高炉高压操作行业资料冶金工业行业资料冶金工业.pdf

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1、高炉高压操作 20 世纪 50 年代以前，高炉都是在炉顶煤气剩余压力低于 30kPa 的情况下生产的，通常称为常压操作。1944-1946 年美国在克利夫兰 厂的高路上将炉顶煤气压力提高到 70kPa,试验获得成功(产量提高 12.3%,焦比降低 2.7%,炉煤量大幅度降低)，从这时起将炉顶煤气 压力超过 30kPa 的高炉操作称为高压操作。在此后十年中，美国采用 高压操作的高炉座数增加很多。苏联于 1940年开场在彼得罗夫斯基 工厂进展提高炉顶煤气压力操作的试验，它比美国的试验稍早一点，但初次试验并未成功，后来改良了提高炉顶煤气压力的设施后才取得 进展，但其开展速度却很快，到 19 力年高压

2、操作高炉冶炼的生铁占 全部产量的 97.3%o 我国从 50 年代后期开场，也先后将 1000m3级高 炉改为高压操作，同样取得较好的效果，但是炉顶压力均维持在 50-80kPa,而宝钢 1号高炉(4063m3)的炉顶压力已到达 250 kPa,进入世界先进展列。一、高压操作系统 高炉炉顶煤气剩余压力的提高是由煤气系统中的高压调节阀组 控制阀门的开闭度来实现的。前苏联早期试验时，曾将这一阀组设置 在煤气导出管上，它很快被煤气所带炉尘所磨坏，因而试验未获成功。后来改良阀组构造并将其安装在洗涤塔之后,才能取得成功(见图 1)。我国 1000m3级高炉的调压阀组是由三个 4)700mm 电动蝶式调节

3、阀，一个设有自动控制的 400mm 蝶阀和一个 4)200mm 常通管道所组 成。高压时，700mm 阀常闭，炉顶煤气压力由400mm阀自动控 制在规定的剩余压力，这样自风机到调压阀组的整个管路和高炉炉内 均处于高压之下，只有将所有阀门都翻开，系统才转为常压，长期以 来，由于炉顶装料设备系统中广泛使用着双钟马基式布料器，它既起 着封闭炉顶，又起着旋转布料的作用，布料器旋转部位的密封一直阻 碍着炉顶压力的进一步提高。只有到 70 年代实现了“布料与封顶别 离的原那么，即采用双钟四阀，无钟炉顶等以后，炉顶煤气压力才 大幅度提高到 150kPa,甚至到 200-300 kPa。图 1高压操作工艺流程

4、图 兰厂的高路上将炉顶煤气压力提高到试验获得成功产量提高焦比降低炉煤量大幅度降低从这时起将炉顶煤气压力超过的高炉操作称为高压操作在此后十年中美国采用高压操作的高炉座数增加很多苏联于年开场在彼得罗夫斯基工厂进施后才取得进展但其开展速度却很快到力年高压操作高炉冶炼的生铁占全部产量的我国从年代后期开场也先后将级高炉改为高压操作同样取得较好的效果但是炉顶压力维持在而宝钢号高炉的炉顶压力已到达进入世界先进展列一高压验时曾将这一阀组设置在煤气导出管上它很快被煤气所带炉尘所磨坏因而试验未获成功后来改良阀组构造并将其安装在洗涤塔之后才能取得成功见图我国级高炉的调压阀组是由三个电动蝶式调节阀一个设有自动控制的蝶

5、阀和一个常7点火盘;8减压阀组纟9消背兀入口眼睛阀“匕门匚一放散阀；G发电机绢：TRT 余压发电透平机 图 2余热发电工艺流程图 应当指出，消耗在调压阀组的剩余压力是由风机提供的，而风机 为此提高了风压是消耗了大量的能量的(由电动机或蒸汽透平提供)。为有效利用这局部压力能，从 20 世纪 60 年代开场，试验高炉炉顶煤 气余压发电，先后在前苏联和法国取得成功。采用这种技术后，可回 收风机用电的 25%-30%,节省了高炉炼铁的能耗。图 2为采用余压 发电的高压操作系统。二、高炉高压操作对高炉冶炼的影响 如前所述，高压操作给高炉冶炼带来提高产量、降低焦比和大幅 度降低炉尘吹出量的良好效果，这是高

6、压操作对高炉冶炼影响的综合 表现。1、对燃烧带的影响 由于炉内压力提高.在同样鼓风量的情况下.鼓风体积变小.从 而引起鼓风动能的下降。根据计算.由常压(15KPa)提高到 80kPa 的 高压后。鼓风动能降到原来的 76%。同时，由于炉缸煤气压力的升 高，煤气中 和 CQ 的分压升高，促使燃烧速度加快。鼓风动能降低 和燃烧速度加快导致高压操作后的燃烧带缩小。为维持合理的燃烧带 以利于煤气量分布，就可以增加鼓风量，这对增加产量起了积极的作 用。2、对复原的影响 兰厂的高路上将炉顶煤气压力提高到试验获得成功产量提高焦比降低炉煤量大幅度降低从这时起将炉顶煤气压力超过的高炉操作称为高压操作在此后十年中

7、美国采用高压操作的高炉座数增加很多苏联于年开场在彼得罗夫斯基工厂进施后才取得进展但其开展速度却很快到力年高压操作高炉冶炼的生铁占全部产量的我国从年代后期开场也先后将级高炉改为高压操作同样取得较好的效果但是炉顶压力维持在而宝钢号高炉的炉顶压力已到达进入世界先进展列一高压验时曾将这一阀组设置在煤气导出管上它很快被煤气所带炉尘所磨坏因而试验未获成功后来改良阀组构造并将其安装在洗涤塔之后才能取得成功见图我国级高炉的调压阀组是由三个电动蝶式调节阀一个设有自动控制的蝶阀和一个常从热力学上来说，压力对复原的影响是通过压力对反响 CQ 十 C=2CO 的影响表达的，由于这个反响前后有体积的变化，压力的增加有

8、利于反响向左进展，即有利于 C 仇的存在。这就有利于间接复原的进 展。同时，高炉内直接复原开展程度取决于上述反响进展的程度，高 压不利于此反响向右进展.从某种意义上讲，是抑制了直接复原的开 展，或者说将直接复原推向更高的温度区域进展，同样有利于 co 复 原铁氧化物而改善煤气化学能的利用。从动力学上来说，压力提高加快了气体的扩散和化学反响速度，有利于复原反响的进展。但是有的研究者认为压力的提高也加快了直 接复原的速度，因此压力对铁的直接复原度不会产生明显的影响，单 从压力对复原的影响分析，高压操作对焦比没有影响。所有研究者和实际操作者都肯定高压对 Si 的复原是不利的，这 说明高压对低硅生铁的

9、冶炼是有利的。这里顺带指出，由于煤气总压力和其中 CQ 分压随炉顶压力的升 高而升高，石灰石在高炉内的分解将向高温区转移，一般其开场分解 温度和沸腾分解温度要升高 30-50 C,这有可能增加,（分解出来的 CQ 与 C 发生分解的程度），这对焦比消耗会有影响。好在目前己广泛 采用自熔性或高碱度烧结矿，取消石灰石入炉。因此这种影响己经 消除了。3、对料柱阻损的影响 这是高压操作对高炉冶炼影响的最重要的一个方面。从著名的卡 门公式 兰厂的高路上将炉顶煤气压力提高到试验获得成功产量提高焦比降低炉煤量大幅度降低从这时起将炉顶煤气压力超过的高炉操作称为高压操作在此后十年中美国采用高压操作的高炉座数增加

10、很多苏联于年开场在彼得罗夫斯基工厂进施后才取得进展但其开展速度却很快到力年高压操作高炉冶炼的生铁占全部产量的我国从年代后期开场也先后将级高炉改为高压操作同样取得较好的效果但是炉顶压力维持在而宝钢号高炉的炉顶压力已到达进入世界先进展列一高压验时曾将这一阀组设置在煤气导出管上它很快被煤气所带炉尘所磨坏因而试验未获成功后来改良阀组构造并将其安装在洗涤塔之后才能取得成功见图我国级高炉的调压阀组是由三个电动蝶式调节阀一个设有自动控制的蝶阀和一个常普=K叫+乩 宁码呵乡（i+庶）不难看出，料层的阻力损失与气流的压力成反比。在其他条件不变的 情况下，可写成：為=色 由于料层的阻力损失与气流的压力成反比，高压

11、操作以后，炉内的总 压力较常压操作时的大，即血/%1,因而常压操作时煤气流 通过料柱的阻力损失常大于高压操作时的弘 0这就使得在常压高 炉上因 Ap 过高而引起的诸如管道行程，崩料等炉况失常现象在高压 操作的高炉上大为减少，而且还可弥补一些强化高炉冶炼技术使 Ap 升高的缺陷。研究者们用不同的方式对高压操作后 3 商下降进展了测定和计 算，所得结果不尽一样，但其平均值约为顶压每提高 lOOkPa,料柱 阻损下降 3kPa。在常压提高到 lOOkPa 时，zXp 下降值略大于 3kPa；而顶压由 lOOkPa 进一步提高到 200-300kPa时，此值降到 2kPa/lOOkPa。应当指出，高压

12、操作以后，炉内料柱阻损的下降并不是上下部均 一样的，研究说明，炉子上部的阻损下降得多，下部的下降得少（图 3）o 造成这种现象的原因是料柱上下部透气不同，高炉下部由于被复 原矿石的软熔，空隙度急剧下降，压力对 Ap 的作用为空隙度的下降 所减弱。兰厂的高路上将炉顶煤气压力提高到试验获得成功产量提高焦比降低炉煤量大幅度降低从这时起将炉顶煤气压力超过的高炉操作称为高压操作在此后十年中美国采用高压操作的高炉座数增加很多苏联于年开场在彼得罗夫斯基工厂进施后才取得进展但其开展速度却很快到力年高压操作高炉冶炼的生铁占全部产量的我国从年代后期开场也先后将级高炉改为高压操作同样取得较好的效果但是炉顶压力维持在

13、而宝钢号高炉的炉顶压力已到达进入世界先进展列一高压验时曾将这一阀组设置在煤气导出管上它很快被煤气所带炉尘所磨坏因而试验未获成功后来改良阀组构造并将其安装在洗涤塔之后才能取得成功见图我国级高炉的调压阀组是由三个电动蝶式调节阀一个设有自动控制的蝶阀和一个常21)6C 80 30 2(25280 300 320 340 360 380 400 庄力跖 kPa 图 3高压高炉高度上的煤气压力变化 众所周知，煤气通过料柱的阻力损失，相当于自下而上的浮力，它与炉料与炉墙之间的摩擦力、炉料与炉料之间的摩擦力等一起，阻 碍着靠重力下降的炉料运动。高压操作后 Ap 的下降无疑减少了炉料 下降的阻力，可使炉况顺行

14、。如果 Ap 维持在原来低压时的水平，那 么可增加风量，即提高高炉的冶炼强度。早期的生产实践说明，在由常压改为 80kPa 的高压后.鼓风量可 增加10%-15%,相当于提高 2%/9.8kPa 左右；现在的实践说明，再从 lOOkPa 往上提高时，这个数值下降到（1.7%-1.8%）/9.8kPao 这 比理论计算的 3%左右要低很多。造成这种差异的原因在于：（1）高 炉内限制冶炼强度提高的是炉子下部，如前所述，下部 Ap 减少的数 值较小；（2）高压以后，焦比有所降低.炉尘量大幅度降低，在入炉 炉料准备水平一样的情况下，上部块状带内料柱透气性也变差；（3）高压以后，燃烧带和炉顶布料发生变化

15、，上下部调剂跟不上也阻碍着 高压操作作用的发挥。为此，要充分发挥高压对增产的作用，需要改善炉料的性能，特 别是焦炭的高温强度，矿石的高温冶金性能和品位（降低渣量），以及 掌握燃烧带和布料变化规律，应用上下部调剂手段加以控制。随着这 些工作进展的情况不同，各厂家每提高 lOkPa 的增产幅度波动在 1.1%-3.0%o我国宝钢的生产经历是顶压每提高 lOkPa,风量可增加 200-250m3/min。4、对炉顶布料的影响 兰厂的高路上将炉顶煤气压力提高到试验获得成功产量提高焦比降低炉煤量大幅度降低从这时起将炉顶煤气压力超过的高炉操作称为高压操作在此后十年中美国采用高压操作的高炉座数增加很多苏联于

16、年开场在彼得罗夫斯基工厂进施后才取得进展但其开展速度却很快到力年高压操作高炉冶炼的生铁占全部产量的我国从年代后期开场也先后将级高炉改为高压操作同样取得较好的效果但是炉顶压力维持在而宝钢号高炉的炉顶压力已到达进入世界先进展列一高压验时曾将这一阀组设置在煤气导出管上它很快被煤气所带炉尘所磨坏因而试验未获成功后来改良阀组构造并将其安装在洗涤塔之后才能取得成功见图我国级高炉的调压阀组是由三个电动蝶式调节阀一个设有自动控制的蝶阀和一个常高压操作降低了离开料柱和炉顶的煤气的动压头：_ 显 丫 _ 亦真 t Po 动 2 2g 4 Q 这首先影响到炉尘吹出量，在冶炼强度一样和炉料粒度构造一样的情 况下，被吹

17、出炉尘的粒径变小，数量减少。按照斯托克斯定律进展计 算，从常压提高到 250kPa,炉顶煤气能带走的最大颗粒的直径缩小 了一半，颗粒的质量减少到原来的 12.5%。要用计算方法确定炉尘吹 出量是不可能的，因为炉喉煤气流速和温度分布不均匀，不同时间内 的吹出量也不同（装料时吹出量最大）。根据统计由常压改为高压操 作后，炉尘吹出量降低 2050%,有的甚至高达75%o 在目前炉顶煤 气压力到达 150-250%kPa的现代高炉上，炉尘吹岀量经常在 10Kg/t 以下。高压操作后动压头的减小，对炉料从装料设备（大钟或布料流槽）落到料而的运动有着一定的影响。根据测定和计算，这种影响表现为 边缘料层加厚

18、，料面漏斗加深，而影响的程度那么取决于炉料准备情 况（V5mm 粒度的含量和大小粒度的组成）和炉顶煤气压力提高的 幅度。这种炉料在炉喉径向上分布的变化有可能恶化边缘区域的炉料 透气性，从而使炉内压降增大，削弱了顶压提高的作用。5、对焦比的影响 由于高压操作促进炉况顺行，煤气分布合理，利用程度改善，有 利于冶炼低硅生铁等，而且使焦比有所下降。国内外的生产经历是，顶压每提高 lOkPa,焦比下降 0.2%1.5%。兰厂的高路上将炉顶煤气压力提高到试验获得成功产量提高焦比降低炉煤量大幅度降低从这时起将炉顶煤气压力超过的高炉操作称为高压操作在此后十年中美国采用高压操作的高炉座数增加很多苏联于年开场在彼得罗夫斯基工厂进施后才取得进展但其开展速度却很快到力年高压操作高炉冶炼的生铁占全部产量的我国从年代后期开场也先后将级高炉改为高压操作同样取得较好的效果但是炉顶压力维持在而宝钢号高炉的炉顶压力已到达进入世界先进展列一高压验时曾将这一阀组设置在煤气导出管上它很快被煤气所带炉尘所磨坏因而试验未获成功后来改良阀组构造并将其安装在洗涤塔之后才能取得成功见图我国级高炉的调压阀组是由三个电动蝶式调节阀一个设有自动控制的蝶阀和一个常