季节变化对高炉冶炼的影响.pdf
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1、第45卷第5期2023年10 月四川冶金Sichuan MetallurgyVol.45No.5Oct.,2023文章编号:10 0 1510 8(2 0 2 3)0 50 0 39 0 4季节变化对高炉冶炼的影响曾凡波1,刘喜华1,毛东辉1,没哲君1(1.中天钢铁集团有限公司,江苏南通2 2 6 0 0 0)摘要:季节变化对高炉生产的影响主要体现在大气绝对湿度和环境温度等方面,本文将重点讨论大气中绝对湿度、大气温度对高炉富氧率、理论燃烧温度、炉腹煤气指数、鼓风动能等主要操作参数的影响,为季节交替时高炉生产可能产生的问题与生产操作调整的方向提供理论依据。关键词:季节变化;高炉炼铁;操作参数;绝
2、对湿度;环境温度中图分类号:TF543.1The influence of seasonal variation on blast furnace smeltingZENG Fanbo,LIU Xihua,MAO Donghui,SHU Zhejun(1.Zenith Steel Group Co.,Ltd.,Nantong 226000,Jiangsu,China)Abstract:The impact of seasonal variation on blast furnace production is mainly reflected in factors such as atmos-
3、pheric absolute humidity and ambient temperature.This article focuses on the discussion of the influence of atmos-pheric absolute humidity and atmospheric temperature on key operating parameters of the blast furnace,includingoxygen enrichment rate,theoretical combustion temperature,bosh gas index,an
4、d blasting kinetic energy.The aimis to provide a theoretical basis for identifying potential issues and adjusting production operations during the transi-tion of seasons in blast furnace production.Key words:seasonal changes;blast furnace ironmaking;operating parameters;absolute humidity;ambient tem
5、pera-ture高炉炼铁生产实践努力追求稳定、顺行,以实现最优的经济技术指标,然而在实际生产过程中受季节、原燃料供应等因素的影响,高炉冶炼表现出一定的周期性。炼铁学者从长年生产数据总结出季节变化对高炉生产的影响,并从实践角度出发提出了不同季节高炉生产应该注意的问题和操作思路1-1。本文从理论角度系统地分析了季节变化对进风参数的影响,指出湿度、温度的季节性变化是造成高炉冶炼季节性变化的两个重要因素,为季节交替时高炉生产可能产生的问题与生产操作调整的方向提供理论依据。1大气湿度对高炉冶炼的影响标态下大气饱和含水含量随温度变化如图1所示。第一作者:曾凡波(19 8 7 一),男,硕士研究生,工程师
6、,主要工作为高炉炼铁与直接还原炼铁研究,E一mail:z e n g f a n b o 2 0 12 。文献标识码:B由图1可以看出,温度越高大气饱和水分含量增加愈明显,即温度同样增加10,饱和水分含量增加量不同:如由0 增加到10,饱和水分含量只增加4.5g/m;而温度由2 0 增加到30,饱和水分含量增加13g/m,同样温度梯度,饱和水分增加值近3倍的差距。大气饱和湿度的这一特征是季节变化对高炉冶炼产生影响的重要因素。大气中绝对湿度表示大气中的实际含水量,由饱和水分含量决定并受水文条件影响5。如:在0时,大气饱和水分是4.8 5g/m,拟定某地相对湿度6 0%,则空气中绝对湿度为:4.8
7、 56 0%=2.9 1g/m;在30 时,大气饱和水分是30.30 g/m,拟定相对湿度9 5%,则空气中绝对湿度为:30.30 95%=28.79 g/m。作用。40507大气饱和水分含量g/m340-30-20-10-20图1标准大气压下大气饱和水分含量随温度变化由上述分析可以看出不同季节条件下,大气含水量(绝对湿度)变化较大,这一变化将对鼓风含氧量、燃耗、理论燃烧温度、炉腹煤气量等产生较大影响,以下从大气湿度这一因素进行系统分析。1.1绝对湿度的富氧作用因大气中水分分解后产生氧气,其分解化学式如下:H,O=H2+1/202每份水汽分解能产生0.5份氧气,因此大气绝对湿度对高炉鼓风具有富
8、氧作用,不同绝对湿度的富氧效果如下表1所示。表1绝对湿度的富氧效果绝对湿度g/m3富氧率%04.0044.1484.28124.42164.56204.70244.84284.98325.12365.26405.40注:假设干风富氧4%由表1可以看出,水分分解后从不含水分的干富氧空气到绝对湿度2 8 g/m,相当于鼓风中富氧率增加了0.9 8%,接近1%。仅从水分分解后产生氧的角度分析看,大气湿度的富氧作用明显。但大气水分在风口前分解需要消耗大量的热,致燃耗增加、吨铁耗风量增加。因此,水分分解后的富氧作用将大幅降低。四川冶金1.2绝对湿度对燃耗的影响大气中绝对湿度对燃耗的影响分为“两增一降”:
9、大气中水蒸气升温耗热、水蒸气在风口前分解耗热以及水蒸气分解后的氢参与炉内还原降耗作用6-7。其中,水蒸气升温到鼓风温度耗热在热风炉区域,将使热风炉煤气消耗增加;水蒸气在风口前分解耗热在炉缸风口区域,将使高炉消耗增加;风口前水分分解产生的氢参与了铁氧化物还原,该反应可以减少还原过程中的碳素消耗,具有降低燃耗-100大气温度第45卷10203040(1)(1)水蒸气升温耗热:水蒸气在2 0 0 条件下(风机后温度)热熔为34.2 8 kJ/molK,118 0 时热熔为39.35kJ/molK,则1kg水蒸气升温到鼓风温度耗热量为2 2 7 6 kJ。(2)水分分解耗热:1kg水蒸气在风口区域分解
10、消耗热量为10 8 0 0 kJ。(3)水分分解产生的氢参与还原的降耗:由于高炉中CO、C O 2、H 2 和HO之间存在平衡关系,使H2在还原过程中的利用率受到极大地限制,有研究表明高炉中H2的利用率一般为30%50%8 。为计算方便,本文假定氢的还原率与一氧化碳45%相当。根据方程式FeO+C-Fe+CO该反应过程中生成每摩尔金属铁需要在炉缸吸收热量152.2 kJ,而氢参与的直接还原方程式为:FeO+H,=Fe+H,O(3)该反应中生成每摩尔金属铁需要在炉缸吸收热量只有2 7.7 kJ,因此每摩尔氢参与炉缸内铁氧化物还原能够减少12 4.5kJ的热量支出,则1kg水蒸气在炉内参与还原可减
11、少6 9 17 kJ热量支出。综合上述分析可以看出绝对湿度最终将使燃耗增加,其对燃耗影响的定量化计算涉及湿度的富氧作用、湿度对吨铁耗风量等交互作用,利用文献9 中炼铁计算模型,假定高炉基本操作参数:干焦比37 0kg/t、干煤比150 kg/t,煤粉挥发份19%,氢含量4.26%,富氧4%,绝对湿度对吨铁耗风量、高炉燃耗的影响如下图2 所示。由图2 可以看出:随着绝对湿度增加,吨铁耗风量逐渐降低,绝对湿度每增加5g/m,吨铁耗风量降低3m,吨铁燃耗增加约1.16 kg。若冬夏季绝对湿度变化2 5g/m,将影响吨铁焦比约6 kg,而影响吨铁耗风量约1.6%。(2)第5期108-642-00-20
12、图2 绝对湿度对吨铁燃耗及吨铁耗风量的影响因此,季节变化引起的绝对湿度变化对吨铁耗风量影响较小,但对燃耗的影响不可忽略。1.3绝对湿度对理论燃烧温度的影响大气中绝对湿度增加,水分在风口分解过程中吸收大量的热,对理论燃烧温度、炉缸热制度造成较大影响10。综合考虑绝对湿度对燃耗影响,在富氧4%、煤比150 kg/t、焦比350 kg/t的条件下,绝对湿度增加时,理论燃烧温度变化情况如图3所示。从图3可以看出,大气绝对湿度每增加1g/m,理论燃烧温度将降低7;大气绝对湿度超过2 7 g/m时理论燃烧温度将降到2 0 50 以下,将对炉缸热状态造成较大影响,不利于高炉稳定顺行。2250-2243220
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