[科普中国]-高炉强化冶炼

简介

高炉强化冶炼,一方面要提高冶炼强度，另一方面要降低焦比。提高冶炼强度最直接的方法是增加风量，如果风量不变，增加鼓风中的含氧量(富氧鼓风)，也能达到提高冶炼强度的目的。降低焦比的措施一是增加热源，如提高风温；二是降低热消耗或减少热损失。高炉强化冶炼的途径和方向，主要是以原料为基础，以顺行为手段，提高冶炼强度和降低焦比同时并举。

在一定的生产条件下，有一个对应于最低焦比的最适宜的冶炼强度。冶炼强度过低或过高都会使焦比升高。当冶炼强度过低时，煤气量太少，煤气分布不良，煤气能量利用变坏，焦比升高；冶炼强度过高时，会出现管道煤气分布不均，热能与化学能利用变差，也使焦比升高。2

精料精料就是全面改进原燃料的质量，为降低焦比和提高冶炼强度打下物质基础,保证高炉能在大风、高压、高风温、高负荷的生产条件下，仍能稳定顺行。精料的内容可概括为高、熟、净、匀、小、稳。此外，要重视高温冶金性能及合理的炉料结构。2

提高矿石的品位矿石不仅要求含铁量高，还原性好，而且焦炭的固定碳含量，溶剂中氧化钙,各种原料冷、热态机械强度也要高。从统计数据可看出矿石品位每提高1%，焦比可降低2%，产量能提高3%。

提高熟料利用率高炉使用烧结矿和球团矿以后，由于还原性和造渣过程改善，高炉热制度稳定，炉况顺行。减少或取消溶剂直接入炉。每提高1%的熟料率可降低焦比1.2kg/t，增产0.3%左右。

稳定原燃料的化学成分原燃料成分稳定是稳定炉况、稳定操作和实现自动控制的先决条件，特别是矿石成分的相对稳定。原燃料成分的波动造成炉温波动，热制度不稳定，生铁质量不合格等，尤其是在高炉冶炼低硅生铁时，矿石含铁波动造成的影响更为明显。要想保持炉料化学成分和物理性质的稳定，关键在于搞好炉料的混匀和中和工作。

加强原料的整粒工作入炉原燃料粒度要小而且均匀，缩小上下限之间的粒度差。筛出5mm以下的粉料，需要多次筛分。

改善炉料的高温冶金性能人造富矿冷态性能固然重要，但热态性能对改善高炉冶炼过程更为重要。人造富矿的高温还原强度对块状带料柱透气性有决定性影响，而高温软熔特性影响软熔带结构和气流分布。如在高温还原条件下，球团矿会膨胀、破裂、粉化，使料柱透气性变坏，影响高炉顺行。2

合理的炉料结构从理论上和高炉经营管理的角度看，使用单一矿石并把熟料率提高到100%是合理的，然而暂时还没有一种理想的矿石能够完全满足现代大型高炉强化的需要。炉料结构合理与否直接影响高炉冶炼的经济技术指标。有四种高炉炉料结构：

(1)100%酸性球团矿，但每吨生铁需加250kg以上的石灰石。

(2)以酸性球团为主，配加超高碱度烧结矿。

(3)100%自熔性烧结矿。

(4)以高碱度烧结矿为主，配加天然矿和酸性球团矿。

合理的炉料结构应从实际情况出发，充分满足高炉强化冶炼的要求，能获得较高的生产率，比较低的燃料消耗和好的经济效益。符合这些条件的炉料组成就是合理的炉料结构。根据长期生产实践总结出：70%左右的高碱度烧结矿和30%左右的酸性球团矿加高品位块矿的炉料结构较为理想。从炉料冶金性能的测试与冶炼生产看，这种结构有利于合理软熔带的形成，也有利于冶炼低硅生铁，炉况顺行，气利用较好，经济效益明显。

改进焦炭质量焦炭从炉顶加入高炉后，经过料柱间的摩擦与挤压，以及其它各种反应的影响。粒度组成变化很大，在炉内产生一定数量粉末。粉末多，使料柱透气性恶化,炉缸中心易堆积，高炉不易接受风量和风温，燃料喷吹量也受到限制。在高温下反应性越好，碳素的熔损越大，焦炭粒度迅速变小并恶化，恶化料柱透气性，破坏顺行。

焦炭灰分增加，则溶剂用量增加，渣量增多，热量消耗增大，焦比升高，产量下降。灰分降低1%,焦比降低2%，生铁产量提高3%。焦炭中的硫是高炉炉料硫负荷的主要来源。2

操作高压高压操作能增加鼓风量，提高冶炼强度，促进高炉顺行，从而增加产量，降低焦比。据统计，顶压每提高10kPa，可增产1.2%～ 2.0%，降焦比5～ 7kg/t，顶压升高，强化冶炼的效果有减少趋势。近年来，随着喷吹燃料技术的发展和高风温的应用以及焦比大幅度降低，引起料柱结构和高炉内化学和流体力学方面的一系列变化，更加需要实行高压操作来保证高炉顺行，促进降低燃料消耗。对2000m 3以上大型高炉，高压作用更为明显。高炉容积越大，为保证强化顺行所需的炉顶压力应越大，高炉强化程度越高，越需要实行高压操作。高压操作对冶炼的作用：

(1)高压操作使炉内的平均煤气压力提高，煤气体积缩小，煤气流速降低，压差下降，有利于提高冶炼强度。

(2)高压操作有利于炉况顺行，减少管道行程，降低炉尘吹出量。

(3)降低焦比。

高压操作还是一个有效的调剂炉况的手段，高压改常压操作的瞬间，由于炉内压力降低，煤气体积膨胀，上升气流突然增大，从而可处理上部悬料。

高风温提高热风温度是降低焦比和强化冶炼的重要措施。采用喷吹技术后，使用高风温更为迫切。高风温能为提高喷吹量和喷吹效率创造条件。据统计，风温在950～ 1350℃之间，每提高100℃可降低焦比8～ 20kg/t，增加产量2%～ 3%。提高风温对高炉冶炼的作用：

(1)高炉内热量来源于两方面，一是风口前碳素的燃烧放出的化学热，二是热风带入的物理热。后者增加，前者减少，焦比即可降低，碳素燃烧放出的化学热便不能在炉内全部利用。高炉内的热量有效利用率随冶炼操作水平而变化，一般为80%左右。提高热风温度带入的物理热将使焦比降低，产量提高，单位生铁的煤气量减少，炉顶温度有所降低，热能利用率提高。

(2)从高炉对热量的需求看，高炉下部由于熔融及化学反应吸热，可以说是热量供不应求。如果在凉炉时，采用增加焦比的办法来满足热量的需求,此时必须增加煤气体积，使炉顶温度提高,上部的热量供求进一步过剩,而且煤气带走的损失更多。如果采用提高风温的办法满足热量需求，则是有利的，特别是高炉使用难熔矿冶炼高硅铸造铁时更需提高风温，满足炉缸温度的需要。

另一方面，采用喷吹燃料之后，为了补偿炉缸由于喷吹物分解造成的温度降低，必须要提高风温，这样有利于增加喷吹量和改善喷吹效果。

(3)提高风温还可加快风口前焦炭的燃烧速度，热量更集中于炉缸，使高温区域下移，中温区域扩大，有利于间接还原发展，直接还原度降低。

(4)风温的改变也是调剂炉况的重要手段之一。2

喷吹燃料喷吹燃料的作用如下:

(1)炉缸煤气量增加，煤气的还原能力增加。

(2)煤气的分布得到改善，中心煤气流明显发展。喷吹之后，风口前鼓风动能显著增加，使炉缸工作更加活跃。

(3)煤气还原过程得到改善。喷吹后,煤气中含H2量增加,大大改善煤气的还原过程。

富氧与综合鼓风(1)富氧:空气中的氮对燃烧反应和还原反应都不起作用，它降低煤气中CO的浓度,使还原反应速度降低,同时也降低燃烧速度。因为氮气存在,煤气体积很大,对料柱的浮力增大。根据资料，每富氧1%，可减少煤气量4% ～5%,增产4%～ 5%，并能提高风口前理论燃烧温度46℃ ，每吨铁可增加煤粉喷吹量15kg，是当前强化高炉的重要的手段。富氧对高炉冶炼的作用:

①提高冶炼强度; ②理论燃烧温度升高; ③降低炉顶煤气温度。

(2)综合鼓风:在鼓风中实行喷吹燃料同富氧和高风温相结合的方法,统称为综合鼓风。喷吹燃料煤气量增大,炉缸温度可能降低，因而增加喷吹量受到限制，而富氧鼓风和高风温即可提高理论燃烧温度，又能减少炉缸煤气生成量。实践证明，采用综合鼓风,可有效地强化高炉冶炼,明显改善喷吹效果，大幅度降低焦比和燃料比。综合鼓风是获得高产、稳产的有效途径。2

低硅冶炼冶炼低硅生铁是增铁节焦的一项技术措施炼钢采用低硅铁水，可减少渣量和铁耗,缩短冶炼时间，获得显著经济效益。每降低〔Si〕0.1%,可降低焦比4～ 7kg/t。

高炉节能钢铁工业是高能耗工业，炼铁系统(焦化、烧结、球团、炼铁等工序的总称)直接消耗的能源占钢铁生产总耗的一半以上。而高炉能耗(炼铁工序)占炼铁系统总能耗的70%左右。

(1)炼铁工序的能耗结构

我国炼铁系统每吨铁的可比能耗较高。高炉能耗由燃料消耗及动力消耗组成。高炉冶炼过程中还能回收相当数量的二次能源———高炉煤气,它在钢铁联合企业能耗结构中占有一定比例。

(2)高炉节能的主要方向燃料比约占高炉总能耗的75%,所以在大力降低焦比的同时尽力降低燃料比是炼铁最重要的目标之一。①提高热风炉效率; ②节省动力消耗; ③加强二次能源回收; ④回收放散的煤气; ⑤铁水显热利用; ⑥炉渣显热利用; ⑦冷却水落差发电。2

强化新技术及展望在一定的时期与条件下，高炉强化的侧重面会有所不同。例如，在70年代，由于焦煤资源的减少，加之世界性能源危机的影响，降焦、节能成了当务之急，因此，国内外都在大力实行降低焦比和燃料比。进入80年代，由于氧气转炉炼钢技术和经济的发展，需铁量大增，又要求冶炼强度达到应有水平，以增加生铁产量。1

(1)高炉强化冶炼,以精料为基础,以顺行为手段,提高冶炼强度和降低焦比同时并举。(2)高炉强化冶炼在做好炉内操作的同时,必须抓好基础管理,提供良好的外围条件,才能保证强化冶炼工作的稳步进行。(3)各高炉均采取了一系列的强化措施,实践证明是比较成功的,高炉各项技术经济指标不断提高。2

根据世界高炉强化发展趋势，在相当长时期内要着重发展精料技术，为高炉冶炼创造好的原燃料条件，同时发展高压操作(炉顶压力0.2～0.3MPa)，高风温(1250℃以上)，高燃料喷吹量(喷煤200kg/t以上)及与之相适应的富氧量(如鼓风含氧量达25%以上)，低硅(≤0.3%[Si])铁冶炼等技术，达到高一氧化碳利用率(ηco52%～54%)和长寿命(一代炉龄10～15年以上无中修)。同时还要进一步发展布料控制，软熔带控制以及高炉过程计算机自动控制等技术，使高炉生产向更高的水平发展。1