基本介紹
- 中文名：高爐強化冶煉
- 外文名：Strengthening smelting blast furnace
- 目的：縮短冶煉周期，提高煉鐵生產率
- 方法：改善爐料結構，採用高爐精料等
- 關鍵：提高冶煉強度，降低焦比
- 展望：著重發展精料技術
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基本概念
高爐強化冶煉,一方面要提高冶煉強度，另一方面要降低焦比。提高冶煉強度最直接的方法是增加風量，如果風量不變，增加鼓風中的含氧量(富氧鼓風)，也能達到提高冶煉強度的目的。降低焦比的措施一是增加熱源，如提高風溫；二是降低熱消耗或減少熱損失。高爐強化冶煉的途徑和方向，主要是以原料為基礎，以順行為手段，提高冶煉強度和降低焦比同時並舉。
在一定的生產條件下，有一個對應於最低焦比的最適宜的冶煉強度。冶煉強度過低或過高都會使焦比升高。當冶煉強度過低時，煤氣量太少，煤氣分布不良，煤氣能量利用變壞，焦比升高；冶煉強度過高時，會出現管道煤氣分布不均，熱能與化學能利用變差，也使焦比升高。
精料
精料就是全面改進原燃料的質量，為降低焦比和提高冶煉強度打下物質基礎,保證高爐能在大風、高壓、高風溫、高負荷的生產條件下，仍能穩定順行。精料的內容可概括為高、熟、淨、勻、小、穩。此外，要重視高溫冶金性能及合理的爐料結構。
提高礦石的品位
礦石不僅要求含鐵量高，還原性好，而且焦炭的固定碳含量，溶劑中氧化鈣,各種原料冷、熱態機械強度也要高。從統計數據可看出礦石品位每提高1%，焦比可降低2%，產量能提高3%。
提高熟料利用率
高爐使用燒結礦和球團礦以後，由於還原性和造渣過程改善，高爐熱制度穩定，爐況順行。減少或取消溶劑直接入爐。每提高1%的熟料率可降低焦比1.2kg/t，增產0.3%左右。
穩定原燃料的化學成分
原燃料成分穩定是穩定爐況、穩定操作和實現自動控制的先決條件，特別是礦石成分的相對穩定。原燃料成分的波動造成爐溫波動，熱制度不穩定，生鐵質量不合格等，尤其是在高爐冶煉低矽生鐵時，礦石含鐵波動造成的影響更為明顯。要想保持爐料化學成分和物理性質的穩定，關鍵在於搞好爐料的混勻和中和工作。
加強原料的整粒工作
入爐原燃料粒度要小而且均勻，縮小上下限之間的粒度差。篩出5mm以下的粉料，需要多次篩分。
改善爐料的高溫冶金性能
人造富礦冷態性能固然重要，但熱態性能對改善高爐冶煉過程更為重要。人造富礦的高溫還原強度對塊狀帶料柱透氣性有決定性影響，而高溫軟熔特性影響軟熔帶結構和氣流分布。如在高溫還原條件下，球團礦會膨脹、破裂、粉化，使料柱透氣性變壞，影響高爐順行。
合理的爐料結構
從理論上和高爐經營管理的角度看，使用單一礦石並把熟料率提高到100%是合理的，然而暫時還沒有一種理想的礦石能夠完全滿足現代大型高爐強化的需要。爐料結構合理與否直接影響高爐冶煉的經濟技術指標。有四種高爐爐料結構：
(1)100%酸性球團礦，但每噸生鐵需加250kg以上的石灰石。
(2)以酸性球團為主，配加超高鹼度燒結礦。
(3)100%自熔性燒結礦。
(4)以高鹼度燒結礦為主，配加天然礦和酸性球團礦。
合理的爐料結構應從實際情況出發，充分滿足高爐強化冶煉的要求，能獲得較高的生產率，比較低的燃料消耗和好的經濟效益。符合這些條件的爐料組成就是合理的爐料結構。根據長期生產實踐總結出：70%左右的高鹼度燒結礦和30%左右的酸性球團礦加高品位塊礦的爐料結構較為理想。從爐料冶金性能的測試與冶煉生產看，這種結構有利於合理軟熔帶的形成，也有利於冶煉低矽生鐵，爐況順行，氣利用較好，經濟效益明顯。
改進焦炭質量
焦炭從爐頂加入高爐後，經過料柱間的摩擦與擠壓，以及其它各種反應的影響。粒度組成變化很大，在爐內產生一定數量粉末。粉末多，使料柱透氣性惡化,爐缸中心易堆積，高爐不易接受風量和風溫，燃料噴吹量也受到限制。在高溫下反應性越好，碳素的熔損越大，焦炭粒度迅速變小並惡化，惡化料柱透氣性，破壞順行。
焦炭灰分增加，則溶劑用量增加，渣量增多，熱量消耗增大，焦比升高，產量下降。灰分降低1%,焦比降低2%，生鐵產量提高3%。焦炭中的硫是高爐爐料硫負荷的主要來源。
操作
高壓
高壓操作能增加鼓風量，提高冶煉強度，促進高爐順行，從而增加產量，降低焦比。據統計，頂壓每提高10kPa，可增產1.2%～ 2.0%，降焦比5～ 7kg/t，頂壓升高，強化冶煉的效果有減少趨勢。近年來，隨著噴吹燃料技術的發展和高風溫的套用以及焦比大幅度降低，引起料柱結構和高爐內化學和流體力學方面的一系列變化，更加需要實行高壓操作來保證高爐順行，促進降低燃料消耗。對2000m 3以上大型高爐，高壓作用更為明顯。高爐容積越大，為保證強化順行所需的爐頂壓力應越大，高爐強化程度越高，越需要實行高壓操作。高壓操作對冶煉的作用：
(1)高壓操作使爐內的平均煤氣壓力提高，煤氣體積縮小，煤氣流速降低，壓差下降，有利於提高冶煉強度。
(2)高壓操作有利於爐況順行，減少管道行程，降低爐塵吹出量。
(3)降低焦比。
高壓操作還是一個有效的調劑爐況的手段，高壓改常壓操作的瞬間，由於爐內壓力降低，煤氣體積膨脹，上升氣流突然增大，從而可處理上部懸料。
高風溫
提高熱風溫度是降低焦比和強化冶煉的重要措施。採用噴吹技術後，使用高風溫更為迫切。高風溫能為提高噴吹量和噴吹效率創造條件。據統計，風溫在950～ 1350℃之間，每提高100℃可降低焦比8～ 20kg/t，增加產量2%～ 3%。提高風溫對高爐冶煉的作用：
(1)高爐內熱量來源於兩方面，一是風口前碳素的燃燒放出的化學熱，二是熱風帶入的物理熱。後者增加，前者減少，焦比即可降低，碳素燃燒放出的化學熱便不能在爐內全部利用。高爐內的熱量有效利用率隨冶煉操作水平而變化，一般為80%左右。提高熱風溫度帶入的物理熱將使焦比降低，產量提高，單位生鐵的煤氣量減少，爐頂溫度有所降低，熱能利用率提高。
(2)從高爐對熱量的需求看，高爐下部由於熔融及化學反應吸熱，可以說是熱量供不應求。如果在涼爐時，採用增加焦比的辦法來滿足熱量的需求,此時必須增加煤氣體積，使爐頂溫度提高,上部的熱量供求進一步過剩,而且煤氣帶走的損失更多。如果採用提高風溫的辦法滿足熱量需求，則是有利的，特別是高爐使用難熔礦冶煉高矽鑄造鐵時更需提高風溫，滿足爐缸溫度的需要。
另一方面，採用噴吹燃料之後，為了補償爐缸由於噴吹物分解造成的溫度降低，必須要提高風溫，這樣有利於增加噴吹量和改善噴吹效果。
(3)提高風溫還可加快風口前焦炭的燃燒速度，熱量更集中於爐缸，使高溫區域下移，中溫區域擴大，有利於間接還原發展，直接還原度降低。
(4)風溫的改變也是調劑爐況的重要手段之一。
噴吹燃料
噴吹燃料的作用如下:
(1)爐缸煤氣量增加，煤氣的還原能力增加。
(2)煤氣的分布得到改善，中心煤氣流明顯發展。噴吹之後，風口前鼓風動能顯著增加，使爐缸工作更加活躍。
(3)煤氣還原過程得到改善。噴吹後,煤氣中含H2量增加,大大改善煤氣的還原過程。
富氧綜合鼓風
(1)富氧:空氣中的氮對燃燒反應和還原反應都不起作用，它降低煤氣中CO的濃度,使還原反應速度降低,同時也降低燃燒速度。因為氮氣存在,煤氣體積很大,對料柱的浮力增大。根據資料，每富氧1%，可減少煤氣量4% ～5%,增產4%～ 5%，並能提高風口前理論燃燒溫度46℃ ，每噸鐵可增加煤粉噴吹量15kg，是當前強化高爐的重要的手段。富氧對高爐冶煉的作用:
①提高冶煉強度; ②理論燃燒溫度升高; ③降低爐頂煤氣溫度。
(2)綜合鼓風:在鼓風中實行噴吹燃料同富氧和高風溫相結合的方法,統稱為綜合鼓風。噴吹燃料煤氣量增大,爐缸溫度可能降低，因而增加噴吹量受到限制，而富氧鼓風和高風溫即可提高理論燃燒溫度，又能減少爐缸煤氣生成量。實踐證明，採用綜合鼓風,可有效地強化高爐冶煉,明顯改善噴吹效果，大幅度降低焦比和燃料比。綜合鼓風是獲得高產、穩產的有效途徑。
低矽冶煉
冶煉低矽生鐵是增鐵節焦的一項技術措施煉鋼採用低矽鐵水，可減少渣量和鐵耗,縮短冶煉時間，獲得顯著經濟效益。每降低〔Si〕0.1%,可降低焦比4～ 7kg/t。
高爐節能
鋼鐵工業是高能耗工業，煉鐵系統(焦化、燒結、球團、煉鐵等工序的總稱)直接消耗的能源占鋼鐵生產總耗的一半以上。而高爐能耗(煉鐵工序)占煉鐵系統總能耗的70%左右。
(1)煉鐵工序的能耗結構
我國煉鐵系統每噸鐵的可比能耗較高。高爐能耗由燃料消耗及動力消耗組成。高爐冶煉過程中還能回收相當數量的二次能源———高爐煤氣,它在鋼鐵聯合企業能耗結構中占有一定比例。
(2)高爐節能的主要方向燃料比約占高爐總能耗的75%,所以在大力降低焦比的同時盡力降低燃料比是煉鐵最重要的目標之一。①提高熱風爐效率; ②節省動力消耗; ③加強二次能源回收; ④回收放散的煤氣; ⑤鐵水顯熱利用; ⑥爐渣顯熱利用; ⑦冷卻水落差發電。
技術強化展望
在一定的時期與條件下，高爐強化的側重面會有所不同。例如，在70年代，由於焦煤資源的減少，加之世界性能源危機的影響，降焦、節能成了當務之急，因此，國內外都在大力實行降低焦比和燃料比。進入80年代，由於氧氣轉爐煉鋼技術和經濟的發展，需鐵量大增，又要求冶煉強度達到應有水平，以增加生鐵產量。
(1)高爐強化冶煉,以精料為基礎,以順行為手段,提高冶煉強度和降低焦比同時並舉。(2)高爐強化冶煉在做好爐內操作的同時,必須抓好基礎管理,提供良好的外圍條件,才能保證強化冶煉工作的穩步進行。(3)各高爐均採取了一系列的強化措施,實踐證明是比較成功的,高爐各項技術經濟指標不斷提高。
根據世界高爐強化發展趨勢，在相當長時期內要著重發展精料技術，為高爐冶煉創造好的原燃料條件，同時發展高壓操作(爐頂壓力0.2～0.3MPa)，高風溫(1250℃以上)，高燃料噴吹量(噴煤200kg/t以上)及與之相適應的富氧量(如鼓風含氧量達25%以上)，低矽(≤0.3%[Si])鐵冶煉等技術，達到高一氧化碳利用率(ηco52%～54%)和長壽命(一代爐齡10～15年以上無中修)。同時還要進一步發展布料控制，軟熔帶控制以及高爐過程計算機自動控制等技術，使高爐生產向更高的水平發展。
