1、高炉四大操作制度高炉四大操作制度2017年年6月月王斌2四四个基本制度之间的关系个基本制度之间的关系四个基本操作制度是相互依存，相互影响。煤气流的合理分四个基本操作制度是相互依存，相互影响。煤气流的合理分布取决于送风制度和装料制度。炉缸热量充沛取决于热制度布取决于送风制度和装料制度。炉缸热量充沛取决于热制度和送风制度。和送风制度。装料制度送风制度热制度造渣制度煤气流分布炉缸热量高炉顺行33.1送风制度送风制度 送风制度主要作用是送风制度主要作用是保持适宜的风速和鼓风动能以及保持适宜的风速和鼓风动能以及理论燃烧温度，使初始煤气流分布合理，炉缸工作均匀理论燃烧温度，使初始煤气流分布合理，炉缸工作均
2、匀活跃、热量充沛、稳定活跃、热量充沛、稳定。控制方式为选用合适的。控制方式为选用合适的风口面风口面积、风量、风温、湿分、喷吹量、富氧率等参数积、风量、风温、湿分、喷吹量、富氧率等参数，并根并根据炉况变化对这些参数进行调节，以达到炉况稳定和煤据炉况变化对这些参数进行调节，以达到炉况稳定和煤气利用率改善的目的气利用率改善的目的，这些通常称为下部调剂，这些通常称为下部调剂43.1送风制度送风制度 高炉炼铁高炉炼铁是以风为本，要尽量是以风为本，要尽量实现全风量操作，并且要稳定送风实现全风量操作，并且要稳定送风制度，以维持好合理炉型，煤气流制度，以维持好合理炉型，煤气流分布合理，炉缸活跃。分布合理，炉缸
3、活跃。 选择选择风量的原则：风量必须要风量的原则：风量必须要与料柱透气性相适应，建立最低燃与料柱透气性相适应，建立最低燃料比的综合冶炼强度在料比的综合冶炼强度在1.01.3t/m3d1.01.3t/m3d的概念，是高炉炼的概念，是高炉炼铁节能降耗工作的重要指导思想。铁节能降耗工作的重要指导思想。 53.1.1选择合适的风速和鼓风动能选择合适的风速和鼓风动能 生产实践表明，不同高炉有其与冶炼条件和炉缸直径或炉容相对应的合适风速和鼓风动能。过小的风速和鼓风动能会造成炉缸不活跃，初始煤气分布偏向边缘；而过大的风速和鼓风动能易形成顺时针（向风口下方）方向的涡流，造成风口下方堆积而使风口下端烧坏。 高炉
4、鼓风通过风口时所具有的速度称为风速，它有标准风速与实际风速两种高炉鼓风通过风口时所具有的速度称为风速，它有标准风速与实际风速两种表示方法，而所具有的机械能，叫鼓风动能。表示方法，而所具有的机械能，叫鼓风动能。鼓风具有一定的质量，而且以很鼓风具有一定的质量，而且以很高的速度通过风口向高炉中心运动，因此它具有一定的动能。风速和鼓风动能高的速度通过风口向高炉中心运动，因此它具有一定的动能。风速和鼓风动能与冶炼条件相关，它决定初始气流分布情况。所以根据冶炼条件变化，选择适与冶炼条件相关，它决定初始气流分布情况。所以根据冶炼条件变化，选择适宜的风速过鼓风动能，是改善合理气流分布的关键。宜的风速过鼓风动能
5、，是改善合理气流分布的关键。63.1.1选择合适的风速和鼓风动能选择合适的风速和鼓风动能用经验式估算每座操作高炉都有与其炉缸直径和冶炼条件相对应的回旋区深度，以保持炉缸圆周上和径向上煤气流和温度分布合理。现在采用回旋区环圈面积与炉缸面积的比值n来判断回旋区深度的适宜性；n=A回/A缸=d2-（d缸-2L回）2/d2缸式中，L回为回旋区长度，许多高炉工作者对风速和鼓风动能与高炉炉炉容和炉缸直径的关系做了研究，得出不同的经验式和图表，例如1000m3级及其以下高炉有：E=86.5d2缸-313d缸+1160炉缸直径与风速动能的关系不同容积高炉风速和鼓风动能的选择不同炉缸直径的A回/A缸和回旋区深度
6、7(1)控制适宜的回旋区深度（控制适宜的回旋区深度（即即长度）长度） 鼓风离开风口时做具有的速度和动能，吹着风口前焦炭，形成一疏松鼓风离开风口时做具有的速度和动能，吹着风口前焦炭，形成一疏松且金属椭圆形的区间，焦炭在这个区间内进行回旋运动和燃烧，这个回且金属椭圆形的区间，焦炭在这个区间内进行回旋运动和燃烧，这个回旋区间称回旋区。旋区间称回旋区。 回旋区的形状和大小，反映了风口金凤状态，回旋区的形状和大小，反映了风口金凤状态，影响气流和温度的分布，以及炉缸的均匀活跃影响气流和温度的分布，以及炉缸的均匀活跃程度。程度。回旋区形状和大小适宜，则炉缸周向和回旋区形状和大小适宜，则炉缸周向和径向的气流和
7、温度分布也就合理。回旋区的形径向的气流和温度分布也就合理。回旋区的形状与风速或鼓风动能有关。状与风速或鼓风动能有关。8 回旋区有个适宜深度，过大或过小将造成中心或边缘气流发展。炉缸直径回旋区有个适宜深度，过大或过小将造成中心或边缘气流发展。炉缸直径越大，回旋区应该越深，以使煤气流相中心扩展，是中心保持一定温度，控越大，回旋区应该越深，以使煤气流相中心扩展，是中心保持一定温度，控制焦炭堆积数量，维持良好的透气和透液性能，但回旋区面积与炉缸面积之制焦炭堆积数量，维持良好的透气和透液性能，但回旋区面积与炉缸面积之比比A1/A，随炉缸直径增大而减小，随炉缸直径增大而减小9 炉容相近，矮胖多风口的高炉风
8、速或鼓风动能要相应增加。因在同一冶炼强炉容相近，矮胖多风口的高炉风速或鼓风动能要相应增加。因在同一冶炼强度是，多风口的高炉每个风口进风量少，故需较小的风口直径，以提高风速和度是，多风口的高炉每个风口进风量少，故需较小的风口直径，以提高风速和鼓风动能鼓风动能 在同一冶炼条件下，高炉运行时间较长，剖面侵蚀严重，相应炉缸直径扩大，在同一冶炼条件下，高炉运行时间较长，剖面侵蚀严重，相应炉缸直径扩大，为防止边缘气流发展，应适当提高风速和鼓风动能为防止边缘气流发展，应适当提高风速和鼓风动能10（2）风速、鼓风动能与冶炼条件的关系）风速、鼓风动能与冶炼条件的关系 1）风速、鼓风动能与炉容的关系）风速、鼓风动
9、能与炉容的关系 冶炼条件基本相同时，高炉适宜的冶炼条件基本相同时，高炉适宜的风速、鼓风动能随炉容扩大而相应增加。大高炉炉缸直径较大，要是煤气风速、鼓风动能随炉容扩大而相应增加。大高炉炉缸直径较大，要是煤气流合理分布，应提高风速或鼓风动能，适当增加回旋区长度流合理分布，应提高风速或鼓风动能，适当增加回旋区长度不同容积高炉风速和鼓风动能的选择不同容积高炉风速和鼓风动能的选择112）风速、鼓风动能与冶炼强度的关系）风速、鼓风动能与冶炼强度的关系 风口面积一定，增加风量提高冶炼强风口面积一定，增加风量提高冶炼强度，风速或鼓风动能相对加大，使中心气流发展。为保持合理的气流分布，度，风速或鼓风动能相对加大
10、，使中心气流发展。为保持合理的气流分布，维持适宜的回旋区长度，必须相应扩大风口直径，降低风速、鼓风动能。维持适宜的回旋区长度，必须相应扩大风口直径，降低风速、鼓风动能。123）风速、鼓风动能与原料条件关系）风速、鼓风动能与原料条件关系 原燃料原燃料条件好，如强度高、粉末少、渣量低、高温条件好，如强度高、粉末少、渣量低、高温冶金性能好等，都能改善炉料透气性，允许冶金性能好等，都能改善炉料透气性，允许使用较高的风速和鼓风动能，有利用高炉强使用较高的风速和鼓风动能，有利用高炉强化冶炼。繁殖原燃料条件差，透气性不好，化冶炼。繁殖原燃料条件差，透气性不好，则只能维持较低的鼓风动能。则只能维持较低的鼓风动
11、能。134）风速、鼓风动能与喷吹燃料的关系）风速、鼓风动能与喷吹燃料的关系 高炉喷吹燃料，炉缸煤气体积高炉喷吹燃料，炉缸煤气体积增加，中心气流趋于发展，适当扩大风口面积，降低风速和鼓风动能，增加，中心气流趋于发展，适当扩大风口面积，降低风速和鼓风动能，以维持合理的煤气分布以维持合理的煤气分布14 近几年随着冶炼条件的变化，出现了相反的方向，即随着喷吹煤粉量近几年随着冶炼条件的变化，出现了相反的方向，即随着喷吹煤粉量增加，边缘气流增加，增加，边缘气流增加， 这是，不但不能扩大风口面积，反而需要缩小风这是，不但不能扩大风口面积，反而需要缩小风口面积。因此，眉笔变动量大是，鼓风动能和风速的变化方向应
12、根据实口面积。因此，眉笔变动量大是，鼓风动能和风速的变化方向应根据实际情况决定。际情况决定。15（3）风速和鼓风动能计算）风速和鼓风动能计算全焦冶炼全焦冶炼16171819喷吹燃料鼓风动能计算喷吹燃料鼓风动能计算202122233.1.1.1风口面积和长度的选择调整风口面积和长度的选择调整 根据前述鼓风动能与各种冶炼条件的关系，各高炉应经常分析研究，找出各根据前述鼓风动能与各种冶炼条件的关系，各高炉应经常分析研究，找出各种不同冶炼条件获得最好冶炼效果的鼓风动能，来计算风口面积，在选用相应种不同冶炼条件获得最好冶炼效果的鼓风动能，来计算风口面积，在选用相应直径和长度的风口。计算风口面积公式为直径
13、和长度的风口。计算风口面积公式为 炉缸中心堆积或炉况严重失常，上部调剂无效时，应缩小风口面积，或堵炉缸中心堆积或炉况严重失常，上部调剂无效时，应缩小风口面积，或堵部分风口，以提高鼓风动能，活跃炉缸，可迅速消除炉况失常。但度风口时部分风口，以提高鼓风动能，活跃炉缸，可迅速消除炉况失常。但度风口时间不宜太长，以免产生炉缸局部堆积和炉墙局部结厚。间不宜太长，以免产生炉缸局部堆积和炉墙局部结厚。 为保持合理的初始气流分布，应尽量使用等径的风口，大小风口混用时，为保持合理的初始气流分布，应尽量使用等径的风口，大小风口混用时，力求均匀分布，特殊情况如纠正炉型或煤气流偏行除外。力求均匀分布，特殊情况如纠正炉
14、型或煤气流偏行除外。 一般风口长度为一般风口长度为420-550mm，小高炉（，小高炉（300m3）位）位为为00mm左右，长风口左右，长风口回旋区向中心延伸，较长风口所需鼓风动能偏小，故风口直径可偏大些、长回旋区向中心延伸，较长风口所需鼓风动能偏小，故风口直径可偏大些、长风口适于低冶炼强度操作，有利于炉墙保护。风口适于低冶炼强度操作，有利于炉墙保护。243.1.2控制合适的理论燃烧温度控制合适的理论燃烧温度（1）适宜的理论燃烧温度（）适宜的理论燃烧温度（t理）理） 风口前焦炭和喷吹物的燃烧，所能达到的最高绝热温度，即假定风口前燃料燃烧所风口前焦炭和喷吹物的燃烧，所能达到的最高绝热温度，即假定
15、风口前燃料燃烧所能放出的热量全部用来加热燃烧产物是所能达到的最高温度，叫做风口前能放出的热量全部用来加热燃烧产物是所能达到的最高温度，叫做风口前理论燃烧温理论燃烧温度，也有人称它为燃烧带火焰温度。度，也有人称它为燃烧带火焰温度。 适宜的理论燃烧温度，能够满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证也太渣适宜的理论燃烧温度，能够满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证也太渣铁充分加热和还原反应的顺利进行。理论燃烧温度提高，渣铁温度相应增加；大高炉铁充分加热和还原反应的顺利进行。理论燃烧温度提高，渣铁温度相应增加；大高炉炉缸直径大，炉心温度低，为保持其透气性和透液性，要求较高的理论燃烧温度。炉缸直
16、径大，炉心温度低，为保持其透气性和透液性，要求较高的理论燃烧温度。但但理论燃烧温度过高，会造成压差升高，炉况不顺；过低会造成渣铁物理热不足，严重理论燃烧温度过高，会造成压差升高，炉况不顺；过低会造成渣铁物理热不足，严重时会导致风口涌渣。时会导致风口涌渣。253.1.2控制合适的理论燃烧温度控制合适的理论燃烧温度（2）影响理论燃烧温度的因素）影响理论燃烧温度的因素鼓风温度鼓风湿分鼓风富氧率喷吹燃料鼓风温度升高，则带路炉缸的物理热增加，从而使鼓风温度升高，则带路炉缸的物理热增加，从而使T理升高，一般每理升高，一般每100风温风温可影响理论燃烧温度可影响理论燃烧温度80鼓风湿分提高，由于水分分解吸热
17、，从而使鼓风湿分提高，由于水分分解吸热，从而使t理降低，根据理降低，根据 +10836kg/m3 粗略计算，鼓风中每增加粗略计算，鼓风中每增加1g/m3湿分，相当降低湿分，相当降低9风温风温鼓风含氧量提高，鼓风含氧量提高，N2含量相应减少，从而使含量相应减少，从而使t理升高，鼓风含氧量每增减理升高，鼓风含氧量每增减1%，影响影响t理理35-45高炉喷吹燃料后，由于喷吹物加热和裂化使高炉喷吹燃料后，由于喷吹物加热和裂化使t理降低，各种燃料由于分解热不同，理降低，各种燃料由于分解热不同，对对t理的影响很大。其中喷吹天然气影响最大，一次为重油、烟煤、无烟煤。没理的影响很大。其中喷吹天然气影响最大，一
18、次为重油、烟煤、无烟煤。没喷吹喷吹10kg煤粉煤粉t理降低理降低20-30，其中无烟煤为下限，烟煤为上限。，其中无烟煤为下限，烟煤为上限。263.1.3送风制度的调节送风制度的调节1风量23风压增加风量，综合冶炼强度提高。在燃料比降低或燃料比维持不变的情况下，风量增加，下料速度加快，生铁产量增加。料速超过正常规定应及时减少风量。当高炉出现悬料、崩料或低料线时，要及时减风，并一次减到所需水平。渣铁未出净时，减风应密切注意风口状况，防止风口灌渣。当炉况转顺，需要加风时，不能一次到位，防止高炉顺行破坏。两次加风应有一定的时间间隔。提高风温可大幅度地降低焦比。提高风温能增加鼓风动能，提高炉缸温度活跃炉
19、缸工作，促进煤气流初始分布合理，改善喷吹燃料的效果。风压直接反映炉内煤气与料柱透气性的适应情况。风温高炉炼铁是以风为本，要尽量实现全风量操作，并且要稳定送风制度，以维持好合理炉型，煤气流分布合理，炉缸活跃。27送风制度的调节送风制度的调节4鼓风湿度5喷吹6富氧鼓风中湿分增加lg/m3，相当于风温降低9，但水分分解出的氢在炉内参加还原反应，又放出相当于3风温的热量。加湿鼓风需要热补偿，对降低焦比不利。喷吹燃料在热能和化学能方面可以取代焦炭的作用。把单位燃料能替换焦炭的数量称为置换比。随着喷吹量的增加，置换比逐渐降低，对高炉冶炼会带来不利影响。提高置换比措施有提高风温给予热补偿、提高燃烧率、改善原
20、料条件以及选用合适的操作制度。富氧后能够提高冶炼强度，增加产量。富氧鼓风能提高风口前理论燃烧温度，有利于提高炉缸温度，补偿喷煤引起的理论燃烧温度的下降。283.1.4冶炼强度的选择冶炼强度的选择293.1.4冶炼强度的选择冶炼强度的选择303.1.4冶炼强度的选择冶炼强度的选择（1）冶炼强度与产量的关系）冶炼强度与产量的关系 在焦比不变的条件下，提高冶炼强度可增加产量，试验表明冶炼强度提高在焦比不变的条件下，提高冶炼强度可增加产量，试验表明冶炼强度提高1%，产量增加约，产量增加约0.92%，这说明冶炼强度提高后，焦比略有升高，使产量的，这说明冶炼强度提高后，焦比略有升高，使产量的增长率略低于冶
21、炼强度的提高，如果在提高冶炼强度过程中焦比明显升高，增长率略低于冶炼强度的提高，如果在提高冶炼强度过程中焦比明显升高，则产量增产率将大幅度降低。则产量增产率将大幅度降低。（2）冶炼强度与焦比的关系）冶炼强度与焦比的关系 在一定冶炼条件下，提高冶炼强度，则焦比升高，其原因主要是，煤气在一定冶炼条件下，提高冶炼强度，则焦比升高，其原因主要是，煤气在炉内停留时间缩短。在炉内停留时间缩短。（3）冶炼强度与质量的关系）冶炼强度与质量的关系 炉渣碱度不良，提高冶炼强度，炉缸温度波动增大，为消除波动影响，炉渣碱度不良，提高冶炼强度，炉缸温度波动增大，为消除波动影响，要相应提高生铁含硅量，另一方面炉渣脱硫能力
22、降低，生铁含硫量有所增加，要相应提高生铁含硅量，另一方面炉渣脱硫能力降低，生铁含硫量有所增加， 因硫的分配系数因硫的分配系数Ls降低，原因是冶炼强度提高，炉料和渣铁在炉内停留时降低，原因是冶炼强度提高，炉料和渣铁在炉内停留时间缩短，转入渣中硫减少，挥发硫也降低了。间缩短，转入渣中硫减少，挥发硫也降低了。313.1.4冶炼强度的选择冶炼强度的选择（4）冶炼强度与休风率的关系）冶炼强度与休风率的关系 设备材质不变，提高冶炼强度冶炼节奏加快了，因而设备的磨损和故障率设备材质不变，提高冶炼强度冶炼节奏加快了，因而设备的磨损和故障率增加，休减风率升高，寿命必然降低。冶炼强度小于增加，休减风率升高，寿命必
23、然降低。冶炼强度小于1.1时，休风率一般在时，休风率一般在1%以下，大于以下，大于1.1时休风率在时休风率在1%以上，因此现有高炉冶炼强度应维持在以上，因此现有高炉冶炼强度应维持在1.1左右，作业率才有可能达到左右，作业率才有可能达到99%。（5）冶炼强度的选择）冶炼强度的选择 综上所述，提高冶炼强度是产量增加，焦比缓慢升高，综上所述，提高冶炼强度是产量增加，焦比缓慢升高，Ls分配系数虽有所分配系数虽有所降低，但质量并不受太大影响。但冶炼强度太高，甚至超过了一定极限，引降低，但质量并不受太大影响。但冶炼强度太高，甚至超过了一定极限，引起煤气流严重失常，导致顺行破坏，则焦比会显著升高，质量大幅度
24、下降，起煤气流严重失常，导致顺行破坏，则焦比会显著升高，质量大幅度下降，这时增产也收到了限制，如冶炼强度维持过低，影响产量太大，很不经济，这时增产也收到了限制，如冶炼强度维持过低，影响产量太大，很不经济，不能采用。这就要求选择一个合适的冶炼强度，不能采用。这就要求选择一个合适的冶炼强度，它应满足顺行要求和最佳的它应满足顺行要求和最佳的综合效益。综合效益。323.2造渣制度造渣制度控制炉渣各种理化性能的总成控制炉渣各种理化性能的总成根据原燃料条件（主要是含S量）和生铁成分的要求，选择合适的炉渣成分和碱度、以保证炉渣流动性良好，脱硫能力强，生铁成分合格，炉况顺行造渣的手段或方法通过调整不同性能的炉
25、料配比或熔剂加入量和其他附加物的加入量来控制造渣制度。包括炉渣成分、碱度，熔化温度、熔化性温度、软熔滴落区间、流动性能（粘度），脱硫性能，排碱性，表面性能等控制造渣过程和终渣性能333.2造渣制度造渣制度原燃料含硫低，硫负荷小于原燃料含硫低，硫负荷小于5Kg/t5Kg/t。原料难熔，易熔组分低，含原料难熔，易熔组分低，含CaF2CaF2，TiO2TiO2越低越好。越低越好。易挥发的易挥发的K K、NaNa含量低，含含量低，含K2O + Na2O 3.0%K2O + Na2O 3.0%。注意焦炭和煤粉灰分中碱金。注意焦炭和煤粉灰分中碱金属含量，属含量，K K比比NaNa对炉料和耐火材料的破坏作用
26、大十倍。对炉料和耐火材料的破坏作用大十倍。含有少量的含有少量的MnOMnO、MgOMgO对造渣有利。对造渣有利。SiO2SiO2和和Al2O3Al2O3含量低为好，含量高要降低含量低为好，含量高要降低矿石的经济品位。矿石的经济品位。含铅和锌分别要小于含铅和锌分别要小于0.15%0.15%。粒度小于粒度小于5mm5mm占比例占比例5%5%，515mm515mm占比例占比例3030%.%.1）要求炉渣有良好的流动性和稳定性，熔化温度在）要求炉渣有良好的流动性和稳定性，熔化温度在1300-1400，在，在1400左右黏度小于左右黏度小于10泊，可操作的温度范围大于泊，可操作的温度范围大于1502）有
27、足够的脱硫能力，在炉温和碱度适宜的条件下，硫负荷小于）有足够的脱硫能力，在炉温和碱度适宜的条件下，硫负荷小于5kg/t时，时，Ls为为25-30，硫负荷大于，硫负荷大于5kg/t时时Ls为为30-503）对高炉砖衬侵蚀能力弱）对高炉砖衬侵蚀能力弱4）在炉温和炉渣碱度正产条件下，能炼出优质生铁）在炉温和炉渣碱度正产条件下，能炼出优质生铁对原燃料的要求对原燃料的要求造渣制度要求造渣制度要求34炉渣的性能炉渣的性能 熔化性能熔化温度与熔化性温度 流动性能粘度 表面性质表面张力表与界面张力表 脱硫能力硫分配系数Ls与硫化物容量Cs 稳定性热稳定性与化学稳定性35炉渣的形成炉渣的形成矿石软熔初渣中间渣终
28、渣初渣最初形成的炉渣，起于软熔带上沿至软熔带下沿开始滴落特点：FeO高，一般10%30%，熔融状态，流动性差初渣形成的早晚、位置高低、持续时间长短、直接影响软熔带的位置和厚度，对高炉顺行影响很大36中间渣从初渣到终渣之间的渣，从软熔带下沿开始直至炉缸终渣炉缸积存的渣，从铁口放出特点：成分稳定，FeO最低，一般为0.5%左右终渣成分对调整生铁成分及控制铁水质量作用显著，而且对炉缸、风口维护作用也很大特点：成分与特性都是不断变化的如：FeO、MnO不断减少 由于还原 CaO、MgO、Al2O3、SiO2不断增加 由于不断溶进 熔点升高，但粘度下降，流动性变好（温度升高）37高炉内硫的来源及其分布硫负荷： 36kg/t85%有焦炭（煤）带入：焦炭（煤）含硫0.50.8%，（主要以有机硫为主）；矿石（无机硫）含硫一般0.1%；主要以FeS2、硫酸盐存在；烧结矿中S以CaS存在硫在高炉内的循环现象10%S进入煤气；5%左右进入铁水：85%进入炉渣炉渣的脱硫能力炉渣的脱硫能力38高炉内硫的循环示意图39硫在高炉内的分配平衡入炉硫平衡硫分配系数Ls40影响铁水含硫量的因素
