炼铁主干课6高炉炼铁生产的原则.ppt

第六章高炉炼铁工艺,本章内容提要,6.1高炉炼铁生产的原则6.2高炉操作制度6.3高炉强化冶炼的技术措施,优质、低耗、高产、长寿、高效益,6.1高炉炼铁生产的原则,各类因素之间关系的分析,1产量和消耗之间的关系2效益与产量、消耗之间的关系3产量与高炉寿命、效益之间的关系4产量与质量之间的关系,产量和消耗之间的关系,ηvt铁/m3d＝It焦/m3d/Kt焦/t铁高炉有效容积利用系数＝冶炼强度/焦比,为了使高炉产量↑有4种途径,I不变，K↓K不变，I↑随I↑，K有所↓随I↑，K有所↑一般不采用,,对一个实际高炉而言存在与最低焦比相适宜的冶炼强度I适,ηv＝I/K,冶炼强度和焦比之间的关系,I,II适时煤气流速过大,冶炼强度和焦比的关系分析,,,炉况恶化→焦比↑,中心过吹或管道行程,△P↑,I适是随冶炼条件的改善不断增大的,适宜冶炼强度和焦比的关系,各类因素之间关系的分析,1产量和消耗之间的关系2效益与产量、消耗之间的关系3产量与高炉寿命、效益之间的关系4产量与质量之间的关系,企业最大效益的获取,效益与产量、消耗之间的关系,,,,,,,,盈利性A,,,,,,生铁成本,出厂价C,成本S,盈利性A＝PC－S,盈利,亏损,P0,P,产量→,,生铁最低成本在P0产量下获得企业最大效益在P（P0）时获得,原因PP0，而市场正是生铁供不应求时，单位成本在PP0附近，升高幅度很小；单位生铁利润（C－S）减少的幅度小于产量（P）增加的幅度；A＝P（C－S）仍可达到最大。,效益与产量、消耗之间的关系A,在钢铁的需求大于供给的情况下,IImaxI适时，单位成本最低。,,原因此时产量（P）最高；随P↑,单位成本中不随时间变化部分的费用总和↓在K＝fI的最低处，随I增大，K上升幅度不大；这时多消耗的焦炭费用150kPa）,日本高炉顶压平均为225kPa宝钢3号高炉（4350M3）已达230kPa,,消耗在高压阀组上的压力是由风机提供的,炉顶煤气压力↑，要求送风压力↑能量消耗↑,采用“余压发电”技术可回收风机用电的25～30％,,,2高压操作对冶炼的影响,高炉整个送风系统、高炉本体、煤气除尘系统是一个连通器,高压调节阀组前压力的提高，不仅炉顶压力↑，炉内压力也↑,,高压操作必然会对高炉冶炼产生重要影响,,高压操作的综合效果,提高高炉产量降低高炉焦比改善生铁质量减少炉尘吹出量,高压操作的理论基础,煤气通过散料层时造成的压力损失可用下式表示,设f、H和de为常数，，则,,常压和高压时煤气的压力损失分别为,,,当鼓风或煤气重量流量（G）和温度不变时气体密度（ρ）和气体平均压力（P）成正比气体流速（W）与气体平均压力（P）成反比,,,,,在风量不变的情况下高压操作后煤气的ΔP↓有利于高炉顺行,,煤气的压力损失与煤气平均压力成反比,,炉顶煤气压力P顶和热风压力P风的关系,炉内煤气平均压力,常压时高压时,P风为热风压力P顶为炉顶煤气压力,因为P风1＝P顶1＋ΔP1P风2＝P顶2＋ΔP2,所以,,,,,简化后得两边各加并平方得,,因为P风2＝P顶2＋ΔP2,,,用此式可计算常压改高压时相应的热风压力,提高炉P顶时，其它参数的变化,,,,,随炉顶煤气压力的提高，热风压力相应提高，但提高的幅度小于炉顶煤气压力提高的幅度；随炉顶煤气压力的提高，煤气压力损失则降低。,因为又煤气流速（W）与煤气量成正比煤气量又与风量（V）成正比,所以煤气流速（W）与风量（V）成正比,,,以乘上式两边得,因G＝，/＝/有,,标态下，V与G成正比,,,维持煤气压力损失ΔP不变时炉内煤气平均压力与风量的关系,,当炉顶压力由常压时的0.02MPa0.15MPa炉内煤气平均压力则由0.07MPa0.18MPa,,风量在常压基础上提高了60％,高压操作有利于提高冶炼强度强化高炉冶炼,,,,高压操作对高炉冶炼的具体影响,1燃烧带减小,炉内压力↑鼓风体积↓，鼓风动能↓所致（当顶压由15kPa→80kPa时，E降到原来的76％）CO2、O2分压↑，燃烧速度加快所致,为了维持合理的燃烧带，可增大风量从而对增产有积极作用,,2对还原的影响rd↓，[Si]↓,对铁氧化物还原的影响因为抑制了C＋CO22CO正反应有利于间接还原发展，rd↓,对Si还原的影响因为抑制了C＋SiO2Si＋CO2正反应，[Si]↓高压操作对低硅生铁冶炼有利,3料柱阻力损失△P↓,由于，料层气流阻损△P与气体压力成反比（）故有△P高压△P常压,高压操作有利于顺行（下料通畅）,,如果△P维持常压时的水平则入炉风量可以↑，从而产量↑,高压操作有利于增加高炉生铁产量,注意高压操作时△P的下降并不均匀上部下降幅度大，下部下降幅度小,高炉限制冶强提高的是炉子下部状况,要充分发挥高压操作对增产的作用需改善炉料的高温性能（焦炭高温强度、矿石高温冶金性能）,,,,4大幅度减少炉尘吹出量,因为煤气动压头，P↑，h动↓炉尘吹出的粒径变小、数量变少,常压→高压，炉尘吹出量降低20～70％顶压150～250kpa的高炉，炉尘量10kg/t,,5降低焦比,高压操作后降低焦比的原因炉况顺行，煤气利用率提高；炉尘吹出量大幅度减少；产量提高，单位生铁热损减小；有利于间接还原发展；生铁含硅可控制在下限水平。,6.3高炉强化冶炼的措施,6.3.1精料6.3.2高压操作6.3.3高风温6.3.4喷吹燃料6.3.5综合鼓风,6.3.3高风温,综合效果→降低焦比,古老的高炉采用冷风炼铁1828年英国首次用150℃的热风炼铁现最高风温可达1300－1350℃,一、高风温对高炉冶炼的影响,风口前燃烧C量减少,原因风温提高使焦比下降所致（热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热）,高炉内温度场发生变化,炉缸温度↑炉身上部和炉顶温度↓中温区（900～1000℃）略有扩大,原因,直接还原度略有升高,炉内压损△P↑,如果高炉在顺行的极限下操作则风温↑→将迫使冶炼强度↓,有效热消耗减少,原因,改善生铁质量,风温↑→焦比下降，高炉的硫负荷下降，炉缸温度升高，热量充沛，→易于冶炼低硫生铁；风温↑→炉温温度，生铁含硅可控制在下限，→易于冶炼低硅生铁。,二、提高风温降低焦比的效果,t风↑100℃降低焦比的量,三、高炉接受高风温的条件,接受高风温的条件,l精料→改善料柱透气性l提高炉顶压力（高压操作）→降低煤气流速△P↓l喷吹燃料l加湿鼓风,我国大型高炉平均风温1000℃宝钢高炉热风温度1220－1250℃日本最高风温可达1350℃,,高炉具备接受高风温的条件是关键,四、高风温的获得,高炉煤气发热值较低3200～3800kJ/m3,获得高风温的设备因素受限制,对策,6.3高炉强化冶炼的措施,6.3.1精料6.3.2高压操作6.3.3高风温6.3.4喷吹燃料6.3.5综合鼓风,6.3.4喷吹燃料,主要目的代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭,喷吹燃料的种类天然气原苏联、美国重油日本、法国、德国，因石油价格↑，也转向喷吹煤粉。煤粉我国（资源所限）,世界上除重油、天然气丰富的地区外，都在实践大量喷煤工作。,喷煤对高炉冶炼的影响,a.风口前燃料燃烧的热值↓,原因,b.扩大燃烧带,Ⅰ.炉缸煤气量↑以焦炭为1时，煤粉为1.13,Ⅱ.部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，在管路内形成高温高于鼓风温度400-800℃,促使中心气流发展（鼓风动能↑）,,原因,c.风口前理论燃烧温度↓,◎作为喷吹物的煤粉是冷态的◎煤粉的热分解需要消耗热量◎燃烧产物量↑→用于加热产物到燃烧温度的热量消耗↑,,原因,d.直接还原度↓,C熔损反应量↓,,★还原性组分（CO＋H2）浓度↑，绝对量↑煤气量↑所致★炉下部温度↓碳熔损反应受到抑制焦比↓焦炭与CO2反应的表面积↓★焦比↓→单位生铁的炉料容积↓→矿石在炉内停留时间↑,原因,e.煤气阻力损失（△P）↑,原因,f.炉内温度场变化,高温区上移,炉缸温度趋于均匀,略有上升→↑所致,,,炉缸边缘温度↓→风口理论燃烧温度下降所致炉缸中心温度↑→煤气穿透能力增强所致（煤气量、煤气含氢、鼓风动能↑）,,原因,炉身温度炉顶温度,原因,g.存在热滞后现象,,“热滞后”时间约为3－4小时,煤粉的置换比与喷吹量,Ⅰ置换比,喷吹1kg煤粉能替换的焦炭量（一般在0.8左右）,影响喷煤置换比的因素,煤粉含C量和含H2量煤粉燃烧率炉况顺行程度有否有补偿手段,Ⅱ.喷吹量,,扩大喷吹量是炼铁工作者的任务,影响高炉接受煤粉喷吹量的因素,高炉精料水平（炉内透气性）炉缸热量水平（炉内热补偿）煤粉理化特性（炉内燃烧率）喷煤的均匀性（喷吹设备）,补偿手段,可通过运用高风温、高压操作和富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段。,高炉喷煤的效果,降低焦比煤粉代替焦炭间接还原发展炉缸热状态稳定为接受高风温创造条件改善生铁质量降低生铁成本,6.3高炉强化冶炼的措施,6.3.1精料6.3.2高压操作6.3.3高风温6.3.4喷吹燃料6.3.5综合鼓风,6.3.5综合鼓风,鼓风湿度调整＋富氧鼓风＋高风温＋高压操作＋喷煤,,综合鼓风,1．鼓风湿度调整,1加湿鼓风在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度通常水蒸气在冷风管道中加入,最大特征强化高炉冶炼,干风含氧量21％水蒸气含氧量50％单位体积的水蒸气比干风含氧高1.38倍鼓风中湿度增加1％（8g/m3），在焦比不变时，产量可提高1.38％,,2脱湿鼓风把鼓风中的水分脱除一部分使鼓风湿度保持在低于大气湿度的稳定水平通常用氯化锂作脱湿剂吸收鼓风中水分，或用冷却法脱除鼓风中水分。,最大特征节省燃料消耗,脱湿减少了水分的分解耗热通常脱湿1％，可降低焦比约8kg,,采取,鼓风加湿,鼓风脱湿,,（有争论）,喷煤高炉→脱湿鼓风,◎节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热（将湿分分解消耗的热量节省下来用于喷煤更合算）,◎可以消除大气湿度波动的影响,,不喷煤高炉→加湿鼓风,对于不喷吹燃料的高炉加湿鼓风不失为一种调剂炉况的手段,2．富氧,往高炉鼓风中加入工业氧气,富氧对高炉冶炼的影响,提高产量每富氧1％增产3～5％提高t理每富氧1％,t理↑45～50℃炉缸煤气量↓所致燃烧带有缩小的趋势N2↓,t理↑→加快碳的燃烧过程高温区下移，炉身、炉顶温度↓（煤气量↓所致）直接还原度略有升高尽管CO↑→rd↓，但是炉身温度↑→rd↑；I↑→停留时间↓→rd↑,富氧与高风温的异同,富氧热收入减少,富氧与喷煤相结合,对于扩大喷煤量增加富氧量均有好处,,高炉鼓风富氧制氧技术是关键,生产纯氧电耗高，故纯氧的价格高开发生产低成本的、含氧60％左右的高炉用氧技术是一个具有重大意义的研究课题,,新技术动向氧气高炉,第六章作业,何谓高炉四大操作制度，何谓“上部调节”和“下部调节”。如何实现高炉系统的高压操作高压操作以后对高炉冶炼进程的影响如何并说明原因。提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化并说明原因。提高风温可采取什么措施风温的进一步提高受何限制高炉喷煤的效果何在喷吹煤粉对高炉冶炼的影响如何其原因何在。,第六章作业,已知某高炉喷煤前焦比520kg/t,实施喷煤100kg/t后,高炉的综合冶炼强度为1.20t/m3d,高炉燃料比为540kg/t。求解a.高炉的有效容积利用系数；b.喷煤置换比。何谓“加湿鼓风”、“脱湿鼓风”说明各自对高炉冶炼的影响。说明富氧鼓风对高炉冶炼的影响及其原因。富氧鼓风与喷吹煤粉有何关系,