8高爐強(qiáng)化冶煉

1、第 五 章 高爐強(qiáng)化冶煉,精料 高冶煉強(qiáng)度 高壓 高風(fēng)溫 噴吹燃料 富氧鼓風(fēng) 低硅冶煉,第三節(jié) 高壓操作,在高爐的凈煤氣管道上設(shè)調(diào)壓閥組，依據(jù)閥組閥門關(guān)閉的程度來升高和調(diào)控爐頂壓力，一般認(rèn)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(chǎn)，第一座料車式高壓高爐為鞍鋼3號高爐，1957年8月投產(chǎn)，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(dá)到0.20.25MP

2、a，躍居世界先進(jìn)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(lián)和西歐各國，50年代初就擁有很多高壓高爐，當(dāng)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(shù)，需改造為高壓高爐，這是一項強(qiáng)化高爐冶煉，提高產(chǎn)量，降低焦比的重大措施。 隨著爐頂壓力提高，高爐冶煉進(jìn)程和爐前工作節(jié)奏加快，必須采取一系列適應(yīng)措施，才能保證高壓操作順利進(jìn)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(qiáng)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(fēng)口至爐腰間增加，爐腰以上降低

3、幅度較大。因此，生產(chǎn)過程產(chǎn)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(jù)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(jìn)邊緣氣流發(fā)展。所以，高壓操作必須相應(yīng)加風(fēng)，特別是爐頂壓力增加幅度較大時，應(yīng)適當(dāng)縮小風(fēng)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(nèi)停留時間延長，有利于還原反應(yīng)進(jìn)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(yīng)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(zhuǎn)為0.08MPa時，爐塵量降了2050，現(xiàn)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(chǎn)量的影響 高壓操作壓頭損失降低，有利于加風(fēng)，因而有利于提高產(chǎn)量。早期研究高壓對冶煉強(qiáng)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(chǎn)量的影響 對產(chǎn)量的影響根據(jù)上式計算，爐頂壓力每提高0.01MPa，大約可增

5、加風(fēng)量3，即可提高冶煉強(qiáng)度3，亦即在焦比不變的情況下增產(chǎn)3。而高壓操作后，焦比總有所下降，增產(chǎn)效果應(yīng)略高于3。但是隨著爐頂壓力的進(jìn)一步提高，例如由0l提高到0.30MPa時每提高0.01MPa，冶煉強(qiáng)度只能提高1.7左右。 各高爐由于冶煉條件和操作指導(dǎo)思想不同，高壓實際增產(chǎn)效果差別很大。19581959年鞍鋼3號和9號高爐側(cè)重提高冶煉強(qiáng)度增產(chǎn)，頂壓提高0.0lMPa，增產(chǎn)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(chǎn)率為23，且隨頂壓提高增產(chǎn)率遞減。在現(xiàn)代高爐上，頂壓每提高0.01MPa，增產(chǎn)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(fēng)量大致不變的情況下，煤氣在爐內(nèi)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(xiàn)在使用的球團(tuán)礦和燒結(jié)礦都具有微孔隙和小孔隙，存在著大量的內(nèi)表面，高壓加快了氣體在這些微小孔隙內(nèi)的擴(kuò)散速度。 3)氣體擴(kuò)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(yīng)，分解出碳存于礦石之間，也能加速礦石還原反應(yīng)。 4)提高爐頂壓力后瓦斯灰吹出量降低，吹出的碳量也相應(yīng)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(yīng)進(jìn)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(yīng)(2CO=CO2C)產(chǎn)生的煙碳量增加而使海綿鐵滲碳量增多。在現(xiàn)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(guān)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(fēng)速或鼓風(fēng)動能，要相應(yīng)縮小風(fēng)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(zhuǎn)高壓操作必須在順行基礎(chǔ)上進(jìn)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(zhuǎn)常壓處理。待風(fēng)量和風(fēng)壓適應(yīng)后，再逐漸轉(zhuǎn)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(zhì)量，減少粉末。提高焦炭強(qiáng)度等。操作上采用正分裝，以擴(kuò)大軟熔帶焦窗面積。 5)設(shè)備出現(xiàn)故障，需要大量減風(fēng)甚至休風(fēng)，首先必須轉(zhuǎn)常壓操作，嚴(yán)禁不改常壓減風(fēng)至零或休風(fēng)。,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(dāng)縮小開口機(jī)鉆頭直徑，提高炮泥質(zhì)量，以保證鐵口正常工作。 7)高壓操作設(shè)備漏風(fēng)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(fēng)閥法蘭和風(fēng)渣口大套法蘭等部位，磨損加重，必須采取強(qiáng)有力的密封措施，并注意提高備品質(zhì)量和加強(qiáng)設(shè)備的檢查、

9、維護(hù)工作。 8)新建高壓高爐，高爐本體、送風(fēng)、煤氣和煤氣清洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要加大，鼓風(fēng)機(jī)、供料、泥炮和開口機(jī)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(shè)備,高壓噴煤是將煤粉罐充壓后，靠罐內(nèi)壓力使煤粉倉下面的漏斗排出，并可用罐內(nèi)壓力高低調(diào)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(fēng)口直吹管的噴槍吹入高爐爐缸。大型高爐，風(fēng)口數(shù)目多，煤粉罐下不能設(shè)置過多的漏斗與混合器時，可以在高爐爐臺設(shè)置若干個瓶式分配器，每個瓶式分配器吹送幾個風(fēng)口，這樣，從煤粉罐下來的煤粉便經(jīng)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(fēng)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(shù)風(fēng)口，另一個系列吹送偶數(shù)風(fēng)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(fēng)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(jīng)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(jù)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(shù)。 空氣過剩系數(shù)主要與單位時間內(nèi)的鼓風(fēng)量及風(fēng)中的含氧量有關(guān)。風(fēng)量越大，風(fēng)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(xiàn)最大噴吹量，還應(yīng)做到順利噴吹，如煤粉要干燥，水分應(yīng)小于1；噴煤槍插入直吹管的角度與深度要適當(dāng)，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(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為21，采用不同方法，提高鼓風(fēng)中的含氧量

12、就叫富氧鼓風(fēng)。常用的富氧方式是將從制氧機(jī)出來的氧氣，用單獨的管道送到高爐鼓風(fēng)機(jī)出口管道旁，并經(jīng)環(huán)形管道與支管送到冷風(fēng)總管中，與鼓風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)混合，達(dá)到提高鼓風(fēng)含氧量的目的，然后一起送往熱風(fēng)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(fēng)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(dǎo)致爐況不順。故富氧鼓風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(qiáng)度，增加產(chǎn)量。但是，如

13、果冶煉強(qiáng)度不變，由于風(fēng)量減少，影響風(fēng)口前焦炭回旋區(qū)縮小，從而導(dǎo)致邊緣氣流發(fā)展。 (3)煤氣發(fā)熱量提高 富氧鼓風(fēng)由于N2量減少，煤氣發(fā)熱量相應(yīng)提高。根據(jù)鞍鋼2號高爐試驗數(shù)據(jù)，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(fēng)因N2量降低，爐內(nèi)煤氣CO濃度增加，在一定范圍內(nèi)有利于間接還原反應(yīng)進(jìn)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(jìn)行的溫度帶高度縮小，富氧后因產(chǎn)量提高使?fàn)t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(jìn)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(fēng)量降低幅度太大，鼓風(fēng)帶入爐內(nèi)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(fēng)對產(chǎn)量影響,即富氧前后如果風(fēng)量不變，在焦比一定的條件下，每提高鼓風(fēng)含氧1可增產(chǎn)4.76，這是理論值，實際生產(chǎn)中由于影響因素很多，很難達(dá)到。且隨富氧率提高，增產(chǎn)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(yīng)略減風(fēng)量，以保持爐腹煤氣量相對穩(wěn)定。生產(chǎn)實踐表明在焦比基本保持不變的情況下富氧皿的增產(chǎn)效果為:風(fēng)中含氧2125，增產(chǎn)3.3，風(fēng)

15、中含氧25一30增產(chǎn)3，冶煉鐵合金時由于焦比下降增產(chǎn)效果提高到57。,第六節(jié)富氧鼓鳳,(2) 富氧鼓風(fēng)對焦比的影響 富氧鼓風(fēng)對焦比的影響，有利和不利因素共存。富氧鼓風(fēng)由于鼓風(fēng)量減少，帶入爐內(nèi)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(fēng)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(fēng)溫較高、富氧量很多時，熱風(fēng)帶入爐內(nèi)的熱量大幅度降低，將有可能使焦比升高。 (3) 富氧鼓風(fēng)有利于冶煉特殊生鐵 富氧鼓風(fēng)有利于錳鐵、硅鐵、鉻鐵冶煉。Si、Mn、Cr直接還原反應(yīng)在爐子下部消耗大量熱量，富氧

16、鼓風(fēng)t理提高，且高溫向下移，正好滿足了Si、Mn、Cr還原反應(yīng)對熱量的需求。因此富氧鼓風(fēng)冶煉特殊生鐵，將會促進(jìn)冶煉順利進(jìn)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(shù)的進(jìn)步，低硅生鐵中的硅含量逐步下降，到20世紀(jì)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(jīng)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(shù)為含SiO2很高的貧礦，冶煉過程加入大量石灰石，焦炭強(qiáng)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(yù)備精煉爐脫硅后，再送平爐煉鋼，生產(chǎn)效率極低。從1950年4

17、月起，在4號高爐進(jìn)行試用燒結(jié)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(jié)礦的使用，高風(fēng)溫、高壓和噴吹技術(shù)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(dāng)時國內(nèi)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(shù)的發(fā)展，操作技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)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(chǎn)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(fēng)，復(fù)風(fēng)后出現(xiàn)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(jié)礦鐵分，改善爐料結(jié)構(gòu)，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(jié)配料，使燒結(jié)含鐵提高至5759，渣量減少至300350kg/t，寶鋼燒結(jié)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(jié)構(gòu)普遍改善，大都采用高堿度燒結(jié)礦(CaO/SiO2=1.8)和酸性料(天然塊礦和自然

20、堿度的球團(tuán)礦)組合結(jié)構(gòu)，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(xué)成分波動 寶鋼燒結(jié)用含鐵原料全部經(jīng)過混勻處理，開發(fā)了混勻礦智能化堆積技術(shù)，使混勻礦化學(xué)成分波動值(SiO2、Fe)大幅度下降。1991年混勻礦大堆達(dá)到設(shè)計高度12.4m，總儲量23.5萬t。1998年燒結(jié)礦堿度偏差，l號燒結(jié)機(jī)為0.037，2號燒結(jié)機(jī)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(jìn)行中和混勻處理，燒結(jié)鐵分波動1占92；球團(tuán)礦鐵分波動0.5占38，1.0占92。燒結(jié)礦堿度波動0.05占33，0.10占56.4，0.3占99；球團(tuán)堿度波動0

21、.05占62，0.07占5l。 (4)提高焦炭強(qiáng)度 冶煉低硅鐵以來，各廠焦炭強(qiáng)度普遍提高，灰分和硫分降低。焦肥煤配比達(dá)5060。焦炭強(qiáng)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(biāo)如冷強(qiáng)度、反應(yīng)性、耐磨性等質(zhì)量指標(biāo)繼續(xù)保持世界領(lǐng)先水平。,第七節(jié) 低硅冶煉,(5)適當(dāng)提高爐渣堿度 冶煉低硅鐵，在保證順行的基礎(chǔ)上必須適當(dāng)提高爐渣堿度，它不僅抑制SiO2還原反應(yīng)，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(yīng)由原燃料條件決定，但也有操作習(xí)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(yīng)，有利于降低生鐵含硅量，據(jù)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(yùn)用上下部調(diào)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(fēng)機(jī)能力限制，爐缸工作不活躍，于是將風(fēng)口面積縮小1016，同時提高熱風(fēng)溫度，鼓風(fēng)動能提高6。特別是