5.1 5.1 高炉炼铁生产的原则高炉炼铁生产的原则各类因素之间关系的分析各类因素之间关系的分析1) 1) 产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2) 2) 产量与高炉寿命、效益之间的关系产量与高炉寿命、效益之间的关系3) 3) 产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系1)1)产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系 v v (t铁/m3d) I I(t焦/m3d)/ K/ K (t焦/t铁)高炉有效容积利用系数高炉有效容积利用系数 冶炼强度冶炼强度 / / 焦比焦比为了使高炉产量为了使高炉产量有有4 4种途径：种途径： I I不变，不变，K K K K不变，不变，I I 随随I I，K K有所有所 随随I I，K K有所有所(一般不采用一般不采用) )对一个实际高炉而言对一个实际高炉而言存在与最低焦比相适宜的冶炼强度存在与最低焦比相适宜的冶炼强度I I适适v v I / K I / K 冶炼强度和焦比之间的关系冶炼强度和焦比之间的关系 I I焦比焦比产量产量I I适适焦比产量I Imaxmax I I II I适适时时：煤气量：煤气量，煤气流速过大煤气流速过大 冶炼强度和焦比的关系分析冶炼强度和焦比的关系分析 炉况恶化炉况恶化焦比焦比中心过吹或管道行程中心过吹或管道行程PP高炉工作者应掌握此规律，用它来高炉工作者应掌握此规律，用它来指导生产，针对具体生产条件，确定指导生产，针对具体生产条件，确定与最低焦比相适应的冶炼强度，使高与最低焦比相适应的冶炼强度，使高炉顺行，稳定地高产。炉顺行，稳定地高产。I I适适是随是随冶炼条件冶炼条件的改善不断增大的的改善不断增大的适宜的适宜的冶炼强度冶炼强度焦焦比比12345冶炼条件改善冶炼条件改善适宜冶炼强度和焦比的关系适宜冶炼强度和焦比的关系 各类因素之间关系的分析各类因素之间关系的分析1) 1) 产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2) 2) 产量与高炉寿命、效益之间的关系产量与高炉寿命、效益之间的关系3) 3) 产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系2 2）产量与高炉寿命、效益之间的关系）产量与高炉寿命、效益之间的关系 产量产量，意味着冶炼强度，意味着冶炼强度 I I 高炉设备的寿命高炉设备的寿命 修理费用修理费用 效益效益故提高一代高炉寿命是很重要的故提高一代高炉寿命是很重要的 高炉长寿技术高炉长寿技术的开发和实现将的开发和实现将促使高炉生产实现高产、低耗、优促使高炉生产实现高产、低耗、优质、高效，目前世界各国已把质、高效，目前世界各国已把高炉高炉长寿长寿看作炼铁技术的一个重要组成看作炼铁技术的一个重要组成部分和发展标志部分和发展标志。改进高炉冷却设备和采取先进的冷却技术改进高炉冷却设备和采取先进的冷却技术采用钒钛炉渣护炉技术采用钒钛炉渣护炉技术采用高质量炉衬采用高质量炉衬( (碳砖、碳化硅砖等碳砖、碳化硅砖等) )提高高炉的操作水平提高高炉的操作水平提高高炉寿命的对策提高高炉寿命的对策 各类因素之间关系的分析各类因素之间关系的分析1) 1) 产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2) 2) 产量与高炉寿命、效益之间的关系产量与高炉寿命、效益之间的关系3) 3) 产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系3 3）产量与质量之间的关系）产量与质量之间的关系 铁水质量的主要指标铁水质量的主要指标l 铁铁 水水 含含 硫硫l 铁铁 水水 温温 度度I I过高时，炉料停留时间过高时，炉料停留时间 脱硫反应能力脱硫反应能力加热不充分加热不充分 S S T T铁铁如何处理好这五者的关系，对如何处理好这五者的关系，对降低焦比、提高产量、降低能耗有降低焦比、提高产量、降低能耗有重要意义。重要意义。 高炉冶炼是一个逆流式连续过程。高炉冶炼是一个逆流式连续过程。 炉料一进入炉子上部即逐渐受热并炉料一进入炉子上部即逐渐受热并参予诸多化学反应，在上部预热及还参予诸多化学反应，在上部预热及还原的程度对下部工作状况有极大影响，原的程度对下部工作状况有极大影响，通过控制操作制度可维持操作的稳定，通过控制操作制度可维持操作的稳定，这是高炉冶炼优质生铁与降低能耗的这是高炉冶炼优质生铁与降低能耗的基础。基础。5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 高炉四大操作制度高炉四大操作制度l 装装 料料 制制 度度l 送送 风风 制制 度度l 造造 渣渣 制制 度度l 热热 制制 度度1)1)装料制度装料制度 炉料装入炉内方式的总称；炉料装入炉内方式的总称；不同炉料对煤气流的阻力有差异；不同炉料对煤气流的阻力有差异；炉料在高炉横截面上的分布状况影炉料在高炉横截面上的分布状况影响煤气流的分布；响煤气流的分布；煤气流分布直接影响矿石的下降、煤气流分布直接影响矿石的下降、还原、软化熔融等还原、软化熔融等。散料堆中的粒度分布情况散料堆中的粒度分布情况炉料性质对布料的影响（炉料性质对布料的影响（A A）炉炉 料料 的的 粒粒 度度（不同粒度的混合料）（不同粒度的混合料）n大块炉料易于滚落到堆角大块炉料易于滚落到堆角 由于堆角处料层薄，相对透气性好；由于堆角处料层薄，相对透气性好； n小块炉料则多集中在堆尖小块炉料则多集中在堆尖 由于堆尖处料层厚，相对透气性差。由于堆尖处料层厚，相对透气性差。炉料性质对布料的影响（炉料性质对布料的影响（B B）炉炉 料料 的的 粒粒 度度（同一粒度的炉料）（同一粒度的炉料）大粒度的自然堆角小大粒度的自然堆角小 易于滚落到炉子中心易于滚落到炉子中心 小粒度的自然堆角大小粒度的自然堆角大 易于集中在炉子边缘易于集中在炉子边缘炉料性质对布料的影响（炉料性质对布料的影响（C C）炉炉 料料 的的 种种 类类n焦炭的实际堆角小焦炭的实际堆角小 滚落到炉子中心的趋势大滚落到炉子中心的趋势大 中心气流相对发展中心气流相对发展 n矿石的实际堆角大矿石的实际堆角大 集中在炉子边缘的趋势大集中在炉子边缘的趋势大 边缘气流相对抑制边缘气流相对抑制影响炉喉布料的因素影响炉喉布料的因素1.1.焦炭集中，透气性好，阻力小；焦炭集中，透气性好，阻力小； 矿石集中，透气性差，阻力大。矿石集中，透气性差，阻力大。2.2.大块集中，透气性好，阻力小；大块集中，透气性好，阻力小； 小块集中，透气性差，阻力大。小块集中，透气性差，阻力大。3.3.料层薄，透气性好，阻力小；料层薄，透气性好，阻力小； 料层厚，透气性差，阻力大。料层厚，透气性差，阻力大。4.4.炉料堆脚处，大块多，阻力小；炉料堆脚处，大块多，阻力小； 炉料堆尖处，小块多，阻力大。炉料堆尖处，小块多，阻力大。高炉炉顶装料设备高炉炉顶装料设备 料车料车 钟式钟式PWPW 无钟式无钟式影响炉顶装料状况的因素影响炉顶装料状况的因素 可变因素可变因素l料线高度料线高度l料批大小料批大小l装料顺序装料顺序固定因素固定因素a a、布料设备参数布料设备参数1 1、布料器形式、布料器形式2 2、炉喉高度和直径、炉喉高度和直径3 3、大钟与炉喉间隙、大钟与炉喉间隙4 4、大钟倾角及速度、大钟倾角及速度5 5、无钟炉顶参数、无钟炉顶参数b b、炉料特性炉料特性 堆比重堆比重, ,堆角堆角, ,粒度粒度, ,外形外形装装 料料 制制 度度控制炉内煤气流分布控制炉内煤气流分布 又称为又称为: :上部调剂上部调剂 或或 上部调节上部调节炉料装入炉内方式的总称炉料装入炉内方式的总称可可 变变 因因 素素(l) (l) 料线的定义料线的定义钟钟式式炉炉顶顶大大钟钟在在开开启启位位置置时时的下沿至料面的垂直距离的下沿至料面的垂直距离无无钟钟炉炉顶顶旋旋转转溜溜槽槽在在最最小小夹夹角时其出口至料面的垂直距离角时其出口至料面的垂直距离高炉正常料线深度为高炉正常料线深度为1.51.52.0m2.0m料线高低对布料的影响图示料线高低对布料的影响图示一般选用料线在碰撞点（面）以上，并保证加完一般选用料线在碰撞点（面）以上，并保证加完一批料后仍有一批料后仍有0.5m以上的余量，以免影响大钟或溜以上的余量，以免影响大钟或溜槽的动作，损坏设备。槽的动作，损坏设备。 在碰撞点以上（炉况正常）在碰撞点以上（炉况正常） 料线愈高，炉料堆尖离炉墙愈远料线愈高，炉料堆尖离炉墙愈远 发展边缘气流，抑制中心气流发展边缘气流，抑制中心气流在碰撞点以下（炉况失常）在碰撞点以下（炉况失常） 炉料先与炉墙碰撞，布料混乱炉料先与炉墙碰撞，布料混乱 料线的高低可改变炉料的堆尖位置料线的高低可改变炉料的堆尖位置正常情况下正常情况下 高料线压制中心气流；低料线压制边缘气流。高料线压制中心气流；低料线压制边缘气流。 料线对布料的影响料线对布料的影响(2)(2)炉料批重炉料批重定义定义炉料是分批加入高炉的。炉料是分批加入高炉的。每批矿石的重量称为矿石批重；每批矿石的重量称为矿石批重；每批焦炭的重量称为焦炭批重。每批焦炭的重量称为焦炭批重。矿石与焦炭的重量比称为焦炭负荷。矿石与焦炭的重量比称为焦炭负荷。炉料批重对布料的影响图示炉料批重对布料的影响图示炉料批重对布料的影响炉料批重对布料的影响 v 矿矿石石比比焦焦炭炭的的堆堆角角大大，当当边边缘缘堆堆到到一一定定程程度度后后，才才能滑向中心；能滑向中心；v 批重越大，滑向中心的矿石越多，边缘气流发展；批重越大，滑向中心的矿石越多，边缘气流发展；v 大批重时，炉料分布较均匀，煤气利用率提高；大批重时，炉料分布较均匀，煤气利用率提高；v 批重过大时，煤气量波动大，不利于顺行；批重过大时，煤气量波动大，不利于顺行；一般情况下一般情况下大矿批压中心；小矿批压边缘。大矿批压中心；小矿批压边缘。 (3)(3)装料顺序定义装料顺序定义炉料中矿石和焦炭装入高炉炉料中矿石和焦炭装入高炉内的先后次序称为装料顺序内的先后次序称为装料顺序一般而言一般而言先入炉的料首先在炉墙边沿较多先入炉的料首先在炉墙边沿较多堆积到一定程度后才会滚向中心堆积到一定程度后才会滚向中心装料顺序装料顺序对布料的影响图示对布料的影响图示装料顺序对布料的影响装料顺序对布料的影响正装先装矿石，后装焦炭；正装先装矿石，后装焦炭；倒装先装焦炭，后装矿石；倒装先装焦炭，后装矿石；同装矿石和焦炭一起装入炉内；同装矿石和焦炭一起装入炉内；分装矿石和焦炭分别装入炉内。分装矿石和焦炭分别装入炉内。 中心气流发展中心气流发展 正同装正同装，正分装正分装，倒分装，倒同装倒分装，倒同装边缘气流发展边缘气流发展 矿石粒度对布料的影响矿石粒度对布料的影响大块矿更大块矿更加重中心加重中心小块矿更小块矿更加重边缘加重边缘5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度高炉四大操作制度l装装 料料 制制 度度l送送 风风 制制 度度l造造 渣渣 制制 度度l热热 制制 度度 通过风口向炉内鼓风的各种控制参通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称数的总称. . 包括：风温、风量含氧量、风压、包括：风温、风量含氧量、风压、风口直径、喷吹量等参数风口直径、喷吹量等参数. . 两个重要参数：两个重要参数：风速风速和和鼓风动能鼓风动能 影响炉内原始煤气流的分布影响炉内原始煤气流的分布. .2)2)送风制度送风制度 鼓鼓 风风 动动 能能kg.m/s式中：式中：Q0标准状态风量，标准状态风量，m3/s； g重力加速度，重力加速度， m/s2；空气标态重度，空气标态重度，kg/m3；n风口个数；风口个数；S每个风口的通风截面积，每个风口的通风截面积，m2； P 热风压力，表压热风压力，表压kg/cm2；t热风温度，热风温度，。适宜的鼓风动能与高炉炉缸直径的关系适宜的鼓风动能与高炉炉缸直径的关系01000鼓风动能鼓风动能公斤公斤.米米/秒秒20003000400050001.02.03.04.05.0炉缸直径炉缸直径，米米 控制原始煤气流分布控制原始煤气流分布又称之为：下部调剂又称之为：下部调剂 或或 下部调节下部调节上部和下部上部和下部调节相配合调节相配合最佳煤气流动状态最佳煤气流动状态增大鼓风的动能增大鼓风的动能高炉中心气流发展高炉中心气流发展增大喷吹燃料量增大喷吹燃料量高炉中心气流发展高炉中心气流发展（一般：下部调剂的反应较快一般：下部调剂的反应较快） 送送 风风 制制 度度5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 高炉四大操作制度高炉四大操作制度l 装装 料料 制制 度度l 送送 风风 制制 度度l 造造 渣渣 制制 度度l 热热 制制 度度3)3)造渣制度造渣制度 包括包括 熔熔化化温温度度、熔熔化化性性温温度度、粘粘度度、炉炉渣渣成成分分、熔熔化化滴滴落落区区间间、 脱硫性、排碱性、表面性能等脱硫性、排碱性、表面性能等 控制造渣过程和终渣性能控制造渣过程和终渣性能 控制炉渣各种理化性能的总称控制炉渣各种理化性能的总称造渣过程造渣过程：软化开始温度、熔化开始软化开始温度、熔化开始温度、软熔区间温度差、熔化终了温温度、软熔区间温度差、熔化终了温度、软熔过程中的压力降。度、软熔过程中的压力降。终渣性能终渣性能：使熔渣具有良好的热稳定使熔渣具有良好的热稳定性以保证炉缸良好的热状态和合理的性以保证炉缸良好的热状态和合理的渣铁温度以及控制好生铁成分，主要渣铁温度以及控制好生铁成分，主要是生铁中是生铁中SiSi和和SS。5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 高炉四大操作制度高炉四大操作制度l 装装 料料 制制 度度l 送送 风风 制制 度度l 造造 渣渣 制制 度度l 热热 制制 度度4)4)热制度热制度 在工艺操作上控制高炉内热状态方法的总称。在工艺操作上控制高炉内热状态方法的总称。各种操作制度的综合结果各种操作制度的综合结果几乎所有操作参数变化都对热制度产生影响几乎所有操作参数变化都对热制度产生影响主要通过主要通过 上部调节焦炭用量上部调节焦炭用量下部调节送风参数下部调节送风参数控制炉内热状态控制炉内热状态高炉热状态：高炉热状态：炉内各部位具有足够相炉内各部位具有足够相应温度的热量，以满足冶炼过程中加应温度的热量，以满足冶炼过程中加热炉料和各种物理化学反应需要的热热炉料和各种物理化学反应需要的热量以及过热液态产品达到要求的温度。量以及过热液态产品达到要求的温度。通常用通常用热量是否充沛热量是否充沛，炉温是否稳定炉温是否稳定衡量热状态。衡量热状态。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 对于生产高炉，为了能对冶炼过程进行全面、定量的深入对于生产高炉，为了能对冶炼过程进行全面、定量的深入研究，发现增产、节焦的薄弱环节，提出努力方向和改革措研究，发现增产、节焦的薄弱环节，提出努力方向和改革措施，也常要进行物料平衡和热平衡计算。施，也常要进行物料平衡和热平衡计算。5.3.1 5.3.1 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 高炉物料平衡和热平衡以配料计算为基础，并严格遵守质高炉物料平衡和热平衡以配料计算为基础，并严格遵守质量守恒和能量守恒定律。量守恒和能量守恒定律。一、配料计算和物料平衡一、配料计算和物料平衡 配料计算的目的是根据已知原、燃料成分和冶炼条件来决配料计算的目的是根据已知原、燃料成分和冶炼条件来决定矿石、燃料和熔剂的需要量，以获得性能良好的炉渣和合定矿石、燃料和熔剂的需要量，以获得性能良好的炉渣和合乎规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好基础。乎规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好基础。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 配料计算和物料平衡必须具备以下数据：配料计算和物料平衡必须具备以下数据：1 1 各种原料（包括喷吹物）的全分析（各种成分的总和应调各种原料（包括喷吹物）的全分析（各种成分的总和应调整到整到100%100%）；）；2 2 计算得到或实际所用的各种原料（包括喷吹物）重量，生计算得到或实际所用的各种原料（包括喷吹物）重量，生铁产量、渣量、炉尘吹出量；铁产量、渣量、炉尘吹出量；3 3 冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分；冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分；4 4 炉顶煤气成分；炉顶煤气成分；5 5 鼓风参数（包括富氧程度、湿分等）；鼓风参数（包括富氧程度、湿分等）；6 6 各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算为了编制物料平衡必须进行风量和煤气量的计算。为了编制物料平衡必须进行风量和煤气量的计算。计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前被鼓风中的计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前被鼓风中的氧所燃烧的碳量（氧所燃烧的碳量（C C风风） （5-65-6）式中式中 C C氧化氧化被鼓风和炉料中氧所氧化的碳量，被鼓风和炉料中氧所氧化的碳量，kgkg； C C直直被炉料中氧所氧化的碳量（即被炉料中氧所氧化的碳量（即SiSi、MnMn、P P、Fe Fe 直接还原消耗碳量），直接还原消耗碳量），kgkg。 5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 二、热平衡二、热平衡 通过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，通过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，从而找到改善热能利用、降低焦比的途径。从而找到改善热能利用、降低焦比的途径。 常见的热平衡计算法有两种常见的热平衡计算法有两种: :第一种是建立在盖斯定律基础上的，即依入炉物料的初态和第一种是建立在盖斯定律基础上的，即依入炉物料的初态和出炉产物的终态来计算而与炉内实际反映过程无关。出炉产物的终态来计算而与炉内实际反映过程无关。第二种是按炉内实际反应过程来计算热量消耗。第二种是按炉内实际反应过程来计算热量消耗。 前者比较简便，但不考虑实际过程；后者比较实际，前者比较简便，但不考虑实际过程；后者比较实际，但计算较繁。此处还有但计算较繁。此处还有“区域热平衡法区域热平衡法”，可根据高炉特，可根据高炉特定区域，如高炉下部的实际需要来进行。定区域，如高炉下部的实际需要来进行。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 实际生产中多用第一种实际生产中多用第一种热平衡法热平衡法。它是先分别计算出。它是先分别计算出冶炼过程中的热收入项和热支出项，然后编制出热平衡法，冶炼过程中的热收入项和热支出项，然后编制出热平衡法，根据能量守恒定律，热收入应等于热支出来进行比较和检根据能量守恒定律，热收入应等于热支出来进行比较和检查。查。 举例如表举例如表5-25-2。其中热支出第九项外部热损失，系根据。其中热支出第九项外部热损失，系根据热收入总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占热收入总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占百分数是否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值一般百分数是否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值一般为为36%36%，铸造生铁一般为，铸造生铁一般为610%610%。当然希望外部热损失低。当然希望外部热损失低一些好。此值过高，说明计算有错误，或焦比选择不当，一些好。此值过高，说明计算有错误，或焦比选择不当，应予以检查和调整。如果测试手段齐备，外部热损失也可应予以检查和调整。如果测试手段齐备，外部热损失也可用准确实测数据来计算。用准确实测数据来计算。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3.2 5.3.2 高炉操作线图及其应用高炉操作线图及其应用 长期来，高炉工作者习惯于应用图长期来，高炉工作者习惯于应用图4-84-8的的r rd d-C-C曲线来曲线来分析还原和热消耗过程对焦比的影响。但该图没有表达出分析还原和热消耗过程对焦比的影响。但该图没有表达出冶炼过程风量和煤气成分的变化；同时要做出热量消耗曲冶炼过程风量和煤气成分的变化；同时要做出热量消耗曲线，往往需要进行繁杂的热平衡计算。线，往往需要进行繁杂的热平衡计算。 1967 1967年，法国学者年，法国学者AA里斯特（里斯特（ARistARist）和）和NN梅依梅依森（森（NMeyssemNMeyssem）提出高炉操作线图（简称操作线），能提出高炉操作线图（简称操作线），能直接表达出高炉冶金过程直接表达出高炉冶金过程Fe-O-CFe-O-C体系的变化和高炉各生产体系的变化和高炉各生产指标间的内在联系，对分析高炉冶金全过程甚为方便。这指标间的内在联系，对分析高炉冶金全过程甚为方便。这是高炉冶炼理论的一个重要发展。是高炉冶炼理论的一个重要发展。5.3高炉能量利用计算高炉能量利用计算 一构成操作线的基本原则一构成操作线的基本原则 高炉冶炼主要反应都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移高炉冶炼主要反应都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移向或转变成煤气的进程。如铁矿石的还原，碳的燃烧和气向或转变成煤气的进程。如铁矿石的还原，碳的燃烧和气化等。在这些涉及氧的反应中，氧有三个来源化等。在这些涉及氧的反应中，氧有三个来源铁的氧铁的氧化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向高温区碳氧化（包括燃烧和气化），最终生成高温区碳氧化（包括燃烧和气化），最终生成COCO；直接直接还原，铁及其它氧化物中的氧被碳夺取变成还原，铁及其它氧化物中的氧被碳夺取变成COCO；间接还原，间接还原，铁及其它氧化物中的氧被铁及其它氧化物中的氧被COCO夺取变成夺取变成COCO2 2，这些生成或转这些生成或转变成的变成的COCO和和COCO2 2，最终都进入煤气。最终都进入煤气。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 RistRist操作线正是抓住操作线正是抓住“氧的转移氧的转移”这个高炉冶炼最本这个高炉冶炼最本质的特征来描述高炉过程。质的特征来描述高炉过程。 在物料平衡和热平衡中，常以在物料平衡和热平衡中，常以1 1吨生铁来计算。而操作吨生铁来计算。而操作线则以线则以1 1个铁原子，实际用个铁原子，实际用1kmolFe1kmolFe，即质量为即质量为56kg56kg的铁为的铁为基准来计算。这样，能更好的反应出化学反应是以原子、基准来计算。这样，能更好的反应出化学反应是以原子、分子为单位进行的本质。例如分子为单位进行的本质。例如 工业单位工业单位 72kg 12kg 56kg 22.4m72kg 12kg 56kg 22.4m3 3 化学反应单位化学反应单位 1 1分子分子 1 1原子原子 1 1原子原子 1 1分子分子5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 操作线图系一平面直角坐标（图操作线图系一平面直角坐标（图5-45-4），），X X轴为氧、碳轴为氧、碳原子比，即原子比，即O/CO/C，主要用来表示氧的去向。主要用来表示氧的去向。Y Y轴为氧、铁原轴为氧、铁原子比，即子比，即O/FeO/Fe，主要用来表示氧的来源。主要用来表示氧的来源。 在在X X、Y Y平面上，线段平面上，线段ABAB及其投影及其投影X X（或（或x x）和和Y Y（或（或y y），），代表一种特定类型的氧的迁移。相应的氧的流量代表一种特定类型的氧的迁移。相应的氧的流量nOnO与沿着与沿着X X轴的煤气中的碳量轴的煤气中的碳量nCnC有关，也与沿着有关，也与沿着Y Y轴的固体炉轴的固体炉料中的铁量料中的铁量nFenFe有关。有关。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 线段线段ABAB的斜率的斜率 由于由于x x，y y均为正值，所以斜率均为正值，所以斜率u u亦为正值。斜率等于碳同亦为正值。斜率等于碳同铁的产物量的比值，即铁的产物量的比值，即nC/nFenC/nFe，实际就是用实际就是用C/FeC/Fe原子比表原子比表示的单位原子铁的碳量消耗，也就是以比值（分子示的单位原子铁的碳量消耗，也就是以比值（分子CO/CO/原子原子FeFe）表示的单位原子铁的还原气体消耗量。表示的单位原子铁的还原气体消耗量。 5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 可见，斜率的意义在实际上与焦比（或燃料比）是完全可见，斜率的意义在实际上与焦比（或燃料比）是完全一致的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或一致的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或C/FeC/Fe原子比是原子比是一个定值。由于一个定值。由于u=C/Feu=C/Fe原子比一定，故原子比一定，故O/FeO/Fe与与O/CO/C原子比或原子比或Y Y与与X X呈直线关系。呈直线关系。 当表示若干氧的迁移过程时所有的线段都具有同一斜率当表示若干氧的迁移过程时所有的线段都具有同一斜率u u，而且可按一定顺序在斜率为而且可按一定顺序在斜率为u u的同一条直线的同一条直线AEAE上互相衔接上互相衔接起来，就构成所谓的操作线（图起来，就构成所谓的操作线（图5-55-5），由于是以原子比为），由于是以原子比为计量单位，所以操作线计量单位，所以操作线AEAE时一条直线，其斜率时一条直线，其斜率u=C/Feu=C/Fe原子原子比。实际代表了焦比或燃料比。比。实际代表了焦比或燃料比。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算二操作线图各组成部分的理论分析二操作线图各组成部分的理论分析取纯碳（取纯碳（X=0X=0）和纯铁（和纯铁（Y=0Y=0）为坐标原点为坐标原点O O。引三条垂直线引三条垂直线：X=0X=0，纯碳，即纯碳，即Y Y轴；轴；X=1X=1，纯，纯COCO气体，这里气体，这里O/C=1O/C=1，即，即GFGF线；线；X=2X=2，纯，纯COCO2 2气体，这里气体，这里O/C=2O/C=2，即，即HXHX线（线（H H点对点对X X轴的垂线）。轴的垂线）。引两条水平线：引两条水平线：Y=0Y=0，纯铁，即纯铁，即X X轴；轴；Y=Y=yOyO，即，即yOHyOH线，表示炉料中铁的氧化度（线，表示炉料中铁的氧化度（O/FeO/Fe原子比）。例原子比）。例如，如，FeFe2 2O O3 3=3/2=1.5=3/2=1.5；FeFe3 3O O4 4=1.33=1.33；FeO=1.0FeO=1.0。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 在在GFGF线线左左侧侧，O OX X1 1的的区区间间，为为高高炉炉下下部部C C氧氧化化为为COCO的的直接还原区，并用来描述还原性气体的生成。直接还原区，并用来描述还原性气体的生成。 在在GFGF线线右右侧侧，1 1X X2 2的的区区间间，为为COCO转转化化为为COCO2 2的的直直接接还还原区，并用来描述还原性气体的利用。原区，并用来描述还原性气体的利用。 在在X X轴以上，即轴以上，即0 0Y Yy yO O的区间，用来表示炉料中铁氧化的区间，用来表示炉料中铁氧化物提供的氧，并用以描述整个高炉内铁的还原过程。其中物提供的氧，并用以描述整个高炉内铁的还原过程。其中ABAB部分在部分在Y Y轴上的投影即轴上的投影即y yi i，为用于间接还原，使为用于间接还原，使COCO转变为转变为COCO2 2的氧；的氧；BCBC部分在部分在Y Y轴上的投影即轴上的投影即y yd d，为用于直接还原，使为用于直接还原，使C C变为变为COCO的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了还原的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了还原气体的生成，有参与了还原性气体的利用。气体的生成，有参与了还原性气体的利用。 5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 在在X X轴轴以以下下，坐坐标标平平面面负负的的y y值值一一边边，说说明明除除铁铁的的氧氧化化物物外外，在在高高炉炉下下部部（炉炉腹腹、风风口口区区、炉炉缸缸）发发生生作作用用的的其其它它氧氧的的来来源源。这这些些氧氧只只参参与与还还原原性性气气体体的的生生成成，而而未未参参与与还还原原性性气气体体的的利利用用。其其中中包包括括碳碳燃燃烧烧、气气化化、夺夺取取脉脉石石氧氧化化物物中中的的氧氧而而生生成成的的COCO。如如CDCD部部分分，它它在在Y Y轴轴上上的的投投影影y yf f，为为脉脉石石中中SiSi、MnMn、P P、S S等等氧氧化化物物直直接接还还原原提提供供的的氧氧；DEDE部部分分在在Y Y轴轴上上的的投投影影y yb b，为为鼓鼓风风中中提提供供的的氧氧，用用于于碳碳的的燃燃烧烧和和气气化。化。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 在在Y Yy y0 0部部分分，即即y y0 0H H水水平平线线以以上上区区域域，用用处处很很少少，但但它它可可说说明明在在高高炉炉以以外外，使使高高炉炉煤煤气气完完全全燃燃烧烧所所需需氧氧的的来来源源，如如在在热热风风炉炉、加加热热炉炉、焦焦炉炉中中应应用用高高炉炉煤煤气气作作燃燃料料进进行行的的燃烧等。燃烧等。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算四操作线的应用四操作线的应用 掌握了高炉操作线原理，性质以及各线段和特性点的意掌握了高炉操作线原理，性质以及各线段和特性点的意义，就可用来解决高炉生产问题。义，就可用来解决高炉生产问题。 例如，如可以根据特定高炉已知的矿石成分，炉顶煤气例如，如可以根据特定高炉已知的矿石成分，炉顶煤气成分，生铁成分，风口前燃烧的碳量，并在物料平衡的热平成分，生铁成分，风口前燃烧的碳量，并在物料平衡的热平衡计算基础上，选择适宜的数据组合，如衡计算基础上，选择适宜的数据组合，如A A点及斜率点及斜率 ，A A点点及及D D点，或点，或P P点及斜率等，便可确定或描绘出该高炉的实际操点及斜率等，便可确定或描绘出该高炉的实际操作线，并与其理想操作线对分，分析各种因素对焦炭的影响。作线，并与其理想操作线对分，分析各种因素对焦炭的影响。如如A A点的变化，即精料水平的高低（点的变化，即精料水平的高低（YAYA），），煤气利用的好坏煤气利用的好坏（XAXA）；）；5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 B B点的改变，即直接还原的变化（点的改变，即直接还原的变化（YBYB或或yaya）；）；E E点（点（yaya）的的变化，即风量或料批时速的变化；变化，即风量或料批时速的变化；U U点（点（YuYu或或YfYf）的改变，的改变，即直接还原度的变化；即直接还原度的变化；V V点（点（Q/Q/qdqd）的改变，即渣量，炉渣的改变，即渣量，炉渣成分，渣、铁温度，生熔剂（石灰石）入炉量的变化；成分，渣、铁温度，生熔剂（石灰石）入炉量的变化；P P点点的改变（表现为的改变（表现为UVUV线的变化）等等，都会使操作线线的变化）等等，都会使操作线AEAE的斜率的斜率（或焦比）发生变化。总之，几乎影响焦比的各种因素都可（或焦比）发生变化。总之，几乎影响焦比的各种因素都可通过操作线图来进行分析。这时，可按下式求得焦比（通过操作线图来进行分析。这时，可按下式求得焦比（K K）和焦比的改变量（和焦比的改变量（KK）。）。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 此外，又由于此外，又由于Q=Q=ybqb-ydqdybqb-ydqd（见（见5-165-16式），其中式），其中ydyd，ybyb可由高炉仪表中的炉顶煤气分析和分量导出，而可由高炉仪表中的炉顶煤气分析和分量导出，而qdqd是常数，是常数，qbqb在风温，湿分一定时，也是常数。因此，可由风量和煤气在风温，湿分一定时，也是常数。因此，可由风量和煤气连续分析得到的数据，不断算出高炉各个时期的连续分析得到的数据，不断算出高炉各个时期的Q Q值，充分值，充分发挥电子计算机的作用，及时判断高炉高温区热状态，并进发挥电子计算机的作用，及时判断高炉高温区热状态，并进行调节。行调节。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 高炉操作线在一个平面直角坐标系内，用一条直接（操作高炉操作线在一个平面直角坐标系内，用一条直接（操作线），把高炉过程的一系列重要参数及其影响因素联系在一线），把高炉过程的一系列重要参数及其影响因素联系在一起，使高炉操作者对高炉冶炼状况一目了然，并明确降低焦起，使高炉操作者对高炉冶炼状况一目了然，并明确降低焦比（或燃料比）的方向和途径。因而不失为分析和解决高炉比（或燃料比）的方向和途径。因而不失为分析和解决高炉问题的一个重要而方便的工具。但高炉操作线表示的只是高问题的一个重要而方便的工具。但高炉操作线表示的只是高炉稳定状态的情况，即是一种炉稳定状态的情况，即是一种“静态模型静态模型”，而实际高炉炉，而实际高炉炉况常处于变动之中，因此，更加需要寻求一种况常处于变动之中，因此，更加需要寻求一种“动态模型动态模型”来有效控制高炉。目前正在进行这种研究和探索。来有效控制高炉。目前正在进行这种研究和探索。5.4 5.4 高炉强化冶炼的措施高炉强化冶炼的措施 5.4.15.4.1 精精 料料5.4.25.4.2 高高 压压 操操 作作5.4.35.4.3 高高 风风 温温5.4.45.4.4 喷喷 吹吹 燃燃 料料5.4.55.4.5 综综 合合 鼓鼓 风风5.4.1 5.4.1 精精 料料 1.高高2.稳稳3.熟熟4.小小5.匀匀6.净净1.1.高高 铁矿石品位高，还原性高，焦炭铁矿石品位高，还原性高，焦炭中固定碳高，熔剂中中固定碳高，熔剂中CaOCaO高，各种原料高，各种原料机械强度高。机械强度高。2.2.稳稳 各种原料的化学成分稳定，波动各种原料的化学成分稳定，波动小。小。 矿石成分差别很大，天然富矿入矿石成分差别很大，天然富矿入炉前混匀，精矿和富矿粉烧结、造球炉前混匀，精矿和富矿粉烧结、造球前混匀。前混匀。3.3.熟熟 高炉全部装入烧结矿和球团矿，高炉全部装入烧结矿和球团矿，尽量不加石灰石入炉。尽量不加石灰石入炉。4.4.小、匀、净小、匀、净 平均粒度小，粒度均匀，缩小上平均粒度小，粒度均匀，缩小上下限粒度差，大于上限大块破碎，小下限粒度差，大于上限大块破碎，小于下限粉末筛除干净。于下限粉末筛除干净。 综上所述，关键使用高品位（综上所述，关键使用高品位（SiOSiO2 25%5%），低渣量（），低渣量（300kg/t300kg/t铁），高还原铁），高还原性，低性，低（FeOFeO）（5%5%），高强度，成分），高强度，成分稳定，粒度均匀的熔剂性人造富矿，避稳定，粒度均匀的熔剂性人造富矿，避免石灰石入炉。免石灰石入炉。 人造富矿的发展方向人造富矿的发展方向 对于原料条件复杂，如有富矿粉、精矿对于原料条件复杂，如有富矿粉、精矿粉（粒度较粗）及各种含铁粉尘杂料时，粉（粒度较粗）及各种含铁粉尘杂料时，适宜采用适宜采用烧结法烧结法处理。处理。 对于原料条件单一，尤其是过细精矿的对于原料条件单一，尤其是过细精矿的处理，适宜采用处理，适宜采用球团法球团法处理。处理。 提高人造富矿的高温冶金性能提高人造富矿的高温冶金性能1.1.人造富矿的还原强度（抑制还原膨人造富矿的还原强度（抑制还原膨胀、粉化）；胀、粉化）；2.2.人造富矿的高温还原性能；人造富矿的高温还原性能；3.3.人造富矿的软熔性（荷重软熔性和人造富矿的软熔性（荷重软熔性和熔融滴落性）。熔融滴落性）。 合理的炉料结构合理的炉料结构 高炉使用单一的烧结矿或球团矿，高炉使用单一的烧结矿或球团矿，并不能获得最佳的技术经济指标。并不能获得最佳的技术经济指标。 合理炉料结构应是合理炉料结构应是: :高碱度烧结矿高碱度烧结矿配加酸性炉料（酸性氧化球团、普通配加酸性炉料（酸性氧化球团、普通烧结矿或天然矿等）烧结矿或天然矿等） 烧结矿含铁品位烧结矿含铁品位 熟料比熟料比 国内：国内：55-57%55-57%日本：日本：58-59%58-59% 烧结矿二元碱度烧结矿二元碱度 入炉粉末入炉粉末国内：国内：1.51.5日本：日本：1.81.8国内：国内：85%85%日本日本84%84%国内：国内：10%10%日本：日本： 5% 5%烧结矿含烧结矿含FeFe成分波动成分波动 烧结矿整粒烧结矿整粒 国内：国内： 11.5% 11.5%日本：日本： 0.2% 0.2%国内用的不多国内用的不多 日本全部实施日本全部实施 含含 铁铁 原原 料料 质质 量量 的的 比比 较较焦焦 炭炭 质质 量量 的的 比比 较较灰分灰分转鼓强度转鼓强度CS我国我国14%左右左右7780850.8左右左右日本日本12%以下以下85880.5左右左右5.4 5.4 高炉强化冶炼的措施高炉强化冶炼的措施 5.3.1 5.3.1 精精 料料5.3.2 5.3.2 高高 压压 操操 作作5.3.3 5.3.3 高高 风风 温温5.3.4 5.3.4 喷喷 吹吹 燃燃 料料5.3.5 5.3.5 综综 合合 鼓鼓 风风5.4.2 5.4.2 高压操作高压操作1)工艺流程工艺流程风机热风炉高炉炉顶煤气除尘高压阀组高压阀组净煤气管道余压发电余压发电（可回收风机用电的30左右）用控制高压阀组的开闭度和送风压力用控制高压阀组的开闭度和送风压力 提高高炉炉顶煤气压力提高高炉炉顶煤气压力高压操作条件：高压操作条件：1.1.鼓风机要有满足高压操作的压力，保证鼓风机要有满足高压操作的压力，保证在高压操作下能向高炉供应足够风量；在高压操作下能向高炉供应足够风量；2.2.高炉及整个炉顶煤气系统和送风系统必高炉及整个炉顶煤气系统和送风系统必须保证可靠的密封及足够的强度以满足高须保证可靠的密封及足够的强度以满足高压操作要求。压操作要求。称之为称之为高压操作高压操作（反之为常压操作）（反之为常压操作） 炉顶煤气压力炉顶煤气压力5050（3030）kPakPa时时（国外认为（国外认为150150kPakPa） 日本高炉顶压平均为日本高炉顶压平均为225 225 kPakPa宝钢宝钢3 3号高炉（号高炉（43504350M M3 3）已达已达230 230 kPakPa消耗在高压阀组上的压力是由风机提供的消耗在高压阀组上的压力是由风机提供的炉顶煤气压力炉顶煤气压力，要求送风压力，要求送风压力能能 量量 消消 耗耗采用采用“ “ 余压发电余压发电”技术技术可回收风机用电的可回收风机用电的25253030炉顶余压发电透平机（炉顶余压发电透平机（TRTTRT） 高炉高压操作时，调压阀组消耗了炉高炉高压操作时，调压阀组消耗了炉顶煤气的剩余压力，而这部分压力能是由顶煤气的剩余压力，而这部分压力能是由风机提供的。风机为了提高风压以满足炉风机提供的。风机为了提高风压以满足炉顶压力的要求消耗了很多能量，为了不浪顶压力的要求消耗了很多能量，为了不浪费炉顶煤气的压力能和热能。从费炉顶煤气的压力能和热能。从2020世纪世纪6060年代开始开发了利用炉顶煤气的能量发电年代开始开发了利用炉顶煤气的能量发电的技术，现已广泛应用于高压高炉上。的技术，现已广泛应用于高压高炉上。2) 2) 高压操作对冶炼的影响高压操作对冶炼的影响 高炉整个送风系统、高炉本体、高炉整个送风系统、高炉本体、煤气除尘系统是一个连通器煤气除尘系统是一个连通器高压调节阀组前压力的提高，高压调节阀组前压力的提高，不仅炉顶压力不仅炉顶压力，炉内压力也，炉内压力也高压操作必然会对高压操作必然会对高炉冶炼产生重要影响高炉冶炼产生重要影响l 提高高炉产量提高高炉产量l 降低高炉焦比降低高炉焦比l 改善生铁质量改善生铁质量l 减少炉尘吹出量减少炉尘吹出量l 可回收能量可回收能量高压操作的理论基础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煤气通过散料层时造成的压力损失可用下式表示设设f、H和和de为常数，为常数，则：，则： 常压（常压（1）和高压（）和高压（2）时煤气的压力损失分别）时煤气的压力损失分别为：为：当鼓风或煤气重量流量（当鼓风或煤气重量流量（G G）和温度不变时和温度不变时气体密度（气体密度（）和气体平均压力（和气体平均压力（P P）成正比成正比气体流速（气体流速（W W）与气体平均压力（与气体平均压力（P P）成反比成反比 在风量不变的情况下在风量不变的情况下高压操作后煤气的高压操作后煤气的PP有利于高炉顺行有利于高炉顺行煤气的压力损失煤气的压力损失与煤气平均压力成反比与煤气平均压力成反比炉顶煤气压力炉顶煤气压力P P顶顶和热风压力和热风压力P P风风的关系的关系 炉内煤气平均压力炉内煤气平均压力 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1P顶1P1P风2P顶2P2所以简化后得：两边各加并平方得：因为P风2P顶2P2用此式可计算常压改高压时相应的热风压力用此式可计算常压改高压时相应的热风压力提高炉提高炉P P顶顶时，其它参数的变化时，其它参数的变化P顶，MPaP风，MPaP，MpaP，MPaP，0.020.120.070.101000.050.130.090.08800.100.160.130.06600.150.200.180.05500.200.240.220.0440l随炉顶煤气压力的提高，热风压力相应提高，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；但提高的幅度小于炉顶煤气压力提高的幅度；l随炉顶煤气压力的提高，煤气压力损失则降低。随炉顶煤气压力的提高，煤气压力损失则降低。因因为为又又l煤气流速（W）与煤气量成正比l煤气量又与风量（V）成正比所所以以煤气流速（煤气流速（W）与风量（与风量（V）成正比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维持煤气压力损失PP不变时不变时炉内煤气平均压力与风量的关系炉内煤气平均压力与风量的关系当当炉炉顶顶压压力力由由常常压压时时的的0.02 0.02 MPaMPa 0.15 0.15 MPaMPa炉炉内内煤煤气气平平均均压压力力则则由由0.07 0.07 MPaMPa 0.18 0.18 MPaMPa风量在常压基础上提高了风量在常压基础上提高了6060高压操作有利于提高冶炼强度高压操作有利于提高冶炼强度强强 化化 高高 炉炉 冶冶 炼炼高压操作对高炉冶炼的具体影响高压操作对高炉冶炼的具体影响 (1) (1)燃烧带减小燃烧带减小 l 炉炉内内压压力力鼓鼓风风体体积积，鼓鼓风风动动能能所所致致（当当顶顶压压由由15 15 kPa80 kPa80 kPakPa时时，E E降降到原来的到原来的7676）l CO CO2 2、O O2 2分压分压，燃烧速度加快所致，燃烧速度加快所致为了维持合理的燃烧带，可增大风量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从而对增产有积极作用(2)(2)对还原的影响对还原的影响( (rdrd，SiSi) l对铁氧化物还原的影响对铁氧化物还原的影响 因为抑制了因为抑制了 C CCOCO2 2=2CO =2CO 正反应正反应 有利于间接还原发展，有利于间接还原发展， rdrdl对对SiSi还原的影响还原的影响 因为抑制了因为抑制了 C CSiOSiO2 2=Si=SiCOCO2 2 正反应，正反应， Si Si 高压操作对低硅生铁冶炼有利高压操作对低硅生铁冶炼有利(3)(3)料柱阻力损失料柱阻力损失PP 由于，料层气流阻损由于，料层气流阻损P与气体压力成反比（与气体压力成反比（）故有：故有：P高压高压P常压常压高压操作有利于顺行（下料通畅）高压操作有利于顺行（下料通畅）如果如果P P维持常压时的水平维持常压时的水平则入炉风量可以则入炉风量可以， 从而产量从而产量高压操作有利于增加高炉生铁产量高压操作有利于增加高炉生铁产量 注意注意高压操作时高压操作时P P的下降并不均匀的下降并不均匀上部下降幅度大，下部下降幅度小上部下降幅度大，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需改善炉料的高温性能（焦炭高温强度、矿石高温冶金性能）（焦炭高温强度、矿石高温冶金性能）(4)(4)大幅度减少炉尘吹出量大幅度减少炉尘吹出量 因为煤气流速因为煤气流速炉尘吹出的粒径变小、数量变少炉尘吹出的粒径变小、数量变少常压常压高压，炉尘吹出量降低高压，炉尘吹出量降低20207070顶压顶压150150250250kpakpa的高炉，炉尘量的高炉，炉尘量1010kg/tkg/t(5) (5) 降降 低低 焦焦 比比 高压操作后降低焦比的原因高压操作后降低焦比的原因l 炉况顺行，煤气利用率提高；炉况顺行，煤气利用率提高；l 炉尘吹出量大幅度减少；炉尘吹出量大幅度减少；l 产量提高，单位生铁热损减小；产量提高，单位生铁热损减小；l 有利于间接还原发展；有利于间接还原发展；l 生铁含硅可控制在下限水平。生铁含硅可控制在下限水平。 实实践践证证明明，实实行行高高压压操操作作，不不断断提提高高炉炉顶顶压压力力水水平平是是强强化化高高炉炉冶冶炼炼，增增产产节节能能的的一一条条重重要要途径。途径。5.3高炉强化冶炼的措施5.3.1精料5.3.2高压操作5.3.3高风温5.3.4喷吹燃料5.3.5综合鼓风5.4.3 5.4.3 高风温高风温 综合效果综合效果降低焦比降低焦比古老的高炉采用冷风炼铁古老的高炉采用冷风炼铁18281828年英国首次用年英国首次用150150的热风炼铁的热风炼铁现最高风温可达现最高风温可达1300130013501350将鼓风风温加热到将鼓风风温加热到12001200以上的操作。以上的操作。一、高风温对高炉冶炼的影响一、高风温对高炉冶炼的影响 1)1)风口前燃烧风口前燃烧C C量减少量减少 原原 因因风温提高是焦比下降所致风温提高是焦比下降所致（热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热）（热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热） 热风带入的物理热热风带入的物理热在高炉下部高在高炉下部高温区能全部被利用；温区能全部被利用； 焦炭燃烧后供给的热量焦炭燃烧后供给的热量只有一部只有一部分被利用，另一部分则为煤气带出高分被利用，另一部分则为煤气带出高炉或成为热损失。炉或成为热损失。 因此它比焦炭燃烧更可贵。因此它比焦炭燃烧更可贵。2)高炉内温度场发生变化高炉内温度场发生变化炉缸温度炉缸温度炉身上部和炉顶温度炉身上部和炉顶温度中温区（中温区（90090010001000）略有扩大）略有扩大原因原因 每每 100 100风温，风口理论燃烧温度风温，风口理论燃烧温度60608080C C风风 煤气量煤气量 使炉身上部温度使炉身上部温度3)3)直接还原度略有升高直接还原度略有升高原原因因： CO炉身温度炉身温度4)4)炉内压损炉内压损PP 原原 因因 焦比焦比料柱透气性变差料柱透气性变差炉下部温度炉下部温度煤气流速煤气流速SiO挥发挥发堵塞料柱孔隙堵塞料柱孔隙如果高炉在顺行的极限下操作如果高炉在顺行的极限下操作则风温则风温 将迫使冶炼强度将迫使冶炼强度l风温每风温每100 100 ，炉内，炉内P P 5kPa5kPa，冶炼强度下降，冶炼强度下降2 25)5)有效热消耗减少有效热消耗减少原原 因因 灰分灰分渣量渣量硫量硫量脱硫耗热脱硫耗热焦比焦比 6)改善生铁质量改善生铁质量 l风温风温焦比下降，高炉的硫负荷下降，焦比下降，高炉的硫负荷下降， 炉缸温度升高，热量充沛，炉缸温度升高，热量充沛，易于冶炼低硫生铁易于冶炼低硫生铁；二、提高风温降低焦比的效果二、提高风温降低焦比的效果t t风风100100降低焦比的量降低焦比的量6007007008008009009001000100011001535kg1530kg1025kg820kg820kg三、高炉接受高风温的条件三、高炉接受高风温的条件风温风温超过超过“极限极限” 炉况不顺炉况不顺 焦比焦比产量产量接受高风温的条件接受高风温的条件利用热分解，降低风口理论燃烧温度利用热分解，降低风口理论燃烧温度（加湿在不喷吹燃料情况下为宜）（加湿在不喷吹燃料情况下为宜）l l精料精料改善料柱透气性改善料柱透气性l l提高炉顶压力（高压操作）提高炉顶压力（高压操作）降低煤气流速降低煤气流速Pl l喷吹燃料喷吹燃料l l加湿鼓风加湿鼓风高压以后，给提高风温创造了条件高压以后，给提高风温创造了条件，因，因为高压使煤气阻损降低，使提高风温不致影为高压使煤气阻损降低，使提高风温不致影响顺行，而风温的提高总是使焦比降低，所响顺行，而风温的提高总是使焦比降低，所以观察到的高压以后焦比降低，风温的提高以观察到的高压以后焦比降低，风温的提高起了很大的作用。起了很大的作用。我国大型高炉平均风温我国大型高炉平均风温10001000宝钢高炉热风温度宝钢高炉热风温度1220122012501250日本最高风温可达日本最高风温可达13501350高炉具备接受高风温的条件是关键高炉具备接受高风温的条件是关键 四、高风温的获得四、高风温的获得 高炉煤气发热值较低：高炉煤气发热值较低：3200320038003800kJ/mkJ/m3 3 获得高风温的设备因素受限制获得高风温的设备因素受限制 预热助燃空气预热助燃空气高发热值燃料高发热值燃料热风炉结构能承受高温热风炉结构能承受高温燃烧热风炉，使火焰温度达燃烧热风炉，使火焰温度达1550155017001700结构结构材质（钢、耐火材料）材质（钢、耐火材料）热风阀热风阀对对策策 5.4 5.4 高炉强化冶炼的措施高炉强化冶炼的措施 5.3.1 5.3.1 精精 料料5.3.2 5.3.2 高高 压压 操操 作作5.3.3 5.3.3 高高 风风 温温5.3.4 5.3.4 喷喷 吹吹 燃燃 料料5.3.5 5.3.5 综综 合合 鼓鼓 风风5.4.4 5.4.4 喷吹燃料喷吹燃料 主主 要要 目目 的的代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭喷喷 吹吹 燃燃 料料 的的 种种 类类l天然气天然气原苏联、美国原苏联、美国l重重 油油日本、法国、德国，因石油价格日本、法国、德国，因石油价格，也转向喷吹煤粉。，也转向喷吹煤粉。l煤煤 粉粉我国（资源所限）我国（资源所限）世界上除重油、天然气丰富的地世界上除重油、天然气丰富的地区外，都在实践大量喷煤工作。区外，都在实践大量喷煤工作。1)喷煤对高炉冶炼的影响喷煤对高炉冶炼的影响a. a. 风口前燃料燃烧的热值风口前燃料燃烧的热值 原原 因因 焦炭燃烧焦炭燃烧C的氧化过程的氧化过程煤粉燃烧煤粉燃烧脱气脱气结焦结焦C的氧化过程的氧化过程耗热耗热H/C愈高，耗热量愈大愈高，耗热量愈大燃烧热值燃烧热值焦炭可基本全部被燃烧焦炭可基本全部被燃烧煤粉在燃烧区停留时间短煤粉在燃烧区停留时间短部分未燃煤粉随气流上升部分未燃煤粉随气流上升b.b.扩大燃烧带扩大燃烧带 .炉缸煤气量炉缸煤气量( (以焦炭为以焦炭为1 1时，煤粉为时，煤粉为1.13)1.13).部部分分煤煤粉粉在在直直吹吹管管和和风风口口内内燃燃烧烧，在在管管路路 内内 形形 成成 高高 温温 ( (高高 于于 鼓鼓 风风 温温 度度 400-400-800),800),促促使使中中心心气气流流发发展展（鼓鼓风风动动能能）原原 因因 c.c.风口前理论燃烧温度风口前理论燃烧温度 作为喷吹物的煤粉是冷态的作为喷吹物的煤粉是冷态的 煤粉的热分解需要消耗热量煤粉的热分解需要消耗热量 燃烧产物量燃烧产物量用于加热产物到燃烧用于加热产物到燃烧 温度的热量消耗温度的热量消耗 原原 因因 d.d.直接还原度直接还原度 C熔损反应量熔损反应量还原性组分（还原性组分（COH2）浓度浓度，绝对量，绝对量(煤气量煤气量所致所致)炉下部温度炉下部温度,碳熔损反应受到抑制碳熔损反应受到抑制焦比焦比, 焦炭与焦炭与CO2反应的表面积反应的表面积原原 因因 e. e. 煤气阻力损失（煤气阻力损失（P P） 焦炭量焦炭量 料柱透气性料柱透气性煤气量煤气量 煤气流速增大煤气流速增大原原 因因 f.f.炉内温度场变化炉内温度场变化 高温区高温区上移上移炉缸温度炉缸温度趋于均匀趋于均匀略有上升略有上升 所致所致炉缸边缘温度炉缸边缘温度 风口理论燃烧温度下降所致风口理论燃烧温度下降所致炉缸中心温度炉缸中心温度 煤气穿透能力增强所致煤气穿透能力增强所致（煤气量、煤气含氢、鼓风动能（煤气量、煤气含氢、鼓风动能）原原 因因 炉身温度炉身温度炉顶温度炉顶温度热滞后热滞后g.g.存在热滞后现象存在热滞后现象 增加喷煤量后，炉缸出现先凉后热的现象，增加喷煤量后，炉缸出现先凉后热的现象，即煤粉在炉缸分解吸热，使炉缸温度降低，直到即煤粉在炉缸分解吸热，使炉缸温度降低，直到增加的煤粉量带来的煤气量和还原性气体在上部增加的煤粉量带来的煤气量和还原性气体在上部改善热交换和间接还原的炉料下到炉缸，使炉缸改善热交换和间接还原的炉料下到炉缸，使炉缸温度上升，这一过程所经历的时间叫温度上升，这一过程所经历的时间叫“热滞后热滞后”时间。时间。热滞后现象热滞后现象原因原因 l喷入炉内的煤粉要分解吸热喷入炉内的煤粉要分解吸热 炉缸温度暂时炉缸温度暂时l被还原性强的煤气作用的被还原性强的煤气作用的炉料下降到炉缸后，由于炉料下降到炉缸后，由于 直接还原耗热减少直接还原耗热减少 炉缸温度回升炉缸温度回升“热滞后热滞后”时间约为时间约为3 34 4小小时时置换比喷吹量2)2)煤粉的置换比与喷吹量煤粉的置换比与喷吹量 置换置换比比 喷吹喷吹1 1kgkg煤粉能替换的焦炭量煤粉能替换的焦炭量（一般在（一般在0.80.8左右）左右） 因此喷吹因此喷吹1kg1kg或或1m1m3 3燃料能替换多燃料能替换多少焦炭是衡量喷吹少焦炭是衡量喷吹效果的重要指标。效果的重要指标。影响喷煤置换比的因素影响喷煤置换比的因素 煤粉含煤粉含C C量和含量和含H H2 2量（量（C/HC/H，煤气量煤气量)煤粉燃烧率（风口前气化程度）煤粉燃烧率（风口前气化程度）炉况顺行程度炉况顺行程度是否有补偿手段是否有补偿手段 最大喷吹量亦即最低焦比应由焦炭最大喷吹量亦即最低焦比应由焦炭骨架作用决定。骨架作用决定。. . 喷吹量喷吹量 保持合理的置换比下保持合理的置换比下骨架不是限制环节时骨架不是限制环节时在在扩大喷吹量是炼铁工作者的任务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）高炉精料水平（炉内透气性） 炉缸热量水平（炉内热补偿）炉缸热量水平（炉内热补偿） 煤粉理化特性（炉内燃烧率）煤粉理化特性（炉内燃烧率） 喷煤的均匀性（喷吹设备）喷煤的均匀性（喷吹设备）3)补偿手段补偿手段喷吹煤粉喷吹煤粉 高风温高风温 高压操作高压操作 富氧鼓风富氧鼓风t理理t顶顶rdP可通过运用高风温、高压操作和可通过运用高风温、高压操作和富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段富氧来作为喷吹煤粉的补偿手段。4)4)高炉喷煤的效果高炉喷煤的效果 l 降低焦比降低焦比 煤粉代替焦炭煤粉代替焦炭 间接还原发展间接还原发展 炉缸热状态稳定炉缸热状态稳定 为接受高风温创造条件为接受高风温创造条件l 改善生铁质量改善生铁质量l 降低生铁成本降低生铁成本 5.4 5.4 高炉强化冶炼的措施高炉强化冶炼的措施 5.3.1 5.3.1 精精 料料5.3.2 5.3.2 高高 压压 操操 作作5.3.3 5.3.3 高高 风风 温温5.3.4 5.3.4 喷喷 吹吹 燃燃 料料5.3.5 5.3.5 综综 合合 鼓鼓 风风5.4.5 5.4.5 综合鼓风综合鼓风 鼓风湿度调整鼓风湿度调整富氧鼓风富氧鼓风高风温高风温喷吹燃料喷吹燃料综综 合合 鼓鼓 风风1 1鼓风湿度调整鼓风湿度调整 (1) (1) 加加 湿湿 鼓鼓 风风在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度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通常水蒸气在冷风管道中加入最大特征最大特征强化高炉冶炼强化高炉冶炼干风含氧量干风含氧量2121水蒸气含氧量水蒸气含氧量5050单位体积的水蒸气比干风含氧高单位体积的水蒸气比干风含氧高1.381.38倍倍鼓风中湿度增加鼓风中湿度增加1 1（8 8g/mg/m3 3），），在焦比不变时，产量可提高在焦比不变时，产量可提高1.381.38(2) (2) 脱脱 湿湿 鼓鼓 风风把鼓风中的水分脱除一部分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，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。或用冷却法脱除鼓风中水分。最大特征最大特征节省燃料消耗节省燃料消耗脱湿减少了水分的分解耗热脱湿减少了水分的分解耗热通常脱湿通常脱湿1 1，可降低焦比约，可降低焦比约8 8kgkg采取采取 鼓风加湿鼓风加湿? ?鼓风脱湿鼓风脱湿? ?（有争论）（有争论） 喷煤高炉喷煤高炉脱湿鼓风脱湿鼓风节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热 （高高炉炉喷喷吹吹燃燃料料后后，加加湿湿鼓鼓风风逐逐渐渐被被喷喷吹吹燃燃料料所所代代替替，因因此此喷喷吹吹燃燃料料所所起作用比加湿鼓风更经济合算。起作用比加湿鼓风更经济合算。）可以消除大气湿度波动的影响可以消除大气湿度波动的影响不喷煤高炉不喷煤高炉 加湿鼓风加湿鼓风鼓风含氧量增加，冶强鼓风含氧量增加，冶强；焦比不变时，产量；焦比不变时，产量。充分利用高风温（水分耗热，为高风温创造了条件）。充分利用高风温（水分耗热，为高风温创造了条件）。H H2 2浓度浓度，有利还原，有利还原，rdrd。消除大气湿度波动对高炉炉况的影响消除大气湿度波动对高炉炉况的影响可可减减少少单单位位碳碳量量在在风风口口燃燃烧烧所所需需风风量量煤煤气气量量，PP保持保持P P一定时，可加风，冶强一定时，可加风，冶强，产量，产量对于不喷吹燃料的高炉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加湿鼓风不失为一种调剂炉况的手段2 2富氧富氧往高炉鼓风中加入工业氧气往高炉鼓风中加入工业氧气富氧对高炉冶炼的影响富氧对高炉冶炼的影响a.提高产量提高产量每富氧每富氧1增产增产35b.提高提高t理理每富氧每富氧1, t理理4550 (炉缸煤气量炉缸煤气量所致所致)c.燃烧带有缩小的趋势燃烧带有缩小的趋势(N2, t理理加快碳的燃烧过程加快碳的燃烧过程)d.高温区下移，炉身、炉顶温度高温区下移，炉身、炉顶温度（煤气量（煤气量所致）所致）e.直接还原度略有升高直接还原度略有升高f.(尽管尽管CO rd ，但是：炉身温度但是：炉身温度 rd；g. I 停留时间停留时间 rd富氧与高风温的异同富氧与高风温的异同 富氧：热收入减少富氧：热收入减少一方面不带入热量一方面不带入热量另一方面风量另一方面风量t理理携带热量携带热量热收入热收入T顶顶富氧富氧无无高风温高风温有有富氧与喷煤相结合富氧与喷煤相结合 对对 于于l 扩大喷煤量扩大喷煤量l 增加富氧量增加富氧量均均 有有 好好 处处富氧的热量不足由喷煤补偿富氧的热量不足由喷煤补偿喷煤的喷煤的t t理理不足由富氧弥补不足由富氧弥补富氧的煤气量不足由喷煤补偿富氧的煤气量不足由喷煤补偿喷煤的燃烧率由富氧来提高喷煤的燃烧率由富氧来提高高炉鼓风富氧高炉鼓风富氧制氧技术是关键制氧技术是关键生产纯氧电耗高，故纯氧的价格高生产纯氧电耗高，故纯氧的价格高开发生产低成本的、含氧开发生产低成本的、含氧6060左右左右的高炉用氧技术的高炉用氧技术是一个具有重大意义的研究课题是一个具有重大意义的研究课题新技术动向新技术动向氧气高炉氧气高炉第五章第五章 思考題思考題 1)1)何何谓谓高高炉炉四四大大操操作作制制度度，何何谓谓“ “ 上上部部调调节节”和和“ “ 下下部部调调节节”。2)2)如如何何实实现现高高炉炉系系统统的的高高压压操操作作？高高压压操操作作以以后后对对高高炉炉冶冶炼炼进程的影响如何？并说明原因。进程的影响如何？并说明原因。3)3)提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化？并说明原因。提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化？并说明原因。4)4)提高风温可采取什么措施？风温的进一步提高受何限制？提高风温可采取什么措施？风温的进一步提高受何限制？5)5)高高炉炉喷喷煤煤的的效效果果何何在在？喷喷吹吹煤煤粉粉对对高高炉炉冶冶炼炼的的影影响响如如何何？其原因何在。其原因何在。6)6)已已知知：某某高高炉炉喷喷煤煤前前焦焦比比520 520 kg kg / / t t , ,实实施施喷喷煤煤100 100 kg kg / / t t后后, ,高高炉炉的的综综合合冶冶炼炼强强度度为为1.20 1.20 t t / / m m3 3 d d , , 高高炉炉燃燃料比为料比为540 540 kg / t kg / t 。 求解：求解：a. a. 高炉的有效容积利用系数；高炉的有效容积利用系数； b. b. 喷煤置换比。喷煤置换比。7)7)何何谓谓“ “ 加加湿湿鼓鼓风风”、“ “ 脱脱湿湿鼓鼓风风”？说说明明各各自自对对高高炉冶炼的影响。炉冶炼的影响。8)8)说说明明富富氧氧鼓鼓风风对对高高炉炉冶冶炼炼的的影影响响及及其其原原因因。富富氧氧鼓鼓风风与与喷吹煤粉有何关系？喷吹煤粉有何关系？