1、 高炉炼铁工艺高炉炼铁工艺 本章主要内容本章主要内容 5.1 5.1 高炉炼铁生产的原则高炉炼铁生产的原则 5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 5.3 5.3 高炉强化冶炼的技术措施高炉强化冶炼的技术措施5.1 5.1 高炉炼铁生产的原则高炉炼铁生产的原则各类因素之间关系的分析各类因素之间关系的分析1)1)产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2)2)产量与高炉寿命、效益之间的关系产量与高炉寿命、效益之间的关系3)3)产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系1)1)产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系 v v(t铁/m3d)I I(t焦/m3d)/K/K(t焦/t铁)高炉有效容积利
2、用系数高炉有效容积利用系数 冶炼强度冶炼强度/焦比焦比为了使高炉产量为了使高炉产量有有4 4种途径：种途径：I I不变，不变，K K K K不变，不变，I I 随随I I，K K有所有所 随随I I，K K有所有所(一般不采用一般不采用)对一个实际高炉而言对一个实际高炉而言存在与最低焦比相适宜的冶炼强度存在与最低焦比相适宜的冶炼强度I I适适v v I/K I/K 冶炼强度和焦比之间的关系冶炼强度和焦比之间的关系 I I焦比焦比产量产量I I适适焦比产量I Imaxmax I II II I适适时时：煤气量：煤气量，煤气流速过大煤气流速过大 冶炼强度和焦比的关系分析冶炼强度和焦比的关系分析 炉
3、况恶化炉况恶化焦比焦比中心过吹或管道行程中心过吹或管道行程PP 高炉工作者应掌握此规律，用它来高炉工作者应掌握此规律，用它来指导生产，针对具体生产条件，确定指导生产，针对具体生产条件，确定与最低焦比相适应的冶炼强度，使高与最低焦比相适应的冶炼强度，使高炉顺行，稳定地高产。炉顺行，稳定地高产。I I适适是随是随冶炼条件冶炼条件的改善不断增大的的改善不断增大的适宜的适宜的冶炼强度冶炼强度焦焦比比12345冶炼条件改善冶炼条件改善适宜冶炼强度和焦比的关系适宜冶炼强度和焦比的关系 各类因素之间关系的分析各类因素之间关系的分析1)1)产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2)2)产量与高炉寿命、效益之
4、间的关系产量与高炉寿命、效益之间的关系3)3)产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系2 2）产量与高炉寿命、效益之间的关系）产量与高炉寿命、效益之间的关系 产量产量，意味着冶炼强度，意味着冶炼强度 I I 高炉设备的寿命高炉设备的寿命 修理费用修理费用 效益效益故提高一代高炉寿命是很重要的故提高一代高炉寿命是很重要的 高炉长寿技术高炉长寿技术的开发和实现将的开发和实现将促使高炉生产实现高产、低耗、促使高炉生产实现高产、低耗、优质、高效，目前世界各国已把优质、高效，目前世界各国已把高炉长寿高炉长寿看作炼铁技术的一个重看作炼铁技术的一个重要组成部分和发展标志要组成部分和发展标志。改进高炉冷却设备
5、和采取先进的冷却技术改进高炉冷却设备和采取先进的冷却技术采用钒钛炉渣护炉技术采用钒钛炉渣护炉技术采用高质量炉衬采用高质量炉衬(碳砖、碳化硅砖等碳砖、碳化硅砖等)提高高炉的操作水平提高高炉的操作水平提高高炉寿命的对策提高高炉寿命的对策 各类因素之间关系的分析各类因素之间关系的分析1)1)产量和消耗之间的关系产量和消耗之间的关系2)2)产量与高炉寿命、效益之间的关系产量与高炉寿命、效益之间的关系3)3)产量与质量之间的关系产量与质量之间的关系3 3）产量与质量之间的关系）产量与质量之间的关系 铁水质量的主要指标铁水质量的主要指标l 铁铁 水水 含含 硫硫l 铁铁 水水 温温 度度I I过高时，炉料
6、停留时间过高时，炉料停留时间 脱硫反应能力脱硫反应能力加热不充分加热不充分 S S T T铁铁 如何处理好这五者的关系，对如何处理好这五者的关系，对降低焦比、提高产量、降低能耗降低焦比、提高产量、降低能耗有重要意义。有重要意义。高炉冶炼是一个逆流式连续过程。高炉冶炼是一个逆流式连续过程。炉料一进入炉子上部即逐渐受热并炉料一进入炉子上部即逐渐受热并参予诸多化学反应，在上部预热及还参予诸多化学反应，在上部预热及还原的程度对下部工作状况有极大影响，原的程度对下部工作状况有极大影响，通过控制操作制度可维持操作的稳定，通过控制操作制度可维持操作的稳定，这是高炉冶炼优质生铁与降低能耗的这是高炉冶炼优质生铁
7、与降低能耗的基础。基础。5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 高炉四大操作制度高炉四大操作制度l 装装 料料 制制 度度l 送送 风风 制制 度度l 造造 渣渣 制制 度度l 热热 制制 度度1)1)装料制度装料制度 炉料装入炉内方式的总称；炉料装入炉内方式的总称；不同炉料对煤气流的阻力有差异；不同炉料对煤气流的阻力有差异；炉料在高炉横截面上的分布状况影炉料在高炉横截面上的分布状况影响煤气流的分布；响煤气流的分布；煤气流分布直接影响矿石的下降、煤气流分布直接影响矿石的下降、还原、软化熔融等还原、软化熔融等。散料堆中的粒度分布情况散料堆中的粒度分布情况炉料性质对布料的影响（炉料性质对布料的影
8、响（A A）炉炉 料料 的的 粒粒 度度（不同粒度的混合料）（不同粒度的混合料）n大块炉料易于滚落到堆角大块炉料易于滚落到堆角 由于堆角处料层薄，相对透气性好；由于堆角处料层薄，相对透气性好；n小块炉料则多集中在堆尖小块炉料则多集中在堆尖 由于堆尖处料层厚，相对透气性差。由于堆尖处料层厚，相对透气性差。炉料性质对布料的影响（炉料性质对布料的影响（B B）炉炉 料料 的的 粒粒 度度（同一粒度的炉料）（同一粒度的炉料）大粒度的自然堆角小大粒度的自然堆角小 易于滚落到炉子中心易于滚落到炉子中心 小粒度的自然堆角大小粒度的自然堆角大 易于集中在炉子边缘易于集中在炉子边缘炉料性质对布料的影响（炉料性质
9、对布料的影响（C C）炉炉 料料 的的 种种 类类n焦炭的实际堆角小焦炭的实际堆角小 滚落到炉子中心的趋势大滚落到炉子中心的趋势大 中心气流相对发展中心气流相对发展 n矿石的实际堆角大矿石的实际堆角大 集中在炉子边缘的趋势大集中在炉子边缘的趋势大 边缘气流相对抑制边缘气流相对抑制影响炉喉布料的因素影响炉喉布料的因素 1.1.焦炭集中，透气性好，阻力小；焦炭集中，透气性好，阻力小；矿石集中，透气性差，阻力大。矿石集中，透气性差，阻力大。2.2.大块集中，透气性好，阻力小；大块集中，透气性好，阻力小；小块集中，透气性差，阻力大。小块集中，透气性差，阻力大。3.3.料层薄，透气性好，阻力小；料层薄，
10、透气性好，阻力小；料层厚，透气性差，阻力大。料层厚，透气性差，阻力大。4.4.炉料堆脚处，大块多，阻力小；炉料堆脚处，大块多，阻力小；炉料堆尖处，小块多，阻力大。炉料堆尖处，小块多，阻力大。高炉炉顶装料设备高炉炉顶装料设备 料车料车 钟式钟式P PW W 无钟式无钟式影响炉顶装料状况的因素影响炉顶装料状况的因素 可变因素可变因素l料线高度料线高度l料批大小料批大小l装料顺序装料顺序固定因素固定因素a a、布料设备参数布料设备参数1 1、布料器形式、布料器形式2 2、炉喉高度和直径、炉喉高度和直径3 3、大钟与炉喉间隙、大钟与炉喉间隙4 4、大钟倾角及速度、大钟倾角及速度5 5、无钟炉顶参数、无
11、钟炉顶参数b b、炉料特性炉料特性 堆比重堆比重,堆角堆角,粒度粒度,外外形形装装 料料 制制 度度控制炉内煤气流分布控制炉内煤气流分布 又称为又称为:上部调剂上部调剂 或或 上部调节上部调节炉料装入炉内方式的总称炉料装入炉内方式的总称可可 变变 因因 素素(l)(l)料线的定义料线的定义钟式炉顶大钟在开启位置时钟式炉顶大钟在开启位置时的下沿至料面的垂直距离的下沿至料面的垂直距离无钟炉顶旋转溜槽在最小夹无钟炉顶旋转溜槽在最小夹角时其出口至料面的垂直距离角时其出口至料面的垂直距离高炉正常料线深度为高炉正常料线深度为1.51.52.0m2.0m料线高低对布料的影响图示料线高低对布料的影响图示 一般
12、选用料线在碰撞点（面）以上，并保证加完一般选用料线在碰撞点（面）以上，并保证加完一批料后仍有一批料后仍有0.5m以上的余量，以免影响大钟或溜以上的余量，以免影响大钟或溜槽的动作，损坏设备。槽的动作，损坏设备。在碰撞点以上（炉况正常）在碰撞点以上（炉况正常）料线愈高，炉料堆尖离炉墙愈远料线愈高，炉料堆尖离炉墙愈远 发展边缘气流，抑制中心气流发展边缘气流，抑制中心气流在碰撞点以下（炉况失常）在碰撞点以下（炉况失常）炉料先与炉墙碰撞，布料混乱炉料先与炉墙碰撞，布料混乱 料线的高低可改变炉料的堆尖位置料线的高低可改变炉料的堆尖位置正常情况下正常情况下 高料线压制中心气流；低料线压制边缘气流。高料线压制
13、中心气流；低料线压制边缘气流。料线对布料的影响料线对布料的影响(2)(2)炉料批重定炉料批重定义义炉料是分批加入高炉的。炉料是分批加入高炉的。每批矿石的重量称为矿石批重；每批矿石的重量称为矿石批重；每批焦炭的重量称为焦炭批重。每批焦炭的重量称为焦炭批重。矿石与焦炭的重量比称为焦炭负荷。矿石与焦炭的重量比称为焦炭负荷。炉料批重对布料的影响图示炉料批重对布料的影响图示炉料批重对布料的影响炉料批重对布料的影响 v 矿石比焦炭的堆角大，当边缘堆到一定程度后，才矿石比焦炭的堆角大，当边缘堆到一定程度后，才能滑向中心；能滑向中心；v 批重越大，滑向中心的矿石越多，边缘气流发展；批重越大，滑向中心的矿石越多
14、，边缘气流发展；v 大批重时，炉料分布较均匀，煤气利用率提高；大批重时，炉料分布较均匀，煤气利用率提高；v 批重过大时，煤气量波动大，不利于顺行；批重过大时，煤气量波动大，不利于顺行；一般情况下一般情况下大矿批压中心；小矿批压边缘。大矿批压中心；小矿批压边缘。(3)(3)装料顺序定义装料顺序定义炉料中矿石和焦炭装入高炉炉料中矿石和焦炭装入高炉内的先后次序称为装料顺序内的先后次序称为装料顺序一般而言一般而言先入炉的料首先在炉墙边沿较多先入炉的料首先在炉墙边沿较多堆积到一定程度后才会滚向中心堆积到一定程度后才会滚向中心装料顺序装料顺序对布料的影响图示对布料的影响图示装料顺序对布料的影响装料顺序对布
15、料的影响 正装先装矿石，后装焦炭；正装先装矿石，后装焦炭；倒装先装焦炭，后装矿石；倒装先装焦炭，后装矿石；同装矿石和焦炭一起装入炉内；同装矿石和焦炭一起装入炉内；分装矿石和焦炭分别装入炉内。分装矿石和焦炭分别装入炉内。中心气流发展中心气流发展 正同装正同装，正分装正分装，倒分装，倒同装倒分装，倒同装边缘气流发展边缘气流发展 矿石粒度对布料的影响矿石粒度对布料的影响大块矿更大块矿更加重中心加重中心小块矿更小块矿更加重边缘加重边缘5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 高炉四大操作制度高炉四大操作制度l 装装 料料 制制 度度l 送送 风风 制制 度度l 造造 渣渣 制制 度度l 热热 制制 度
16、度 通过风口向炉内鼓风的各种控制参通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称数的总称.包括：风温、风量含氧量、风压、包括：风温、风量含氧量、风压、风口直径、喷吹量等参数风口直径、喷吹量等参数.两个重要参数：两个重要参数：风速风速和和鼓风动能鼓风动能 影响炉内原始煤气流的分布影响炉内原始煤气流的分布.2)2)送风制度送风制度 鼓鼓 风风 动动 能能20027367602737367602121PtsnQngQmVEkg.m/s式中：式中：Q0标准状态风量，标准状态风量，m3/s；g 重力加速度，重力加速度，m/s2；空气标态重度，空气标态重度，kg/m3；n 风口个数；风口个数；S 每个风口的通风截
17、面积，每个风口的通风截面积，m2；P 热风压力，表压热风压力，表压kg/cm2；t 热风温度，热风温度，。适宜的鼓风动能与高炉炉缸直径的关系适宜的鼓风动能与高炉炉缸直径的关系 01000 鼓风动能鼓风动能公斤公斤.米米/秒秒20003000400050001.02.03.04.05.0炉缸直径炉缸直径，米米 控制原始煤气流分布控制原始煤气流分布又称之为：下部调剂又称之为：下部调剂 或或 下部调节下部调节上部和下部上部和下部调节相配合调节相配合最佳煤气流动状态最佳煤气流动状态增大鼓风的动能增大鼓风的动能高炉中心气流发展高炉中心气流发展增大喷吹燃料量增大喷吹燃料量高炉中心气流发展高炉中心气流发展（
18、一般：下部调剂的反应较快）一般：下部调剂的反应较快）送送 风风 制制 度度5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 高炉四大操作制度高炉四大操作制度l 装装 料料 制制 度度l 送送 风风 制制 度度l 造造 渣渣 制制 度度l 热热 制制 度度3)3)造渣制度造渣制度 包括包括 熔化温度、熔化性温度、粘度、熔化温度、熔化性温度、粘度、炉渣成分、熔化滴落区间、炉渣成分、熔化滴落区间、脱硫性、排碱性、表面性能等脱硫性、排碱性、表面性能等 控制造渣过程和终渣性能控制造渣过程和终渣性能 控制炉渣各种理化性能的总称控制炉渣各种理化性能的总称 造渣过程造渣过程：软化开始温度、熔化开始软化开始温度、熔化开
19、始温度、软熔区间温度差、熔化终了温温度、软熔区间温度差、熔化终了温度、软熔过程中的压力降。度、软熔过程中的压力降。终渣性能终渣性能：使熔渣具有良好的热稳定使熔渣具有良好的热稳定性以保证炉缸良好的热状态和合理的性以保证炉缸良好的热状态和合理的渣铁温度以及控制好生铁成分，主要渣铁温度以及控制好生铁成分，主要是生铁中是生铁中SiSi和和SS。5.2 5.2 高炉操作制度高炉操作制度 高炉四大操作制度高炉四大操作制度l 装装 料料 制制 度度l 送送 风风 制制 度度l 造造 渣渣 制制 度度l 热热 制制 度度4)4)热制度热制度 在工艺操作上控制高炉内热状态方法的总称。在工艺操作上控制高炉内热状态
20、方法的总称。各种操作制度的综合结果各种操作制度的综合结果几乎所有操作参数变化都对热制度产生影响几乎所有操作参数变化都对热制度产生影响主要通过主要通过 上部调节焦炭用量上部调节焦炭用量下部调节送风参数下部调节送风参数控制炉内热状态控制炉内热状态 高炉热状态：高炉热状态：炉内各部位具有足够相炉内各部位具有足够相应温度的热量，以满足冶炼过程中加应温度的热量，以满足冶炼过程中加热炉料和各种物理化学反应需要的热热炉料和各种物理化学反应需要的热量以及过热液态产品达到要求的温度。量以及过热液态产品达到要求的温度。通常用通常用热量是否充沛热量是否充沛，炉温是否稳定炉温是否稳定衡量热状态。衡量热状态。5.3 5
21、.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 对于生产高炉，为了能对冶炼过程进行全面、定量的深入对于生产高炉，为了能对冶炼过程进行全面、定量的深入研究，发现增产、节焦的薄弱环节，提出努力方向和改革措研究，发现增产、节焦的薄弱环节，提出努力方向和改革措施，也常要进行物料平衡和热平衡计算。施，也常要进行物料平衡和热平衡计算。5.3.1 5.3.1 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 高炉物料平衡和热平衡以配料计算为基础，并严格遵守质高炉物料平衡和热平衡以配料计算为基础，并严格遵守质量守恒和能量守恒定律。量守恒和能量守恒定律。一、配料计算和物料平衡一、配料计算和物料平衡 配料计算的目的是根据已知原、燃料成分
22、和冶炼条件来决配料计算的目的是根据已知原、燃料成分和冶炼条件来决定矿石、燃料和熔剂的需要量，以获得性能良好的炉渣和合定矿石、燃料和熔剂的需要量，以获得性能良好的炉渣和合乎规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好基础。乎规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好基础。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 配料计算和物料平衡必须具备以下数据：配料计算和物料平衡必须具备以下数据：1 1 各种原料（包括喷吹物）的全分析（各种成分的总和应调各种原料（包括喷吹物）的全分析（各种成分的总和应调整到整到100%100%）；）；2 2 计算得到或实际所用的各种原料（包括喷吹物）重量，生计算得到或实际所
23、用的各种原料（包括喷吹物）重量，生铁产量、渣量、炉尘吹出量；铁产量、渣量、炉尘吹出量；3 3 冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分；冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分；4 4 炉顶煤气成分；炉顶煤气成分；5 5 鼓风参数（包括富氧程度、湿分等）；鼓风参数（包括富氧程度、湿分等）；6 6 各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算为了编制物料平衡必须进行风量和煤气量的计算。为了编制物料平衡必须进行风量和煤气量的计算。计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前被鼓风中的计算风量是根据碳平衡原理，
24、首先计算出风口前被鼓风中的氧所燃烧的碳量（氧所燃烧的碳量（C C风风）（5-65-6）式中式中 C C氧化氧化被鼓风和炉料中氧所氧化的碳量，被鼓风和炉料中氧所氧化的碳量，kgkg；C C直直被炉料中氧所氧化的碳量（即被炉料中氧所氧化的碳量（即SiSi、MnMn、P P、Fe Fe 直接还原消耗碳量），直接还原消耗碳量），kgkg。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉
25、能量利用计算 二、热平衡二、热平衡 通过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，通过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，从而找到改善热能利用、降低焦比的途径。从而找到改善热能利用、降低焦比的途径。常见的热平衡计算法有两种常见的热平衡计算法有两种:第一种是建立在盖斯定律基础上的，即依入炉物料的初态第一种是建立在盖斯定律基础上的，即依入炉物料的初态和出炉产物的终态来计算而与炉内实际反映过程无关。和出炉产物的终态来计算而与炉内实际反映过程无关。第二种是按炉内实际反应过程来计算热量消耗。第二种是按炉内实际反应过程来计算热量消耗。前者比较简便，但不考虑实际过程；后者比较实际，前者比较简便，但
26、不考虑实际过程；后者比较实际，但计算较繁。此处还有但计算较繁。此处还有“区域热平衡法区域热平衡法”，可根据高炉特，可根据高炉特定区域，如高炉下部的实际需要来进行。定区域，如高炉下部的实际需要来进行。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 实际生产中多用第一种实际生产中多用第一种热平衡法热平衡法。它是先分别计算出。它是先分别计算出冶炼过程中的热收入项和热支出项，然后编制出热平衡法，冶炼过程中的热收入项和热支出项，然后编制出热平衡法，根据能量守恒定律，热收入应等于热支出来进行比较和检根据能量守恒定律，热收入应等于热支出来进行比较和检查。查。举例如表举例如表5-25-2。其中热支出第九项外
27、部热损失，系根据。其中热支出第九项外部热损失，系根据热收入总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占热收入总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占百分数是否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值一般百分数是否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值一般为为36%36%，铸造生铁一般为，铸造生铁一般为610%610%。当然希望外部热损失低。当然希望外部热损失低一些好。此值过高，说明计算有错误，或焦比选择不当，一些好。此值过高，说明计算有错误，或焦比选择不当，应予以检查和调整。如果测试手段齐备，外部热损失也可应予以检查和调整。如果测试手段齐备，外部热损失也可用准确实测数据来计算。用准确实测数据来计
28、算。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3.2 5.3.2 高炉操作线图及其应用高炉操作线图及其应用 长期来，高炉工作者习惯于应用图长期来，高炉工作者习惯于应用图4-84-8的的r rd d-C-C曲线来曲线来分析还原和热消耗过程对焦比的影响。但该图没有表达出分析还原和热消耗过程对焦比的影响。但该图没有表达出冶炼过程风量和煤气成分的变化；同时要做出热量消耗曲冶炼过程风量和煤气成分的变化；同时要做出热量消耗曲线，往往需要进行繁杂的热平衡计算。线，往往需要进行繁杂的热平衡计算。1967
29、1967年，法国学者年，法国学者A A里斯特（里斯特（A ARistRist）和）和N N梅依森梅依森（N NMeyssemMeyssem）提出高炉操作线图（简称操作线），能直提出高炉操作线图（简称操作线），能直接表达出高炉冶金过程接表达出高炉冶金过程Fe-O-CFe-O-C体系的变化和高炉各生产指体系的变化和高炉各生产指标间的内在联系，对分析高炉冶金全过程甚为方便。这是标间的内在联系，对分析高炉冶金全过程甚为方便。这是高炉冶炼理论的一个重要发展。高炉冶炼理论的一个重要发展。5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 一构成操作线的基本原则一构成操作线的基本原则 高炉冶炼主要反应都涉及氧，是氧从
30、铁矿石和鼓风移高炉冶炼主要反应都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移向或转变成煤气的进程。如铁矿石的还原，碳的燃烧和气向或转变成煤气的进程。如铁矿石的还原，碳的燃烧和气化等。在这些涉及氧的反应中，氧有三个来源化等。在这些涉及氧的反应中，氧有三个来源铁的氧铁的氧化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向高温区碳氧化（包括燃烧和气化），最终生成高温区碳氧化（包括燃烧和气化），最终生成COCO；直接直接还原，铁及其它氧化物中的氧被碳夺取变成还原，铁及其它氧化物中的氧被碳夺取变成COCO；间接还原，间接还原，铁及其它氧化物中的氧被铁及其它氧化物中的氧被CO
31、CO夺取变成夺取变成COCO2 2，这些生成或转这些生成或转变成的变成的COCO和和COCO2 2，最终都进入煤气。最终都进入煤气。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 RistRist操作线正是抓住操作线正是抓住“氧的转移氧的转移”这个高炉冶炼最本这个高炉冶炼最本质的特征来描述高炉过程。质的特征来描述高炉过程。在物料平衡和热平衡中，常以在物料平衡和热平衡中，常以1 1吨生铁来计算。而操作吨生铁来计算。而操作线则以线则以1 1个铁原子，实际用个铁原子，实际用1kmolFe1kmolFe，即质量为即质量为56kg56kg的铁为的铁为基准来计算。这样，能更好的反应出化学反应是以原子、基
32、准来计算。这样，能更好的反应出化学反应是以原子、分子为单位进行的本质。例如分子为单位进行的本质。例如 工业单位工业单位 72kg 12kg 56kg 22.4m72kg 12kg 56kg 22.4m3 3 化学反应单位化学反应单位 1 1分子分子 1 1原子原子 1 1原子原子 1 1分子分子5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 操作线图系一平面直角坐标（图操作线图系一平面直角坐标（图5-45-4），），X X轴为氧、碳轴为氧、碳原子比，即原子比，即O/CO/C，主要用来表示氧的去向。主要用来表示氧的去向。Y Y轴为氧、铁原轴为氧、铁原子比，即子比，即O/FeO/Fe，主要用来表
33、示氧的来源。主要用来表示氧的来源。在在X X、Y Y平面上，线段平面上，线段ABAB及其投影及其投影X X（或（或x x）和和Y Y（或（或y y），），代表一种特定类型的氧的迁移。相应的氧的流量代表一种特定类型的氧的迁移。相应的氧的流量nOnO与沿着与沿着X X轴的煤气中的碳量轴的煤气中的碳量nCnC有关，也与沿着有关，也与沿着Y Y轴的固体炉轴的固体炉料中的铁量料中的铁量nFenFe有关。有关。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 线段线段ABAB的斜率的斜率 由于由于x x，y y均为正值，所以斜率均为正值，所以斜率u u亦为正值。斜率等于碳亦为正值。斜率等于碳同铁的产物量的
34、比值，即同铁的产物量的比值，即nC/nFenC/nFe，实际就是用实际就是用C/FeC/Fe原子比原子比表示的单位原子铁的碳量消耗，也就是以比值（分子表示的单位原子铁的碳量消耗，也就是以比值（分子CO/CO/原子原子FeFe）表示的单位原子铁的还原气体消耗量。表示的单位原子铁的还原气体消耗量。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 可见，斜率的意义在实际上与焦比（或燃料比）是完全可见，斜率的意义在实际上与焦比（或燃料比）是完全一致的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或一致的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或C/FeC/Fe原子比是原子比是一个定值。由于一个定值。由于u=C/Feu=C/Fe
35、原子比一定，故原子比一定，故O/FeO/Fe与与O/CO/C原子比原子比或或Y Y与与X X呈直线关系。呈直线关系。当表示若干氧的迁移过程时所有的线段都具有同一斜率当表示若干氧的迁移过程时所有的线段都具有同一斜率u u，而且可按一定顺序在斜率为而且可按一定顺序在斜率为u u的同一条直线的同一条直线AEAE上互相衔上互相衔接起来，就构成所谓的操作线（图接起来，就构成所谓的操作线（图5-55-5），由于是以原子），由于是以原子比为计量单位，所以操作线比为计量单位，所以操作线AEAE时一条直线，其斜率时一条直线，其斜率u=C/Feu=C/Fe原子比。实际代表了焦比或燃料比。原子比。实际代表了焦比或燃
36、料比。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算二操作线图各组成部分的理论分析二操作线图各组成部分的理论分析取纯碳（取纯碳（X=0X=0）和纯铁（和纯铁（Y=0Y=0）为坐标原点为坐标原点O O。引三条垂直线引三条垂直线：X=0X=0，纯碳，即纯碳，即Y Y轴；轴；X=1X=1，纯，纯COCO气体，这里气体，这里O/C=1O/C=1，即，即GFGF线；线；X=2X=2，纯，纯COCO2 2气体，这里气体，这里O/C=2O/C=2，即，即HXHX线（线（H H点对点对X X轴的垂线）。轴的垂线）。引两条水平线：引两条水平线：Y=0Y=0，纯铁，即纯铁，即X X轴；轴；Y=Y=yOyO，即，
37、即yOHyOH线，表示炉料中铁的氧化度（线，表示炉料中铁的氧化度（O/FeO/Fe原子比）。例原子比）。例如，如，FeFe2 2O O3 3=3/2=1.5=3/2=1.5；FeFe3 3O O4 4=1.33=1.33；FeO=1.0FeO=1.0。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 在在GFGF线左侧，线左侧，O OX X1 1的区间，为高炉下部的区间，为高炉下部C C氧化为氧化为COCO的的直接还原区，并用来描述还原性气体的生成。直接还原区，并用来描述还原性气体的生成。在在GFGF线右侧，线右侧，1 1X X2 2的区间，为的区间，为COCO转化为转化为COCO2 2的直接
38、还的直接还原区，并用来描述还原性气体的利用。原区，并用来描述还原性气体的利用。在在X X轴以上，即轴以上，即0 0Y Yy yO O的区间，用来表示炉料中铁氧化的区间，用来表示炉料中铁氧化物提供的氧，并用以描述整个高炉内铁的还原过程。其中物提供的氧，并用以描述整个高炉内铁的还原过程。其中ABAB部分在部分在Y Y轴上的投影即轴上的投影即y yi i，为用于间接还原，使为用于间接还原，使COCO转变为转变为COCO2 2的氧；的氧；BCBC部分在部分在Y Y轴上的投影即轴上的投影即y yd d，为用于直接还原，使为用于直接还原，使C C变为变为COCO的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了还原
39、的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了还原气体的生成，有参与了还原性气体的利用。气体的生成，有参与了还原性气体的利用。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 在在X X轴以下，坐标平面负的轴以下，坐标平面负的y y值一边，说明除铁的氧化物值一边，说明除铁的氧化物外，在高炉下部（炉腹、风口区、炉缸）发生作用的其它外，在高炉下部（炉腹、风口区、炉缸）发生作用的其它氧的来源。这些氧只参与还原性气体的生成，而未参与还氧的来源。这些氧只参与还原性气体的生成，而未参与还原性气体的利用。其中包括碳燃烧、气化、夺取脉石氧化原性气体的利用。其中包括碳燃烧、气化、夺取脉石氧化物中的氧而生成的物中的氧而
40、生成的COCO。如。如CDCD部分，它在部分，它在Y Y轴上的投影轴上的投影y yf f，为为脉石中脉石中SiSi、MnMn、P P、S S等氧化物直接还原提供的氧；等氧化物直接还原提供的氧；DEDE部分部分在在Y Y轴上的投影轴上的投影y yb b，为鼓风中提供的氧，用于碳的燃烧和气为鼓风中提供的氧，用于碳的燃烧和气化。化。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 在在Y Yy y0 0部分，即部分，即y y0 0H H水平线以上区域，用处很少，但它水平线以上区域，用处很少，但它可说明在高炉以外，使高炉煤气完全燃烧所需氧的来源，可说明在高炉以外，使高炉煤气完全燃烧所需氧的来源，如在热
41、风炉、加热炉、焦炉中应用高炉煤气作燃料进行的如在热风炉、加热炉、焦炉中应用高炉煤气作燃料进行的燃烧等。燃烧等。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5
42、.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算四操作线的应用四操作线的应用 掌握了高炉操作线原理，性质以及各线段和特性点的意掌握了高炉操作线原理，性质以及各线段和特性点的意义，就可用来解决高炉生产问题。义，就可用来解决高炉生产问题。例如，如可以根据特定高炉已知的矿石成分，炉顶煤气例如，如可以根据特定高炉已知的矿石成分，炉顶煤气成分，生铁成分，风口前燃烧的碳量，并在物
43、料平衡的热成分，生铁成分，风口前燃烧的碳量，并在物料平衡的热平衡计算基础上，选择适宜的数据组合，如平衡计算基础上，选择适宜的数据组合，如A A点及斜率点及斜率，A A点及点及D D点，或点，或P P点及斜率等，便可确定或描绘出该高炉的实点及斜率等，便可确定或描绘出该高炉的实际操作线，并与其理想操作线对分，分析各种因素对焦炭际操作线，并与其理想操作线对分，分析各种因素对焦炭的影响。如的影响。如A A点的变化，即精料水平的高低（点的变化，即精料水平的高低（YAYA），），煤气利煤气利用的好坏（用的好坏（XAXA）；）；5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 B B点的改变，即直接还原的变
44、化（点的改变，即直接还原的变化（YBYB或或yaya）；）；E E点（点（yaya）的变化，即风量或料批时速的变化；的变化，即风量或料批时速的变化；U U点（点（YuYu或或YfYf）的改变，的改变，即直接还原度的变化；即直接还原度的变化；V V点（点（Q/Q/qdqd）的改变，即渣量，炉渣的改变，即渣量，炉渣成分，渣、铁温度，生熔剂（石灰石）入炉量的变化；成分，渣、铁温度，生熔剂（石灰石）入炉量的变化；P P点点的改变（表现为的改变（表现为UVUV线的变化）等等，都会使操作线线的变化）等等，都会使操作线AEAE的斜的斜率（或焦比）发生变化。总之，几乎影响焦比的各种因素率（或焦比）发生变化。总
45、之，几乎影响焦比的各种因素都可通过操作线图来进行分析。这时，可按下式求得焦比都可通过操作线图来进行分析。这时，可按下式求得焦比（K K）和焦比的改变量（和焦比的改变量（KK）。）。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 此外，又由于此外，又由于Q=Q=ybybqb-ydqb-ydqdqd（见（见5-165-16式），其中式），其中ydyd，ybyb可由高炉仪表中的炉顶煤气分析和分量导出，而可由高炉仪表中的炉顶煤气分析和分量导出，而qdqd是常数，是常数，qbqb在风温，湿分一定时，也是常数
46、。因此，可由风量和煤在风温，湿分一定时，也是常数。因此，可由风量和煤气连续分析得到的数据，不断算出高炉各个时期的气连续分析得到的数据，不断算出高炉各个时期的Q Q值，充值，充分发挥电子计算机的作用，及时判断高炉高温区热状态，分发挥电子计算机的作用，及时判断高炉高温区热状态，并进行调节。并进行调节。5.3 5.3 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 高炉操作线在一个平面直角坐标系内，用一条直接（操高炉操作线在一个平面直角坐标系内，用一条直接（操作线），把高炉过程的一系列重要参数及其影响因素联系作线），把高炉过程的一系列重要参数及其影响因素联系在一起，使高炉操作者对高炉冶炼状况一目了然，并明确在一起
47、，使高炉操作者对高炉冶炼状况一目了然，并明确降低焦比（或燃料比）的方向和途径。因而不失为分析和降低焦比（或燃料比）的方向和途径。因而不失为分析和解决高炉问题的一个重要而方便的工具。但高炉操作线表解决高炉问题的一个重要而方便的工具。但高炉操作线表示的只是高炉稳定状态的情况，即是一种示的只是高炉稳定状态的情况，即是一种“静态模型静态模型”，而实际高炉炉况常处于变动之中，因此，更加需要寻求一而实际高炉炉况常处于变动之中，因此，更加需要寻求一种种“动态模型动态模型”来有效控制高炉。目前正在进行这种研究来有效控制高炉。目前正在进行这种研究和探索。和探索。5.4 5.4 高炉强化冶炼的措施高炉强化冶炼的措
48、施 5.4.15.4.1 精精 料料5.4.25.4.2 高高 压压 操操 作作5.4.35.4.3 高高 风风 温温5.4.45.4.4 喷喷 吹吹 燃燃 料料5.4.55.4.5 综综 合合 鼓鼓 风风5.4.1 5.4.1 精精 料料 1.高高2.稳稳3.熟熟4.小小5.匀匀6.净净 1.1.高高 铁矿石品位高，还原性高，焦炭铁矿石品位高，还原性高，焦炭中固定碳高，熔剂中中固定碳高，熔剂中CaOCaO高，各种原料高，各种原料机械强度高。机械强度高。2.2.稳稳 各种原料的化学成分稳定，波动各种原料的化学成分稳定，波动小。小。矿石成分差别很大，天然富矿入矿石成分差别很大，天然富矿入炉前混匀
49、，精矿和富矿粉烧结、造球炉前混匀，精矿和富矿粉烧结、造球前混匀。前混匀。3.3.熟熟 高炉全部装入烧结矿和球团矿，高炉全部装入烧结矿和球团矿，尽量不加石灰石入炉。尽量不加石灰石入炉。4.4.小、匀、净小、匀、净 平均粒度小，粒度均匀，缩小上平均粒度小，粒度均匀，缩小上下限粒度差，大于上限大块破碎，小下限粒度差，大于上限大块破碎，小于下限粉末筛除干净。于下限粉末筛除干净。综上所述，关键使用高品位（综上所述，关键使用高品位（SiOSiO2 25%5%），低渣量（），低渣量（300kg/t300kg/t铁），高还铁），高还原性，低原性，低（FeOFeO）（5%5%），高强度，成），高强度，成分稳定，
50、粒度均匀的熔剂性人造富矿，分稳定，粒度均匀的熔剂性人造富矿，避免石灰石入炉。避免石灰石入炉。人造富矿的发展方向人造富矿的发展方向 对于原料条件复杂，如有富矿粉、精矿对于原料条件复杂，如有富矿粉、精矿粉（粒度较粗）及各种含铁粉尘杂料时，粉（粒度较粗）及各种含铁粉尘杂料时，适宜采用适宜采用烧结法烧结法处理。处理。对于原料条件单一，尤其是过细精矿的对于原料条件单一，尤其是过细精矿的处理，适宜采用处理，适宜采用球团法球团法处理。处理。提高人造富矿的高温冶金性能提高人造富矿的高温冶金性能 1.1.人造富矿的还原强度（抑制还原膨人造富矿的还原强度（抑制还原膨胀、粉化）；胀、粉化）；2.2.人造富矿的高温还
