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1、对高炉炼铁系统几个节能技术的认识资料1.前前 言言n高高炉炉炼炼铁铁属属于于碳碳冶冶金金学学，它它用用焦焦炭炭（煤煤粉粉）的的碳碳为为发发热热剂剂和和还还原原剂剂，而而冶冶炼炼的的产产品品为为铁铁碳碳合合金金，碳碳在在风风口口前前燃燃烧烧放放热热形形成成的的CO又又是是还还原原剂剂，上升过程中还原氧化铁转变成上升过程中还原氧化铁转变成CO2，形成含，形成含CO和和CO2的高炉煤气。的高炉煤气。n高高炉炉煤煤气气作作为为低低热热值值气气体体燃燃料料在在热热风风炉炉、加加热热炉炉及及锅锅炉炉内内燃燃烧烧，其其中中的的CO转转化化成成为为CO2。溶溶解解在在铁铁水水中中的的C（含含碳碳铁铁合合金金的
2、的组组成成部部分分）在在炼炼钢钢过过程程中中又又氧氧化化成成CO而而成成为为转转炉炉煤煤气气的的主主要要成成分分。转转炉炉煤煤气气作作为为热热值值较较高高的的气气体体燃燃料料在在用用户户处处再再氧氧化化成成CO2。这这样样高高炉炉炼炼铁铁的的燃燃料料消消耗耗（燃料比）就决定了其能耗的高低和（燃料比）就决定了其能耗的高低和CO2排放量的多少。排放量的多少。n2011年年中中国国生生铁铁产产量量达达到到6.297亿亿吨吨。它它表表明明中中国国炼炼铁铁消消耗耗的的碳碳量量和和排排放放的的CO2居居世世界界前前列列，因因此此，降降低低吨吨铁铁的的燃燃料料消消耗耗，也也即即降降低低吨吨铁铁的的CO2排放
3、，即低碳炼铁成为炼铁节能减排的首要任务。排放，即低碳炼铁成为炼铁节能减排的首要任务。2冶炼冶炼1吨生铁需要消耗多少碳？吨生铁需要消耗多少碳？n决定碳消耗有三个方面：决定碳消耗有三个方面：生铁渗碳和生铁中少量元素耗碳；生铁渗碳和生铁中少量元素耗碳；铁氧化物还原耗碳；铁氧化物还原耗碳；为冶炼提供必需的热量，风口前燃烧的碳。为冶炼提供必需的热量，风口前燃烧的碳。生生铁铁渗渗碳碳和和少少量量元元素素还还原原（包包括括脱脱硫硫）消消耗耗碳碳在在55-60kg/t，在在当当今今冶冶炼炼低低硅硅生生铁铁和和生生铁铁对对锰锰没没有有特特殊殊要要求求的的情情况况下下，生生铁铁渗渗碳碳量量在在46-50kg/t，
4、而少量元素还原在，而少量元素还原在6-12kg/t。3n铁氧化物还原耗碳与热量耗碳通常是用铁氧化物还原耗碳与热量耗碳通常是用rd（铁的直接还原度）与（铁的直接还原度）与C消消耗的图解法（图耗的图解法（图1）来判别。）来判别。图图1 生铁的直接还原度生铁的直接还原度rd与碳素与碳素C消耗的关系消耗的关系图图1 表示最低的吨铁表示最低的吨铁C素消耗在素消耗在CR与与C热热的交点处，这是经典的图解。的交点处，这是经典的图解。它是以它是以FeO在在1000下被下被CO还原达到平衡状态还原达到平衡状态（FeO+nCOFe+(n-1)CO+CO2，n=3.45）为基础绘制的。）为基础绘制的。4但是实际生产
5、中的与理论上的有差别，造成差别的原因在于冶炼条件和但是实际生产中的与理论上的有差别，造成差别的原因在于冶炼条件和高炉操作水平不同，使还原离平衡状态有一定差距，表现在炉顶煤气高炉操作水平不同，使还原离平衡状态有一定差距，表现在炉顶煤气CO利用率利用率CO的高低。如果将这些因素考虑在内，则得到实际生产中的的高低。如果将这些因素考虑在内，则得到实际生产中的碳素消耗与碳素消耗与rd之间的关系图（图之间的关系图（图2）。）。图图2 实际生产高炉的实际生产高炉的rd与碳素与碳素C消耗的关系消耗的关系5中中 国国6欧洲炼铁界在喷吹含欧洲炼铁界在喷吹含H2燃料时用铁的间接还原度燃料时用铁的间接还原度ri与碳素
6、消耗的关系图与碳素消耗的关系图（图（图3）来判别。）来判别。图图3 德国蒂森公司的德国蒂森公司的ri与与C消耗的关系消耗的关系78中国与欧洲还原度与碳素消耗的差别中国与欧洲还原度与碳素消耗的差别图图2与图与图3无本质上的差别，只是横坐标的起点中国用无本质上的差别，只是横坐标的起点中国用rd=0，欧洲用欧洲用rd=1.0。欧洲的炼铁工作者在作图时考虑。欧洲的炼铁工作者在作图时考虑rH2的因素，的因素，而我国喷吹的燃料中含而我国喷吹的燃料中含H2低，因此作图时将低，因此作图时将riH2忽略不计。忽略不计。从图从图2和图和图3上将上将CO和和CO+H2达到达到50%为目标确定出最低碳素为目标确定出最
7、低碳素消耗，折算成燃料比。在中国的当前冶炼条件下，这个目标消耗，折算成燃料比。在中国的当前冶炼条件下，这个目标为为480kg/t，而蒂森公司确定的目标是，而蒂森公司确定的目标是460kg/t。92.2.实现低燃料比，达到低碳炼铁的技术实现低燃料比，达到低碳炼铁的技术2.1 精料是实现低燃料比的基础精料是实现低燃料比的基础n精料是基础已经成为炼铁工作者的共识，近精料是基础已经成为炼铁工作者的共识，近30年来，精料年来，精料工作取得很大进步，为高炉降低焦比，提高喷煤量，实现工作取得很大进步，为高炉降低焦比，提高喷煤量，实现低燃料比做出了贡献。但是近年来由于矿价高涨，为了降低燃料比做出了贡献。但是近
8、年来由于矿价高涨，为了降低采购成本，出现了与精料原则相违背的现象，需要认真低采购成本，出现了与精料原则相违背的现象，需要认真思考。广义上讲，高炉精料包括焦炭、喷吹煤的优化，含思考。广义上讲，高炉精料包括焦炭、喷吹煤的优化，含Fe炉料的优化和综合鼓风三个方面。炉料的优化和综合鼓风三个方面。n本节只讨论含本节只讨论含Fe料的优化与实现精料方面的问题。料的优化与实现精料方面的问题。102.1.1含含Fe料（铁矿石）质量劣化情况下生产优质烧料（铁矿石）质量劣化情况下生产优质烧结矿的技术分析结矿的技术分析n我们在这里所说的铁矿石质量劣化是指富矿石的含我们在这里所说的铁矿石质量劣化是指富矿石的含Fe量下降
9、，有害元量下降，有害元素含量在增加。素含量在增加。n例如东半球的富矿，以澳矿为例，品位降低到例如东半球的富矿，以澳矿为例，品位降低到58-62%，Al2O3含量上含量上升至升至1.5%以上，有的达到以上，有的达到3.0%，P含量上升到含量上升到0.07%以上。即使这样，以上。即使这样，富矿的储量不断减少，价格大幅度攀升。至于其他国家（马来西亚、富矿的储量不断减少，价格大幅度攀升。至于其他国家（马来西亚、菲律宾、印尼、非洲国家）的矿石含铁量均较低，而有害元素（例如菲律宾、印尼、非洲国家）的矿石含铁量均较低，而有害元素（例如K2O，Na2O，Zn，Cr，Mn，Ni，As等）含量比澳矿多。目前出现的
10、等）含量比澳矿多。目前出现的争购低品位（含争购低品位（含Fe 502%）质量更差的矿石是不可取的。）质量更差的矿石是不可取的。2005年前，年前，我国高炉入炉品位曾达到我国高炉入炉品位曾达到60%以上，由于矿石质量的劣化，这种高炉以上，由于矿石质量的劣化，这种高炉品位以后不可能再出现。我们认为在目前的矿石质量条件下，应该把品位以后不可能再出现。我们认为在目前的矿石质量条件下，应该把住入炉品位为：大高炉在住入炉品位为：大高炉在58%以上，中小高炉在以上，中小高炉在57%以上，低于以上，低于55%的入炉品位对任何高炉都是不可取的。的入炉品位对任何高炉都是不可取的。11n入入炉炉品品位位降降低低，必
11、必然然造造成成渣渣量量的的增增加加，给给高高炉炉炼炼铁铁带带来来不不利利的的影影响响，主主要要是是冶冶炼炼过过程程中中，软软熔熔带带中中软软熔熔层层比比例例增增加加，而而软软熔熔层层的的透透气气性性仅仅为为1/52，而而滴滴落落带带中中炉炉渣渣的的滞滞留留率率增增加加，使使上上升升煤煤气气通通过过的的焦焦炭炭的的空空隙隙度度降降低低，结结果果造造成成炉炉内内P的的上上升升，其其次次是是烧烧结结矿矿的的粒粒度度细细化化，0-5mm的的粒粒度度增增多多，造造成成块块状状带带的的P 也也上上升升，因因此此我我们们在在使使用用这这类类富富矿矿料料生生产产烧烧结结矿矿时时，要要在在提提高高燃燃料料还还原
12、原性性和和强强度度，以以及及粒粒度度的的均均匀匀性性上下功夫。上下功夫。n生生产产和和实实践践表表明明，以以针针状状铁铁酸酸钙钙为为粘粘结结相相的的高高碱碱度度烧烧结结矿矿（SFCA）是是最最好好的的。但但是是要要生生产产出出这这种种优优质质的的烧烧结结矿矿是是要要遵遵循循以以下下的的生生产产条条件件：碱碱度度1.8-2.2，SiO2 4%左左右右Al2O3/SiO2=0.1-0.3，烧烧结结温温度度1230-1280，强强氧氧化化气气氛氛保保证证Fe3O4全全部部氧氧化化成成Fe2O3等等。由由于于实实际际生生产产时时不不能能完完全全达达到到上上述述条条件件，因因此此现现实实生生产产中中获获
13、得得的的碱碱度度在在1.75-2.2之之间间高高碱碱度度烧烧结结矿矿并并不不是是SFCA，然然而而只只要要遵遵循循铁铁酸酸钙钙固固结结理理论论，做做好好优优化化配配料料，强强化化制制粒粒，低低点点火火温温度度和和低低烧烧结结温温度度，厚厚料料层层还还是是可可以以获获得得质质量量好好的的烧结矿。烧结矿。12（1）优化配料）优化配料 在配料前应做好使用矿粉的高温烧结性能，这些性能是：与在配料前应做好使用矿粉的高温烧结性能，这些性能是：与CaO反应反应形成液相能力的同化性，液相生成数量及其流动性，铁酸钙生成能力形成液相能力的同化性，液相生成数量及其流动性，铁酸钙生成能力等。因为烧结矿是在高温下烧结料
14、中产生液相，然后在冷凝过程中靠等。因为烧结矿是在高温下烧结料中产生液相，然后在冷凝过程中靠液相粘结和析晶成孔隙度在液相粘结和析晶成孔隙度在20%-50%多孔结构的炉料。在生产以铁酸多孔结构的炉料。在生产以铁酸钙为液相的高碱度烧结矿时，钙为液相的高碱度烧结矿时，同化性同化性成为考察粘结相数量的指标。成为考察粘结相数量的指标。重要的还有重要的还有生成液相数量生成液相数量和它的和它的流动性流动性，一般来说，希望液相数，一般来说，希望液相数量尽量多一点而流动性高者粘结周围的固体物料的范围大，可以提高量尽量多一点而流动性高者粘结周围的固体物料的范围大，可以提高烧结矿的固结强度。但是流动性过大会造成粘结层
15、的厚度很薄，形成烧结矿的固结强度。但是流动性过大会造成粘结层的厚度很薄，形成薄壁大孔结构，使烧结矿整体变脆，强度下降，同时流动性过大还降薄壁大孔结构，使烧结矿整体变脆，强度下降，同时流动性过大还降低料层透气性，影响烧结机的产量，因而流动性要适宜。一般矿粉同低料层透气性，影响烧结机的产量，因而流动性要适宜。一般矿粉同化性好的具有流动性高的趋势。铁酸钙生成能力是化性好的具有流动性高的趋势。铁酸钙生成能力是SFCA生成难易程生成难易程度和稳定性的关键。配料前通过测定对比，遵循互补原则使组成的混度和稳定性的关键。配料前通过测定对比，遵循互补原则使组成的混合料具有同化性好，产生液相数量多而且流动性适宜铁
16、酸钙生成能力合料具有同化性好，产生液相数量多而且流动性适宜铁酸钙生成能力强而且形成的粘结相强度高。强而且形成的粘结相强度高。13（2）强化制粒是小球烧结的基础。尽量将混合料制成）强化制粒是小球烧结的基础。尽量将混合料制成“绿豆绿豆”大小的颗粒。大小的颗粒。（3）低温烧结是将点火温度控制在）低温烧结是将点火温度控制在100050，烧结，烧结温度控制在温度控制在125020，为克服下层热量过多，烧，为克服下层热量过多，烧结温度较高，应采用偏析布料技术。结温度较高，应采用偏析布料技术。（4）厚料层烧结是提高成品率、节能的重要手段。在）厚料层烧结是提高成品率、节能的重要手段。在抽风机能力允许的条件下，
17、尽量将料层厚度提高。抽风机能力允许的条件下，尽量将料层厚度提高。现代烧结机上料层厚度已超过现代烧结机上料层厚度已超过800mm。14n应当指出应当指出，现在一些厂家为了降低矿粉的采购成本，现在一些厂家为了降低矿粉的采购成本，购买了一些低品位（有的甚至只有购买了一些低品位（有的甚至只有48%）高铝（有的）高铝（有的Al2O3含量超过含量超过10%）、高）、高SiO2（有的超过（有的超过12%）的）的矿粉。这种矿粉使烧结矿成本降低了，但是烧结矿的矿粉。这种矿粉使烧结矿成本降低了，但是烧结矿的质量变差了而进入高炉后，高炉的产量降低，焦比升质量变差了而进入高炉后，高炉的产量降低，焦比升高。为保证获得优
18、良品质的高碱度烧结矿，这类矿石高。为保证获得优良品质的高碱度烧结矿，这类矿石不宜加入高碱度烧结矿的烧结配料，以免影响成品的不宜加入高碱度烧结矿的烧结配料，以免影响成品的质量，宜将这类矿石生产普通烧结矿，作为高炉的酸质量，宜将这类矿石生产普通烧结矿，作为高炉的酸性料使用。性料使用。152.1.2 烧结生产过程的节能烧结生产过程的节能1.点火点火 一般采用高炉煤气或高炉和焦炉煤气的混合煤气。点火是燃一般采用高炉煤气或高炉和焦炉煤气的混合煤气。点火是燃烧煤气提供混合料中的固体燃料着火需要的温度和热量。在现代大烧煤气提供混合料中的固体燃料着火需要的温度和热量。在现代大型烧结机上这部分能耗在型烧结机上这
19、部分能耗在0.03-0.04GJ/t。我国烧结点火能耗普遍高。我国烧结点火能耗普遍高于这个数值达到于这个数值达到0.08-0.09GJ/t，高的甚至达到，高的甚至达到0.12-0.15GJ/t。转变。转变对点火功能的认识，实行低点火温度和短点火时间是降低点火能耗对点火功能的认识，实行低点火温度和短点火时间是降低点火能耗的关键。提倡的点火制度是点火温度的关键。提倡的点火制度是点火温度100050，点火时间，点火时间40-45s，同时要采用性能好的点火器和保温炉。，同时要采用性能好的点火器和保温炉。2.固体燃料固体燃料 其作用是燃烧提供烧结过程需要的温度和热量。烧结过其作用是燃烧提供烧结过程需要的
20、温度和热量。烧结过程由表层向下延伸到铺底料结束，存在着蓄热现象，通常的配碳是程由表层向下延伸到铺底料结束，存在着蓄热现象，通常的配碳是混合料上下都一样，实际生产中结果上部温度和热量不足而用增大混合料上下都一样，实际生产中结果上部温度和热量不足而用增大点火能耗来补充，下部则因蓄热现象的作用，而热量和温度过多和点火能耗来补充，下部则因蓄热现象的作用，而热量和温度过多和过高，造成下部烧结矿过烧，过高，造成下部烧结矿过烧，FeO含量升高，还原性变差。含量升高，还原性变差。烧结过程能耗分为三类：点火，固体燃料和动力。烧结过程能耗分为三类：点火，固体燃料和动力。16 解决这种问题的办法有两类：一种是偏析布
21、料，在混合料布到台车上时，让解决这种问题的办法有两类：一种是偏析布料，在混合料布到台车上时，让固体燃料在布料过程中形成上多下少的分布；另一类是双层烧结（图固体燃料在布料过程中形成上多下少的分布；另一类是双层烧结（图4）。实）。实践表明磁精矿粉烧结采用磁鼓偏析布料器效果较好（图践表明磁精矿粉烧结采用磁鼓偏析布料器效果较好（图5），而富粉烧结时应），而富粉烧结时应选用条筛型偏析布料器。选用条筛型偏析布料器。图图4 固体燃料沿高度分布示意图固体燃料沿高度分布示意图AOC 热量与温度不足由点火燃烧煤气补充热量与温度不足由点火燃烧煤气补充 ODB 料层中热量多余，可以节省的固体燃料料层中热量多余，可以节
22、省的固体燃料普遍配碳普遍配碳双层烧结双层烧结偏析布料偏析布料两次点火两次点火双层烧结双层烧结图图5 精矿粉烧结时偏析布料节能示意图精矿粉烧结时偏析布料节能示意图1-理论上最低碳量理论上最低碳量2-常用布料系统下碳分布（常用布料系统下碳分布（C平均平均=4.24%）3-自然偏析下的碳分布（自然偏析下的碳分布（C平均平均=4.24%）4-磁鼓偏析布料（磁鼓偏析布料（C平均平均=4.25%）5-低配碳磁鼓偏析布料（低配碳磁鼓偏析布料（C平均平均=3.37%）17 降低固体燃料的其他技术是采用活性石灰，混合料加热，控降低固体燃料的其他技术是采用活性石灰，混合料加热，控制好燃料粒度（制好燃料粒度（0.5
23、-3.0mm）、石灰石粒度，强化制粒，实）、石灰石粒度，强化制粒，实现小球烧结，原料层低温烧结（现小球烧结，原料层低温烧结（750-800mm和和125020），），热风烧结，富氧烧结等。热风烧结，富氧烧结等。3）动力消耗）动力消耗 动力消耗的节约主要是降低漏风率和提高烧结机动力消耗的节约主要是降低漏风率和提高烧结机的作业率。中国烧结过程能耗高的原因之一是漏风率过高。的作业率。中国烧结过程能耗高的原因之一是漏风率过高。现代大型烧结机的漏风率已经降到现代大型烧结机的漏风率已经降到30%以下，好的以下，好的25%，而，而我国烧结机漏风率普遍在我国烧结机漏风率普遍在50%上，一些后进企业的漏风率甚上
24、，一些后进企业的漏风率甚至达到至达到65%以上，而每降低以上，而每降低1%漏风率，可降低电耗漏风率，可降低电耗0.12-0.15 Kwh/t，这需要从设计到生产维护上下大功夫来改进。，这需要从设计到生产维护上下大功夫来改进。另一浪费是烧结机的抽风机能力配得过大，高出应有水平的另一浪费是烧结机的抽风机能力配得过大，高出应有水平的20%以上，这也是国内烧结动力消耗高的原因之一。以上，这也是国内烧结动力消耗高的原因之一。182.1.3 利用国产磁精矿粉生产优质球团矿利用国产磁精矿粉生产优质球团矿n中国的矿石属贫矿，需要选矿后造块使用。长期以来在这个问题上中国的矿石属贫矿，需要选矿后造块使用。长期以来
25、在这个问题上一直没有解决好，即贫矿在选矿过程中过分强调选矿的经济效益，一直没有解决好，即贫矿在选矿过程中过分强调选矿的经济效益，因此所得精矿粉品位偏低，粘度偏粗，习惯将它用于烧结，造成烧因此所得精矿粉品位偏低，粘度偏粗，习惯将它用于烧结，造成烧结矿质量差能耗高。正确的途径应该是将原矿细磨深选，使精矿粉结矿质量差能耗高。正确的途径应该是将原矿细磨深选，使精矿粉品位达到品位达到68%左右，用这种精矿粉生产含左右，用这种精矿粉生产含MgO球团，是合理炉料结球团，是合理炉料结构中与高碱度烧结矿搭配的最佳炉料。由于细磨消耗的能量完全可构中与高碱度烧结矿搭配的最佳炉料。由于细磨消耗的能量完全可被造块过程降
26、低的能耗（中国被造块过程降低的能耗（中国2011年球团矿的消耗为年球团矿的消耗为20-30 Kgcc/t，而烧结矿的能耗为而烧结矿的能耗为55-60 Kgcc/t，两者相差，两者相差1倍以上）和高炉冶炼过倍以上）和高炉冶炼过程节省的燃料比（品位提高程节省的燃料比（品位提高1%，燃料比降低，燃料比降低1.5%）补偿而且有余。）补偿而且有余。目前中国一部分新建的大型球团厂缺少精矿粉，影响了其正常生产。目前中国一部分新建的大型球团厂缺少精矿粉，影响了其正常生产。如果中国选矿界扭转传统观念，生产出品位如果中国选矿界扭转传统观念，生产出品位68%的磁精矿粉供生产的磁精矿粉供生产球团矿，不仅解决现有球团厂
27、缺料的问题，而且增加球团矿的产量，球团矿，不仅解决现有球团厂缺料的问题，而且增加球团矿的产量，为实现最佳炉料结构做出贡献。为实现最佳炉料结构做出贡献。192.2 降低燃料比的重要工艺技术降低燃料比的重要工艺技术n我国高炉炼铁的燃料比较世界上先进高炉的燃料比高我国高炉炼铁的燃料比较世界上先进高炉的燃料比高30-50kg/t，高炉炼铁的平均燃料比高，高炉炼铁的平均燃料比高50-100kg/t。原因复杂，。原因复杂，其中重要的一条是高炉过于强化，为追求高的有效容积利其中重要的一条是高炉过于强化，为追求高的有效容积利用系数用系数3.5-4.0t/m3d，将高炉强化到与冶炼条件不相适应的，将高炉强化到与
28、冶炼条件不相适应的程度，造成煤气利用差，燃料比升高。需要我们转变观念，程度，造成煤气利用差，燃料比升高。需要我们转变观念，将高炉生产维持在冶炼条件允许的最大炉腹煤气量的状况，将高炉生产维持在冶炼条件允许的最大炉腹煤气量的状况，使高炉稳产、高产。对这个问题，我们多次宣传并撰文论使高炉稳产、高产。对这个问题，我们多次宣传并撰文论述。由于篇幅限制，不在这里重复论述，本节仅就几个重述。由于篇幅限制，不在这里重复论述，本节仅就几个重要的工艺技术与大家讨论。要的工艺技术与大家讨论。202.2.1 高风温技术高风温技术n高风温为高炉冶炼提供了高风温为高炉冶炼提供了30%以上的高温热量，为低燃料比创以上的高温
29、热量，为低燃料比创造了条件。从现代热风炉技术来分析，高炉的风温可达到造了条件。从现代热风炉技术来分析，高炉的风温可达到1280-1300，2011我国重点企业的平均风温为我国重点企业的平均风温为1179，有的企业达，有的企业达到了到了1250，而有的企业还不足，而有的企业还不足1000。从平均风温来说，风。从平均风温来说，风温还有温还有100左右的潜力可奋斗。如何来挖掘这左右的潜力可奋斗。如何来挖掘这100风温（可风温（可降低燃料比降低燃料比10-12kg/t），应该说在中国燃烧单一低热值高炉煤），应该说在中国燃烧单一低热值高炉煤气（气（3000200kJ/m3）获得）获得1200以上风温的技
30、术已经成熟，而以上风温的技术已经成熟，而且已应于相当多的厂家。为什么不能普遍应用这个成熟的技术且已应于相当多的厂家。为什么不能普遍应用这个成熟的技术以获得以获得1200以上的风温？主要原因是两个方面：热风炉结构以上的风温？主要原因是两个方面：热风炉结构落后（内燃式热风炉，顶燃球式热风炉等）不能提供落后（内燃式热风炉，顶燃球式热风炉等）不能提供1200的的风温和热风管路系统不能适应风温和热风管路系统不能适应1200以上的风温，风温超过以上的风温，风温超过1150频繁出现问题。频繁出现问题。21n生产和研究表明生产和研究表明，要达到长期稳定送，要达到长期稳定送1200以上热风（热以上热风（热效率达
31、到效率达到80%，寿命达到为两代高炉服务）宜采用外燃式，寿命达到为两代高炉服务）宜采用外燃式（宝钢）和顶燃式（首钢京唐），而热风管路系统要处理（宝钢）和顶燃式（首钢京唐），而热风管路系统要处理好盲板力产生的作用。采用波纹补偿器和固定与滑动支架好盲板力产生的作用。采用波纹补偿器和固定与滑动支架合理布置来消除盲板力，保证管路系统长期安全运行。在合理布置来消除盲板力，保证管路系统长期安全运行。在热风炉本体结构优化和管路布置科学合理的条件下，现代热风炉本体结构优化和管路布置科学合理的条件下，现代热风炉上要获得热风炉上要获得1250以上风温的关键是在燃烧期用高炉以上风温的关键是在燃烧期用高炉煤气燃烧达到
32、拱顶温度煤气燃烧达到拱顶温度t拱拱=138020，而后在送风期将风，而后在送风期将风温温t风风 稳定在稳定在128020，即将，即将t拱拱与与t风风的温差保持在的温差保持在80-100以下，为此应做好以下工作。以下，为此应做好以下工作。221）将高炉煤气和助燃空气双预热到）将高炉煤气和助燃空气双预热到250以上，最经济又保持热以上，最经济又保持热效率效率80%以上的办法是将热风炉废气温度提高到以上的办法是将热风炉废气温度提高到500，再通，再通过热媒换热器将煤气和助燃空气预热到过热媒换热器将煤气和助燃空气预热到250-300。现在一些。现在一些高炉在热风炉旁建两个小顶燃热风炉预热助燃空气到高炉
33、在热风炉旁建两个小顶燃热风炉预热助燃空气到600，而用废气（其温度在而用废气（其温度在350以下）预热煤气到以下）预热煤气到150-200。这种。这种方法可保证方法可保证t拱拱达到达到138020，但是投资大，而且效率达不到，但是投资大，而且效率达不到80%。2）采用合金耐热铸铁制造炉箅和支柱适应废气温度提高到）采用合金耐热铸铁制造炉箅和支柱适应废气温度提高到500或更高。废气温度每提高或更高。废气温度每提高100，可缩小，可缩小t拱拱与与t风风 的温差的温差40左左右。右。3）科学地选用热风炉工作制度来提高风温，主要是两个方面：）科学地选用热风炉工作制度来提高风温，主要是两个方面：保持送风期
34、在保持送风期在40-45min；采用交叉并联（采用交叉并联（4座热风炉）或半座热风炉）或半交叉并（交叉并（3座热风炉）送风可缩小座热风炉）送风可缩小t拱拱和和t风风 的温差的温差40 以上。以上。232.2.2 富氧技术富氧技术n富氧本身不会影响燃料比，因为冷氧鼓入高炉并没有带来富氧本身不会影响燃料比，因为冷氧鼓入高炉并没有带来热量。但是富氧在高炉内起着三方面的作用：在冶强保持热量。但是富氧在高炉内起着三方面的作用：在冶强保持不变的情况下，减少炉腹煤气量，改善炉内透气性，有利不变的情况下，减少炉腹煤气量，改善炉内透气性，有利于顺行，改善煤气分布和利用，并保持良好的炉缸状态；于顺行，改善煤气分布
35、和利用，并保持良好的炉缸状态；在炉腹煤气量保持不变的情况下，可提高冶炼强度，提高在炉腹煤气量保持不变的情况下，可提高冶炼强度，提高产量，每产量，每1%氧可提高产量氧可提高产量3%-3.5%；补偿喷煤分解吸热；补偿喷煤分解吸热造成的造成的t理理下降，同时改善煤粉燃烧条件，是提高喷煤量的下降，同时改善煤粉燃烧条件，是提高喷煤量的重要手段，由于这三方面的作用，富氧已成为世界炼铁广重要手段，由于这三方面的作用，富氧已成为世界炼铁广泛采用的技术。泛采用的技术。24n目前中国高炉富氧率一般在目前中国高炉富氧率一般在2%-3%，高的，高的5%-8%。国外。国外富氧高的达到富氧高的达到10%-12%，造成这样
36、的状况是由于富氧受，造成这样的状况是由于富氧受到多方面的制约，主要是两方面：高炉冶炼工艺和氧气成到多方面的制约，主要是两方面：高炉冶炼工艺和氧气成本。所谓高炉冶炼工艺是富氧后，高炉内温度场分布发生本。所谓高炉冶炼工艺是富氧后，高炉内温度场分布发生变化，高温区下移，集中到炉缸部分，而上部间接还原区变化，高温区下移，集中到炉缸部分，而上部间接还原区700-1000温度带缩小，炉顶温度下降。间接还原区的缩温度带缩小，炉顶温度下降。间接还原区的缩小会造成铁的间接还原减少，致使下部直接还原增加，不小会造成铁的间接还原减少，致使下部直接还原增加，不利于燃料比。另一方面，炉顶温度下降幅度过大，而低于利于燃料
37、比。另一方面，炉顶温度下降幅度过大，而低于煤气中煤气中H2O的露点时，煤气中的露点时，煤气中H2O蒸汽冷凝，不仅给高炉蒸汽冷凝，不仅给高炉冶炼带来不利影响，而且给煤气除尘，冶炼带来不利影响，而且给煤气除尘，TRT工作带来严重工作带来严重的不利后果。研究和生产实践证明，在现有中国生产条件的不利后果。研究和生产实践证明，在现有中国生产条件下，制约的富氧率为下，制约的富氧率为12%。25n氧气成本是另一制约因素，中国的氧气成本普遍较高。富氧后，氧气氧气成本是另一制约因素，中国的氧气成本普遍较高。富氧后，氧气给冶炼带来的好效果，必须能补偿因富氧而增加的生铁成本，因此企给冶炼带来的好效果，必须能补偿因富
38、氧而增加的生铁成本，因此企业应该根据自身的实际情况，通过综合对比制约成本与节焦增产带来业应该根据自身的实际情况，通过综合对比制约成本与节焦增产带来的效益，确定本企业的适宜的富氧率。例如我们对山东某厂所做的结的效益，确定本企业的适宜的富氧率。例如我们对山东某厂所做的结果示于图。它代表了中国大部分厂家的情况，因此我们建议将富氧率果示于图。它代表了中国大部分厂家的情况，因此我们建议将富氧率控制在控制在3%-5%。图图6 高炉富氧率与生铁成本的关系高炉富氧率与生铁成本的关系262.2.3 脱湿与调湿技术脱湿与调湿技术 脱脱湿湿鼓鼓风风是是将将大大气气湿湿度度脱脱到到当当地地冬冬季季大大气气的的含含湿湿
39、量量。采采用用风风机机吸吸风风口口侧侧降降温温脱脱湿湿法法后后，可可使使风风机机工工作作条条件件和和高高炉炉生生产产处处在在“四四季季如如冬冬”的的状状态态。其其优优点点是是：消消除除大大气气湿湿度度波波动动对对风风机机和和炉炉况况的的影影响响。使使炉炉况况稳稳定定，煤煤气气利利用用改改善善，焦焦比比降降低低，产产量量增增加加。改改善善风风机机吸吸风风条条件件，提提高高风风机机出出力力，一一般般可可使使夏夏季季的的质质量量风风量量提提高高9%左左右右；节节约约大大气气中中水水分分在在风风口口前前燃燃烧烧带带分分解解耗耗热热，节节约约的的热热可可用用来来多多喷喷吹吹煤煤粉粉，脱脱湿湿1g H2O
40、可可以以多多喷喷吹吹1.5-2.0kg煤煤粉粉。2005年年宝宝钢钢能能源源部部对对4号号高高炉炉（4350m3）脱脱湿湿效效益益的的计计算算为为：（将将鼓鼓风风湿湿分分脱脱到到上海地区冬季水平上海地区冬季水平13g/m3）节焦节焦 24000 t/a 提高喷煤提高喷煤 45600 t/a 按按2005年年的的价价格格，四四项项共共得得效效益益8377万万元元/t。而而脱脱湿湿投投资资2000万万元元/台台。由由于脱湿机消耗的电能被风机积省的电能完全补偿而且有余。于脱湿机消耗的电能被风机积省的电能完全补偿而且有余。应应当当指指出出，高高炉炉采采用用脱脱湿湿鼓鼓风风时时，还还应应保保留留加加湿湿
41、的的技技术术装装置置，用用于于必必要要时时调湿现代高炉（例如曹妃甸等），都装备有脱湿与加湿装置。调湿现代高炉（例如曹妃甸等），都装备有脱湿与加湿装置。节电节电 2190800 Kwh/a 增产增产 174000 t/a272.2.42.2.4 喷吹燃料技术喷吹燃料技术2.2.4.1喷吹煤分喷吹煤分n以煤代焦向高炉喷吹煤粉是炼铁技术发展史上的一个重要以煤代焦向高炉喷吹煤粉是炼铁技术发展史上的一个重要的技术进步。现在喷煤由中国发展到世界取得卓越的成绩。的技术进步。现在喷煤由中国发展到世界取得卓越的成绩。其优点是用储量丰富的动力煤代替昂贵的焦炭，降低生铁其优点是用储量丰富的动力煤代替昂贵的焦炭，降低
42、生铁成本，同时喷吹煤粉的工序能耗只有成本，同时喷吹煤粉的工序能耗只有20-35 Kgcc/t，而焦化，而焦化的工序能耗在的工序能耗在110 Kgcc/t左右，喷煤可以为炼铁系统降低左右，喷煤可以为炼铁系统降低75-90 Kgcc/t的能源消耗。因此炼铁工作者总是想法多喷吹的能源消耗。因此炼铁工作者总是想法多喷吹煤粉，力争达到煤粉，力争达到250Kg/t，但是至今未能实现。国内外低燃，但是至今未能实现。国内外低燃料比的喷煤量约为料比的喷煤量约为15020 Kg/t，而且大多数是低于，而且大多数是低于150 kg/t，只有少数（例如宝钢、浦项等）超过，只有少数（例如宝钢、浦项等）超过150 Kg/
43、t，达，达到到180-200 kg/t。28这是由于诸多因素制约，最主要的是：这是由于诸多因素制约，最主要的是：煤粉在风口前的燃烧带内气化率不能低于煤粉在风口前的燃烧带内气化率不能低于70%，一般希望达到，一般希望达到80%-85%；高炉顺行制约，喷吹煤粉以后煤气上升的高炉顺行制约，喷吹煤粉以后煤气上升的P增大而影响顺行，增大而影响顺行，这是由以下几个因素造成的，喷煤后料柱内焦炭数量减少煤气流这是由以下几个因素造成的，喷煤后料柱内焦炭数量减少煤气流量增大，未燃煤粉降低料柱的透气性，以及炉渣在滴落带内滞留量增大，未燃煤粉降低料柱的透气性，以及炉渣在滴落带内滞留率增大；率增大；炉缸热状态因炉缸热状
44、态因t理理下降而变差；下降而变差；焦炭质量的制约，喷煤后焦炭在炉内停留的时间增加，劣化程度焦炭质量的制约，喷煤后焦炭在炉内停留的时间增加，劣化程度加大；加大；置换比随喷煤量增加而降低，超过冶炼条件允许的最大喷煤量后，置换比随喷煤量增加而降低，超过冶炼条件允许的最大喷煤量后，置换比急剧下降而造成喷煤越多，燃料比越高。置换比急剧下降而造成喷煤越多，燃料比越高。29 很多学者和炼铁工作者对合适的喷煤量作了研究，归纳起很多学者和炼铁工作者对合适的喷煤量作了研究，归纳起来为，在中国现有的冶炼条件：入炉品位来为，在中国现有的冶炼条件：入炉品位56%-58%，渣，渣量量350 Kg/t 以上；风温以上；风温
45、115050；富氧率；富氧率1%-3%；鼓风；鼓风不脱湿；煤种以无烟煤为主，而且灰分有时超过焦炭灰分；不脱湿；煤种以无烟煤为主，而且灰分有时超过焦炭灰分；焦炭灰分高，焦炭灰分高，CRI高高25%以上，以上，CSR低低60%以下等。合适以下等。合适的喷煤量应该控制在的喷煤量应该控制在130 kg/t左右，最高不宜超过左右，最高不宜超过150 kg/t。不顾冶炼条件而冒然提高喷煤量将导致燃料比升高，炼。不顾冶炼条件而冒然提高喷煤量将导致燃料比升高，炼铁能耗增加，不符合低碳炼铁的要求。铁能耗增加，不符合低碳炼铁的要求。30n为实现低碳炼铁，一些学者提出喷吹富氢燃料，例如冶金企业的焦炉为实现低碳炼铁，
46、一些学者提出喷吹富氢燃料，例如冶金企业的焦炉煤气，利用氢的还原来代替煤气，利用氢的还原来代替CO和和C还原以节省碳素消耗，减少还原以节省碳素消耗，减少CO2排排放。在喷吹燃料的发展史上，曾经喷吹过焦炉煤气。通过实践和研究放。在喷吹燃料的发展史上，曾经喷吹过焦炉煤气。通过实践和研究得出的结果是：喷吹焦炉煤气的投入大而效益低，而被放弃。投入大得出的结果是：喷吹焦炉煤气的投入大而效益低，而被放弃。投入大指的是，焦炉煤气要喷入高炉必须建加压站；焦炉煤气必须经过进一指的是，焦炉煤气要喷入高炉必须建加压站；焦炉煤气必须经过进一步清洗脱除硫等杂质，否则影响加压机和高炉正常生产。效益低指的步清洗脱除硫等杂质，
47、否则影响加压机和高炉正常生产。效益低指的是，焦炉煤气中是，焦炉煤气中CO2、H2O较多，影响燃烧带的温度，需要补偿，较多，影响燃烧带的温度，需要补偿，H2在高炉内的利用率在高炉内的利用率H2较低。一般只有较低。一般只有40%，有时更低，最终焦炉煤，有时更低，最终焦炉煤气在高炉内的置换比只有气在高炉内的置换比只有0.35，远低于其它燃料。，远低于其它燃料。n有的学者提出将焦炉煤气裂解成高温还原性气体，从炉身下部喷入。有的学者提出将焦炉煤气裂解成高温还原性气体，从炉身下部喷入。这在目前技术条件下是不可取的。因为这种情况下煤气利用率恶化，这在目前技术条件下是不可取的。因为这种情况下煤气利用率恶化，置
48、换比更低。裂化后的焦炉煤气用到竖炉生产直接还原铁比喷入高炉置换比更低。裂化后的焦炉煤气用到竖炉生产直接还原铁比喷入高炉更合理。更合理。2.2.4.22.2.4.2 喷吹富氢燃料喷吹富氢燃料312.2.5 提高操作水平，使煤气利用率达到提高操作水平，使煤气利用率达到CO=0.5的技术分析的技术分析2.2.5.1转变指导生产的传统观念转变指导生产的传统观念 中国高炉炼铁的燃料比较国外高中国高炉炼铁的燃料比较国外高30-100kg/t的原因之一是的原因之一是片面追求高冶炼强度，达到高有效容积利用系数的传统片面追求高冶炼强度，达到高有效容积利用系数的传统理念。由于生产中达到的冶炼强度超过了冶炼条件允许
49、理念。由于生产中达到的冶炼强度超过了冶炼条件允许的冶炼强度，造成燃料比升高。关于这个问题，我们已的冶炼强度，造成燃料比升高。关于这个问题，我们已在几届年会和研讨会以及杂志上发表过文章，分析这个在几届年会和研讨会以及杂志上发表过文章，分析这个陈旧的理念给中国炼铁带来的坏影响。希望炼铁工作者陈旧的理念给中国炼铁带来的坏影响。希望炼铁工作者以科学发展观为指导，以与冶炼条件相适应的炉腹煤气以科学发展观为指导，以与冶炼条件相适应的炉腹煤气量和相应的炉缸面积利用系数来评估生产，指导生产，量和相应的炉缸面积利用系数来评估生产，指导生产，达到低耗高效的目的。达到低耗高效的目的。322.2.5.2 掌握好高炉内
50、煤气三次分配规律掌握好高炉内煤气三次分配规律n要达到高炉内煤气利用好（要达到高炉内煤气利用好（CO=48%52%）,必须掌握好煤气必须掌握好煤气流在炉缸内的一次分配，软熔带的二次分配和块状带的三次分流在炉缸内的一次分配，软熔带的二次分配和块状带的三次分配，只有这三次分配都搞好了，才能获得全炉煤气利用率的提配，只有这三次分配都搞好了，才能获得全炉煤气利用率的提高。高。1）炉缸内的煤气流初始分配）炉缸内的煤气流初始分配 煤气是炉缸内燃烧带中燃烧形成，沿着阻力最小的途径上升。煤气是炉缸内燃烧带中燃烧形成，沿着阻力最小的途径上升。高炉生产的普遍规律是边缘和中心应有合理的煤气流分配，否高炉生产的普遍规律