指导高炉炼铁生产的技术原则问题

    指导生产的技术原则是经历了几十年的实践研究总结而形成的，不同发展阶段有着不同的提法。当前的提法是“高效、优质、低耗、长寿、环保”十字技术方针。从高炉炼铁的主要技术经济指标的关系来讨论。长期以来以提高利用系数为核心，组织高炉生产走了四条路：

    (1)冶强提高，焦比降低，利用系数提高；

    (2)冶强提高，焦比维持不变，利用系数提高；

    (3)冶强维持不变，大力降低焦比，利用系数提高；

    (4)冶强提高，焦比随之提高，但冶强提高幅度大于焦比升高的幅度，结果利用系数也有所提高。

     对一定的冶强条件，有一个与冶炼条件相对应的{zj0}冶强，在这个冶强下，焦比{zd1}。世界先进高炉大都在这样的冶强下组织生产，这就是走第三条路：获得{zd1}燃料比，{zd1}生铁成本，{zh0}效益。总体上讲，世界炼铁发展是沿着{dy}条路前进，就是不断地改善冶炼条件（特别是精料），提高操作水平，随着冶炼条件的改善逐步提高{zj0}冶强水平，而焦比相应也有所降低。

    中国炼铁一直走第四条路，直到今日仍然没有转变，造成的后果是吨铁能耗高（燃料比高，风耗高，电耗高），高炉寿命短等。

    当前的形势是钢铁产能远超过市场需求，出现供大于求的局面。同时资源、能源和环保等问题也制约着炼铁生产。因此，要逐步转变冶炼观念，稳步地走第三条路，即探索具体冶炼条件下合适的冶炼强度，大力降低燃料比，降低能耗，做到低成本、高效益。

    2冶炼强度问题

    长期以来，中国一直是采用冶炼强度来表达高炉强化程度，有很大的局限性。项钟庸等人提出以炉腹煤气量来取代冶炼强度是比较科学和符合高炉炼铁的基本规律的。但由于人们的习惯，短期内要xx取消冶炼强度还是困难的。所以探讨当前与冶炼条件相适应的合适冶炼强度仍然对生产有着指导意义。

    我们认为能保证高炉长期稳定顺行，煤气利用好，燃料比低而且炉子稳产、高产的冶炼强度就是与原燃料条件相适应的合适冶炼强度。

    应当指出，不存在统一的（对所有相同级别高炉而言）合适冶炼强度，不同高炉要根据自身冶炼条件寻求合适的冶炼强度。

    在寻求具体冶炼条件下与合适冶炼强度相对应的{zj0}操作点时，项钟庸等提出的炉腹煤气量(VBG，m3/t)，吨铁风口燃料燃烧产生供冶炼需要的热量(QSPCE，GJ/t)，风口前理论燃烧温度(tF，℃)为控制参数，以诺模图形式表达的高炉操作图，有着很好的指导生产的实际意义。

    3降低燃料比的技术问题

    降低高炉燃料比，尤其是焦比是高炉炼铁技术发展的动力。研究和生产实践表明实现低燃料比需以精料为基础，采用其它热量代替焦炭在风口前燃烧放出的热量的技术，例如提高风温，喷吹燃料。采用降低吨铁热量消耗的技术，例如脱湿鼓风，低硅，提高煤气热能与化学能利用率，减少热损失等。

    3.1精料

    在精料方面要重视三个方面的工作：优化配料和工艺生产以针状铁酸钙为粘结相的高还原性、高强度、粒度组成好的高碱度烧结矿( SFCA)；往球团矿配料中添加MgO，生产含MgO的球团矿，作为合理炉料结构的优质酸性料；通过配煤和优化炼焦工艺生产适合大型高炉要求的焦炭。

    3.1.1  高碱度烧结矿( SFCA)

    为获得优质高碱度烧结矿要做到：

    ①优化配料。首先，进行烧结用含Fe料的高温烧结性能测定，即测定同化性（与CaO反应形成液相的能力）、粘结相自身强度、SFCA生成的难易程度和生成的稳定性等。通过对比，选择同化性好、液相生成量多、流动性适宜、粘结相强度高、还原性好等矿粉组成混合料方案。其次，根据线性配料计算，选择既能满足高温烧结特性，又具有较低采购成本的矿粉修改配料方案。

    ②根据生产SFCA的要求，优化烧结工艺。

    3.1.2  含MgO球团矿

    往球团矿原料配入适量含MgO物料达到两个目的：{dy}，用MgO提高球团矿的冶金性；第二，通过冶炼过程MgO进入炉渣，改善炉渣性能和提高炉渣脱S能力。所谓改善炉渣性能是以MgO破坏高Al2O3炉渣中的复合铝氧离子团来降低炉渣黏度，适应使用东半球富矿造成的高Al2O3炉渣遇到的问题，配入球团矿的MgO量要根据高炉冶炼的要求确定。

    3.1.3  焦炭

    随着高炉大型化，大喷煤量和高强化冶炼的发展，焦炭质量对高炉冶炼的影响更加明显。在焦炭块表面与中心温度差(200℃)造成的热应力；CO2、K2O、Na2O等与焦炭中C反应造成焦炭表面成蜂窝状；强度变差以及下降过程中的摩擦等原因造成焦炭破损严重，入炉焦平均粒度与风口焦平均粒度的变化证实了这种破损：喷煤100 kg/t时，焦炭平均粒径由50.4 mm降到23 mm，喷煤200 kg/t时，它由53.04 mm降到17.15mm。我们认为焦炭质量已成为限制高炉炉容的因素之一，限制喷煤量的因素之一，也是炉缸状况的决定性因素之一。

    3.2风温问题

    风温问题上存在着高炉能接受多高风温和热风炉系统能稳定地提高到多高的风温。高炉喷吹燃料以后，能接受高风温的问题已得到解决，即使1400℃风温也能为高炉所接受。现在的问题是热风炉到底能稳定地提高到多高的风温。20世纪80年代，人们追求的是1400℃风温。欧洲和日本的高炉也有少数使用了1300～1350℃风温。但是20世纪末，21世纪初，风温普遍稳定在1200±50℃。目前的技术还不能长期保证提供1300～1400℃风温，而使热风炉一代寿命与高炉一代寿命同步，而人们现在要求热风炉一代为高炉二代服务，提供稳定的1200℃风温。

    造成这一现象的主要原因是燃烧过程形成的NOx和SOx对热风炉寿命影响太大，尚没有完善的技术来抵御NOx与SOx形成的酸对炉壳的晶界腐蚀，从而使热风炉技术达不到15～30年的要求，而快速和大量生成NOx的温度正是热风炉的燃烧火焰温度1450℃左右。

    热风炉燃烧单一高炉煤气达到火焰温度1450℃的技术已xx掌握。因此，问题集中在热风炉拱顶温度控制在1350±50℃的条件下，为高炉提供1200～1250℃风温，就是要采取一系列技术措施将t拱与t风的温差稳定在100℃左右。这些技术措施有：

    (1) 加强热风炉蓄热室内的辐射和对流传热，使其在燃烧期内贮存更多的高温热量。在送风期内鼓风在下部吸取更多的热量以节约上部高温热量，使t拱下降速度减慢来缩小t拱与t风温度差。为此采用格孔相对较小的19孔砖，并对高温区格子砖浸泡强化辐射的物质。

    (2) 改进换炉操作，适当缩短送风周期时间。例如，由1h改为40～45min，可缩小t拱与t风温度差20～40℃；或者采用交叉并联（4座热风炉）或半交叉并联（3座热风炉）送风，均可以缩小t拱与t风温度差。

    (3) 改进热风炉炉篦子和支柱材质，使其正常工作温度提高到450～500℃，以便将废气温度提高，废气温度每提高100℃，可缩小t拱与t风的温度差40℃。

    3.3脱湿鼓风问题

    在现今的高炉炼铁条件下，富氧3%左右，风温1200 ～1250℃，喷煤150 kg/t以上，可以肯定地说，鼓风应脱湿而不是加湿。中国沿海地区、南方湿度大且波动大的地区、昼夜温差大的地区，应采用鼓风脱湿技术。脱湿可取得的效果为：

    (1)减少湿度波动对炉况的影响。鼓风中lgH2O使风口前的t理波动6～9℃，昼夜大气湿度波动4～6g/m3，可造成炉缸热状态发生几十度的波动，xx这种影响可使产量提高。

    (2)提高喷煤量，每脱除1g H2O可增加喷煤1.5～2.0 kg。

    (3)采用全冷脱湿方式，可将风机吸风口的温度降到冬季水平，改善了风机的吸风条件。

    (4) 降低焦比。脱除1g H2O可降低焦比约0.7～1.0 kg。

    据不xx估算，对江南地区4000m3级高炉来说，脱湿到冬季水平时，可节焦24000t/a，提高喷煤4560t/a；因吸风条件改善，风机功率降低5％～10％，增产174000t/a，总效益大约在8000万元/a。

    3.4喷吹煤粉问题

    在具体生产条件下，不仅有一个合适的冶炼强度问题，而且还有一个合适喷煤量的问题。因为喷煤量受到炉缸热状态，煤粉燃烧速率，高炉稳定顺行，置换比和操作水平等多方面因素的限制。超过冶炼条件允许的合适喷煤量后，不是炉况变坏就是未燃煤粉量大幅增加，在高炉内无法全部消化掉而造成煤粉在高炉内的利用率和置换比降低，还可能使燃料比升高。最明显的特征就是除尘灰和布袋灰中含碳量大幅度升高，有的高炉布袋灰中含C高达45%以上。

    在现今中国高炉炼铁的条件下，合适的喷煤量应该是120～150kg/t。国内外高炉炼铁低燃料比的生产业绩也证实这种认识。

    生产实践表明，要将喷吹量提高到150 kg/t以上，到200 kg/t而燃料比又低于500 kg/t，必须创造以下冶炼条件：渣量280kg/t以下；风温1200～1250℃；富氧3.5%左右；脱湿维持全年湿度在冬季水平；焦炭强度M40大于89%，M10小于6%，CRI小于24%，CSR大于65%；入炉平均粒度50 mm；喷吹混合煤，其挥发分控制在20%±2%，灰分和硫分低于焦炭；均匀喷吹，风口间喷煤量的差别应控制在5%以下，xxxx脉冲式喷煤；精心操作，保证炉缸有充沛的高温热量，炉况稳定顺行等。在生产中只要有1～2项做不到，就不宜将喷煤量提高。

    3.5煤气能量利用问题

    中国高炉炼铁的燃料比比国外的高出50～100kg/t，其主要原因之一是煤气利用差，高炉的CO利用率低而直接还原度高，造成吨铁热量消耗高，迫使在风口前燃烧更多的燃料供冶炼需要的热量。搞好煤气流合理分布，充分利用煤气的化学能与热能是中国炼铁工者的一项重要工作。

    根据铁矿石还原热力学计算，理论上煤气利用率应在0.6～0.65。实际上，先进高炉煤气利用率在0.52～0.54，一般高炉在0.45～0.48，落后高炉则不足0.4，所以煤气化学能利用还有相当大的潜力。

    从矿石还原动力学研究分析，改善煤气利用的途径在于提高含Fe矿石的还原性和使煤气流分布合理。

    .提高含Fe料的还原性

    从已有含Fe料的冶金性能比较中可以认定以针状铁酸钙为粘结相的高碱度烧结矿SFCA还原性{zh0}，与之搭配含MgO酸性球团矿的还原性也是好的，建议尽量使用它们作为合理炉料结构的组成，以改善间接还原。

    .合理煤气流分布

    煤气从燃烧带内形成上升到炉顶，经历了三次分配：离开燃烧带时的初始分配，流经软熔带时的二次分配，经块状带到达炉顶时的三次分配。只有搞好这三次分配，才可使炉内整体煤气分布合理，并充分利用煤气的化学能和热能，实现低的燃料比。

    煤气初始分配受燃烧带大小和燃烧带上方和周边料柱透气性的影响。

    操作者用适合于冶炼条件的风速和鼓风动能，以及风口小套数来调节燃烧带大小。燃烧带上方与周边焦炭床的透气性取决于滴落带中焦炭的空隙度、渣铁在焦床中的滞留率以及焦炭落入燃烧带时的状况。这要求焦炭具有好的高温性能（CRI和CSI）保证滴落带内的空隙度，也要求吨铁渣量少，降低滞留率，使煤气通过的实际通道稳定，有足够的煤气量向中心分布。

    煤气二次分配在流经软熔带时实现。煤气流到软熔带时发生方向改变，通过焦炭层（焦窗）流入块状带，焦窗数目，焦层厚度和焦层内的空隙度成为煤气二次分配的决定性因素。

    生产中要选择适宜的焦窗数目，采用大料批增加焦层厚度（焦窗高度），提高焦炭热态性能以保持有较大的空隙度，要特别强调的是调负荷应保持焦批不动，调矿石批重。如果频繁地调焦炭批重将造成焦窗高度和焦窗内的空隙度的变化，对煤气流二次分布不利。

    煤气三次分配在块状带内实现，决定其分配的是料柱的空隙度。由于块状带炉料运动保持着层状活塞型下降，因此影响三次分配的是炉顶装料制度和烧结矿的低温还原粉化等造成的粒度变化。

    4　结论

    (1)全面贯彻“高效，优质，低耗，长寿，环保”十字方针，要用与冶炼条件相适应的合适冶炼强度，要大力降低燃料比。

    (2)应用炉腹煤气量，风口前燃烧产生的热量，风口前理论燃烧温度为参数的诺模图-高炉操作图可以找到合适冶炼强度的参考值。

    (3)充分发挥SFCA的优越性，搭配含MgO球团矿是低燃料比冶炼的基础。要特别重视焦炭的热态性能，它是决定高炉炉容大小，喷煤量多少和煤气流合理分布的重要因素。

    (4)热风炉要在拱顶温度1350～1400℃的情况下为高炉提供1200～1250℃风温。

     (5)高炉鼓风脱湿是实现低燃料比，大喷煤量的重要技术手段。

    (6)生产中要根据冶炼条件探索低燃料比下的合适喷煤量，达到节能减排。

    (7)提高煤气利用率是降低燃料比的关键技术之一，需探索三次煤气流分配，以提高煤气利用率。