程志杰

(寶鋼湛江鋼鐵有限公司)

摘要:結(jié)合湛鋼1號高爐富氧率逐步提升的生產(chǎn)實踐，重點探討了富氧率變化對高爐利用系數(shù)、CO利用率、爐腹煤氣量、理論燃燒溫度的影響規(guī)律。

關(guān)鍵詞:富氧；利用系數(shù)；CO利用率；爐腹煤氣量

一、引言

隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，富氧鼓風(fēng)已成為當(dāng)前高爐節(jié)能降耗、提高冶煉強度、增加產(chǎn)量的普遍手段。湛鋼 1 號高爐自2015年9月25日開爐以來，高爐穩(wěn)定順行，各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)在國內(nèi)外名列前茅，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟價值和社會價值。生產(chǎn)過程中，結(jié)合高爐的穩(wěn)定順行，逐步提高富氧率，取得了較好的效果。本文通過對生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的分析，探討富氧率逐步提高過程中高爐冶煉狀況的變化，以提高富氧率變化對高爐冶煉影響的認(rèn)識，更好的指導(dǎo)實際生產(chǎn)工作。

二、高爐富氧過程研究

（一）對高爐利用系數(shù)的影響

利用系數(shù)=冶煉強度/燃料比，提高富氧率可以提高冶煉強度，在燃料比不變的條件下，利用系數(shù)提高。圖1為1號高爐富氧率與利用系數(shù)之間的關(guān)系，由圖可知，隨著富氧率的提高，利用系數(shù)呈明顯的上升趨勢，但升高速度逐步趨緩。這是因為隨著富氧率的提高，噸鐵煤氣量減少，導(dǎo)致煤氣帶入爐身的熱量減少，燃料比相應(yīng)有所上升。富氧率水平較低時，隨富氧率的提高燃料比升高不明顯，燃料比增加的幅度小于冶煉強度升高的幅度，利用系數(shù)提高。而在富氧率提高過程中，燃料比所受影響逐步變大，故利用系數(shù)增長速度減小，當(dāng)燃料比增加的幅度大于冶煉強度時，提高富氧率便會導(dǎo)致高爐利用系數(shù)下降。

（二）對CO利用率的影響

CO利用率是衡量高爐能量利用效率的重要參數(shù)，提高CO利用率可以有效降低燃料消耗，實現(xiàn)高效低耗。圖2為1號高爐富氧率與CO利用率的散點圖。由圖可知，隨著富氧率的提高CO利用率呈先上升后下降的趨勢。主要原因：一方面，由于富氧率的提高，鼓風(fēng)中氮氣含量降低，煤氣中CO濃度增高，有利于提高CO發(fā)生間接還原的速率，促進間接還原的發(fā)展。另一方面，由于噸鐵煤氣量的減少，爐身溫度降低，700~1000℃間接還原強烈發(fā)展的溫度帶高度減小，快速間接還原時間縮短，而爐身上部塊狀帶溫度偏低，間接還原速率較慢，導(dǎo)致間接還原受抑制。在富氧率水平較低時，濃度的變化起主導(dǎo)作用，提高富氧率有利于CO利用率的升高；當(dāng)富氧率高于一定水平時，溫度的變化起主導(dǎo)作用，提高富氧率不利于間接還原的發(fā)展，CO利用率下降。導(dǎo)致CO利用率呈現(xiàn)先升高后降低的變化。對1號高爐而言，當(dāng)富氧率高于4.3%時，提高富氧率會導(dǎo)致CO利用率的下降。

（三）對爐腹煤氣量的影響

爐腹煤氣量的大小對高爐順行和冶煉強度具有決定性作用，爐腹煤氣量過小不利于強化冶煉，爐腹煤氣量過大，透氣阻力大，高爐容易發(fā)生管道、懸料等事故。湛鋼1號高爐通過保持風(fēng)量不變、提高氧量來提高富氧率，隨著富氧率的提高爐腹煤氣量不斷增加。根據(jù)對1號高爐相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，富氧率提高1%，爐腹煤氣量增加300m³ /min左右。

為了更好的評估高爐強化冶煉的界線，項仲庸等專家提出了高爐爐腹煤氣量指數(shù)的概念。爐腹煤氣量指數(shù)定義為單位爐缸斷面積上通過的爐腹煤氣量，用式(1)表示：

X_BG=4V_BG/(πd²)     (1)

式中，VBG為高爐爐腹煤氣量，m³ /min；d為爐缸直徑，m。根據(jù)相關(guān)文獻統(tǒng)計，爐腹煤氣量指數(shù)一般在58~66之間，超過66 可能會導(dǎo)致爐況失常。取爐腹煤氣量指數(shù)的最大值66，計算出1號高爐的最大爐腹煤氣量為10900m³ /min。根據(jù)富氧率提高1%，爐腹煤氣量增加300m3 /min計算，在保持風(fēng)量不變的條件下，富氧率最多還可提高1.3%。

（四）對理論燃燒溫度的影響

理論燃燒溫度是指碳在燃燒帶內(nèi)燃燒氧化成CO所放出的熱量全部用以加熱所形成的煤氣所能達到的最高溫度。生產(chǎn)實踐表明，不同冶煉條件下，理論燃燒溫度應(yīng)控制在不同的合適范圍內(nèi)，過高過低對爐況順行均不利。理論燃燒溫度過高，會導(dǎo)致爐料中沉積過多的再氧化物質(zhì)，造成爐料透氣性變差。

理論燃燒溫度過低會引起高爐下部熱交換惡化，渣、鐵物理熱不足，影響爐缸熱狀態(tài)；同時還會影響噴吹煤粉的燃燒效率，導(dǎo)致未燃煤分增多，爐料透氣性變差，不利于高爐順行。湛鋼1號高爐使用的理論燃燒溫度經(jīng)驗計算公式如式(2)所示：

T_f=(Q_c+Q_w+Q_f-Q_s-Q_p)/(V_m*C_m)     (2)

式中，T_f為理論燃燒溫度；Q_c為碳素燃燒生成CO放出的熱量；Q_w為燃料進入燃燒帶所具有的物理熱；Q_f為鼓風(fēng)多帶入的物理熱；Q_s為水分分解耗熱；Q_p為噴吹燃料分解耗熱；Vm為燃燒形成的煤氣量；C_m為燃燒形成的煤氣平均比熱容。由公式可知，當(dāng)風(fēng)量不變時，提高富氧率，風(fēng)口前燃燒的焦炭增加，理論燃燒溫度升高。通過對1號高爐相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，富氧率每提高1%，理論燃燒溫度提高42.5℃，略低于理論計算值49.7℃。

主要原因：一方面是由于隨著富氧率的提高，高爐鼓風(fēng)濕份在逐步上提，水分分解耗熱增加；另一方面，富氧率提高后，煤比有所上升，煤粉分解耗熱增加。

關(guān)于理論燃燒溫度的控制范圍，不同高爐有不同的合適區(qū)間，國內(nèi)大部分高爐理論燃燒溫度基本控制在2100~2300℃之間。但也有部分高爐，比如沙鋼、首鋼個別高爐理論燃燒溫度控制在2300℃以上，也取得了不錯的冶煉效果。這表明較高的理論燃燒溫度通過適當(dāng)調(diào)劑，同樣可以適應(yīng)高爐的冶煉。

理論燃燒溫度的升高可以保證爐缸充沛的爐溫，降低渣鐵粘度，加速爐芯焦的置換，活躍爐缸工作狀態(tài)，進而改善高爐順行狀況。以2300℃為理論燃燒溫度控制上限，1號高爐的富氧率最高可提高至7.68%。

三、結(jié)論

(1)在當(dāng)前冶煉條件下，隨著富氧率的提高，利用系數(shù)呈明顯的上升趨勢，但升高的速度逐步減小。

(2)對1號高爐而言，當(dāng)富氧率小于4.3%時，提高富氧率CO利用率升高；當(dāng)富氧率大于4.3%時，提高富氧率CO利用率逐步下降。

(3)富氧率每提高 1%，爐腹煤氣量增加 300m³ /min 左右。根據(jù)爐腹煤氣量指數(shù)推算，1 號高爐富氧率最多可再提高1.3%。

(4)富氧率每提高1%，理論燃燒溫度相應(yīng)提高42.5℃，以2300℃為理論燃燒溫度控制上限，1號高爐富氧率最高可提高 至7.68%。

參考文獻：

[1] 梁利生 . 寶鋼湛江鋼鐵 1 號高爐開爐及生產(chǎn)操作實踐 [J].中國冶金, 2016, 26(9):71-75.

[2] 項鐘庸.以高爐爐腹煤氣量指數(shù)取代冶煉強度的研究 [J].鋼鐵, 2007(09):19-21.

[3] 雷鳴, 張明星, 杜屏, et al. 沙鋼5800m³ 高爐的合理噴煤比分析[J]. 鋼鐵, 2015(05):32-35.

[4] 劉清梅.世界5000m³超大型高爐運行情況及首鋼京唐公司煉鐵工序發(fā)展建議[J].首鋼科技,2013(6):1-6.