鼓风湿度对涟钢7号高炉实际影响的探讨

鼓风湿度对涟钢7号高炉实际影响的探讨
梁南山
（涟钢铁前技术办公室）
摘要本文根据涟钢7号高炉（3200m3）2018年12月1日至2019年12月1日实际生产作业数据，运用相关工具分析了鼓风湿度对高炉各项作业指标的实际影响:鼓风湿度每减少1g /m3,大体可降低燃料比0.3051kg/t，炉顶煤气中的氢含量可升高0.0451%，而煤气利用率大体提高0.0187%，铁水硅含量可以降低0.0017%。

当鼓风湿度接近15.84 g /m3时，高炉炉顶温度会倾向于最大。

高炉鼓风湿度为10.15 g /m3左右时，煤气带走热值趋向于最低。

故高炉不论加湿还是脱湿，最好不要偏离此值太远。

关键词高炉；鼓风；湿度
高炉鼓风经历了自然鼓风，脱湿鼓风，加湿鼓风，脱湿鼓风的发展历程。

直到今天，从事高炉炼铁的许多人仍在围绕应加湿还是脱湿争论不断。

目前国内存在着几种不同的观点：以北京科技大学教授王筱留为代表的甚至主张在北方低湿度地区也应该上脱湿鼓风装置[1]，而以钢铁研究总院沙永志教授为代表的则主张所有的高炉都装备鼓风加湿系统，使高炉操作者拥有鼓风湿分这一高炉下部调节的有效手段，并将湿分比喻为高炉的“退烧药”，不必天天吃，但必须预备[2]。

而以武钢尹腾等为代表的专家则通过理论与实践的综合考量指出脱湿鼓风从整个系统来看并无节能效果，仅能做为稳定炉况的手段之一[3]。

我们认为，不论是主张脱湿鼓风还是加湿鼓风，最首要的是弄清鼓风湿度究竟能够对高炉带来多大的实际影响。

故以涟钢7号3200 m3高炉2018年12月1日-2019年中12月1日每日的生产作业数据为基础，来探讨鼓风湿度的实际影响。

此段时间内涟钢7号高炉的大气湿度平均为13.488 g/m3，最高为25.871 g/m3，最低为3.184 g/m3。

高温季节7、8两月平均日湿度差为3.7 g/m3，低温季节12、1两月平均日湿度差为1.32 g/m3。

大气湿度与鼓风湿度具体变化如图1所示。

此段时间内高炉平均富氧率为2.83 %，平均喷煤比155 kg/t。

其中在2019年10月27日风机出现故障后，涟钢7号高炉为增产于10月30日后开始进行了持续的加湿作业。

为确保分析的准确性，在数据处理中剔除了休风、慢风及设备故障的异常数据，仅选取炉况正常顺行时的数据(计348组数据）。

另外考虑到在高炉实际作业中，出铁次数有限，高炉存在着某天生产的铁水有部分被计入相邻天的可能，故对每天的生铁产量根据高炉的实际用矿量及入炉品位进行校正，燃料消耗也据此进行校正。

图1 涟钢7号高炉2018年12月1日至2019年12月1日大气湿度与鼓风湿度的变化
加湿
1 鼓风湿度与高炉各项指标的相关性
将所获得的数据使用数据分析软件对鼓风湿度与高炉各项指标进行相关性分析，结果如表1。

表1 鼓风湿度与高炉各项指标的相关性
指标相关系数P值
校正利用系数0.020 0.712
实际产量0.019 0.717
一级品率-0.193 0.000
硅含量-0.248 0.000
硅稳定率0.424 0.000
富氧率0.112 0.031
风量0.282 0.000
风压0.081 0.122
顶压0.059 0.262
顶温0.160 0.002
风温0.065 0.216
熟料比-0.057 0.275
矿比0.069 0.188
校正燃料比0.141 0.007
焦炭灰分-0.005 0.919
焦炭M10 0.090 0.084
焦炭M25 -0.088 0.094
渣碱度0.076 0.147
入炉品位-0.097 0.062
喷煤灰分0.054 0.303
TRT 0.053 0.311
煤气利用0.257 0.000
H2/% 0.665 0.000
热值/(KJ·m-3) 0.208 0.000
校正焦比0.257 0.000
校正煤比-0.001 0.992
校正焦丁比-0.235 0.000 （注：P值<0.05表示显著相关）
从鼓风温度与高炉各项指标的相关性分析结果来看：鼓风湿度与同属高炉输入性指标如原燃料指标中的熟料比、矿比、焦炭灰分、M10、M25、入炉品位、喷煤灰分、炉渣碱度、喷煤比等指标均无显著相关性，与其它鼓风参数中的风压、顶压、风温等指标也无显著相关性，但与风量、富氧率具显著相关性，且为正相关，即表现为鼓风湿度增加，有利于高炉提高风量与富氧。

鼓风温度与高炉输出性指标中的产量、利用系数、TRT 发电量等无显著相关性，但与高炉焦炭燃料消耗指标焦比、焦丁比、燃料比，以及生铁质量指标中的硅含量、一级品率、硅稳定率以及炉顶煤气指标中的顶温、氢含量、煤气利用率、煤气热值等均具有显著的相关性。

其中表现为正相关关系的为焦比、燃料比、硅稳定率、炉顶煤气中的顶温、氢含量、热值、煤气利用率，即表现为随着鼓风湿度的增加，高炉焦炭燃料消耗会有所增加，高炉生铁的硅稳定率会有所提高，而且炉顶煤气中的氢含量、热值与煤气利用率会提高；其中表现为负相关关系的为生铁硅含量、一级品率，即表现它们随着鼓风湿度的增加而降低。

2 鼓风湿度对高炉燃料消耗的影响
以涟钢7号3200 m3高炉上述348组正常作业数据为基础，对鼓风湿度与燃料比做分析，得到了如图2的散点图。

从涟钢7号高炉的实际作业数据来看，高炉燃料比与鼓风湿度之间的大体上遵循Y=0.3051X+505.88的关系式，亦即在高炉实际作业中，鼓风湿度每减少1g /m3,大体可降低燃料比0.3051kg/t。

显然这一实际影响比起许多文献资料上简单地通过湿分分解耗热与焦炭热值推算出来的鼓风湿度每减少1g/m3,可降低焦比0.7～0.9kg/t低了很多。

但与武钢尹腾等人在文献《高炉脱湿鼓风节能效果辩析》中阐述的降耗效果（考虑湿分分解参与还原理论0.2~0.3kg/t，实际0.29kg/t）非常接近。

图2 涟钢3200m3高炉燃料比与鼓风湿度的关系
究其原因，鼓风湿度除了分解耗热外，在高炉实际工况条件下也会带来以下几个方面的降耗影响：其一是水分分解后会发展炉内的间接还原过程，提高高炉的煤气利用；其二是鼓风中适当的水分会减少炉内高温区高耗热元素硅的直接还原，降低铁水的硅含量；其三湿分通常会影响高炉炉顶煤气温度，从而影响炉顶煤气带走的显热。

从涟钢7号高炉的实际来看，高炉煤气氢含量与
鼓风湿度之间基本上遵循Y =0.0451X +2.0796的线性关系，亦即在高炉实际作业中，鼓风湿度每增加1g /m 3，炉顶煤气中氢含量可升高0.0451%，而煤气利用率大体可以提高0.0187%（见图3），按煤气利用率每变化1%影响焦比11.7 kg/t 计[4]，这部分可以降低高炉燃料消耗0.22kg/t ；铁水硅含量可以降低0.0017%，按每0.1%的生铁含硅影响5.78kg/t ，可以降低接近0.1kg/t 的燃料消耗。

图3 涟钢3200m 3高炉煤气氢含量、煤气利用率与鼓风湿度的关系
而炉顶煤气温度与鼓风湿度之间则倾向于湿度低时随湿度增加而增加，而湿度较高时随湿度增加而降低，转变点大体为15.84 g /m 3的湿度，即当鼓风湿度处于这一数值时，顶温倾向于最大值。

如图4右所示。

这将使得在不同的湿度区间内，湿度的实际影响不同，即当鼓风湿度处于15.84 g /m 3的邻近区间时，炉顶煤气所带走的显热变化不会很大，而当偏离该值较大时，炉顶煤气所带走的显热变化就会急剧扩大。

这也意味着鼓风湿度处在15.84 g /m 3附近时高炉的热负荷将
相对容易稳定。

当鼓风湿度处于12~21 g /m 3区间时，每1 g /m 3的湿度变化对顶温的影响不超过1℃；而当鼓风湿度小于6 g /m 3或大于27 g /m 3时，每1 g /m 3的湿度变化对顶温的影响将会超过2℃；当鼓风湿度达到32 g /m 3以上时，每1 g /m 3的湿度变化对顶温的影响将会超过3℃。

如高炉煤气的比热容按1.3KJ/(m 3.K)，吨铁煤气发生量按1400 m 3 /t ，焦炭发热量按31400 KJ/kg 计,每1℃的煤气温度所带走的显热相当于影响焦比0.058 kg/t 。

燃料消耗高的高炉还要高于此值。

图4 涟钢3200m 3
高炉煤气顶温及硅含量与鼓风湿度的关系
3
鼓风湿度对高炉利用系数的影响
针对2019年10月27日涟钢七号高炉风机故障后风量减少后通过增加湿分来增产的做法，有
人倾向于认为增加湿分后因燃料消耗增多而实际增不了什么产。

从实际作业数据的分析来看，鼓风湿度与高炉利用系数之间也确实没有显著的相关性。

究其原因，主要是因为：一方面，鼓风湿度相对于风量、富氧率、入炉品位、燃料单耗等因素对高炉利用系数的影响要小得多。

因为每立方米鼓风中增加1克湿分，按通常的吨铁风耗1000m3计，也就带入了1千克水，这1千克水所含的氧气仅为11.2/18=0.62 m3，相对于每吨铁约250 m3的氧气消耗而言仅为其0.248%。

另一方面，鼓风湿分的增加通常会增加燃料消耗，如果要是按有关文献资料上所说的每m3鼓风中的1克湿分会影响0.8公斤的燃料消耗，那加湿就真增不了什么产了；但若按每1 g /m3实际增加的燃料消耗0.30 kg/t计，燃烧0.30公斤的燃料还需要约0.30*0.8*11.2/12= 0.224 m3氧气，扣除这部分氧气还是具有一定的增产作用的。

4 高炉适宜的鼓风湿度
对于整个高炉系统而言，应该追求最高的能量利用效率。

当高炉在原料条件、鼓风条件冷却热损失、渣铁热焓等项固定不变的条件下，那么就应追求高炉煤气的热值最小化。

图5 涟钢3200m3高炉煤气热值与鼓风湿度的关系
从涟钢7号高炉的实际作业数据来看，高炉煤气热值与鼓风湿度之间近似遵循Y=0.4691X2-9.5207X+3426.8的关系式（见图5。

由此可以推知，当其鼓风湿度为9.5207/（2×0.4691）=10.15 g /m3时，高炉煤气的热值倾向于最小。

可以认为这就是高炉的最佳鼓风湿度，当偏离这一湿度值较大时，高炉煤气所带走的热值就会加大。

因此，国内装备了脱湿鼓风装置的高炉，将脱湿目标定为10 g /m3是比较恰当的，湿度脱得过低不只增加脱湿装置的能耗水平，而且对高炉的能量利用也并无益处。

而国内装备了加湿装置的高炉，建议加湿的目标值最好也不要过大地偏离这一数值。

5 结语
a. 从涟钢7号高炉的实际生产作业数据来看，鼓风湿度对高炉利用系数影响很小，但对高炉焦炭燃料消耗、生铁质量指标、炉顶煤气参数等具有显著影响。

b. 在高炉实际作业中，鼓风湿度每减少1g /m3,大体可降低燃料比0.3051kg/t，炉顶煤气中的氢含量可升高0.0451%，而煤气利用率大体提高0.0187%，铁水硅含量可以降低0.0017%。

c. 当鼓风湿度接近15.84 g /m3时，高炉炉顶温度会倾向于最大。

而在该值附近，湿度波动对高炉的影响相对比较小。

个人倾向于认为，只有当平均湿度大幅地偏离这一数值时，才有必要考虑使用调湿装置。

大幅低于此值时应考虑加湿，而大幅高于此值时应考虑脱湿。

如平均湿度处于12~21 g /m3区间内，可不考虑调湿。

d. 高炉鼓风湿度在10.15 g /m3左右时，煤气热值趋向于最小。

故高炉不论加湿还是脱湿，最好均不要偏离此值太远。

参考文献
[1] 王筱留. 高炉脱湿鼓风技术[J]. 鞍钢技术,2006(3):1-4.
[2] 沙永志. 对高炉鼓风湿分问题的探讨[J]. 中国冶金
报,2005(6):8.
[3] 尹腾,谢友阳,徐衍柏,等. 高炉脱湿鼓风节能效果辩析
[J]. 炼铁,2019(5):55-59.
[4] 周传典主编. 高炉炼铁生产技术手册[M]. 冶金工业
出版社,2002.8.。