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高爐四大操作制度

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高爐四大操作制度
2017年6月
王斌
備注：1
四個基本制度之間的關(guān)系
四個基本操作制度是相互依存，相互影響。煤氣流的合理分布取決于送風(fēng)制度和裝料制度。爐缸熱量充沛取決于熱制度和送風(fēng)制度。
裝料制度
送風(fēng)制度
熱制度
造渣制度
煤氣流分布
爐缸熱量
高爐順行
備注：2
3.1送風(fēng)制度
    送風(fēng)制度主要作用是保持適宜的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能以及理論燃燒溫度，使初始煤氣流分布合理，爐缸工作均勻活躍、熱量充沛、穩(wěn)定。控制方式為選用合適的風(fēng)口面積、風(fēng)量、風(fēng)溫、濕分、噴吹量、富氧率等參數(shù)，并根據(jù)爐況變化對這些參數(shù)進行調(diào)節(jié)，以達(dá)到爐況穩(wěn)定和煤氣利用率改善的目的，這些通常稱為下部調(diào)劑
備注：3
3.1送風(fēng)制度
    高爐煉鐵是以風(fēng)為本，要盡量實現(xiàn)全風(fēng)量操作，并且要穩(wěn)定送風(fēng)制度，以維持好合理爐型，煤氣流分布合理，爐缸活躍。    選擇風(fēng)量的原則：風(fēng)量必須要與料柱透氣性相適應(yīng)，建立最低燃料比的綜合冶煉強度在1.0~1.3t/m3·d的概念，是高爐煉鐵節(jié)能降耗工作的重要指導(dǎo)思想。
?
備注：4
3.1.1選擇合適的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能
    生產(chǎn)實踐表明，不同高爐有其與冶煉條件和爐缸直徑或爐容相對應(yīng)的合適風(fēng)速和鼓風(fēng)動能。過小的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能會造成爐缸不活躍，初始煤氣分布偏向邊緣；而過大的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能易形成順時針（向風(fēng)口下方）方向的渦流，造成風(fēng)口下方堆積而使風(fēng)口下端燒壞。

高爐鼓風(fēng)通過風(fēng)口時所具有的速度稱為風(fēng)速，它有標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速與實際風(fēng)速兩種表示方法，而所具有的機械能，叫鼓風(fēng)動能。鼓風(fēng)具有一定的質(zhì)量，而且以很高的速度通過風(fēng)口向高爐中心運動，因此它具有一定的動能。風(fēng)速和鼓風(fēng)動能與冶煉條件相關(guān)，它決定初始?xì)饬鞣植记闆r。所以根據(jù)冶煉條件變化，選擇適宜的風(fēng)速過鼓風(fēng)動能，是改善合理氣流分布的關(guān)鍵。
備注：5
3.1.1選擇合適的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能
用經(jīng)驗式估算
每座操作高爐都有與其爐缸直徑和冶煉條件相對應(yīng)的回旋區(qū)深度，以保持爐缸圓周上和徑向上煤氣流和溫度分布合理?，F(xiàn)在采用回旋區(qū)環(huán)圈面積與爐缸面積的比值n來判斷回旋區(qū)深度的適宜性；
n=A回/A缸=d2-（d缸-2L回）2/d2缸
式中，L回為回旋區(qū)長度，
許多高爐工作者對風(fēng)速和鼓風(fēng)動能與高爐爐爐容和爐缸直徑的關(guān)系做了研究，得出不同的經(jīng)驗式和圖表，例如1000m3級及其以下高爐有：E=86.5d2缸-313d缸+1160
爐缸直徑與風(fēng)速動能的關(guān)系
不同容積高爐風(fēng)速和鼓風(fēng)動能的選擇
不同爐缸直徑的A回/A缸和回旋區(qū)深度
備注：6
(1)控制適宜的回旋區(qū)深度（即長度）
    鼓風(fēng)離開風(fēng)口時做具有的速度和動能，吹著風(fēng)口前焦炭，形成一疏松且金屬橢圓形的區(qū)間，焦炭在這個區(qū)間內(nèi)進行回旋運動和燃燒，這個回旋區(qū)間稱回旋區(qū)。
    回旋區(qū)的形狀和大小，反映了風(fēng)口金鳳狀態(tài)，影響氣流和溫度的分布，以及爐缸的均勻活躍程度?；匦齾^(qū)形狀和大小適宜，則爐缸周向和徑向的氣流和溫度分布也就合理?；匦齾^(qū)的形狀與風(fēng)速或鼓風(fēng)動能有關(guān)。
備注：7
    回旋區(qū)有個適宜深度，過大或過小將造成中心或邊緣氣流發(fā)展。爐缸直徑越大，回旋區(qū)應(yīng)該越深，以使煤氣流相中心擴展，是中心保持一定溫度，控制焦炭堆積數(shù)量，維持良好的透氣和透液性能，但回旋區(qū)面積與爐缸面積之比A1/A，隨爐缸直徑增大而減小
備注：8
    爐容相近，矮胖多風(fēng)口的高爐風(fēng)速或鼓風(fēng)動能要相應(yīng)增加。因在同一冶煉強度是，多風(fēng)口的高爐每個風(fēng)口進風(fēng)量少，故需較小的風(fēng)口直徑，以提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動能
    在同一冶煉條件下，高爐運行時間較長，剖面侵蝕嚴(yán)重，相應(yīng)爐缸直徑擴大，為防止邊緣氣流發(fā)展，應(yīng)適當(dāng)提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動能
備注：9
（2）風(fēng)速、鼓風(fēng)動能與冶煉條件的關(guān)系
    1）風(fēng)速、鼓風(fēng)動能與爐容的關(guān)系    冶煉條件基本相同時，高爐適宜的風(fēng)速、鼓風(fēng)動能隨爐容擴大而相應(yīng)增加。大高爐爐缸直徑較大，要是煤氣流合理分布，應(yīng)提高風(fēng)速或鼓風(fēng)動能，適當(dāng)增加回旋區(qū)長度
不同容積高爐風(fēng)速和鼓風(fēng)動能的選擇
備注：10
2）風(fēng)速、鼓風(fēng)動能與冶煉強度的關(guān)系    風(fēng)口面積一定，增加風(fēng)量提高冶煉強度，風(fēng)速或鼓風(fēng)動能相對加大，使中心氣流發(fā)展。為保持合理的氣流分布，維持適宜的回旋區(qū)長度，必須相應(yīng)擴大風(fēng)口直徑，降低風(fēng)速、鼓風(fēng)動能。
備注：11
3）風(fēng)速、鼓風(fēng)動能與原料條件關(guān)系    原燃料條件好，如強度高、粉末少、渣量低、高溫冶金性能好等，都能改善爐料透氣性，允許使用較高的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，有利用高爐強化冶煉。繁殖原燃料條件差，透氣性不好，則只能維持較低的鼓風(fēng)動能。
備注：12
4）風(fēng)速、鼓風(fēng)動能與噴吹燃料的關(guān)系    高爐噴吹燃料，爐缸煤氣體積增加，中心氣流趨于發(fā)展，適當(dāng)擴大風(fēng)口面積，降低風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，以維持合理的煤氣分布
備注：13
    近幾年隨著冶煉條件的變化，出現(xiàn)了相反的方向，即隨著噴吹煤粉量增加，邊緣氣流增加， 這是，不但不能擴大風(fēng)口面積，反而需要縮小風(fēng)口面積。因此，眉筆變動量大是，鼓風(fēng)動能和風(fēng)速的變化方向應(yīng)根據(jù)實際情況決定。
備注：14
（3）風(fēng)速和鼓風(fēng)動能計算
全焦冶煉
備注：15
備注：16
備注：17
備注：18
噴吹燃料鼓風(fēng)動能計算
備注：19
備注：20
備注：21
備注：22
3.1.1.1風(fēng)口面積和長度的選擇調(diào)整
    根據(jù)前述鼓風(fēng)動能與各種冶煉條件的關(guān)系，各高爐應(yīng)經(jīng)常分析研究，找出各種不同冶煉條件獲得最好冶煉效果的鼓風(fēng)動能，來計算風(fēng)口面積，在選用相應(yīng)直徑和長度的風(fēng)口。計算風(fēng)口面積公式為
    爐缸中心堆積或爐況嚴(yán)重失常，上部調(diào)劑無效時，應(yīng)縮小風(fēng)口面積，或堵部分風(fēng)口，以提高鼓風(fēng)動能，活躍爐缸，可迅速消除爐況失常。但度風(fēng)口時間不宜太長，以免產(chǎn)生爐缸局部堆積和爐墻局部結(jié)厚。
    為保持合理的初始?xì)饬鞣植?，?yīng)盡量使用等徑的風(fēng)口，大小風(fēng)口混用時，力求均勻分布，特殊情況如糾正爐型或煤氣流偏行除外。
    一般風(fēng)口長度為420-550mm，小高爐（300m3）位為00mm左右，長風(fēng)口回旋區(qū)向中心延伸，較長風(fēng)口所需鼓風(fēng)動能偏小，故風(fēng)口直徑可偏大些、長風(fēng)口適于低冶煉強度操作，有利于爐墻保護。
備注：23
3.1.2控制合適的理論燃燒溫度
（1）適宜的理論燃燒溫度（t理）
    風(fēng)口前焦炭和噴吹物的燃燒，所能達(dá)到的最高絕熱溫度，即假定風(fēng)口前燃料燃燒所能放出的熱量全部用來加熱燃燒產(chǎn)物是所能達(dá)到的最高溫度，叫做風(fēng)口前理論燃燒溫度，也有人稱它為燃燒帶火焰溫度。
    適宜的理論燃燒溫度，能夠滿足高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量，保證也太渣鐵充分加熱和還原反應(yīng)的順利進行。理論燃燒溫度提高，渣鐵溫度相應(yīng)增加；大高爐爐缸直徑大，爐心溫度低，為保持其透氣性和透液性，要求較高的理論燃燒溫度。但理論燃燒溫度過高，會造成壓差升高，爐況不順；過低會造成渣鐵物理熱不足，嚴(yán)重時會導(dǎo)致風(fēng)口涌渣。
備注：24
3.1.2控制合適的理論燃燒溫度
（2）影響理論燃燒溫度的因素
鼓風(fēng)溫度
鼓風(fēng)濕分
鼓風(fēng)富氧率
噴吹燃料
鼓風(fēng)溫度升高，則帶路爐缸的物理熱增加，從而使T理升高，一般每100℃風(fēng)溫可影響理論燃燒溫度80℃
鼓風(fēng)濕分提高，由于水分分解吸熱，從而使t理降低，根據(jù)                  +10836kg/m3      粗略計算，鼓風(fēng)中每增加1g/m3濕分，相當(dāng)降低9℃風(fēng)溫
鼓風(fēng)含氧量提高，N2含量相應(yīng)減少，從而使t理升高，鼓風(fēng)含氧量每增減1%，影響t理35-45℃
高爐噴吹燃料后，由于噴吹物加熱和裂化使t理降低，各種燃料由于分解熱不同，對t理的影響很大。其中噴吹天然氣影響最大，一次為重油、煙煤、無煙煤。沒噴吹10kg煤粉t理降低20-30℃，其中無煙煤為下限，煙煤為上限。
備注：25
3.1.3送風(fēng)制度的調(diào)節(jié)
1
風(fēng)量
2
3
風(fēng)壓
增加風(fēng)量，綜合冶煉強度提高。在燃料比降低或燃料比維持不變的情況下，風(fēng)量增加，下料速度加快，生鐵產(chǎn)量增加。料速超過正常規(guī)定應(yīng)及時減少風(fēng)量。當(dāng)高爐出現(xiàn)懸料、崩料或低料線時，要及時減風(fēng)，并一次減到所需水平。渣鐵未出凈時，減風(fēng)應(yīng)密切注意風(fēng)口狀況，防止風(fēng)口灌渣。當(dāng)爐況轉(zhuǎn)順，需要加風(fēng)時，不能一次到位，防止高爐順行破壞。兩次加風(fēng)應(yīng)有一定的時間間隔。
提高風(fēng)溫可大幅度地降低焦比。提高風(fēng)溫能增加鼓風(fēng)動能，提高爐缸溫度活躍爐缸工作，促進煤氣流初始分布合理，改善噴吹燃料的效果。
風(fēng)壓直接反映爐內(nèi)煤氣與料柱透氣性的適應(yīng)情況。
風(fēng)溫
高爐煉鐵是以風(fēng)為本，要盡量實現(xiàn)全風(fēng)量操作，并且要穩(wěn)定送風(fēng)制度，以維持好合理爐型，煤氣流分布合理，爐缸活躍。
備注：26
送風(fēng)制度的調(diào)節(jié)
4
鼓風(fēng)濕度
5
噴吹
6
富氧
鼓風(fēng)中濕分增加lg/m3，相當(dāng)于風(fēng)溫降低9℃，但水分分解出的氫在爐內(nèi)參加還原反應(yīng)，又放出相當(dāng)于3℃風(fēng)溫的熱量。加濕鼓風(fēng)需要熱補償，對降低焦比不利。
噴吹燃料在熱能和化學(xué)能方面可以取代焦炭的作用。把單位燃料能替換焦炭的數(shù)量稱為置換比。隨著噴吹量的增加，置換比逐漸降低，對高爐冶煉會帶來不利影響。提高置換比措施有提高風(fēng)溫給予熱補償、提高燃燒率、改善原料條件以及選用合適的操作制度。
富氧后能夠提高冶煉強度，增加產(chǎn)量。富氧鼓風(fēng)能提高風(fēng)口前理論燃燒溫度，有利于提高爐缸溫度，補償噴煤引起的理論燃燒溫度的下降。
備注：27
3.1.4冶煉強度的選擇
備注：28
3.1.4冶煉強度的選擇
備注：29
3.1.4冶煉強度的選擇
（1）冶煉強度與產(chǎn)量的關(guān)系
    在焦比不變的條件下，提高冶煉強度可增加產(chǎn)量，試驗表明冶煉強度提高1%，產(chǎn)量增加約0.92%，這說明冶煉強度提高后，焦比略有升高，使產(chǎn)量的增長率略低于冶煉強度的提高，如果在提高冶煉強度過程中焦比明顯升高，則產(chǎn)量增產(chǎn)率將大幅度降低。
（2）冶煉強度與焦比的關(guān)系
    在一定冶煉條件下，提高冶煉強度，則焦比升高，其原因主要是，煤氣在爐內(nèi)停留時間縮短。
（3）冶煉強度與質(zhì)量的關(guān)系
    爐渣堿度不良，提高冶煉強度，爐缸溫度波動增大，為消除波動影響，要相應(yīng)提高生鐵含硅量，另一方面爐渣脫硫能力降低，生鐵含硫量有所增加， 因硫的分配系數(shù)Ls降低，原因是冶煉強度提高，爐料和渣鐵在爐內(nèi)停留時間縮短，轉(zhuǎn)入渣中硫減少，揮發(fā)硫也降低了。
備注：30
3.1.4冶煉強度的選擇
（4）冶煉強度與休風(fēng)率的關(guān)系
    設(shè)備材質(zhì)不變，提高冶煉強度冶煉節(jié)奏加快了，因而設(shè)備的磨損和故障率增加，休減風(fēng)率升高，壽命必然降低。冶煉強度小于1.1時，休風(fēng)率一般在1%以下，大于1.1時休風(fēng)率在1%以上，因此現(xiàn)有高爐冶煉強度應(yīng)維持在1.1左右，作業(yè)率才有可能達(dá)到99%。
（5）冶煉強度的選擇
    綜上所述，提高冶煉強度是產(chǎn)量增加，焦比緩慢升高，Ls分配系數(shù)雖有所降低，但質(zhì)量并不受太大影響。但冶煉強度太高，甚至超過了一定極限，引起煤氣流嚴(yán)重失常，導(dǎo)致順行破壞，則焦比會顯著升高，質(zhì)量大幅度下降，這時增產(chǎn)也收到了限制，如冶煉強度維持過低，影響產(chǎn)量太大，很不經(jīng)濟，不能采用。這就要求選擇一個合適的冶煉強度，它應(yīng)滿足順行要求和最佳的綜合效益。
備注：31
3.2造渣制度——控制爐渣各種理化性能的總成
根據(jù)原燃料條件（主要是含S量）和生鐵成分的要求，選擇合適的爐渣成分和堿度、以保證爐渣流動性良好，脫硫能力強，生鐵成分合格，爐況順行
造渣的手段或方法
通過調(diào)整不同性能的爐料配比或熔劑加入量和其他附加物的加入量來控制造渣制度。
包括
爐渣成分、堿度，熔化溫度、熔化性溫度、軟熔滴落區(qū)間、流動性能（粘度），脫硫性能，排堿性，表面性能等
控制造渣過程和終渣性能
備注：32
3.2造渣制度
原燃料含硫低，硫負(fù)荷小于5Kg/t。原料難熔，易熔組分低，含CaF2，TiO2越低越好。易揮發(fā)的K、Na含量低，含K2O + Na2O <3.0%。注意焦炭和煤粉灰分中堿金屬含量，K比Na對爐料和耐火材料的破壞作用大十倍。含有少量的MnO、MgO對造渣有利。SiO2和Al2O3含量低為好，含量高要降低礦石的經(jīng)濟品位。含鉛和鋅分別要小于0.15%。粒度小于5mm占比例<5%，5~15mm占比例<30%.
1）要求爐渣有良好的流動性和穩(wěn)定性，熔化溫度在1300-1400℃，在1400℃左右黏度小于10泊，可操作的溫度范圍大于150℃
2）有足夠的脫硫能力，在爐溫和堿度適宜的條件下，硫負(fù)荷小于5kg/t時，Ls為25-30，硫負(fù)荷大于5kg/t時Ls為30-50
3）對高爐磚襯侵蝕能力弱
4）在爐溫和爐渣堿度正產(chǎn)條件下，能煉出優(yōu)質(zhì)生鐵
對原燃料的要求
造渣制度要求
備注：33
爐渣的性能
熔化性能——熔化溫度與熔化性溫度
流動性能——粘度η
表面性質(zhì)——表面張力δ表與界面張力δ表
脫硫能力——硫分配系數(shù)Ls與硫化物容量Cs
穩(wěn)定性——熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性
備注：34
爐渣的形成
礦石軟熔
初渣
中間渣
終渣
初渣
最初形成的爐渣，起于軟熔帶上沿至軟熔帶下沿開始滴落
特點：
FeO高，一般10%~30%，熔融狀態(tài)，流動性差
初渣形成的早晚、位置高低、持續(xù)時間長短、直接影響軟熔帶的位置和厚度，對高爐順行影響很大
備注：35
中間渣
從初渣到終渣之間的渣，從軟熔帶下沿開始直至爐缸
終渣
爐缸積存的渣，從鐵口放出
特點：
成分穩(wěn)定，F(xiàn)eO最低，一般為0.5%左右
終渣成分對調(diào)整生鐵成分及控制鐵水質(zhì)量作用顯著，而且對爐缸、風(fēng)口維護作用也很大
特點：
成分與特性都是不斷變化的
如：FeO、MnO不斷減少               由于還原
       CaO、MgO、Al2O3、SiO2不斷增加          由于不斷溶進
       熔點升高，但粘度下降，流動性變好（溫度升高）
備注：36
高爐內(nèi)硫的來源及其分布
硫負(fù)荷：   3~6kg/t
85%有焦炭（煤）帶入：焦炭（煤）含硫0.5~0.8%，（主要以有機硫為主）；礦石（無機硫）含硫一般＜0.1%；主要以FeS2、硫酸鹽存在；燒結(jié)礦中S以CaS存在
硫在高爐內(nèi)的循環(huán)現(xiàn)象
＜10%S進入煤氣；5%左右進入鐵水：＞85%進入爐渣
爐渣的脫硫能力
備注：37
高爐內(nèi)硫的循環(huán)示意圖
備注：38
硫在高爐內(nèi)的分配平衡
入爐硫平衡
硫分配系數(shù)Ls
備注：39
影響鐵水含硫量的因素
備注：40
備注：41

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