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1、6.1高炉炼铁生产的原则各类因素之间关系的分析1)1)产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2)2)效益与产量、消耗之间的关系效益与产量、消耗之间的关系3)3)产量与高炉寿命、效益之间的关系产量与高炉寿命、效益之间的关系4)4)产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系1)产量和消耗之间的关系 vv(t铁/m3d)I I(t焦/m3d)/K/K(t焦/t铁)高炉有效容积利用系数冶炼强度/焦比为了使高炉产量有4种途径：I不变，KK不变，I随I，K有所随I，K有所(一般不采用)对一个实际高炉而言对一个实际高炉而言存在与最低焦比相适宜的冶炼强度存在与最低焦比相适宜的冶炼强度I I适适vI/K 冶炼强
2、度和焦比之间的关系 I I焦比焦比产量产量I I适适焦比产量I Imaxmax I II II I适适时时：煤气流速过大：煤气流速过大 冶炼强度和焦比的关系分析 炉况恶化炉况恶化焦比焦比中心过吹或管道行程中心过吹或管道行程PPI适是随冶炼条件的改善不断增大的适宜的适宜的冶炼强度冶炼强度焦焦比比12345随着冶炼条随着冶炼条件改善，既件改善，既可提高可提高I适，适，同时又降低同时又降低K。适宜冶炼强度和焦比的关系 各类因素之间关系的分析1)1)产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2)2)效益与产量、消耗之间的关系效益与产量、消耗之间的关系3)3)产量与高炉寿命、效益之间的关系产量与高炉寿命、
3、效益之间的关系4)4)产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系n最大效益的获取 2)效益与产量、消耗之间的关系 成本成本S盈利性盈利性A生铁成本出厂价出厂价C盈利性AP(CS)盈利亏损P0P产量产量生铁最低成本在生铁最低成本在P0产量下获得产量下获得企业最大效益在企业最大效益在P（P0）时获得时获得原 因PP0，而市场正是生铁供不应求时，单位成本在PP0附近，升高幅度很小；单位生铁利润（CS）减少的幅度小于产量（P）增加的幅度；AP（CS）仍可达到最大。2)效益与产量、消耗之间的关系(A)n在钢铁的需求大于供给的情况下 I=Imax(I适适)时，单位成本最低。时，单位成本最低。原原 因因l 此
4、时产量（此时产量（P P）最高；最高；l 随随P,P,单位成本中不随时间变化部分的费用总和单位成本中不随时间变化部分的费用总和l 在在K Kf(I)f(I)的最低处，随的最低处，随I I增大，增大，K K上升幅度不大；上升幅度不大；l 这时：这时：多消耗的焦炭费用多消耗的焦炭费用 被节省下来的加工费用。被节省下来的加工费用。n在钢铁的需求小于供给的情况下 2)效益与产量、消耗之间的关系(B)I=I I适(50kPa时时（国外认为（国外认为150kPa）日本高炉顶压平均为225kPa宝钢3号高炉（4350M3）已达230kPa消耗在高压阀组上的压力是由风机提供的炉顶煤气压力炉顶煤气压力，要求送风
5、压力，要求送风压力能能量量消消耗耗采用采用“余压发电余压发电”技术技术可回收风机用电的可回收风机用电的25302)高压操作对冶炼的影响 高炉整个送风系统、高炉本体、高炉整个送风系统、高炉本体、煤气除尘系统是一个连通器煤气除尘系统是一个连通器高压调节阀组前压力的提高，高压调节阀组前压力的提高，不仅炉顶压力不仅炉顶压力，炉内压力也，炉内压力也高压操作必然会对高压操作必然会对高炉冶炼产生重要影响高炉冶炼产生重要影响l提高高炉产量l降低高炉焦比l改善生铁质量l减少炉尘吹出量高压操作的理论基础 煤气通过散料层时造成的压力损失可用下式表示煤气通过散料层时造成的压力损失可用下式表示设f、H和de为常数，则：
6、常压和高压时煤气的压力损失分别为：常压和高压时煤气的压力损失分别为：当鼓风或煤气重量流量（当鼓风或煤气重量流量（G）和温度不变时和温度不变时气体密度（气体密度（）和气体平均压力（和气体平均压力（P）成正比成正比气体流速（气体流速（W）与气体平均压力（与气体平均压力（P）成反比成反比在风量不变的情况下在风量不变的情况下高压操作后煤气的高压操作后煤气的P有利于高炉顺行有利于高炉顺行煤气的压力损失煤气的压力损失与煤气平均压力成反比与煤气平均压力成反比炉顶煤气压力P顶顶和热风压力P风风的关系 炉内煤气平均压力炉内煤气平均压力 常压时：高压时：P风为热风压力P顶为炉顶煤气压力因为P风1P顶1P1P风2P
7、顶2P2所以简化后得：两边各加并平方得：因为P风2P顶2P2用此式可计算常压改高压时相应的热风压力用此式可计算常压改高压时相应的热风压力提高炉P顶顶时，其它参数的变化P顶，MPaP风，MPaP，MpaP，MPaP，0.020.120.070.101000.050.130.090.08800.100.160.130.06600.150.200.180.05500.200.240.220.0440l随炉顶煤气压力的提高，热风压力相应提高，随炉顶煤气压力的提高，热风压力相应提高，但提高的幅度小于炉顶煤气压力提高的幅度；但提高的幅度小于炉顶煤气压力提高的幅度；l随炉顶煤气压力的提高，煤气压力损失则降低
8、。随炉顶煤气压力的提高，煤气压力损失则降低。因因为为又又l煤气流速（W）与煤气量成正比l煤气量又与风量（V）成正比所所以以煤气流速（煤气流速（W）与风量（与风量（V）成正比成正比以乘上式两边得：因：G，/有：标态下，V与G成正比维持煤气压力损失维持煤气压力损失P不变时不变时炉内煤气平均压力与风量的关系炉内煤气平均压力与风量的关系当当炉炉顶顶压压力力由由常常压压时时的的0.02MPa0.15MPa炉炉内内煤煤气气平平均均压压力力则则由由0.07MPa0.18MPa风量在常压基础上提高了风量在常压基础上提高了60高压操作有利于提高冶炼强度高压操作有利于提高冶炼强度强强化化高高炉炉冶冶炼炼高压操作对
9、高炉冶炼的具体影响(1)燃烧带减小 l炉炉内内压压力力鼓鼓风风体体积积，鼓鼓风风动动能能所所致致（当当顶顶压压由由15kPa80kPa时时，E降降到到原原来的来的76）lCO2、O2分压分压，燃烧速度加快所致，燃烧速度加快所致为了维持合理的燃烧带，可增大风量为了维持合理的燃烧带，可增大风量从而对增产有积极作用从而对增产有积极作用(2)对还原的影响(rd，Si)l对铁氧化物还原的影响对铁氧化物还原的影响因为抑制了因为抑制了CCO2=2CO正反应正反应有利于间接还原发展，有利于间接还原发展，rdl对对Si还原的影响还原的影响因为抑制了因为抑制了CSiO2=SiCO2正反应，正反应，Si高压操作对低
10、硅生铁冶炼有利高压操作对低硅生铁冶炼有利(3)料柱阻力损失P 由于，料层气流阻损由于，料层气流阻损P与气体压力成反比（与气体压力成反比（）故有：故有：P高压高压P常压常压高压操作有利于顺行（下料通畅）如果如果P维持常压时的水平维持常压时的水平则入炉风量可以则入炉风量可以，从而产量从而产量高压操作有利于增加高炉生铁产量高压操作有利于增加高炉生铁产量 注意注意高压操作时高压操作时P的下降并不均匀的下降并不均匀上部下降幅度大，下部下降幅度小上部下降幅度大，下部下降幅度小高炉限制冶强提高的是炉子下部状况高炉限制冶强提高的是炉子下部状况要充分发挥高压操作对增产的作用要充分发挥高压操作对增产的作用需改善炉
11、料的高温性能需改善炉料的高温性能（焦炭高温强度、矿石高温冶金性能）（焦炭高温强度、矿石高温冶金性能）(4)大幅度减少炉尘吹出量 因为煤气动压头因为煤气动压头，P，h动动炉尘吹出的粒径变小、数量变少炉尘吹出的粒径变小、数量变少常压常压高压，炉尘吹出量降低高压，炉尘吹出量降低2070顶压顶压150250kpa的高炉，炉尘量的高炉，炉尘量10kg/t(5)降低焦比 高压操作后降低焦比的原因高压操作后降低焦比的原因l炉况顺行，煤气利用率提高；炉况顺行，煤气利用率提高；l炉尘吹出量大幅度减少；炉尘吹出量大幅度减少；l产量提高，单位生铁热损减小；产量提高，单位生铁热损减小；l有利于间接还原发展；有利于间接
12、还原发展；l生铁含硅可控制在下限水平。生铁含硅可控制在下限水平。6.3高炉强化冶炼的措施 6.3.1精料6.3.2高压操作6.3.3高风温6.3.4喷吹燃料6.3.5综合鼓风6.3.3高风温 综合效果降低焦比古老的高炉采用冷风炼铁古老的高炉采用冷风炼铁1828年英国首次用年英国首次用150的热风炼铁的热风炼铁现最高风温可达现最高风温可达13001350一、高风温对高炉冶炼的影响 1)风口前燃烧C量减少 原原因因风温提高使焦比下降所致风温提高使焦比下降所致（热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热）（热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热）2)高炉内温度场发生变化 炉缸温度炉缸温度炉身上部和炉顶温度炉身上
13、部和炉顶温度中温区（中温区（9001000）略有扩大）略有扩大原因 每每100风温，风口理论燃烧温度风温，风口理论燃烧温度6080C风风煤气量煤气量使炉身上部温度使炉身上部温度3)直接还原度略有升高原原因因：CO炉身温度炉身温度4)炉内压损P 原原 因因 焦比焦比料柱透气性变差料柱透气性变差炉下部温度炉下部温度煤气流速煤气流速SiO挥发挥发堵塞料柱孔隙堵塞料柱孔隙如果高炉在顺行的极限下操作则风温如果高炉在顺行的极限下操作则风温将迫使冶炼强度将迫使冶炼强度5)有效热消耗减少原原 因因 灰分灰分渣量渣量硫量硫量脱硫耗热脱硫耗热焦比焦比 6)改善生铁质量 l风温风温焦比下降，高炉的硫负荷下降，焦比下
14、降，高炉的硫负荷下降，炉缸温度升高，热量充沛，炉缸温度升高，热量充沛，易于冶炼低硫生铁易于冶炼低硫生铁；l风温风温炉温温度，生铁含硅可控制在下限，炉温温度，生铁含硅可控制在下限，易于冶炼低硅生铁易于冶炼低硅生铁。二、提高风温降低焦比的效果 t风风100降低焦比的量降低焦比的量60060070070070070080080080080090090090090010001000100010001100110015153535kgkg15153030kgkg10102525kgkg8 82020kgkg8 82020kgkg三、高炉接受高风温的条件风温风温超过超过“极限极限”炉况不顺炉况不顺 焦比焦
15、比产量产量接受高风温的条件利用热分解，降低风口理论燃烧温度利用热分解，降低风口理论燃烧温度（加湿在不喷吹燃料情况下为宜）（加湿在不喷吹燃料情况下为宜）l l精料精料改善料柱透气性改善料柱透气性l l提高炉顶压力（高压操作）提高炉顶压力（高压操作）降低煤气流速降低煤气流速Pl l喷吹燃料喷吹燃料l l加湿鼓风加湿鼓风我国大型高炉平均风温我国大型高炉平均风温1000宝钢高炉热风温度宝钢高炉热风温度12201250日本最高风温可达日本最高风温可达1350高炉具备接受高风温的条件是关键 四、高风温的获得 高炉煤气发热值较低：32003800kJ/m3获得高风温的设备因素受限制 空气预热空气预热高发热值
16、燃料高发热值燃料热风炉结构能承受高温热风炉结构能承受高温燃燃 烧烧 热热 风风 炉炉，使使 火火 焰焰 温温 度度 达达 15501700结构结构材质（钢、耐火材料）材质（钢、耐火材料）热风阀热风阀对对策策 6.3高炉强化冶炼的措施 6.3.1精料6.3.2高压操作6.3.3高风温6.3.4喷吹燃料6.3.5综合鼓风6.3.4喷吹燃料 主要目的代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭喷喷吹吹燃燃料料的的种种类类l天然气原苏联、美国原苏联、美国l重油日本、法国、德国，因石油价格日本、法国、德国，因石油价格，也转向喷吹煤粉。，也转向喷吹煤粉。l煤粉我国（资源所限）我国（资源所限）世界上除重油、天然气丰
17、富的地世界上除重油、天然气丰富的地区外，都在实践大量喷煤工作。区外，都在实践大量喷煤工作。1)喷煤对高炉冶炼的影响 a.风口前燃料燃烧的热值 原原 因因 焦炭燃烧焦炭燃烧C的氧化过程的氧化过程煤粉燃烧煤粉燃烧脱气脱气结焦结焦C的氧化过程的氧化过程耗热耗热H/C愈高，耗热量愈大愈高，耗热量愈大燃烧热值燃烧热值焦炭可基本全部被燃烧焦炭可基本全部被燃烧煤粉在燃烧区停留时间短煤粉在燃烧区停留时间短部分未燃煤粉随气流上升部分未燃煤粉随气流上升b.扩大燃烧带.炉缸煤气量炉缸煤气量(以焦炭为以焦炭为1时，煤粉为时，煤粉为1.13).部部分分煤煤粉粉在在直直吹吹管管和和风风口口内内燃燃烧烧，在在管管路路内形成
18、高温内形成高温(高于鼓风温度高于鼓风温度400-800),促使中心气流发展（鼓风动能促使中心气流发展（鼓风动能）原原 因因 c.风口前理论燃烧温度 作为喷吹物的煤粉是冷态的作为喷吹物的煤粉是冷态的煤粉的热分解需要消耗热量煤粉的热分解需要消耗热量燃烧产物量燃烧产物量用于加热产物到燃烧温用于加热产物到燃烧温度的热量消耗度的热量消耗 原原 因因 d.直接还原度 C熔损反应量熔损反应量还原性组分（还原性组分（COH2）浓度浓度，绝对量，绝对量(煤气量煤气量所致所致)炉下部温度炉下部温度碳熔损反应受到抑制碳熔损反应受到抑制焦比焦比 焦炭与焦炭与CO2反应的表面积反应的表面积焦比焦比单位生铁的炉料容积单位
19、生铁的炉料容积矿石在炉内停留时间矿石在炉内停留时间原原 因因 e.煤气阻力损失（P）焦炭量焦炭量料柱透气性料柱透气性煤气量煤气量煤气流速增大煤气流速增大原原 因因 f.炉内温度场变化 高温区高温区上移上移炉缸温度炉缸温度趋于均匀趋于均匀略有上升略有上升 所致所致炉缸边缘温度炉缸边缘温度 风口理论燃烧温度下降所致风口理论燃烧温度下降所致炉缸中心温度炉缸中心温度 煤气穿透能力增强所致煤气穿透能力增强所致（煤气量、煤气含氢、鼓风动能（煤气量、煤气含氢、鼓风动能）原原 因因 炉身温度炉身温度炉顶温度炉顶温度原原 因因 g.存在热滞后现象 l喷入炉内的煤粉要分解吸热喷入炉内的煤粉要分解吸热 炉缸温度暂时
20、炉缸温度暂时l被还原性强的煤气作用的被还原性强的煤气作用的炉料下降到炉缸后，由于炉料下降到炉缸后，由于 直接还原耗热减少直接还原耗热减少 炉缸温度回升炉缸温度回升“热滞后”时间约为34小时置换比喷吹量2)煤粉的置换比与喷吹量置换比 喷吹喷吹1kg煤粉能替换的焦炭量煤粉能替换的焦炭量（一般在（一般在0.8左右）左右）影响喷煤置换比的因素 煤粉含煤粉含C量和含量和含H2量量煤粉燃烧率煤粉燃烧率炉况顺行程度炉况顺行程度有否有补偿手段有否有补偿手段.喷吹量 保持合理的置换比下保持合理的置换比下骨架不是限制环节时骨架不是限制环节时在在扩大喷吹量是炼铁工作者的任务影响高炉接受煤粉喷吹量的因素 高炉精料水平
21、（炉内透气性）（炉内透气性）炉缸热量水平（炉内热补偿）（炉内热补偿）煤粉理化特性（炉内燃烧率）（炉内燃烧率）喷煤的均匀性（喷吹设备）（喷吹设备）3)补偿手段 喷吹煤粉喷吹煤粉 高风温高风温 高压操作高压操作 富氧鼓风富氧鼓风t理理t顶顶rdP可通过运用高风温、高压操作和可通过运用高风温、高压操作和富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段。富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段。4)高炉喷煤的效果 l降低焦比降低焦比煤粉代替焦炭煤粉代替焦炭间接还原发展间接还原发展炉缸热状态稳定炉缸热状态稳定为接受高风温创造条件为接受高风温创造条件l改善生铁质量改善生铁质量l降低生铁成本降低生铁成本6.3高炉强化冶炼的措施 6.3.1
22、精料6.3.2高压操作6.3.3高风温6.3.4喷吹燃料6.3.5综合鼓风6.3.5综合鼓风综合鼓风鼓风湿度调整富氧鼓风高风温高压操作喷煤鼓风湿度调整富氧鼓风高风温高压操作喷煤综综合合鼓鼓风风1鼓风湿度调整(1)加加湿湿鼓鼓风风在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度通常水蒸气在冷风管道中加入通常水蒸气在冷风管道中加入最大特征最大特征强化高炉冶炼强化高炉冶炼干风含氧量干风含氧量2121水蒸气含氧量水蒸气含氧量5050单位体积的水蒸气比干风含氧高单位体积的水蒸气比干风含氧高1.381.38倍倍鼓风中湿度增加鼓风中湿度增加1 1（8 8g/mg/m3 3），），在焦比不变时
23、，产量可提高在焦比不变时，产量可提高1.381.38(2)脱脱湿湿鼓鼓风风把鼓风中的水分脱除一部分把鼓风中的水分脱除一部分使鼓风湿度保持在低于大气湿度的稳定水平使鼓风湿度保持在低于大气湿度的稳定水平通常用通常用氯氯化锂作脱湿剂吸收鼓风中水分，化锂作脱湿剂吸收鼓风中水分，或用冷却法脱除鼓风中水分。或用冷却法脱除鼓风中水分。最大特征最大特征节省燃料消耗节省燃料消耗脱湿减少了水分的分解耗热脱湿减少了水分的分解耗热通常脱湿通常脱湿1，可降低焦比约，可降低焦比约8kg采取采取 鼓风加湿鼓风加湿?鼓风脱湿鼓风脱湿?（有争论）（有争论）喷煤高炉脱湿鼓风节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热节省湿分的耗热以弥补喷煤
24、分解耗热（将湿分分解消耗的热量节省下来用于喷煤更合算）可以消除大气湿度波动的影响可以消除大气湿度波动的影响不喷煤高炉加湿鼓风鼓风含氧量增加，冶强鼓风含氧量增加，冶强；焦比不变时，产量；焦比不变时，产量。充分利用高风温（水分耗热，为高风温创造了条件）。充分利用高风温（水分耗热，为高风温创造了条件）。H2浓度浓度，有利还原，有利还原，rd。消除大气湿度波动对高炉炉况的影响消除大气湿度波动对高炉炉况的影响可减少单位碳量在风口燃烧所需风量可减少单位碳量在风口燃烧所需风量煤气量煤气量，P保持保持P一定时，可加风，冶强一定时，可加风，冶强，产量，产量对于不喷吹燃料的高炉对于不喷吹燃料的高炉加湿鼓风不失为一
25、种调剂炉况的手段加湿鼓风不失为一种调剂炉况的手段2富氧往高炉鼓风中加入工业氧气往高炉鼓风中加入工业氧气富氧对高炉冶炼的影响 a.提高产量提高产量每富氧每富氧1增产增产35b.提高提高t理理每富氧每富氧1,t理理4550 (炉缸煤气量炉缸煤气量所致所致)c.燃烧带有缩小的趋势燃烧带有缩小的趋势(N2,t理理加快碳的燃烧过程加快碳的燃烧过程)d.高温区下移，炉身、炉顶温度高温区下移，炉身、炉顶温度（煤气量（煤气量所致）所致）e.直接还原度略有升高直接还原度略有升高f.(尽管尽管CO rd，但是：炉身温度但是：炉身温度 rd；g.I 停留时间停留时间 rd富氧与高风温的异同 富氧：热收入减少富氧：热
26、收入减少一方面不带入热量一方面不带入热量另一方面风量另一方面风量t理理携带热量携带热量热收入热收入T顶顶富氧富氧无无高风温高风温有有富氧与喷煤相结合 对对于于l扩大喷煤量扩大喷煤量l增加富氧量增加富氧量均均有有好好处处富氧的热量不足由喷煤补偿富氧的热量不足由喷煤补偿喷煤的喷煤的t理理不足由富氧弥补不足由富氧弥补富氧的煤气量不足由喷煤补偿富氧的煤气量不足由喷煤补偿喷煤的燃烧率由富氧来提高喷煤的燃烧率由富氧来提高高炉鼓风富氧制氧技术是关键生产纯氧电耗高，故纯氧的价格高生产纯氧电耗高，故纯氧的价格高开发生产低成本的、含氧开发生产低成本的、含氧6060左右左右的高炉用氧技术的高炉用氧技术是一个具有重大
27、意义的研究课题是一个具有重大意义的研究课题新技术动向氧气高炉第六章作业1)1)何何谓谓高高炉炉四四大大操操作作制制度度，何何谓谓“上上部部调调节节”和和“下下部部调调节节”。2)2)如如何何实实现现高高炉炉系系统统的的高高压压操操作作？高高压压操操作作以以后后对对高高炉炉冶冶炼炼进程的影响如何？并说明原因。进程的影响如何？并说明原因。3)3)提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化？并说明原因。提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化？并说明原因。4)4)提高风温可采取什么措施？风温的进一步提高受何限制？提高风温可采取什么措施？风温的进一步提高受何限制？5)5)高高炉炉喷喷煤煤的的效效果果何何在在？喷
28、喷吹吹煤煤粉粉对对高高炉炉冶冶炼炼的的影影响响如如何何？其原因何在。其原因何在。6)6)已已知知：某某高高炉炉喷喷煤煤前前焦焦比比520 520 kg kg/t t,实实施施喷喷煤煤100 100 kg kg/t t后后,高高炉炉的的综综合合冶冶炼炼强强度度为为1.20 1.20 t t/m m3 3 d d,高高炉炉燃燃料比为料比为540 540 kg/t kg/t。求解：求解：a.a.高炉的有效容积利用系数；高炉的有效容积利用系数；b.b.喷煤置换比。喷煤置换比。7)7)何何谓谓“加加湿湿鼓鼓风风”、“脱脱湿湿鼓鼓风风”？说说明明各各自自对对高高炉冶炼的影响。炉冶炼的影响。8)8)说说明明富富氧氧鼓鼓风风对对高高炉炉冶冶炼炼的的影影响响及及其其原原因因。富富氧氧鼓鼓风风与与喷吹煤粉有何关系？喷吹煤粉有何关系？