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高風溫對高爐強化冶煉的意義

作者:安全管理網  來源:安全管理網 
評論: 更新日期:2013年11月28日

1.高風溫(high blast temperature):在現代高爐中借助熱風爐將鼓風風溫加熱到1200℃以上的操作。使用高風溫操作是高爐冶煉的技術措施之一。
????????? 簡史? 19世紀20年代以前高爐使用冷風煉鐵,燃料消耗很高,生產率低。1828年英國尼爾森(D.Neilson)建議在高爐上使用“熱鼓風”煉鐵,并于1829年在蘇格蘭克拉依特廠首次實現來這一建議,風溫雖然只有149℃,但效果驚人,每噸生鐵的燃料消耗由8.06t/t降到5.16t/t。降低來30%以上,產量提高46%,而用于加熱鼓風消耗的燃料只有0.4 t/t生鐵。1831年該廠將風溫提高到316℃,燃料消耗降到來2.25t/t,產量比用冷風煉鐵時翻了一番。從此熱風很快被推廣,它成為高爐煉鐵史上極重要的技術進步之一。170℃余年來風溫水平不斷提高,在日本、西歐、北歐、北美高爐的風溫普遍達到1200℃,有的先進高爐的風溫叨叨1350℃,前蘇聯的全蘇平均風溫到1990年已達到1150℃左右。中國重點企業的平均風溫在1997年為1047℃,梅山冶金公司、包頭鋼鐵公司高爐的風溫在1100℃以上,寶山鋼鐵(集團)公司3號高爐的風溫在1997年達到1230℃。而地方骨干企業的平均風溫在1997年為971℃,雖然其中個別鋼鐵廠高爐的風溫在1000℃以上,但總體上說中國高爐的風溫水平要比工業先進國的低150~200℃。
??????? 2.高風溫操作對高爐冶煉的影響
??????? (1)風溫提高,熱風帶入爐熱量增加,風口前燃燒碳量能得到減少;
??????? (2)高爐高度上溫度發生再分布。風溫提高,熱風帶入爐缸熱量增加、同時燃燒碳量減少使煤氣發生量減少,煤氣往上攜帶的熱量減少,結果,爐缸溫度提高、爐身和爐頂溫度降低;
??????? (3)風溫提高使燃燒碳量減少,使煤氣中CO量減少,同時爐身溫度降低使間接還原減少,從而使直接還原度提高。
??????? (4)風溫提高時,爐內煤氣壓差增加,使爐料下降條件變壞,不利于爐料順行;
??????? (5)風溫提高,熱風帶入爐熱量增加,風口前燃燒碳量能得到減少,使焦比能得到降低。
??????? 煉鐵工序占鋼鐵工業能耗的主要部分,高風溫是實現煉鐵高爐節能的重要措施,據研究,在目前我國高爐風溫范圍內,每提高100℃風溫,可降低焦比15~20kg/t鐵,可相應提高產量3%左右。此外,高風溫還是實行高爐噴吹煤粉的必要條件。隨著煉鐵技術的不斷進步,現代高爐向大型、高效、長壽等方向發展,提高高爐熱風爐風溫所具有的降低煉鐵焦比、提高高爐生鐵產量、提高噴煤比和降低高爐生產成本等作用越來越顯著。國際上先進企業的高爐風溫在1300℃以上,我國2007年重點鋼鐵企業的平均風溫僅為1125℃,與國外先進水平尚有一定差距。
??????? 3.高風溫和降低焦比的關系
??????? 3.1高風溫降低焦比的原因
??????? 提高風溫后降低焦比是多種因素共同作用的結果,其原因主要有下列幾方面:
??????? ①?鼓風帶入的物理熱增加了爐內非焦炭的熱量收入,代替了一部分由焦炭燃燒所產生的熱量,因而可使焦比降低。
??????? ②?由于風溫提高后焦比降低,一方面是單位生鐵生成的煤氣量減少,爐頂煤氣溫度下降,煤氣帶走的熱損失減少,另一方面使造渣量減少,爐渣帶走的熱損失也減少因而可進一步降低焦比。
??????? ③?由于風溫提高后焦比降低,使高爐產量相應增加,單位生鐵熱損失減少,因而有促進了焦比降低。
??????? ④?風溫提高后,爐內高溫區下移,中溫區擴大,有利于間接還原的發展,利于焦比降低。
??????? ⑤?風溫提高后,鼓風動能增大,有利于吹透中心,活躍爐缸,改善煤氣能量利用,從而能降低焦比。這對大型高爐而言尤為重要。
??????? 3.2高風溫降低焦比的效果
??????? 提高風溫的節焦效果隨風溫水平的高低而異。風溫水平越低,提高風溫的節焦效果越好;風溫水平越高,提高風溫節焦的效果越差。這種規律可用以下公式說明:
??????? E=
??????? 式中? E--提高風溫后熱量相對節省數(%)
????????????? a--熱風帶入的熱量(ks/kgFe)
????????????? b--綜合校正值,即不同風溫時,冶煉1kg生鐵各項熱量消耗變化值的代數和(ks/kgFe)
????????????? Q--冶煉1kg生鐵熱量的總消耗(ks?/kgFe)
????????????? KT--高爐熱量有效利用系數
??????? ①?高爐熱量有效利用系數KT隨焦比降低而升高,即風溫越高,焦比越低,爐內煤氣量越少,煤氣利用率越高。因而,風溫水平高時,E值下降。
??????? ②?隨著風溫提高,焦比降低,單位生鐵風量減少,使鼓風帶入能量a減少。因而E值下降。
??????? ③?綜合校正值b隨著風溫的提高和焦比的降低而減少,最后可能達到負值,因而可使正值下降。綜合校正值b的這一特性是由于提高風溫對高爐熱量收支有正負兩方面的影響所致。一方面,除了鼓風物理熱直接代替焦炭燃燒熱以外,由于焦比降低,渣量及煤氣量減少,爐渣及煤氣帶走熱量減少,同時,由于產量提高,單位生鐵熱損失減少,因而增加了使綜合校正值b成為正值的因素。另一方面,由于熱風溫提高使焦炭的理論燃燒溫度提高,熱量集中于爐缸,這不僅使渣鐵溫度的升高,渣鐵帶走的熱量增加,而且使風口區冷卻水帶走的熱量增加,因而增加了使b值成為負值的因素。風溫越高和焦比越低時,b值成為正值的作用越小,成為負值的作用越大,可能其代數和變為負值。如果負值b與a相等,則提高風溫的效果等于零。
??????? 提高風溫節省的焦炭量可按下述經驗公式計算:
??????? △K=βK0△t
??????? 式中? △?-提高風溫降低焦比的數量,(kg/tFe)
????????????? K0-提高風溫前的基準期焦比,(kg/tFe)
??????? △t-提高的風溫值(干風溫度),(℃)
??????? β??-不同風溫水平時對焦比的影響系數(如下圖所示)
??????? 不同風溫水平時對焦比的影響系數
??????? 干風溫度(℃)?500~600?600~700?700~800?800~900?900~1000?1000~1100?1100~1200?1200~1300?
??????? β?0.086?0.070?0.059?0.050?0.044?0.040?0.037?0.034?
??????? 4.高風溫和噴吹燃料的關系
??????? 高風溫與噴吹燃料之間是互為條件的關系。高風溫依賴于噴吹,因為噴吹能降低因使用高風溫而引起的風口前理論燃燒溫度的提高,從而減少煤氣量,利于順行,噴出量越大,越利于更高風溫的使用;噴吹燃料需要高風溫,因為高風溫能為噴吹燃料后風口前理論燃燒溫度的降低提供熱補償,風溫越高,補償熱越多,越有利于噴吹量的增大和噴吹效果的發揮,從而有利于焦比的降低。高風溫和噴吹燃料的合力所產生的節焦、順行作用更顯著。噴吹燃料和提高風溫后,使焦比降低,負荷加重,使煤氣和礦石與有更多的時間接觸,改善煤氣的利用,提高產量。
??????? 5.高風溫對爐況順行的影響
??????? 在一定冶煉條件下,當風溫超過某一限度后,高爐順行被破壞,其原因如下:
??????? ①?風溫過度提高后,爐缸煤氣體積因風口前理論燃燒溫度的提高,爐缸溫度難以提高而膨脹,煤氣流速增大,從而導致爐內下部壓差升高,不利順行。
??????? ②?爐缸SiO揮發使料柱透氣性惡化。理論研究表明,當風口前燃燒溫度超過1970℃時,焦炭灰分中的SiO2將大量還原為SiO,它隨煤氣上升,在爐腹以上溫度較低部位重新凝結為細小顆粒的SiO2和SiO,并沉積于爐料的空隙之間,致使料柱透氣性嚴重惡化,高爐不順,易發生崩料或懸料。
??????? 6.高爐接受風溫的條件
??????? 如上所述,在一定冶煉條件下,當風溫過高時,不僅所產生的節焦效果將減弱,還將對爐況順行產生不利影響。因而客觀地講,在一定的冶煉條件下,存在著一個界限風溫。界限風溫取決于兩方面因素:其一,風溫提高后能否帶來焦比降低,其二,風溫提高后能否破壞順行。值得指出的是,此界限風溫隨冶煉條件變化而不同。據此,凡是能降低爐缸溫度以及改善料柱透氣性的措施,都將有利于高爐接受高風溫,進而更大程度地降低焦比。具體措施如下:
??????? ①?搞好精料。精料水平越高,爐內料柱透氣性越好,爐況越順,高爐越易接受高風溫。
??????? ②?噴吹燃料。噴吹量的提高,有利于高爐使用高風溫。
??????? ③?加濕鼓風。加濕鼓風能因鼓風中水分分解吸熱而降低爐缸燃燒溫度,利于高風溫的使用。通常,加濕鼓風是作為暫時沒有噴吹或噴吹量太少的高爐為控制風口前理論燃燒溫度的一種手段而使用的。我們不提倡此法。
??????? ④?精心操作。首先要找準高爐的基本操作制度,特別是要搞好上下部調劑,保持合理煤氣分布,以保證爐況順行。其次,操作中要精心調節,早動、少動,以減少爐況波動,并應盡可能采用固定風溫(固定在最高水平)調節噴吹量或鼓風濕度的操作方法。
??????? 7.高風溫熱風爐技術
??????? 7.1技術領域
??????? 本發明涉及高爐熱風爐在使用純高爐煤氣條件下獲得1250℃高風溫的技術。
???????
??????? 7.2背景技術
??????? 隨著高爐生產不斷發展以及節能減排的要求日益迫切,高爐對風溫的使用提出了更高的要求,特別是近年來由于焦炭價格不斷上漲,提高風溫、提高噴煤比,降低焦炭消耗成為高爐生產追求的一大目標。

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