关于炉料结构几个问题的探讨剖析
高炉炉料结构的研究及其优化配料数学模型的建立
1 高炉优化配料数学模型建立原理
1. 1 优化配料模型的设计思路
本模型的设计 ,以吨铁成本为目标函数 ,结合
高炉炉料结构的专家知识 ,建立了十几个约束条
件 ,通过优化配料模型计算出成本最低 、冶金性能
得到优化的配料方案 。
1. 2 优化配料计算的数学模型
n
(1)目标函数 M inZ = ∑Ci X i
在高炉炉料结构的研究过程中 ,我们对烧结 矿 、球团矿 、天然块矿进行了不同的冶金物化性能 研究 ,由于篇幅限制 ,以两种天然块矿和与烧结矿 的综合配料研究为例 ,简要说明在本模型中如何 使用这些专家知识 。实验对象是宝钢常用的 A、B 块矿和烧结矿 S1,在进行微观特性 、热分解特性 、 热爆裂特性 、还原性 、软化特性和综合炉料的熔滴
Keywords: blast furnace; burden structure; mathematic model; burden op tim ization; linear p rogramm ing
0 前言 我国典型的生铁制造成本分析表明 ,主要原
材料占生铁制造成本的 60%左右 [ 1 ] 。其中含铁 原料的性能又决定了入炉焦比的高低 ,这也就说 明 ,含铁原料即高炉炉料结构是制约高炉生铁成 本的主要因素 。以往对高炉炉料结构的研究 ,大 多停留在定性分析 ,如提出合理的高炉炉料结构 就是无熔剂或少熔剂的情况下造出适宜碱度和成 分的炉渣 、要求具有良好的高温冶金性能 ,能在高 炉内形成合理稳定的软熔带等等 。这些定性分析 的确是高炉炉料结构研究的原则 ,但是对于不同 的钢铁企业来说 ,从这些原则中却找不到具体的 炉料配比 。
XSJK TFeSJK + XQTK1 TFeQTK1 + XQTK2 TFeQTK2 + XTRKK1 TFeTRKK1 + XTRKK2 TFeTRKK2 + XTRKK3 TFeTRKK3 +
高炉炉料结构分析及性价评估体系的研究及应用
２ ０ １ ３年 ６ 月
武
汉
科
技
大
学
学
报
Ｖｏ１ ． ３６。 Ｎｏ ． ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
摘要： 在 系统 推 导物 、 热 平 衡 计 算 模 型 的基 础 上 ， 结合线性规划 方法， 以高 炉 用 料 成 本 最 低 为 目标 ， 以 满足 高 炉
冶炼的物 、 热及化 学约束为条件， 以通 过 冶金 性 能试 验 和 基 于 遗 传 算 法 ＋ 最 小 二 乘 支持 向 量 机 的 自优 化 智 能 模 型 预 测 得 到 的 炉 料 冶金 性 能指 标 为 辅 助 参 考 ， 建 立 了 炉料 结 构 分析 及 性价 评估 体 系。 该 体 系可 有 效 实 现 高
此 为 基准折 合 成本来 考 虑炉 料结 构性 价 。这种 评 估 方 式存 在 以下 问题 ： ①人 为主 观性过 大 ； ②科 学 依 据 不足 ， 难 以保证 工 艺约束 ； ③ 难 以适应 不 同冶 炼 条件 及 市场 波动对 于 炉料 性价 比的影响 。 因此 ， 本 文在 系统 推导物 、 热 平衡计 算 模型 的
列 约束 的最 低成 本 配 矿 方 案 ； ② 支 持 基 于 人 工定
成分 、 热 耗利 用分 析
配 比计 算 高炉成 分 系列 约束及 热 量系列 约 束 的配 料 计算 ； ③ 支持 两种 配 比方案 下 的焦 比预测 、 焦 中
碳 含 量 分 配走 向 、 高 温 区域 （ ＞９ ５ ０。 Ｃ） 热 量 分 布
炉料结构与高炉精料
组员：文虹力
谭奇兵 谦
黄晓贤 智
1.炉料结构 2.高炉精料 3.常见炉料结构 4.问题讨论
1.炉料结构
炉料结构即为高炉炼铁时装入高炉的含铁炉料的构成。 是指天然富块矿、烧结矿和球团矿三类炉料在使用时的 搭配组合。 高炉使用的天然富矿和球团矿按它们脉石的性质分为 酸性矿、半自熔性矿(CaO／SiO2在0.5左右)和自熔性矿 (CaO／SiO2在1.0～1.2)；而烧结矿则分为酸性烧结矿、 自熔性烧结矿(CaO／SiO2在1.15～1.35)和高碱度烧结矿 (CaO／SiO2在1.8以上)等3种。 其他少量的含铁料如钢渣、废铁等不包含在炉料结构 的概念之中。
1.1合理炉料结构
生产厂要根据自己的矿石供应情 况和各种矿石的特性，确定它们的 合理配比，以使高炉获得良好的技 术经济指标和经济效益。这种合理 搭配称为合理炉料结构。
1.2炉料结构发展历史
20 世纪50年代前，天然富块矿是 高炉冶炼的主要原料。由于天然矿的脉 石大部分是酸性的，冶炼时要往高炉内 加很多熔剂(石灰石和白云石)，再加上 天然矿的冶金性能差，高炉冶炼指标差， 最突出的是渣量大、产量低、焦比高。
高炉炉料结构优化是一个长期研 究的问题，随着钢铁厂炼铁规模的扩 大和资源结构的变化，合理利用厂内 及周边地区的资源，优化高炉炉料结 构，仍然任重道远。
1.3合理炉料结构应依据的原则
高炉不加或少加石灰石，造出适宜碱度的高炉渣。 使炉料具有良好的高温冶金性能，在炉内形成合 理、稳定的软熔带，以利于高炉强化和提高冶炼效 果。 矿种不宜过多，以2～3种为宜，因为复杂的炉料 结构将给企业管理和高炉生产带来困难。
2.高炉精料
高炉精料即为原料入炉之前经加工准备 和处理而成为在物理、化学和冶金性能上 尽可能满足高炉强化冶炼要采用这种炉料
关于我国高炉合理炉料结构的探讨
年 我 国生 铁 的 年 平 均 增 长 速 度 为 １ ． 作 为 炼 铁 ４ ３ 原 料 的烧 结 矿１ ９ ～ １９ 年 年均 增 长 近 １０ 万 ｔ ９０ ８ ９ ００ ， 球 团 矿 年 均 增 长 近 １ ０ ｔ （ ） 国 的 高 炉 炼 铁 炉 ０ 万 ：２ 我 料 仉 然 以烧 结 矿 为 主 。
作 者 简介 ： 繁 利 ， 授 级 高工 ， 许 教 安徽 省马 鞍 山市 （４ ０ ５ 马 鞍 山钢铁 设 计 研 究院 ２ ３０ ）
维普资讯
２０ ０ ２年 第 ｌ期 右。
安
徽
冶
盒
９
虑 ， 有 利 于 提 高 我 国 高 炉 炼 铁 的 产 量 和 质 量 、 化 以 优
２ ３ 合理 的高 炉炉料 结构 ．
展 ， 者 就 我 国 高 炉 炉 料 结 构 的 合 理 化 以 及 各 种 炉 笔
表 ｌ 我 国历 年 的 生铁 、 结 矿 、 团 矿产 量 烧 球 １‘ ａ ０ｔ ／
从 表 １ 知 ，１ 我 国 的 高 炉 炼 铁 及 炼 铁 原 料 ｔ 可 （） 熟 料 ） １ ４ 年 后 ， 了 突 飞 猛 进 的 发 展 ， ９ ９ １ ９ 自 ９ ９ 有 １４ ～ ９８
ｉ ｐ ｏｖ ｅ ｏｎ ｍ ｒ ｅ ｃ ｏｍ ｉ ｐ ￣ ｒ ａｎ ｅ ｃ ｅｒ ｍ ｃ ｏｆ ｒ ｎ ｉｏ ｅｎ ｅｒ ｒｓ Ｉ ｉ ｅｍｐ ｔ ｐ ｉｅ． ｔ ｓ ｈａｓｚ ｄ ｈａ ｔ ｉ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ￣ ｒ ｃ ｃｈ ｒ ｅ ｎａ ｅ ａ ｇ ｍ ｕｓ ｂｅ ｒ ｅ ｔ ｔｕ ｂ ｅｆｃａｔ ａ ｅｒａ ’ ｃ ｉｔ — ｅｌ ｔｌ ｍｐ ｅ ａｒ ｃｔ ｒｚ ｉｈ ｈｇｈｑｕ ｉｙ， ｎｆ ｔｉｙ ａ ｔ ｄｉ ｓ－ ｅｎ ｌｉ ｅｄ ｍ ｔ ｉ ｌ＇ ｈ ａｓ ｓｎ ｅｒ ｐ ｌ ｏｒ ｕ ｓｕ ｅｔ ｏｒ ｃｈ ａ ｅ ｉｅｄ ｗ ｔ Ｉ ａＩ ｔ ｕ ｉｏｒ ｔ ｎｄ ｓ ｅａ ｎｅｓ ｕ ｔｕ ｍｐ ｏ ｎｇ ｓ ｅｌｉｇ ｉｄｅｘ ｏｆｂｌｓ ｕ ｎ ｅ ａ ｄ ｃｈ ｅ ｉ ｇ ｇ ｄ ｈ ｓ ｉ ｒ ｖｉ ｍ ｔｎ ｎ ａ ｔｆｒ ａｃ ｎ ａ ｉ ｖ ｎ ｏｏ ｂｅｎ ｉ． ｅｆｔ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ｂｌ ｔｆ ｎ ｃｅ ｂｕ ｄｅｎ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｒ ｉ ａｌｚ ｉ ｄ ａｓ ｕｒ ａ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ａｔ ｏｎ ｉａｔｏｎ
优化炉料结构 降低生铁成本
优 化 炉料 结构 降低 生铁 成 本
王 闺 芳
随着市场经济 的发展，企业不能再将成本管理简单 地等同于降低成本 ，而应是资源配置的优化和资本产 出 的高效管理 ， 因此 ， 要系统降低生铁成本 ， 必须始终抓住 优化炉料结构这一关键环节 ，在保证高炉生产顺行的基 础上 ， 紧密结合技术 创新 、 技 改技措 、 高炉风温提升等重 点环节 ， 动态分析炉况顺行和燃料动力消耗 ， 才能达到既
定 目标 。
一
３ ． 实施优化炉料结构系统降低生铁成本是炼铁系统自身
发展的需要
实施优化炉料结构以来 ， 炼铁工序使高炉原料综合人 炉品位降低到５ ６ ％左右。同时， 实施经济炉料结构所带来 的一系列影响也开始显现 ， 由于入炉料品位降低 ， 渣量的
增加极易造成高炉憋风 ， 如不及时排出， 容易发生崩料、 管
前成本缺乏与同行业第一梯队相竞争的实力， 也因此严重制 约了企业进一步做强的步伐。
炼铁工序高炉的相继大修停炉， 各种炉料结构性紧张的局面
得到有效地缓解， 为炉料结构地优化创造了条件。 其次， 由于 主体炉料烧结矿 、 球团矿、 生矿存在着价格的差异， 并且这一
差异随着市场价格的变化而波动， 这也为阶段性选择性价比
的效果。
优化矿料结构， 对烧结 、 球团矿料结构进行优化， 达到降 低生铁成本的目的， 并制定优化措施。首先根据莱钢每个月
给定的矿料成本对现有矿粉做性价比分析， 适当增加性价 比 好 的矿粉配加比例 ， 降低性价 比差的矿粉配加量； 然后跟踪 进厂矿粉品种情况 ， 结合库存情况 ， 根据不同矿粉的烧结性 能及性价比， 每月做出合理的矿料结构指标 ， 动态调整烧结
电炉熔炼常见问题及对策
电炉熔炼常见问题及对策1、元素烧损偏大感应炉中Si、Mn、Cr等易氧化元素的烧损，多在3%～5%。
烧损超值，铸铁化学成分波动，必然要引起一系列的组织和性能问题。
元素烧损大，一般发生在熔清时间过长，又未注意造渣保护的时侯。
若废钢用量大，轻薄料多，炉料带水带锈，问题更是加重。
避免元素烧损过大的办法是：（1）炉料尽量干净，形状不要枝叉，尺寸不能过大、过薄。
（2）杜绝架料，并创造一切能快熔的条件。
（3）熔炼前期要及时造渣，后期高温下有熔渣覆盖。
充分发挥熔渣的保护作用。
（4）如果工厂有切屑要利用，炉底可铺一些，熔清向熔池分批添加一些。
2、铁液中O偏高感应炉没有冲天炉的氧化性气氛，而且由于铁液中的［O］和［FeO］与［C］产生反应，使Fe受到了C的保护，铁液中的溶氧是不多的。
可是熔炼后期为了促使增C剂溶吸，常调低电频率以加强熔池搅动。
如果“驼峰”过高，调频时间过长，铁液与大气接触几率增加，被离解的O离子将进入铁液。
熔炼后期添加料未经烘烤，也会使［O］、［H］增加。
近期，有业内人士提出：在1500℃以上保温，［O］不会降低，而是提高的观点，可供参考。
防止O偏高的办法是：（1）熔炼后期调频不要过度。
（2）后期不要使用潮湿的物料和工具。
（3）过热温度不要过高，切忌高温下长时间保温。
3、铁液C量低于预期铁液温度超过平衡温度，反应SiO2+2C=Si+2CO向右进行，造成铁液降C增Si。
所以配料时不能忘了补C。
要掌握本厂的降C量，把C量如数补足。
还要提醒一点，灰铸铁后期调整成分，要采取先Mn再C后Si的顺序。
4、铸件机加工后，发现有裂隙状气孔裂隙状气孔是N气孔的特征。
当［N］超限时容易发生，铁液中非金属夹杂物多，发生的几率更高。
“病从口入”，所以要限制电弧炉废钢用量，电弧炉废钢的［N］高，而转炉废钢则不然。
更要防止混入含N高的废合金钢料，如高锰钢、耐热的高铬铁素体钢和铬锰氮钢，以及奥化体钢等。
当然这些合金钢带来的Mn、Cr、N、Ni对于铁素体球铁也是忌讳的。
煤气炉层次的稳定与优化
TG-3M1型发生炉层次的稳定和优化摘要：煤气炉料层的稳定控制是保证炉况正常的一项重要指标，本文针对炉内层次有时出现絮乱的异常现象，从原料、设备、操作等方面进行了原因分析，提出通过控制原料质量、灰层及料层厚度、风汽比、加强设备维护与巡检等解决方法。
1.前言TG-3M1型煤气炉炉内各层次稳定与优化对煤气发生炉气化效率的提高，降低煤耗等方面有着重要的保障作用。
而稳定的层次需要依托优质的原料煤、完好的设备、良好的操作技能等方面作保障，其中任何一方面出现问题都可能会导致煤气发生炉出现层次紊乱，如果又不能及时扭转此不正常现象必然会使炉内气化状况变差，煤气有效成分严重破坏，能耗大幅度提升，严重时只能熄炉检修处理。
本人结合十几年的操作经验加上该行业前辈们的操作建议总结了几个方面浅谈一下炉内出现层次紊乱的现象、原因、处理和预防以及稳定炉内层次优化的措施。
2.发生炉内正常层次分布发生炉炉内层次控制如图所示，工艺上对各层控制范围如表所示：空气 蒸汽块煤 煤气2 1 3 4 5 6 1-灰层 2-氧化层 3-还原层4-干馏层5-干燥层 6-空层3.炉内层次絮乱的表现煤气炉各层次絮乱的主要表现如下图所示：（1）煤气发生炉的层次偏斜（偏炉），即炉内灰层一边高，一边低，火层也同时偏斜，高的一边燃烧冒火呈热运行，低的一边不燃烧发暗呈冷运行，用探火钎探测一分半钟左右，表现在钢钎上一边氧化层发黄、亮白甚至烧掉皮，另一边钢钎呈暗褐色或暗红甚至看不到颜色，用手靠近探火钎能感受到温度。
（2）双氧层或多氧层，即个别孔插钎探火在探火钎上出现双氧层（两段亮红色中间夹着一段褐色）或多氧层也即我们平时俗称”糖葫芦”。
（3）火层外露，由于气化剂分布不均，气流速度不平衡，部分区域气流速度加快产生冒火、烧穿从探火孔观测炉膛表面有燃烧的火苗。
4.层次絮乱的原因（1）原料煤质量的影响。
①煤粉及含水量过大粒度不均，布料不均，②原料煤机械强度、热稳定性差，破碎后易阻碍气化剂上行和均匀分布。
转炉炉料结构优化的研究
辐 射 管 功 率 随 时 间 的 变 化情 况
１
鑫
该情况是根据带速和带钢 温度设定值两者进行计算和 调整，保证带钢温度在设定值附近波动 。
３ 结 论
（１）本文建立热镀 锌退火 炉过渡模型 ，通过速度以及 ＲＴＦ 出口带温控制来计算辐射管功率，实现辐射管快速 反应，达到带钢 出 ＩＳｌ温度 稳定过渡 。
术 ，２００７ （５）：２０—２２．
３０
工 艺 研 究
工业加热 第４０卷２０１１年第 ６期
仅能保证 １～ ３ ｔ供 应。
还原成铁进 入钢液，减少 了铁水 本身氧化所造成 的金属
铁钢 轧生铁全部为 自产生铁，在转 炉检修时将高炉 铁水铸成生铁块 ，全部供应转炉生产，其成分不稳定，供 应 量充足 。
ＡＧｒ＝Ａｒ ＋Ｒ刀ｎ去
（３） 料 平衡 表。表 ２为冶炼模式原料需求及副产品清单。
式 中：ａｌ为化学反应 中 Ｆｅ单质 的活度；ａ２为化学反应 中
表 １ （铁水＋球团）冶炼模式物料平衡
Ｆｅ２０３的活度；ａ３为化学反应 中 ［Ｃ］的活度 ；Ｐｌ为化学反
应 中 ＣＯ气体的压力； 为标准 大气压力 ；ＡＧｒ为非标准
渣钢界面扩散；②钢 中 ［Ｃ］通过钢渣边界层 向钢渣界面 扩散 ；③在钢 渣界面发生化学 反应；④在界面上 生成的
铁 向钢 中扩散；⑤ 产物 ＣＯ 在界面处长大 、上浮，穿过 渣钢边界层进入渣相 ，最后排入 炉气 中。在 以上 ５个 环 节 中，对于第③步，即渣钢 间的界面反应，在炼钢高温条 件下，化学反应的速率一般非常迅速 ，界面上的反应物和 生成物总是接近平衡 的，它不可 能成为限制性环节．对于 第⑤步，高温下 ＣＯ气相传质速率快，该步也不 可能成为 限制性环节 。对① 、②和④三步扩散速率进行 了计算 ，结 果表明，第① 步的最大速率最小， （ＦｅｚＯ３）从渣相通过渣 钢边界层 向渣钢界面的扩散为还原反应的限制性环 节。因 此改善 炉渣流动性 ，加快化渣速度是使用球团矿的关键。 ２．３ 炉渣的变化过程
炉料结构
涟钢2200m3高炉炉料结构的优化研究发表日期：2007年12月22日作者：张雪松张建良翟丹宋建成((北京科技大学冶金与生态工程学院) 【编辑录入：meimei】摘要高炉合理的炉料结构是保证高炉炉况顺行的重要因素。
针对涟钢目前的炉料状况进行单一人炉原料的冶金性能系统分析，分别找出了涟钢使用的烧结矿、广东矿、南非矿、海南矿、进口球团矿与自产球团矿的优缺点。
并得到使用75％烧结矿1，配加18％的自产竖炉球团与7％的南非矿作为人炉炉料冶金特性最好，非常有利于高炉的顺行与稳定。
关键词高炉炉料结构冶金性能1 前言众所周知，原料是高炉冶炼的基础，高炉冶炼指标的好坏与所用的原料质量密不可分。
高炉原料的质量应包括三部分：化学成分、机械强度和冶金性能。
从三者间的关系来看，化学成分是基础，机械强度是保证，冶金性能是关键。
高炉操作的两大主题是稳定与顺行，其中稳定是指炉温稳定、充沛均匀及炉缸活跃；顺行是指透气性好，高炉能接受风量，炉况顺行。
当设备条件和操作人员水平一定时，原料的冶金性能将直接影响高炉的稳定和顺行口]。
合理的炉料结构是高炉生产获得高产、优质、低耗的重要因素之一，但炉料结构是否合理，还要受本厂资源条件、生铁成本的限制。
湖南华菱管线股份有限公司涟钢事业部新建6号大高炉，有效容积2200m3，6号高炉于2003年12月4日点火开炉，开炉过程设备正常，生产比较顺利，2004年1月7日利用系数达到2．0，2月份平均达2．08，开炉以来很快达产，炉况一直比较顺行，生产比较稳定。
为了能适应新建大高炉生产的需要，参考了前人对炉料结构所做的工作，对涟钢2200m3高炉炉料结构进行研究，找出适合涟钢高炉生产的合理炉料结构。
2 原料特性及实验方法2．1 原料特性针对涟钢所用原料进行试样化学成分分析，结果见表1。
2.2 实验方法高炉炼铁原料的冶金性能主要包括低温(500℃)还原粉化性能、高温(900℃)还原性能、球团矿高温还原膨胀性能、炉料高温下的荷重软化性能及熔融滴落性能。
电炉熔炼铸铁工艺及常见缺陷防治
电炉熔炼铸铁工艺及常见缺陷防治一、电炉铸铁炉料配比及合成铸铁二、在铸造行业，人们常说，铸造材料的成分决定组织，组织左右性能；这句话其实并不全面。
我们在生产实践中发现许多铸铁，在相同成分时，机械性能却有较大差异。
铁水的质量除与其成分有关联外，还与炉料配比（生铁用量、废钢用量、返回料用量、合金加入量），熔化与出炉温度，孕育工艺等有密切关系。
所谓合成铸铁，就是指配料中使用50%以上的废钢，通过增碳合成的方法制取的铸铁材料，因为需要较高的熔化温度，只宜在电炉中熔炼。
目前合成铸铁主要有合成灰铁和球铁。
通过大量实践，对于HT250、HT300等高强度灰铸铁来说，废钢左右强度、生铁影响组织.1、配料禁忌（1）、高比例废钢（尤其是船板）与高比例回炉料（浇冒口、废铸件、铁屑）搭配，合成灰铁的废钢加入量不宜超过50%；（2）、高比例废钢（尤其是船板）与含硫磷高的生铁搭配；（3）、回炉料超过40%（浇冒口、废铸件、铁屑）。
2、配料优化组合（％）组成生铁废钢回炉料：配比A403030配比B304030配比C204040配比D2050303、锰硫含量需要提高硬度时锰的含量可达1.0-1.2%，但不要求相应提高硫的含量（关于灰铁中的硫含量，另行分析）。
某公司为了节约成本，多用废钢，在两个月内试制合成高牌号灰铸铁，废钢用量一度达60%,有一段时间除加入废钢外另加回炉料和少量铁屑，最初质量不错，但一段时间后发现铸件批量缩孔、缩松和有白色硬斑，并且持续不断越来越严重。
此缺陷成因：初步判断是铁水中MnS的含量过高而引起的铸件显微缩孔、缩松，MnS富集形成白色硬斑。
这是由于高牌号灰铁HT300成分要求Mn含量较高（1%左右），加之废钢自身锰也高（船板中的16锰钢含Mn在1.6%）,而废钢中的S以及回炉铁（包括铁屑）中的S和锰反应产生的MnS 在炉料中的积累达到一定程度，就会产生过量，从而产生上述缺陷。
为了减少铁水中的MnS含量，一般用加入一定量的优质新生铁（低S低Mn）来调整，另外提高孕育效果，可使MnS细化，减弱其不良影响。
高炉炼铁过程炉料结构智能优化
高炉炼铁过程炉料结构智能优化摘要：在当代炼铁工艺中，高炉炼铁是最为常见的一种，其在现代钢铁工艺中占主导地位。
目前，高炉生产的生铁仍占世界生铁总量的95%以上，在中国占99.5%以上。
炼铁面临的主要挑战是在原燃料品种质量及价格的频繁波动，因此优化炼铁炉料结构尤为重要。
高炉炼铁主要目的是获得符合炼钢工序质量要求的铁水。
由于产量巨大，即使是小的改进过程也能带来可观的利润，更能节约能源和减少消耗。
鉴于此，本文就高炉炼铁过程炉料结构智能优化展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：透烧结；高炉；炼铁；配料1.高炉炼铁智能化平台的建立需求与目标建立高炉炼铁工业智能化平台的目的是收集、处理所有的高炉炼铁数据，建立数据分析平台和智能应用，在数据科学各层面解决生产痛点，助力高炉炼铁数字化、智能化转型。
从平台功能来说，需要满足高炉炼铁数据的采集和预处理、数据存储、数据分析、可视化等功能。
从业务场景来说，满足不同高炉炼铁场景从业人员的数据分析、智能辅助和效率提升的需求。
1.1多源数据的采集需求高炉炼铁数据包含可编程逻辑控制器(pro-grammable logic controller，PLC)系统数据、设备信息数据、生产操作数据、原料检测数据、成品质检数据、生产总结数据和音视频数据等多种类型数据｡企业内存在的高炉炼铁数据被存储在不同服务器中(国内某钢铁企业的高炉炼铁数据根据数据类型不同，分别存储于SQL Server数据库、Oracle数据库、Wonderware数据库和Microsoft Office 之中)，设计平台的数据采集功能需满足对接所有数据来源的要求,并实现数据稳定､高效的传输。
1.2长生命周期历史数据的存储需求一代高炉炉役周期时间普遍较长，并且大型钢铁企业内多以数座高炉同时生产为主要生产形式，而且每座高炉的辅助环节更加丰富，平台的数据存储功能不仅需要提供多种存储方式（文件存储，关系型存储，非关系型存储等），还需提供海量数据的自动化备份以保证数据完整性和安全性，同时提供便捷的扩展接口，满足后期业务增加的需求。
高温炉中金属材料晶格结构的研究与分析
高温炉中金属材料晶格结构的研究与分析随着科学技术的发展，高温炉被广泛应用于各个领域的材料加工中。
其高温作用下，金属材料晶格结构和相变行为也往往会发生某些改变，而这些改变往往与材料的性能和微观结构密切相关。
因此，研究高温炉中金属材料晶格结构的变化，对于深入了解金属材料的性能及加工工艺机理，具有重要的意义。
一、高温炉中晶格结构的变化高温炉的升温过程中，金属材料受热后会发生晶格结构的变化。
一般来说，金属材料的结晶过程可以分为数个阶段，每个阶段的晶格结构都是不同的。
在高温炉中加热至一定温度后，金属材料开始软化，此时结晶的过程就开始了。
当温度升高至一定程度后，材料会进入液相区，晶格结构变得更加松散，晶粒也开始破裂、移动，这种现象称为晶粒长大。
晶粒长大过程中，材料的织构和成分分布也会发生改变，这对于后续的处理和加工都有很大的影响。
二、热处理对晶格结构的影响高温炉不仅可以用于材料的结晶过程，还可以用于热处理。
热处理可以改变材料的组织结构和性能，为后续的加工和使用提供更好的基础。
不同的热处理工艺会对晶格结构和材料性能产生不同的影响。
常见的热处理方法有退火、正火、淬火和回火等。
其中，退火是最常见的一种热处理工艺，其作用是使材料的晶粒长大，消除尺寸变形和残余应力，提高材料的塑性和韧性。
正火是加热到比退火温度更高的温度，然后冷却至空气中，使晶粒尺寸变细，提高材料硬度和强度。
淬火可以快速冷却材料，使其晶粒尺寸变细，硬度和强度增加。
回火是在淬火后再进行加热，使材料的晶粒长大，减小硬度，提高韧性。
三、晶格结构和材料性能的关系金属材料的性能与其晶格结构密切相关。
晶格结构的变化会直接影响材料的力学性能、物理性能和化学性能等方面。
例如，在高温炉中进行退火热处理后，晶格结构的改变会使材料的可塑性和韧性提高，但硬度和强度相对下降。
而淬火则会使材料的硬度和强度大幅增加，但塑性和韧性相对较差。
回火则可以在保持较高硬度和强度的同时，提高材料的韧性和可塑性。
金属冶炼过程中的冶炼炉用料分析
如石墨、粘土、氧化剂等，用于调节熔炼过程。
金属原料
待提取的金属元素，通过反应从矿石中提取。
冶炼炉用料的重要性
1 2
保证冶炼过程的顺利进行
优质的炉料可以提高冶炼效率，降低能耗。
提升产品质量
合适的炉料可以减少杂质，提高金属纯度。
3
延长炉体寿命
优质的耐火材料可以抵抗高温和化学侵蚀，延长 炉体使用寿命。
热膨胀系数
热膨胀系数
热膨胀系数是指物质在受热时体积膨胀的程度。在金属冶炼过程中，冶炼炉用料的热膨胀系数对炉衬 的寿命和炉膛的稳定性具有重要影响。如果热膨胀系数不匹配，会导致炉衬开裂、变形甚至脱落，影 响冶炼过程的稳定性和安全性。
总结词
热膨胀系数影响炉衬的寿命和炉膛的稳定性，是冶炼炉用料的重要物理性质之一。
金属冶炼过程中的冶炼炉用 料分析
汇报人：可编辑 2024-01-06
目 录
• 冶炼炉用料概述 • 冶炼炉用料的物理性质 • 冶炼炉用料化学性质 • 冶炼炉用料的应用场景 • 冶炼炉用料的环保影响 • 冶炼炉用料的经济性分析
01
冶炼炉用料概述
冶炼炉用料种类
耐火材料
用于炉衬，抵抗高温和化学侵蚀，保护炉体。
05
冶炼炉用料的环保影响
有害气体排放
硫氧化物
01
冶炼过程中，硫元素与氧气反应生成硫氧化物，如二氧化硫，
是大气的主要污染物之一。
氮氧化物
02
高温条件下，空气中的氮气与氧气反应生成氮氧化物，如一氧
化氮和二氧化氮，也是空气污染的主要来源。
碳氧化物
03
冶炼过程中，部分燃料不完全燃烧会产生一氧化碳等碳氧化物
要点一
替代材料的选择
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关于高炉炉料结构几个问题的探讨高炉炉料结构是指高炉炼铁生产使用的含铁炉料构成中烧结矿、球团矿和天然矿的配比组合。
随着精料技术的发展，烧结矿和球团矿逐步淘汰了品位低、SiO2含量高、冶金性能差的天然块矿。
但长期实践表明，即便高炉使用单一的矿或球团矿生产，并不能获得最佳的指标和效益。
对烧结矿、球团矿以及天然富块矿的冶金性能等的测试研究后，了解到它们的各自的优缺点，从而人们就探索如何发挥和利用它们的优点组合成一定的断料结构模式，来使高炉生产获得好的指标和效益。
一、目前国内外高炉炉料结构类型高碱度烧结矿具有优良的冶金性能，约占炼铁炉料结构的70%。
高碱度烧结矿的优点：⑴有良好的还原性。
铁矿石还原性每提高10%，炼铁焦比下降8%～9%；⑵较好的冷强度和低的还原粉化率；⑶较高的荷重软化温度；⑷好的高温还原性和熔滴性⑸使用高碱度烧结矿，在一定程度上可以避免了高炉结瘤。
球团矿特点：⑴球团矿粒度小而均匀，有利于高炉料柱透气性的改善和气流的均匀分布。
⑵球团矿冷太强度好，运输、存贮、装卸过程产生的粉末少；⑶球团矿含铁品位高和堆密度大，有利于提高高炉料柱的有效重量，增加产量和降低焦比；⑷球团矿还原性好，有利于改善煤气化学能的利用；⑸高炉生产实践表明，用球团矿替代天然块矿，可大幅度提高产量、降低焦比，同时改善煤气的利用效率。
⑹FeO含量低，矿物主要是Fe2O3，还原性好；⑺自然堆角小，在高炉内布料易滚向炉子中心；⑻含硫很低；⑼具有还原膨胀的缺点，在有K2O、Na2O等催化的作用下会出现异常膨胀；⑽酸性氧化球团矿的软熔性能较差。
目前国内外高炉炉料结构大致分为以下几种类型：⑴以单一自熔性烧结矿为原料；⑵以自熔性烧结矿为主，配少量球团矿或块矿；⑶以高碱度烧结矿为主，配天然块矿；⑷以高碱度烧结矿为主，配酸性球团矿；⑸以高碱度烧结矿为主，配酸性炉料；⑹高、低碱度烧结矿搭配使用；⑺以球团矿为主，配高碱度烧结矿或超高碱度烧结矿；⑻以单一球团矿为原料；⑼自熔性烧结矿配自熔性球团矿或低碱度烧结矿等多种炉料结构。
二、焦炭质量对高炉冶炼的影响焦炭在高炉内的骨架作用是其它炉料所不能取代的。
焦炭强度M40、M10直接影响焦炭的骨架作用，对高炉冶炼的影响是无可置疑的。
M40增加1%，利用系数增加0.04，降低焦比5.6kg/t；M10降低0.2%，增加产量0.05降低焦比7kg/t。
从2004年以来武钢焦炭M40提高了1.4%，M10下降了0.3%。
这两项合计可增加产量10%，降低焦比15kg/t以上。
焦炭热态强度对高炉冶炼的影响更使十分重要的。
以往研究证明：焦炭从料线到风口平均粒度减少20%～40%。
在块状带，粒度无明显变化；从软熔带位置开始，焦炭粒度变化很大，这是剧烈溶碳反应的结果。
高炉炉料的主要阻力在软熔带以及以下的区域。
热强度讲直接影响下部区域的透气性，对高炉顺行起着十分重要的作用。
三、高炉喷煤对煤的性能要求高炉喷吹用煤应能满足高炉冶炼工艺要求并对提高喷吹量和置换比有利，以代替更多的焦炭。
高炉喷煤对煤的性能要求为：(1)煤的灰分越低越好，一般要求小于15％。
(2)硫的质量分数越低越好，一般要求小于1.0％。
(3)胶质层越薄越好，Y值应小于10mm，以免在喷吹过程中结焦堵塞喷枪和风口。
(4)煤的可磨性要好，HGI值应大于50。
(5)燃烧性和反应性要好。
燃烧性和反应性好的煤允许大量喷吹，并允许适当放粗煤粉粒度，降低制粉能耗。
(6)发热值越高越好。
喷入高炉的煤粉是以其放出的热量利形成的还原剂(CO、H2)来代替焦炭。
煤的发热值越高置换的焦炭越多。
四、关于碱金属几个问题的探讨高炉碱金属主要来源于矿石和焦炭，降低矿石软化温度，使软熔带上移引起球团异常膨胀而严重粉化和多数烧结矿中温还原粉化；加剧焦炭的气化反应,降低焦炭强度；促使炉墙结厚甚至结瘤破坏砖衬。
高炉碱金属主要有K、Na。
由于Zn在高炉中的行为与K、Na相似，因此我们可以将Zn 也划入碱金属范围。
1 K、Na在高炉中的循环和富集碱金属矿物主要以硅铝酸盐和硅酸盐形态存在。
前者如长石类K2O·Al2O3·6SiO2、霞石类K2O·Al2O3·2SiO2和白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2等，后者如钾钙硅石2K2O·CaO·3SiO2和钠闪石Na2Fe2+Fe3+(Si4O11)OH等。
这些碱金属矿物熔点很低，在800~1100℃之间熔化。
在高温区，一部分进入炉渣，一部分被C还原成金属K、Na。
由于碱金属K、Na沸点只有799℃和882℃，还原后立即随煤气上升，在不同的温度条件下与其他物质反应转化为氰化物、氟化物、硅酸盐和碳酸盐，但以碳酸盐为主。
2K+2CO2=K2CO3+COK2CO3在900℃以上熔化。
但随炉料下降到大于1050℃，K、Na重新被还原。
因而高炉上部的中低温区K、Na以金属盒碳酸盐形式进行循环和富集。
K、Na的氰化物在1400℃以上的高温区生成。
3C+N2+ K2O·Al2O3·2SiO2=2KCN(g)+Al2O3+2SiO2+CO气态氰化物上升到800℃区域液化，到600℃转变为固体粉末。
它们再随炉料下降被还原生成氰化物。
钾钠的氰化物在600~1600范围内进行循环和富集。
2 K、 Na在高炉中的危害⑴破坏炉料强度K、Na降低炉料的强度，特别是对焦炭的高温强度影响较大①焦炭吸收K, Na后，形成塞入式化合物KC6、KC8,、KC12、KC24等，一方面使焦炭变得疏松;另一方面使焦炭反应性增大，导致碳熔损反应增大。
结果造成焦炭高温强度急剧下降。
②K, Na及其低沸点化合物沉积于炉料表面和孔隙，特别是进入Fe2O3晶格内，将使球团矿异常膨胀，高碱度烧结矿粉化。
⑵使软熔带位置升高，厚度增加，初渣形成早，对造渣不利①Fex O·Si O2·K2O可形成熔点为700℃左右的玻璃渣相；②低熔点渣相糊住海绵铁表面，使渗碳、滴落困难，使软熔带的下沿温度提高；⑶K、Na促进碳素沉积反应2CO=CO2+C的进行(催化作用)并使得高炉上部的还原速度加快 (K、Na催化还原FeO)；⑷使炉衬破裂，炉墙结厚甚至结瘤①K, Na蒸汽渗入砖缝，氧化沉积，伴随碳素沉积引起膨胀；②与砖衬形成低熔点物质Fex O·Si O2·K2O，引起渣化；③当炉况不顺、发生悬料时，煤气横向扩散，结果低熔点物质Fex O·Si O2·K2O粘附焦末、矿末后，生成瘤根，久之造成结厚甚至结瘤。
⑸使整个料柱的透气性降低，高炉顺行急剧恶化；①使炉料强度变坏，上部透气性降低；②使初渣形成早，软熔带位置高且厚，煤气阻损大大增加；③含K、Na炉渣的表面张力小，易泡沫化产生“液泛”，使中、下部透气性降低；④焦炭高温强度下降后，高炉下部透气性变差。
3 高炉内锌的还原及危害Zn常以ZnS状态存在，以硫酸盐或硅酸盐形式存在的锌矿物，入炉后很快分解成ZnO，在≥1000℃区域还原成Zn并立即气化进入煤气，上升过程中有一部分随煤气逸出炉外，但易在管道中凝集，大部分又被氧化成ZnO并被炉料吸收再度下降还原，形成循环。
⑴Zn蒸汽沉积在炉子上部砖衬缝隙中或墙面上，当其氧化后体积膨胀会损坏炉衬或造成结瘤。
⑵对冷却壁冷却方式的高炉，使炉内黏结物频繁脱落，风口破损严重。
⑶对冷却板结构的高炉，使黏结物粘附牢固，频繁悬料。
⑷锌蒸汽顺着冷却设备周围缝隙下到风口区，在强冷却区又冷凝成液体，大量进入到风口组合砖中，使风口组合砖体积膨胀或损坏，造成风口二套大量上翘。
⑸沉积金属锌造成炉体砖衬脆裂、破裂，并导致炉缸、炉底炭砖脆化，缩短高炉寿命。
⑹随煤气逸出的ZnO，能在上升管和下降近凝集，产生堵塞。
4、降低碱金属对高炉危害的措施⑴限制炉料带入的碱量:碱负荷<3～5kg/t铁高炉碱金属的来源分析中，矿粉、高炉块矿以及焦炭与煤粉带入的碱金属普遍受到重视。
而对于碱金属以高炉瓦斯灰为载体在高炉于烧结矿之间的循环重视的往往不够。
碱金属（K、Na、Zn）一部分在高炉内循环，一部分进入炉渣外，剩下部分进入高炉煤气。
在高炉煤气净化过程中，大部分碱金属进入瓦斯灰。
而瓦斯灰作为资源，一直作为烧结矿的辅助原料进行使用。
碱金属在烧结过程中，会挥发进入烧结烟气。
由于含碱金属的粉尘粒度较细，在烧结烟气除尘过程中，这部分粉尘主要在烧结机电除尘器的三、四电场捕集。
因此，要减少碱负荷可以采用以下措施：①减少炉料带入的碱负荷；②废弃瓦斯灰作为烧结原料。
目前可行的方法是转底炉脱锌工艺。
这样既可以切断碱金属在烧结和高炉之间的循环，降低高炉碱负荷，又可以生产金属化球团，还可以回收Zn，起到一举多得的效果。
③将烧结机电除尘器三、四电场的除尘灰废弃，这样也可以降低高炉碱负荷，但会增加除尘系统的投资。
⑵增大炉渣排出的碱量①降低炉渣碱度。
在一定的炉温下，随炉渣碱度降低，排碱率相应提高。
自由碱度±0.1，影响渣中碱金属氧化物 0.30%。
②降低炉渣碱度或炉渣碱度不变，生铁含硅量降低，排碱能力提高。
[Si]±0.1%，影响渣中碱金属氧化物 0.045%。
③提高渣中MgO含量，可以降低K2O、Na2O活度，渣中MgO提高，排碱率提高。
渣中MgO ±1%，影响渣中碱金属氧化物 0.21%。
④提高(MnO/Mn)比,可提高渣中碱金属氧化物。
5 转底炉转底炉脱锌工艺，是充分运用转底炉处理钢铁冶金尘泥再生利用的先进技术，采用转底炉还原铁和锌，生产的金属化球团直接供高炉或转炉冶炼，脱锌率高，可大大减少锌元素对高炉生产的影响，降低高炉的维修费用。
转底炉处理高炉污泥、烧结及球团粉尘的生产能力，每月回收的锌粉均在400吨以上。
经过转底炉脱锌处理将污泥、粉尘中的铅、钾、钠等金属脱离，又为高炉稳定顺行及铁水质量的提升创造了条件。
经过脱锌工艺加工所生产的金属含量达50%的金属化球团，再进入到高炉生产中，可为高炉降低可观的能耗。
钢铁生产过程中粉尘的产生量一般是钢产量的10%左右，迫于钢铁资源紧张、污染物排放治理的压力，国内钢铁企业大都采用返回烧结的方法来利用这些粉尘，但粉尘中的Zn、K、Na等元素对烧结机产能、烧结矿质量及高炉顺行和长寿产生严重影响。
因此，部分Zn、K、Na含量高的粉尘不得不废弃，这样不仅会对环境造成严重的污染，而且造成大量宝贵资源的浪费。
“转底炉直接还原生产技术”能够成功解决钢铁冶金过程中冶金粉尘的高效综合利用问题。
为了钢铁工业的可持续发展，采用转底炉处理钢铁厂尘泥是近年来转底炉直接还原技术应用的一个重要发展方向。
工业实践证明，转底炉处理钢铁尘泥，可使尘泥中的有害元素锌、铅回收率达到90%以上，与其他技术比较，转底炉工艺有以下技术优点：⑴工艺简单，对钢铁厂产生的含锌尘泥及各种含铁原料适应性强；⑵燃料利用率高，无碳氢化合物排放问题；⑶采用内配碳自还原，只需外部升温和传热，反应温度比传统工艺高300-600℃，反应速度快，球团在炉膛内停留时间短；⑷整个生产过程采用自动控制，自动化程度高；⑸采用先进的余能回收技术，最大限度的利用能源；⑹全部回收除尘灰富含的有用元素，环境保护效果明显。