高炉强化冶炼.docx

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高炉炼铁生产的原则
高炉冶炼生产的目标是在较长的一代炉龄(例如 5 年或更长)内生产出尽可能多的生铁，而且消耗要低，生铁质量要好，经济效益 要高，概括起来就是“优质，低耗，高产，长寿，高效益”。长期 以来，我国乃至世界各国的炼铁工作者对如何处理这五者间的关系 进展过，而且还在进展着争论，争论的焦点是如何提高产量及焦比 与产量的关系。
众所周知，说明高炉冶炼产量与消耗的三个重要指标—有效容 积利用系数(hY)、冶炼强度(I)和焦比(K)之间有着如下的关系：
hY＝I/K
明显，利用系数的提高，也即高炉产量的增加，存在着四种途 径：
(1)冶炼强度保持不变，不断地降低焦比； (2)焦比保持不变，冶炼强度逐步提高；
随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所降低；
随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如 冶炼强度增长的幅度大。
在高炉炼铁的进展史上，这四种途径都被应用过，应当指出在 最终一种状况下，产量增长很少，而且是在牺牲昂贵的焦炭的消耗 中取得的，一旦在冶炼强度提高的过程中，焦比上升的速率超过冶 炼强度提高的速率，则产量不但得不到增加，反而会降低。因此，
冶炼强度对焦比的影响，成为高炉冶炼增产的关键。
在高炉冶炼的技术进展过程中，人们通过争论总结出冶炼强度 与焦比的关系如图 1 所示。
图 1 冶炼强度与产量(I)和焦比(K)的关系
a 一美国资料，b 一原西德资料， c 一前苏联资料
在肯定的冶炼条件下，存在着一个与最低焦比相对应的最适宜
的冶炼强度 I 适。当冶炼强度低于或高于 I 适时，焦比将上升，而产量稍迟后，开头渐渐降低。这种规律反映了高炉内煤气和炉料两流 股间的简单传热、传质现象。在冶炼强度很低时，风量及相应产生 的煤气量均小，流速低，动压头很小，造成煤气沿炉子截面分布极 不均匀，表现为边缘气流过分进展，煤气与矿石不能很好地接触， 结果煤气的热能和化学能不能得到充分利用，炉顶煤气中 CO，
含量低，温度高，而进入高温区的炉料因复原不充分，直接复原发 展，消耗了大量贵重的高温热量，因此焦比很高。随着冶炼强度的 提高，风量、煤气量相应增加，煤气的速度也增大，从而转变了煤 气流的流淌状态，由层流转为湍流，风口前循环区的消灭，大大改 善了煤气流分布和煤气与炉料之间的接触，煤气流的热能和化学能 利用改善，间接复原的进展削减了下部高温区热量的消耗，从而焦 比明显下降，直到与最适宜冶炼强度儿相对应的最低焦比值。之后冶炼强度连续提高，煤气量的增加进一步提高了煤气流速，这将 带来叠加性的煤气流分布，导致中心过吹或管道行程，在煤气流速 过大时，它的压头损失可变得与炉料的有效质量相等或超过有效质 量，炉料就停顿下降而消灭悬料。全部这些将引起复原过程恶化， 炉顶煤气温度上升，炉况恶化，最终表现为焦比上升。
高炉炼铁工作者应当把握这种客观规律，并应用它来指导生产，即针对具体生产条件，确定与最低焦比相适应的冶炼强度，使 高炉顺行，稳定地高产。然而高炉的冶炼条件是可以转变的，随着 技术的进步，例如加强原料预备，实行合理的炉料构造，提高炉顶
煤气压力，使用综合鼓风，改造设备等，高炉操作条件大大改善。 与改善了的条件相应的冶炼强度可以进一步提高，而焦比不会提高，相反与之相对应的最低焦比也进一步下降，这就是世界各国几 十年来冶炼强度不断提高，焦比也降低的缘由，见图 2。
但是，在任何生产技术水平上，当冶炼条件肯定时，冶炼强度 I 与焦比 K 之间始终保持着极值关系，决不行以得出产量是与冶炼强度成正比地增长的简洁结论，而盲目追求高冶炼强度。超越冶炼 条件允许的过高冶炼强度将使焦比大幅度上升。
上述有关高炉冶炼重要技术指标hY、I、K 之间的关系还未解决经济效益最正确的冶炼强度问题。在对钢铁的需求大于供给的条件 下，实践说明，尽管焦比的消耗对生铁本钱有着很大影响，但在一
定的操作状况下，产品的最低本钱并不是在最低焦比相对应的冶炼 强度下，而是在略高的状况下取得的。所以消灭这种状况，是由于 最高产量是在比最低焦比相对应的冶炼强度稍高的状况下到达的
(图 1)。随着产量的提高，单位生铁本钱中不随时间变化的费用总和不断降低。在K=¦(I)曲线的最低值四周，随着冶炼强度的提高，焦 比上升得较缓慢，在这个区域内多消耗焦炭的费用能被节约下的加 工费用全部补偿，而且还有多余。实践还证明，经济上最合算的产 量，并不是生铁本钱最低时的产量，而是略高于这个最低产量。
图 2 不同冶炼条件下的冶炼强度
与焦比(K)的关系，l～5 示意冶炼条件不断改善
图 3 日产量(P)对产品本钱(S)和生产盈利性的影响(C 一出厂价格)
炼铁厂(或车间)经济上最合算的产量是在所具有的设备上，于单位时间内到达最高利润总和时的产量，如图 3 所示，在生铁本钱
为产量的函数 S＝¦ (P)曲线上，生铁最低本钱是在 P0 产量下获得， 而且在最低处四周，生铁本钱上升较慢，使得生铁出厂价与本钱的差值(C-S)减小的幅度比产量增加的幅度小，所以在某种 P> P0 的情
况下经济效益户(C-S)的乘积到达最大，这就是我国众多厂家追求的
产量指标。最终，应当指出的是在我国随着产量和效益的提高，高炉设备，特别是高炉本体的寿命越来越短，大修和中修费用不断增加，有可能影响到增产的效益。这个问题的严峻性已引起人们重视， 开头争论提高高炉寿命的有效措施，例如承受高质量碳砖，碳化硅砖，改进高炉冷却(炉底水冷，炉身软水密闭循环冷却 )以及钒钛炉渣护炉等。高炉长寿技术的开发和实现将促使高炉生产实现高产、低耗、优质，高效益。目前世界各国已把高炉长寿看作炼铁技术的一个重要组成局部和进展的标志。
高炉强化冶炼工艺操作技术
我国高炉炼铁在近几年来取得了很大的进步，冶炼强度在中小 型高炉上超过了 t/(m3·d)，大高炉上也到达了 /(m3·d)以上， 利用系数相应到达 t/(m3·d)以上和 t/(m3·d)以上，燃料比降到530 kg/t 和 500 kg/t 左右。这是由于实行了所谓强化高炉冶炼技术的结果。这些技术包括精料技术、高风温技术、高压操作技术、喷 吹燃料技术、富氧大喷煤技术、先进的计算机掌握技术等。
精料是高炉强化冶炼的根底
高炉强化冶炼以后，一方面单位时间内产生的煤气量增加，煤 气在炉内的流速增大，煤气穿过料柱上升的阻力 p 上升；另一方面炉料下降速度加快，炉料在炉内停留时间缩短，也就是冶炼周期缩 短，这样煤气与矿石接触的时间缩短，不利于间接复原的进展。为 保持强化冶炼后炉况顺行、煤气利用好、产量高、燃料比低，原燃 料质量成为打算性的因素。
首先是矿石的人炉晶位和焦炭灰分及含硫量，它们打算着渣量。人们普遍认为，渣量不低于300 kg/t，要实现喷吹燃料 200 kg/t 以上，燃料比 500 kg/t 是困难的，甚至是不行能的；另外渣量也是煤气顺当穿过滴落带的打算性因素。
其次，原料的粒度组成、高温强度和造渣特性是影响料柱透气 性和高炉顺行的打算性因素。均匀的粒度组成和较好的高温强度是 保证块状带料柱透气性的根本条件，而良好的造渣性能是降低软熔 带和滴落带煤气运动阻力的根本条件。
第三，原料的复原性是影响高炉内铁的直接复原度的打算性因 素，只有原料具有良好的复原性(如烧结矿、球团矿或粒度小而均匀 的自然赤铁矿和褐铁矿矿石)，才能保证炉料在进入高温区以前充分 复原，从而降低焦比。
第四，焦炭的强度特别是高温强度是软熔带焦窗和滴落带焦床 透气性和透液性的打算性因素，所以降低焦炭的灰分、反响性是十 分重要的。
由此可见，要想高炉强化冶炼并获得良好的高炉生产指标，必
须抓好原燃料，改善原燃料质量，使原料具有品位高、粒度均匀、 强度好、复原和造渣特性优良等条件，使焦炭具有灰分低、硫低、 强度高、反响性低等优良条件。
我国精料技术取进步和进展方
近年来，精料的重要性已深入炼铁工作者的心中，受到各级组 织生产者的重视，精料技术取得了相当大的进步，具体表现为：
入炉品位显著提高。由于生疏到入炉品位的凹凸是打算渣量和冶炼过程热量消耗的打算性因素之一，在原来入炉品位较低(TFe 约为 50％左右)时，提高矿石晶位 1％，可降低燃料比 2％，提高产量
3％。因此各厂都把提高人炉晶位作为提高冶炼强度和降低燃料消耗最乐观、最有效的措施。我国宝钢、三明、杭钢等 10 余家企业的人炉品位已在 60 ％以上，绝大局部企业的人炉品位在 ％以上。入炉晶位提高的措施是：利用两种资源，适量使用进口富矿， 淘汰国产劣质矿；改进选矿技术，使精矿粉的品位由原来的 60％
~63％提高到 66％~68％等。
做好入炉料成分稳定工作。生产实践使人们生疏到，原料成分的不稳定是引起高炉炉况波动的重要缘由。为防止炉况失常，生产 中常被迫维持较高的炉温，这就无形中增加了燃料消耗，这就是很 多高炉尤其是中小型高炉炼钢生铁中的 [Si]降不下来的缘由。例如
炼钢要求生铁中[Si]在 ％即可，但生产者考虑烧结矿中 TFe 和碱度 mCaO/mSiO2 的波动，[Si]迫维持在 ％，甚至 ％，而[Si]每增加 ％焦比要上升 4 kg/t。为使原料成分稳定，就要加强中和混匀
工作，很多厂包括地方骨干中型企业建成了中和混匀料场，取得了 很好的效果。
优化入炉料的粒度组成，这是改善料柱透气性和强化冶炼过程的重要影响因素。现在广泛地强化了筛分工作，不仅在烧结厂、球团厂进展，还普遍地在高炉槽下进展，筛去粒度小于 5 mm 的粉末， 与此同时，还限制烧结矿粒度的上限为 40~50 mm。
承受低温烧结法生产高碱度低 FeO 高复原性的烧结矿，并向低SiO2 进展，这是提高烧结矿冶金性能的重要措施。我国宝钢烧结矿中的 SiO2 含量降到 ％左右，到达世界先进水平，现在已逐步推
广。
进展球团矿生产，为合理炉料构造供给优质酸性料。我国铁矿资 源主要是贫矿，通过磁选得到磁精粉，本应用它来生产球团矿，但 走的却是生产烧结矿的道路，球团矿生产始终没有得到重视。随着 精料技术的进展，球团矿逐步被人们生疏到是一种优质的高炉炉 料，开头得到进展。近年来，一些厂都建了球团车间以满足高炉 炉料构造的要求。虽然这些球团生产设备绝大局部是竖炉 (84％)， 球团矿的质量还不是太好，很难满足大型高炉对球团矿质量的要 求，但为炉料构造的优化还是做出了奉献。现在首钢迁安矿山公司 已成功地建成和投产了国产 100 万 t/年的链箅机回转窑生产线，并正在建设 200 万 t/年的球团设备。
焦炭质量不断提高。我国已有两家焦化厂生产出灰分为 10 ％左
右的优质焦炭，到达国际上要求的一级焦炭。有 10 余家生产的焦
炭的灰分已降到 12 ％以下，到达 ％～ ％。很多厂焦炭的
含硫量在 ％以下。M40 有了很大提高，宝钢焦炭的 M40 到达
％，M10 小于 7％。
高炉精料技术进展的方向大致是：进一步提高人炉品位；改进 焦炭质量，将灰分普遍地降到 12％以下，M40 提高到 85％~90％， M10 降到小于 6％；烧结矿质量改进，含铁波动±，碱度波动±
，粒度大于 50 mm 加的不超过 10％，不大于 10 mm 的在 30％
以下，不大于 5 mm 的不超过 3％；大力进展球团矿，将其占人造富矿总量的比例由现在的 10％提高到 25％；开发生产适用于高炉使用的金属化炉料等。
高强度冶炼和必需具备的条件
通俗地说，高强度冶炼就是使用大风量、加快风口前焦炭的燃 烧速度、缩短冶炼周期、提高冶炼强度，以到达提高产量之目的的 冶炼操作。
实行高强度冶炼，必需具备以下条件：
原料条件要好，即品位高、强度好、粒度均匀、粉末少。假设原 料粒度不均，粉末多，则料柱透气性不好，高炉不承受大风，强行 加风，则压差猛增、崩料、悬料不断，不能维持正常操作。假设矿 石晶位低，则渣量增加，大风操作时滴落带简洁引起液泛，高炉亦 不能维持顺行。
要有适合高强度冶炼的合理炉型。适度的“炉缸大、炉身矮、风口多”的高炉有利于强化冶炼，由于这种炉型料柱短，煤气阻力小。 由于炉缸截面积大，风口多，在较高的冶炼强度和喷吹燃料的条件