浅谈高炉富氧鼓风.doc

浅谈高炉富氧鼓风
马洪斌
（首钢总公司）
摘  要  本文分析了富氧鼓风对高炉送风制度及炉缸煤气的影响，探讨了富氧鼓风在高炉冶炼过程的
合理使用。
关键词  高炉  鼓风  富氧
Simply discussing oxygen enriched air blast
Ma Hongbin
（Shougang Corporation）
Abstract  This article analyzes the influence of oxygen enriched air blast to blowing in system and coal gas in hearth. And it also discusses the reasonable use of oxygen enriched air blast to blast furnace process.
Keywords  blast furnace  blast  oxygen enriched air blast
前言
高炉富氧鼓风是往高炉鼓风中加入工业氧，使鼓风含氧超过大气含量，其目的是在不增加风量、不增加鼓风机动力消耗的情况下，提高冶炼强度以增加高炉产量和强化喷吹燃料在风口前燃烧。鼓风中氧的浓度增加，燃烧单位碳所需的鼓风量减少；鼓风中氮的浓度降低，也使生成的煤气量减少，煤气中CO浓度因此而增大，由于煤气体积较小，煤气对炉料下降的阻力也减少，为提高高炉产量创造了条件。本文从高炉操作角度出发，分析了富氧鼓风对送风制度、炉缸煤气的影响，探讨了富氧鼓风在高炉冶炼过程的合理使用。
1          富氧鼓风对送风制度的影响
1.1          入炉风量
使用碳、氮平衡法计算高炉入炉风量。计算高炉入炉风量：
                                 公式 1[1]
：高炉入炉风量，m3/min； ：高炉产量，t/日； ：煤比，Kg/t； 、 ：煤粉中氧、水分含量，%。 ：风口前碳素燃烧率，%； ：富氧率， ，%； ：鼓风湿度，%； ：入炉总碳量，Kg/t。
1.2          实际风速
实际风速是衡量高炉下部送风制度的重要参数，其决定了送风制度能否有效达到使风口回旋区向炉缸中心延伸的目的。计算实际风速：
                                            公式 2[1]
：实际风速，m/s； ：标准状态下的风量，m3/min； ：风口总面积，m2； ：热风温度，℃； ：热风压力，KPa。
1.3          鼓风动能
风口前回旋区的大小和形状主要由鼓风动能决定。计算鼓风动能：
  公式 3[1]
：鼓风动能，Kg.m/s； ：风口直径，m； ：鼓风湿分， ，g/m3。
1.4          实例计算
以首钢1号高炉2010年6月份的冶炼条件进行计算，在高炉产量不变的情况下，随鼓风富氧率的升高，高炉入炉风量降低，实际风速和鼓风动能也随之出现降低，其中实际风速的降低是入炉风量的降低而引起的，鼓风动能的降低是入炉风量的降低及鼓风密度的变化而引起的。若高炉操作方面入炉风量不变，则随鼓风富氧率的升高，实际风速不变，鼓风动能由于鼓风密度的变化而升高。
表 1  富氧鼓风对送风制度的影响实例
富氧率%
入炉风量m3/min
实际风速m/s
鼓风动能Kg.m/s
1.0
5035
271.8
11729
2.0
4826
260.5
10338
3.0
4633
250.0
9160
4.0
4455
240.4
8155
5.0
4290
231.5
7293
6.0
4137
223.3
6548
2          富氧鼓风对炉缸煤气的影响
2.1          炉缸煤气量
炉缸煤气量是衡量高炉强化程度的重要参数，随高炉强化程度提高，炉内料柱实际通过的煤气量增加。计算炉缸煤气量：
          公式 4[1]
：炉缸煤气量，m3/t； ：吨铁入炉风量，m3/t； ：煤粉的H含量，%； ：煤粉燃烧率，%。
2.2          理论燃烧温度
适宜的理论燃烧温度须满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证液态渣铁充分加热和还原反应的顺利进行。计算理论燃烧温度：
       公式 5[1]
：理论燃烧温度，℃； ： 1Kg碳氧化成CO时放出的热量，KJ/Kg； ：1Kg焦炭在1500℃时带入炉缸的物理热，KJ/Kg； ：焦比，Kg/t； ：焦炭的碳含量，%； ：煤粉的碳含量，%； ：在 时大气的比热容，KJ/m3.℃；：在 时氧气的比热容，KJ/m3.℃； ：煤粉在高炉的分解热，KJ/Kg； ：水分在高炉的分解热，KJ/Kg； ：炉缸煤气在 时的比热容，KJ/m3.℃。
2.3          理论实际煤气流速
理论实际煤气流速以炉缸煤气量为基础，假设风口前区域产生的煤气全部被加热至理论燃烧温度，之后通过炉缸整个横截面向上流出，计算炉缸煤气流出时的流速，以表征高炉的强化程度。计算理论实际煤气流速：
                                     公式 6[1]
：理论实际煤气流速，m/s； ：炉料空隙系数； ：炉缸横截面积，m2。
2.4          实例计算
同样，以首钢1号高炉2010年6月份的冶炼条件进行计算，在高炉产量不变的情况下，随鼓风富氧率的升高，炉缸煤气量（换算为m3/min，利于比较）、理论实际煤气流速均降低，理论燃烧温度升高。若高炉操作方面入炉风量不变，则随鼓风富氧率的升高，炉缸煤气量、理论燃烧温度、理论实际煤气流速均升高。
表 2  富氧鼓风对炉缸煤气的影响实例
富氧率%
炉缸煤气量m3/min
理论燃烧温度℃
理论实际煤气流速m/s
1.0
6156
2233
3.875
2.0
5900
2295
3.806
3.0
5666
2357
3.743
4.0
5450
2419
3.685
5.0
5249
2481
3.631
6.0
5063
2543
3.581
3          富氧鼓风对产量的影响
3.1          维持送风制度不变情况下富氧鼓风对产量的影响
高炉维持入炉风量不变，随着富氧率的升高，必然带来高炉产量的升高，但同时炉缸煤气量、理论实际煤气流速升高较多，这将给高炉的顺行带来威胁。
表 3  维持送风制度不变情况下富氧鼓风及产量对送风制度的影响实例
富氧率%
入炉风量m3/min
实际风速m/s
鼓风动能Kg.m/s
富氧率1.0%
5035
271.8
11729
富氧率2.0%、产量+270d/日
5036
271.8
11748
表 4  维持送风制度不变情况下富氧鼓风及产量对炉缸煤气的影响实例
富氧率%
炉缸煤气量m3/min
理论燃烧温度℃
理论实际煤气流速m/s
富氧率1.0%
6156
2233
3.875
富氧率2.0%、产量+270d/日
6424
2233
4.043
3.2          维持强化程度不变情况下富氧鼓风对产量的影响
高炉维持强化程度不变（维持理论实际煤气流速不变）的情况下，随着富氧率的升高，产量小幅提高，但入炉风量、实际风速及鼓风动能下降，易引起高炉炉缸初始煤气分布的异常变化，必须及时进行基本冶炼制度的调整，维持炉况的顺行稳定。
表 5  维持强化程度不变情况下富氧鼓风及产量对送风制度的影响实例
变量
入炉风量m3/min
实际风速m/s
鼓风动能Kg.m/s
富氧率1.0%
5035
271.8
11729
富氧率2.0%、产量+80d/日
4888
263.8
10743
表 6  维持强化程度不变情况下富氧鼓风及产量对炉缸煤气的影响实例
变量
炉缸煤气量m3/min
理论燃烧温度℃
理论实际煤气流速m/s
富氧率1.0%
6156
2233
3.875
富氧率2.0%、产量+80d/日
6053
2276
3.876
4          富氧鼓风对喷煤量的影响
富氧鼓风有利于提高喷煤量，以首钢1号高炉2010年6月份的冶炼条件进行计算发现，高炉鼓风富氧率的提高，在缓解喷煤量增加带来的理论燃烧温度升高的同时，降低了理论实际煤气流速，有利于高炉顺行，因此富氧鼓风利于提高喷煤量。
表 7  富氧鼓风及喷煤量对炉缸煤气的影响实例
变量
理论燃烧温度℃
理论实际煤气流速m/s
富氧率1.0%
2233
3.875
富氧率2.0%
2295
3.806
煤比+30Kg/t
2195
3.809
富氧率2.0%、+30Kg/t
2253
3.741
5          高炉合理的富氧率
在维持入炉风量不变的情况下，随着高炉富氧率的提高，高炉产量必然升高，通过实例计算发现，随高炉富氧率的升高，炉缸煤气量升高，导致理论实际煤气流速大幅升高，高炉炉内透气性与煤气流运动的矛盾激化。因此，在维持入炉风量不变的情况下，高炉富氧率的提高必须根据高炉自身的冶炼条件，确定其能够承受的理论实际煤气流速，进而确定合理的富氧率，避免因盲目提高富氧率而导致高炉顺行变差。
表 8  富氧鼓风及产量对炉缸煤气的影响实例
变量
炉缸煤气量m3/min
理论燃烧温度℃
理论实际煤气流速m/s
富氧率1.0%
6156
2233
3.875
富氧率2.0%、6470t/日
6424
2233
4.043
富氧率3.0%、6740t/日
6693
2233
4.212
富氧率4.0%、7010t/日
6962
2233
4.381
为缓解以上矛盾，高炉提高富氧率后，可考虑适当降低入炉风量，通过风口面积、风温等的调整维持合理的实际风速与鼓风动能，实现送风制度的稳定，这种调整在不影响高炉产量甚至产量增加的情况下，可以缓解炉内透气性与煤气流运动的矛盾，例如实例计算发现，高炉富氧率提高后，通过缩小风口面积、提高风温、增加煤比等调整手段，在产量升高的情况下，送风制度基本稳定，理论实际煤气流速也出现明显降低，为高炉顺行提供了有利条件。
表 9  富氧鼓风及配合调整因素对送风制度的影响实例
变量
入炉风量m3/min
实际风速m/s
鼓风动能Kg.m/s
富氧率1.0%
5035
271.8
11729
富氧率4.0%、产量+150d/日、风温+20℃、
风口面积-0.0313m2、煤比+40Kg/t
4552
270.8
11490
表 10  富氧鼓风及配合调整因素对炉缸煤气的影响实例
变量
炉缸煤气量m3/min
理论燃烧温度℃
理论实际煤气流速m/s
富氧率1.0%
6156
2233
3.875
富氧率4.0%、产量+150d/日、风温+20℃、
风口面积-0.0313m2、煤比+40Kg/t
5711
2337
3.743
6          结语
高炉富氧鼓风逐步成为高炉强化冶炼的重要手段，尤其是随着喷煤量的升高，富氧已经成为综合喷煤冶炼不可或缺的手段，高炉操作中应根据高炉自身冶炼条件确定合理的富氧率，为高炉的稳定顺行奠定基础，实现富氧鼓风的效益最大化。

参考文献
[1]张贺顺，马洪斌，任健. 首钢高炉送风制度的基础研究. 钢铁研究. 2010，5