)展階段(19561966年) 繼自熔性燒結礦的使用，高風溫、高壓和噴吹技術的發(fā)展，生鐵含硅量逐年降低，1966年鞍鋼10座高爐平均含硅量降至0.50.6，含硫量0.023，個別高爐降至0.5以下，創(chuàng)造了當時國內外最好水平。,第七節(jié) 低硅冶煉,第三個發(fā)展階段(1976年以后) 1976年以來，隨著精料技術的發(fā)展，操作技術的進步，國內外高爐生鐵合硅量又逐年降低。 1977年10月武鋼3號高爐(1513m3)，生鐵含硅量降至0.45。 1978年唐鋼兩座100m3高爐，生鐵含硅量降至0.310.55。 1

18、980年杭鋼兩座255m3高爐，生鐵合硅量0.55，其中3號高爐510月降至0.380.4。 1984年6月首鋼4號高爐，生鐵含硅量降至0.29。 19971998年寶鋼高爐，年平均生鐵含硅量已穩(wěn)定在0.35左右，硫0.0180.019。 國外生鐵含硅量也大幅度降低，例如日本自1976以來，生鐵含硅量從0.5降至0.4，其中水島廠2號高爐，和歌山廠3號高爐含硅量降至0.180.19，名古屋廠1號高爐則更低，只有0.12左右。德國漢博恩廠4號高爐1979年生鐵合硅量為0.39，1980年12月為0.29。,第七節(jié) 低硅冶煉,冶煉低硅鐵措施 ： (1) 保持爐況穩(wěn)定順行 保持爐況穩(wěn)定順行是冶煉低硅

19、生鐵的基本前提。寶鋼高爐生產將穩(wěn)定順行列為重中之重。1998年高爐穩(wěn)定順行創(chuàng)歷史最好水平，3座高爐除3號高爐固定修長期休風，復風后出現過一次懸料外，全年消滅了懸料，煤氣利用率平均51，生鐵含硅量0.330.35。 (2) 提高燒結礦鐵分，改善爐料結構，增加熟料比 1978年以來，寶鋼、武鋼、梅山等廠從國外購入高鐵富礦粉加入燒結配料，使燒結含鐵提高至5759，渣量減少至300350kg/t，寶鋼燒結礦SiO2含量已由1997年的5.38，降低至4.54.6。入爐粉末也不斷降低，一般5mm粉末都降低到5以下。爐料結構普遍改善，大都采用高堿度燒結礦(CaO/SiO2=1.8)和酸性料(天然塊礦和自然

20、堿度的球團礦)組合結構，酸堿爐料配比一般為3:7左右。,第七節(jié) 低硅冶煉,(3)減少原料化學成分波動 寶鋼燒結用含鐵原料全部經過混勻處理，開發(fā)了混勻礦智能化堆積技術，使混勻礦化學成分波動值(SiO2、Fe)大幅度下降。1991年混勻礦大堆達到設計高度12.4m，總儲量23.5萬t。1998年燒結礦堿度偏差，l號燒結機為0.037，2號燒結機為0.041，接近日本大分和韓國浦項水平(0.0360.040)。 杭州鋼鐵廠精礦與富礦粉在儲礦場進行中和混勻處理，燒結鐵分波動1占92；球團礦鐵分波動0.5占38，1.0占92。燒結礦堿度波動0.05占33，0.10占56.4，0.3占99；球團堿度波動0

21、.05占62，0.07占5l。 (4)提高焦炭強度 冶煉低硅鐵以來，各廠焦炭強度普遍提高，灰分和硫分降低。焦肥煤配比達5060。焦炭強度M40提高至85以上，M10減少到5以下，灰分和硫分分別降到12以下和0.5一0.7。 寶鋼焦炭除灰分低外，其他指標如冷強度、反應性、耐磨性等質量指標繼續(xù)保持世界領先水平。,第七節(jié) 低硅冶煉,(5)適當提高爐渣堿度 冶煉低硅鐵，在保證順行的基礎上必須適當提高爐渣堿度，它不僅抑制SiO2還原反應，而且能提高爐渣脫硫能力和熔化溫度，有利于保持充足的爐缸溫度。堿度控制水平應由原燃料條件決定，但也有操作習慣的影響，一般二元堿度CaO/SiO2為l.051.20，三元堿

22、度(CaOMgO)/SiO2為l.301.35。 有些廠因渣量低(250kg/t左右)及脫硫的需要，將爐渣二元堿度控制在1.21.25，三元堿度控制在1.4一1.55，如日本千葉6號高爐和水島2號高爐及我國的杭鋼。 渣中MgO含量適度有利于脫S，但不是越高越好。一般渣中MgO5一10對改善爐渣動性能、降低生鐵含S作用較大，超過12作用減弱，超過15就不利于脫硫了。,第七節(jié) 低硅冶煉,(6)控制生鐵含錳量 杭銅礦石含錳量較高，要求生鐵合錳0.6以上，實際生鐵含錳量大于0.8。錳有利于改善渣鐵流動性，提高生鐵脫硫能力，因而有利于低硅鐵冶煉。 (7)提高爐頂壓力 提高爐頂壓力，不利于SiO2還原反應，有利于降低生鐵含硅量，據首鋼統(tǒng)計頂壓對硅的影響為: Si=0.7342.75P頂 俄羅斯新利佩茨克廠高爐統(tǒng)計為： Si=2.4988.4P頂,第七節(jié) 低硅冶煉,(8)控制合理的氣流分布 運用上下部調節(jié)手段，保持爐缸工作均勻活躍，控制氣流合理分布，是低硅鐵冶煉的重要措施。 杭鋼高爐原來受風機能力限制，爐缸工作不活躍，于是將風口面積縮小1016，同時提高熱風溫度，鼓風動能提高6。特別是