[科普中国]-冶炼强度

概述

冶炼强度是指高炉平均每立方米有效容积，在一天内所能燃烧的综合干焦量或干焦量。它是反映冶炼速度的指标，可分为综合冶炼强度和焦炭冶炼强度。

在焦比不变的情况下，提高冶炼强度(如加大鼓风量、富氧鼓风等)，就可以取得提高产量的效果。其计算公式分别如下：

综合冶炼强度(吨/立方米·天)=入炉综合干焦量(吨)/高炉有效容积(立方米)×实际工作天数

焦炭冶炼强度(吨/立方米·天)=入炉干焦量(吨)/高炉有效容积(立方米)×实际工作天数

实际工作天数=日历天数一全部休风天数(包括大、中修天数)1

冶炼强度取决于高炉所能接受的风量。鼓风愈多，燃烧的焦炭也就愈多，在焦比不变或增加不多的情况下，高炉利用系数也就愈高。鼓风可以加速高炉冶炼，也会使焦比和高炉产量发生变化。

冶炼强度从最低值逐步增加时，随之而引起炉子温度梯度的提高和焦比的降低。减少鼓风量直到低速慢行乃至停止鼓风时，会使高炉炉内的温度梯度下降，并增大焦比。

冶炼强度在小范围内增加时，焦比下降，炉子产量有所提高。在冶炼强度达规定水平后进而再提高时，则焦比会随之增加，而产量却下降。

提高冶炼强度提高冶炼强度意味着单位时间内，单位高炉容积燃烧更多的燃料。可从以下几方面提高冶炼强度：

(1)增加入炉风量。增加高炉每分钟鼓入的风量，高炉燃烧焦炭越多，即冶炼强度越高。

(2)增加下料速度。

(3)加大燃烧强度。燃烧强度是指每小时每平方米炉缸截面积燃烧的焦炭量。

提高冶炼强度对高炉冶炼进程的影响(1)对顺行的影响

在高炉冶炼史上，提高冶炼强度，长期受固体散料层气体力学的影响，认为煤气压力降△p与煤气流速1.7～2.0次方成正比，大风量操作，将因炉料所受的支撑力过大而不利于顺行，引起煤气流分布失常，产生管道、悬料、液泛等现象，最终导致焦比升高，产量降低。因此认为高炉操作存在一个极限风量，不敢增大冶炼强度，只能维持较低强度的水平。

实践表明，高炉压差△p大体上与风量的一次方成正比，而且，在冶炼强度提高到一定水平后，△p几乎不再增加。这一事实说明随着冶炼强度的提高，料柱更松动，炉料间的空隙率增大，将使煤气通过时的阻损减小，这一有利因素部分地抵消了煤气流速增加的不利影响。

但是不能由此而错误地认为：风量愈大，△p增加愈小，炉料愈松动，炉况愈顺行。因为在一定冶炼和操作条件下，冶炼强度和压差水平还是大体对应的。增大风量，将导致煤气流分布的改变，如中心气流加强，也增加管道出现的几率，同时△p亦随煤气流速增加而升高，容易难行悬料。在这种情况下，要相应地改善原燃料条件，改进操作制度，高炉可能仍然维持顺行，促使技术经济指标进一步改善。如果不顾客观条件，盲目加风，炉料的透气性与风量不相适应；破坏煤气的正常分布，下料不顺，高炉指标恶化。

(2)对焦比的影响

冶炼强度对焦比的影响是多方面的，有有利的一面，也有不利的一面。如冶炼强度提高，煤气停留时间缩短，可能不利于煤气能量的充分利用；煤气流速增加，对改善热的传导和还原有利；而压差的增加对顺行不利又影响煤气的利用，如此等等。因此，强调某方面的影响，做出焦比随冶炼强度升高而升高，或者降低的结论，都难免失之偏颇。究竟影响怎样，要视不同的冶炼条件做出具体的分析，而且随着操作的改进，其结果也是不同的。

当煤气流速过低时(冶炼强度过低)，由于气流在炉内分布不匀，其能量不能充分利用，因此无法获得低焦比；而冶炼强度过高，由于还原及热传导速度的增长跟不上气流速度的增加，煤气能量难以充分利用，而且强度过高，容易引起管道行程，焦比必然升高。因此，在一定的冶炼条件下，有一个最适宜的冶炼强度，此时焦比最低，同时，随原燃料和操作条件的不断改善，焦比最低点将不断向更高冶炼强度方向移动，焦比绝对值也可以不断降低，如右图所示。

高强度冶炼的操作特点和技术措施冶炼强度的提高，即风量的增大，必然使风速和鼓风动能增大(不改变风口直径)，煤气穿透中心的能力增强，炉缸中心易于活跃，同时因燃烧带向中心延伸，炉料下降最快区域也向中心稍有转移，这些变化必将导致上升煤气流的改变。此外，也增加了出现管道的可能性。因此在高炉操作上要做相应调整，以保证合理的煤气流分布。

(一)操作特点

(1)扩大料批。大料批是抑制管道进程和中心过吹的有效措施。料批增大，矿层加厚，有更多的矿石布到中心，从而适应增大风量受气流分布的影响，减少或避免煤气分布失常。国内高炉的生产实践表明批重随风量增加而增加的这一客观规律。如马钢的高炉，冶炼强度由接近1提高到1.2时，矿石批重大约由3.2，增加到3.8。鞍钢高炉冶炼强度由1.33提高到1.55时，矿批由14.1 t 提高到15.3 t，喷吹燃料后更增加到16~19 t。

(2)增加倒装比例。倒装，尤其是倒同装，能将更多的矿石分布在中心，焦炭相对集中于边缘，既可抑制中心过吹，也可调整边缘气流的不足。

(3)适当提高料线。提高料线使炉料的堆尖向中心移动，细粒矿石堆积的环圈，仍能大致分布在燃烧带上方下料最快的部位。

(4)扩大风口直径或缩短风口伸人炉内的长度。其目的是缩短燃烧带长度，消除中心过吹和利于扩大回旋区的横向尺寸，使沿炉缸截面下料均匀，保证煤气的正常分布。

无论是改变上部或下部调剂措施，都应视冶炼强度增加后煤气的分布和利用状况，以及炉料是否顺行，炉况是否稳定而定，从实际需要出发，有的放矢，不盲动乱动。

(二)技术措施

为了保证在高冶炼强度条件下，高炉焦比也能同时降低或基本不变，除了加强上下部调剂外，需要有其他相应的技术措施：

(1)改善原料。改善原料是提高冶炼强度的基本要求。提高矿石和焦炭冶金强度，保持合适粒度，筛除粉末，是减少块状带阻力损失的重要手段。与此同时提高矿石品位，减少渣量，使软熔层填充物表面积降低，可以减少甚至防止“液泛”的发生，而且也使软熔层透气性得到改善；此外，由于焦炭热强度改善，也能使滴下带至炉缸中心的焦炭柱保持良好的透气性能，大大改善下部料柱透气性，降低高温区压力损失和高炉全压差。

(2)采用新技术。采用高压操作、富氧鼓风、高风温等技术对高炉冶炼强化无疑是有好处的。

(3)及时放好渣铁。生产强化后渣铁量增多，要及时放好上渣，按时出铁，使炉缸处于“干净”状态，以减少渣铁对料柱的支撑作用，促进炉料顺行。

(4)设计合理炉型。矮胖炉型，相对降低了料柱高度，有利于降低厶尸，此外炉缸截面大，风口多，即使维持较高冶炼强度和喷吹量，燃烧强度也并不高，易于加风强化。大炉缸、多风口也利于煤气初始分布和炉缸截面温度趋于均匀，促进顺行。2

冶炼强度与焦比的关系过去，不少人从固定散料层气体运动的规律出发，认为高炉压差与煤气流速的1.7～1.8次方成正比，若风量稍一增加，压差就会显著上升，这时，炉料因受上升煤气的浮力过大而破坏顺行，因而引起焦比升高，产量下降。我国高炉强化实践打破了这种认识。从一九五八年以来，许多大、中、小高炉，由于采用了。以精料为基础，大风、高温”的技术方针，冶炼强度大幅度提高，炉缸工作活跃，高炉顺行良好，焦比下降，生铁质量合格，产量提高。这是为什么呢?

一般而言，提高冶炼强度对焦比的影响，可能有以下几种情形：

(1)由于单位重量碳索的热损失减少，提高了碳素的热能利用率，有利于焦比的降低。这对于燃烧强度(每米2炉缸截面积每小时燃烧的焦炭量)愈小，热损失愈大的高炉，焦比降低的愈多；

(2)高炉内煤气流速增大，在一定程度上可使还原反应(改善扩散条件)和热交换过程(改善传热系数)得以改善，从而带来煤气中提高和炉顶煤气温度的降低，有助于焦比的降低；

(3)由于煤气和矿石的接触时间减少，在其它条件不变的情况下，可能使煤气能量利用变差，造成直接还原度升高，这对降低焦比不利。当然，这还要看矿石本身的还原性能，煤气的分布状况如何；

(4)单位时间通过单位截面的煤气量增加，将引起煤气分布与煤气同矿石接触条件的改变。这在不同条件下对焦比的影响是不同的。当边缘或中心煤气过分发展，或形成管道，而招致炉况不顺时，焦比可能升高。

只要全面看待上述影响，充分发挥积极方面，创造条件避免消极方面，就能够逐步实现提高冶炼强度而又能降低焦比。

冶炼强度与顺行的关系提高冶炼强度的过程中，往往遇到炉况不顺，崩料频繁，悬料增多。这个问题解决不好，可能出现焦比升高，产量下降，生铁合格率降低，被迫把冶炼强度降回的情形。因此，有必要分析冶炼强度和顺行的关系。

高炉使用大风操作时，对炉料下降和炉况顺行，可能有以下影响：

(1)如前所述，风量增加，鼓风动能显著增大，焦炭循环区将扩大，燃烧带在所有方向上都将扩大，这对于炉料的下降是有利的；

(2)降低焦比，焦炭负荷加重，炉料的有效重量增加，这也有利于炉料下降，而且允许在较高风压下操作；

(3)冶炼周期缩短，料速加快，以及上列有利因素的作用，使整个料柱状况发生了变化，不象料慢时那样紧密，而是变得松散(或称为松动)了。这样，既减小了料柱与炉墙间，料块与料块间的摩擦力，使料柱的有效重量增大，又增大了料层的空隙度，料柱的透气性改善，这可使压差随风量增加而上升的幅度变小。

当然，也必须看到，大风操作时煤气量增加流速增大，将使煤气浮力增大，因而对炉料下降和顺行产生不利影响的一面。不然，就会产生片面性，既然风量愈大压差上升幅度愈小，顺行就没有问题了，甚至认为愈吹愈顺了。

还应看到，风大到什么水平，不是主观随意决定的，要由原料、设备和操作所能达到的水平而定。高炉可以接受的风量水平，应与炉料的透气性相适应。以能否实现高产、优质、低消耗为标志。3