高炉操作中的出铁场作业

第３５卷增刊２０００午９月钢铁ＩＲＯＮＡＮＤＳＴＥＥＬＶｏ】．３５，Ｓｕｐｐ】．Ｓｅｐｌｅｍｂｅｒ．２０００高炉喷煤与炼铁技术的未来张寿荣毕学工（武汉钢铁集团公司）（武汉科技大学）摘要勾ｒ反映煤粉燃烧卑的作用提出了一种汁算理论燃烧温度ｃ７１－ｊ的新疗法。

假定高炉生产率由液泛现象所决定．以宅钢高炉的大喷煤实践为基础．利用这种新方瞧研究了操作条件和原料条件时了－和概眼喷煤量的影响，发现极限喷煤量不足由了１．决定的，鼓眦富氯的主要作用在于政善丁高炉的液泛条件。

辽ｉ｝坨ｒ炼铁技求的未来。

关键词高接啼煤理沦燃烧温度炼铁的未米ＰＣＩ０ＦＢＬＡＳＴＦＵＲＮＡＣＥＡＮＤＦＵＴＵＲＥｏＦＩＲｏＮＭＡＫＩＮＧＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹＺＨＡＮＧＳｈｏｕｒｏｎｇ（ＷｕｈａｎＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｄＣｏ．）Ｂ１Ｘｕｅｇｏｎｇ（ＷｕｈａｗＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｏｒｄｅｒ１０ｄｉｓｃｒｉｂｅｔｈｅｅｆｆｅｍｏｆｌｈｅｂｕｒｎＯＵｔｒａｔｅｏｆｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｃｏａｌ．ａｎｅｗｃａ［ｃｕｌａｌｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｏｒｉｌｉｃａｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｈａｓｂｅｅｎｗｏｒｋｅｄＯＵｔ．ｈｌｓａｓｓｕｍｅｄｔｈａｔｔｈｅＢＦｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｓｄｅｃｉｄｅｄｂｙｆｌｏｏｄｉｎｇｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｆｌａｒｇｅａｍｏｕｎｌｏｆＰＣＩｏｆＢＦｓａｔＢａｏｓｔｅｅＩ．ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｎｄｒａｗｍａｌｅｒｉａｌ’ｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｎＴ．ａｎｄｆｌｏｏｄｉｎｇｈａｖｅｂｅｅｎｓｌｕｄｉｅｄ．ＩｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｏｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆＰＣＩｉｓｎｏｔｄｅｃｉｄｅｄｂｙＴ：．Ｔｈｅｍａｉｎｒｏｌｅｏｆ（ｂｉｎｒｉｃｈｍｅｍｉｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＢＦ’ｓｆｌｏｏｄｉｎｇ．Ｔｈｅｆｍｕｒｅｏｆｉｒｏｎｍａｋｉｎｇｌｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｓｗｅｌｌ．ＫＥＹＷＯＲＤＳＢｌａｓｔｆｕｒｎａｃｅ．ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｃｏａｌｉｎｊｅｃｌｉｏｎ，ｔｈｅｏｒｉｔｉａ［ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ１ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｆｕｔｕｒｅｏｆｉｒｏｎｍａｋｉｎｇｌ前言石油危机以来世界炼铁界对高炉喷煤技术的认识不断深化。

一些高炉转为全焦操作，并致力于开发喷煤技术以避免囤喷油带来的成本上涨。

喷煤技术在８０年代发展很快，到了８０年代后期出现了】８０～２００ｋｇ／ｔ的成功的喷煤实践。

到了９０年代，喷煤技术趋于成熟。

在欧洲和日本，喷煤高炉占生产高炉的９０“。

发展高炉喷煤技术减少了高炉对焦炭的依赖程度。

迄今为止，在所有炼铁方法中，高炉炼铁的生产规模最大．能耗最低．效率最高，生铁质量最好，是所有其他方法都不可比拟的。

但是高炉的缺点是依赖高质量的焦炭。

现在，炼焦过程要求使用高配比的结焦性良好的焦煤，炼焦过程中产生的焦炉煤气是最有害的钢铁厂污染源。

之所以出现如此众多的熔融还原过程并对它们进行了大规模试验研究，原因之一就是希望取消炼焦过程。

高炉现在已经实现了２００ｋｇ／ｌ的喷煤量，这意味着４０％以上的焦炭可以被煤粉代替，高炉对炼焦过程的依赖程度已大大减少，高炉炼铁的竞争能力也因此得到改善。

这将对钢铁技术本身的发展和钢铁工业与其它材料工业的竞争能力产生重大而长远的影响。

高炉煤粉喷吹技术在中国开始得很早，但是直到９０年代后期才达到２００ｋｇ／ｔ。

１９９８年，宝钢首次成功地在一座高炉上将煤比维持在２００ｋｇ／ｔ的水平并随之在全公司推广。

１９９９年，宝钢平均煤比２０７钢铁第３５眷ｋｇ九，焦比２９３ｋｇ／ｔ。

宝钢的实践提供了一个有意义的启示（表１）。

表１１９９９年宝钢高炉的操作宴绩生ｂ坦！！！巳！Ｅｉ业！生４１１１１ｆ坠！！！！盟堡＆也１２２２高护嚣委擎ｊ誊皆ｉｔ攥ｇ，比ｔ７崔豫怍撬章７宅墨蔗≯凰乎７ｌ２２６４２６３．７２２３７９５６０２０９８０７２２７ｌ２４５１２１９７３２４．８ｌ１７４６９５９．９１９７６３２２３ｌ２３２３２３０５２９２２７２０６７０６０．３§９８０３２２７ｌ２４６２影响高炉喷煤量的因素２．１精料水平中国在过去的１０年中曾进行两次高炉喷煤生产试验．旨在获得长期喷煤】５０～２００ｋｇ／ｔ的实践经验，但均未达到目的。

但是宝钢高炉１９９８年却成功地使喷煤量保持在２００ｋｇ／ｔ以上。

两者之间的主要差异很显然在于精料水平（表２）。

由表２可以看出，这几个公司之间的差别主要表２宝钢的原燃料质量和包钢及鞍钢在试验期间的原料条件对比Ｔｂａｌｅ２ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｒａｗｍａｌｅｒｉａｌｓｏｆＢａｏｓｔｅｅｌ．ＢａｏｔｏｕＳｔｅｅｌＣｏ．ａｎｄＡｎｓｈａｎｓｌｅｅｌＣｏ．１）菠指标暂叫｛ｒ一目为试验使用的焦炭粒度七限是４０ｈｉｍ．在含铁品位（渣量）和焦炭的质量。

较高的原燃料质量显然会减少炉子下部料柱的透气阻力。

Ｂｅｅｒ和Ｈｅｙｎｅｒｔ”确定了高炉的液泛极限，该极限可以用以下方程近似表达：ｌｏｇ，ｆ＝一０．５５９１０９ｆ，１．５１９（１）式中，ｆ和，ｒ分别为液泛因子和流量比。

＾一ｔｏＦ，ｆ９０、ｔｐ。

ｆ＆１铲ｚ‘２）ｆ＝（Ｌ／Ｇ）（ｎ／Ｐｆ）。

５（３）式中“——炉腹煤气的表观流速，ｍ／ｓ；Ｆ，——焦炭颗粒的比表面积，ｍ２／ｍ３；ｇ——重力加速度，９．８ｌｍ／ｓ２；。

ｅ——焦炭填充床的空隙度；户Ｉ——煤气的密度．ｋｇ／ｍ３；ｎ——炉腹初渣的密度，ｋｇ／ｍ３；口——炉腹初渣的粘度，０．００１Ｐａ・ｓ；Ｌ——炉腹初渣的表观质量流速，ｋｇ／（ｍ２・ｈ）；Ｇ一炉腹煤气的表观质量流速，ｋｇ／（ｍ２・ｈ）。

由式（１）导出高炉下部发生液泛的条件如下：，ｆ２×，ｒ≈１０’３（４）此式表示当以上乘积超过ｌｏ。

时可能发生悬料。

假定高炉的利用系数由该式决定，进行了计算研究以弄清渣量、炉渣粘度、焦炭层空隙度和焦炭粒度对高炉最大产量的影响。

计算以宝钢３号高炉的正常操作条件为基础，见表３。

计算使用的煤种是神府煤。

计算结果在图１～图４中给出。

当改变渣量时还同时考虑了渣量对焦比的影响，即渣量每增加ｌｏｏｋｇ／ｔ，焦比增加２０ｋｇ／ｔ。

另外，当计算中改变焦炭粒度时还同时考虑了焦炭粒度对空隙度的影响。

焦炭粒度ｄ。

与空隙度ｅ之间的关系由式（５）给出ｏ：ｅ一０．１５３１０９ｄ。

＋０．７２４（５）表３计算研究由液泛决定的最大利用系数使用的操作条件Ｔａｂｌｅ３Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｅｓｉｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘｄｅｃｉｄｅｄｂｙｆｌｏｏｄｉｎｇ高炉有效容积／ｍｅ４３５０直接还原度０３８利用幕戢／川；燃料化学成分ｔ・ｄ１・ｍｌ…”。

／％：焦比／ｋｇ・ｔ。

１２６０ＣＩＨ，Ｎ２挥发分攥比／ｋｇ・ｔ。

１２５０焦炭８８．００．０４０．１４１．０风温／℃１２５０晋域煤７９６９４ｌ０．７７１３．８１鼓风盈度／ｇ・ｍｏ２０神府煤５９１３６８１．０１３４．３６富鼍率，％１．５炉渣骷煎ｏ．００１Ｐａｓ）３００渣量／ｋｇ・ｔ—ｉ２６０空晾度０．４５５３８２铁水成分／“焦炭粒度００３５ｍｓｉＭｎＳ全焦操作时的焦比４８７ｈ／ｔ０．４５０３０．０２由这些图可以看出．高炉的最大利用系数随炉腹部位的渣量和炉渣黏度的减少、空隙度和焦炭粒度的增加而增加。

大喷煤时，与低喷煤量相比焦炭粒度将因为焦炭在炉内停留时间的延长、受到的破坏作用较大而减小。

而且，焦炭粉末和未燃煤量的增加不仅会使焦炭层的空隙度减少，而且会使炉渣黏度增目张寿荣等：高炉喷煤与炼铁挂术的未来增大。

所有这些因素都将限制大喷煤下的高炉强化，通过计算研究很清楚，特别是高的入炉矿品位和高的焦炭质量是决定高炉喷煤水平的主要因素。

２．２热补偿和理论燃烧温度问题高炉喷吹辅助燃料时．为了保持高炉顺行需要在风口区进行热补偿，措施是高风温和富氧。

长期以来．划断风口区温度高低的方法是计算理论燃烧温度。

中国多年来使用的传统的计算方法“在下面列出：Ｑｒ¨一ｑⅡ，・Ｃ¨。

（６）。

ｃｍ—ｑｍ。

・Ｋ・Ｋ・（７）（ｋ二（Ｖｂｂ，。

・＇ｙ）・ｆ，‘・Ｔｂ＋缸。

・Ｙ・ｆｐ４・Ｔｒ呈（８）Ｑ…＝ｑⅥ・Ｍ・ｂＭ＋ｑ，・Ｙ・ｂ、＋…＋ｑＨＨ）・Ｖｂ・／（９）Ｔｆ一（Ｑ“．土Ｑ？。

ｈ＋Ｑｈ—Ｑ川）／（Ｖ。

／ｃＰ‘）（】０）式中丁ｒ——理沦燃烧温度，ｃ；丁ｂ——风温，‘Ｃ；１１。

载气温度．ｃ；Ｃ“…——回旋区燃烧的碳量．ｋｇ；ｑａ，——碳燃烧生成ＣＯ放热．ｋＪ／ｋｇ；ｑ。

，——回旋区燃烧焦炭在Ｌ５００‘Ｃ下的显热．ｋＪ／ｋｇ；ｂ。

，ｂ，——分别为高炉内重油和煤粉的利用率；ｑｕ，ｑ，——分别为重油和煤粉的分懈热，ｋＪ／ｋｇ；ｑ。

ｍ——鼓风湿分的分解热．ｋＪ／ｍ３；Ｋ＋——焦炭的燃烧率；Ｋ．Ⅳ，ｙ——焦比、油比和煤比，ｋｇ／ｔ；ｂ，。

——煤粉输送载气量，ｍ３．／ｋｇ；‰——在７１。

温度下的鼓风比热，ｋＪ／（ｒＩ＇ａ１・Ｃ）；卸。

——在７’。

温度下的载气比热容．ｋＪ／（ｍ３・Ｃ）；ｍ。

——在丁ｆ温度下的风口煤气比热容，ｋＪ／（ｍ３・Ｃ）；＇厂——鼓风湿度（干风）．ｇ／ｍ３；ｖｈ——干风量，ｍ１／ｒａｉｎ；ｖ。

风口煤气量，ｔｎ３／ｒａｉｎ。

本计算方法还使用了以下数据：ｑｃ．一９７９７ｋＪ／ｋｇ．ｇ。

女＝２３００ｋＪ／ｋｇ．Ｋ＋一０．６２：６，ｑＭ—ｌ７６０ｋＪ／ｋｇ，ｂ，＝１００５ｋＪ／ｋｇ，ｑⅫ，一１０８０２ｋＪ／ｋｇ。

理沦燃烧温度利用在两个可能的热焙已知的温度之间进行内插的方法确定。

新日铁公司的统计学公式如下：７１ｒ＝１５２４．０＋６０Ｒｍ＋０．８４７１ｂ２．７Ｒ。

ｌ６．３Ｍｂ（１１）式中品ｕ——富氧率，％；Ｒ。

－——喷煤量．ｋｇ／ｔ；Ｍｎ－一鼓风湿度，ｇ／ｍ１，用这两种方法计算了宝钢目前操作条件下的理论燃烧温度。

但是发现理沦燃烧温度全部低于允许的正常范围．这意味着可能需要较大的热补偿。

但是宝钢高炉运行很正常没有任何问题。

由此可以认为目前的方法不适合计算大喷煤下的燃烧温度。

根据实际条件对燃烧温度的计算方法进行ｒ修正。

在总热收入中增加了煤粉的显热，与鼓风湿分有关的热量按照水煤气反应而不是水分的分解反应来计算。

而且，还必须考虑回旋区中煤粉的不完全燃饶问题。

据此提出了计算理论燃烧温度的一种新方法。

７’！二（Ｈｈ＋Ｈ…１＋Ｈ池＋ＲＨ（ｘ）．。

山一尺Ｈ∞一ｌ—ＲＨ：讹ｌＲＨＭ．‘１）／Ｖ＂ｇｆ阿（１２）式中Ｈ＊——鼓风显热．ｋＪ／ｈ；Ｈ一——煤粉显热．ｋＪ／ｈ；Ｈ。

——燃烧焦炭显热，ｋＪ／ｈ；ＲＨ。

ｍ——焦炭燃烧生成ＣＯ放热，ｋＪ／ｈ；ＲＨ。

，——煤粉燃烧生成ＣＯ放热，ｋＪ／ｈ；ＲＨ“——煤粉分解热，ｋＪ／ｈ；ＲＨ。