高风温对高炉炼铁的影响及重要作用分析

高风温对高炉炼铁的影响及重要作用分析

李明

唐山钢铁集团有限责任公司河北省唐山市063016

摘要：本文首先介绍了我国现阶段主要采用的集中高炉炼铁方式，以及其在高炉炼铁中的优势和缺点。其次主要分析了高风温在炼铁和喷吹燃料中产生的影响。旨在明确高风温在高炉炼铁中发挥的作用，为今后更加合理科学的利用高风温进行生产提供帮助。

关键词：高风温；高炉炼铁；影响；作用

引言

最近这些年，高炉炼铁技术受到了多个方面与因素的制约，其中包括资源的匮乏、能源供应紧张以及生态保护方面的问题，对高炉炼铁技术的进步造成了巨大的阻碍。在如今日渐激烈的竞争环境中，为了实现可持续发展，高炉炼铁技术必须取得突破性的进展，而要实现效率高、消耗低、节约能源、减少排放、循环经济、环境保护等目的。提升高炉炼铁温度、降低燃料比、改善高炉技术就是一件势在必行的事。面临当前的世界范围内的高炉炼铁市场环境，缺乏资源、能源供应不足和生态环境的限制，如何在这一现状下确保可持续发展的高炉炼铁，实现低碳化和循环经济，需要我们努力打造效率高、低成本、低能耗的高炉炼铁生产系统。高风温是目前高炉炼铁的一项关键技术。风温的增长是目前钢铁冶炼中有效实现循环经济、低碳减压、节能减排和可持续发展的关键技术。高风温不但有利于提升高风温技术水平、降低二氧化碳排放，同时也起到了带领行业向科学化、合理化发展的关键。

一、现阶段我国热风炉种类

（一）内燃式热风炉

在内燃式热风炉中，燃烧室和蓄热器位于同一位置，燃烧室位于壳体的一边，与蓄热器用隔热材料隔离。该结构的关键问题是隔墙两边温度差异较大，特别是下层；拱顶位于壳里的墙体上，墙体的温度分布不均匀，且耐火砖各部位的膨胀会产生不同的裂缝效应。损坏时，大墙、拱顶砖、隔墙等，会使蓄热器再加热，很可能造成蓄热器错位、热空气管道损坏。改进的内燃式热风炉是在大型膨胀墙与滑动缝之间设置隔墙，使耐火砖能够上下自由移动，左右移动，增加隔墙中间保温层，降低温差。在墙体蓄热器一边放置耐热钢板，采用陶瓷燃烧器，穹顶的高温区域为硅砖。改进的内燃式热风炉具有占用空间小、低投资的好处，同时它仍然可以提供一个温度1200℃的风温，具有极高的实用价值。

（二）外燃式热风炉

这种热风炉的燃烧室是放在炉子壳体之外的，这样的形式有效消除了热风炉隔壁造成的缺点，使其内部结构更加稳定，使气体流动更加均匀。除此之外，外燃式热风炉的风温可以达到1200℃，而且拥有假期长的使用寿命。这些优点使其在目前的2000m³容积级别的高炉中，受到了广泛的应用。不过它也有缺点，例如结构复杂、资金投入大、占地面积大等。

（三）顶燃式热风炉

这种热风炉没有燃烧室的设计，其好处是：避免了内燃隔墙造成的问题，在同等容积的情况下，蓄热室空间扩大了30%~35%；采用短焰燃烧器，进行炉顶燃烧，能够使热量更加集中，热损也就更小，有效增加了拱顶的温度。另外，它的结构简单，拥有很高的强度，砖型也易于建造，不但改善了耐火材料的工作条件，减小了占地面积，相比于普通外燃式热风炉，它使用的钢材和耐火材料数量也减小了25%左右。然而其也存在缺点，短焰燃烧器的良好性能使得拱顶使用较好的耐火材料成为了必要，炉拱必须要拥有快速冷却和耐热耐火的特性，否则会造成安装在炉顶的热风管胀形变形。

（四）球式热风炉

球形热风炉是最容易损坏的热风炉之一，蓄热室采用耐火球代替格子砖。由于球的储存面积大，蓄热室的高度得以降低，热风炉的高度也随之降低。随着生产时间的增加，球的孔隙率由0.42降低到0.28。因此，风阻逐渐增大，球需要定期更换。由于球床体积小，蓄热不足，其在送风过程中风温下降较大。而由于送风时间短，球形高炉仅适用于4000m³以下的中小型高炉。

二、高风温对高炉炼铁的影响

（一）减少风口燃烧碳量

在冶炼装置发热量固定的前提下，热风带入高炉的干热高热代替了通风冶炼装置焦炭燃烧释放的热量。这种替代给高炉冶炼带来了巨大的焦炭效应，进入高炉的热空气可以充分利用高炉下部，焦炭燃烧释放的热量只用于大部分高炉，高炉损失的气体较少。然而，随着温度的升高，在风口前燃烧的碳量在减少。例如，风温由0℃增加到100℃，所需要燃烧碳降低了20%，温度从1000℃上升到1100℃的，增加的碳的使用量只有5.2%。这也是造成风温升高、离焦效应减弱的主要原因之一。

（二）调节高度上的温度变化

具体如下：（1）t理的数值增加，和风温的温度上升成正相关，其比例为60~80℃/100℃，所以炉的温度上升，1000℃以上高温区向下转移；（2）炉体及炉顶温度下降。当风口前燃烧的碳量减少时，气体体积减小，气体与充水当量的比值减小。而随着风温的进一步升高，炉体温度和炉顶温度也随之降低。例如，风温为500℃到800℃时，顶部的温度随风温下降而下降，其比例为30℃/100℃。当风温在700~000℃的范围，炉内温度减少比值为22℃/100℃，而当风温范围在1000℃-1100℃时，其比例只有到15%/100℃；（3）有一个扩展的中间温度区（低于1000℃），这是由高温区的向下移动造成的。这种温度的重新分布会对高炉中的还原和气体的流动产生影响。

（三）提升铁还原度

使用高风温后，随着风温的升高，降低了风口前碳含量，减少了一氧化碳的形成，而降低炉温则减少了氧化铁的间接还原。中温区轻度膨胀有利于间接还原，但前两种方式的影响大于后两种方式，因而减少的影响更加明显。

（四）增加料柱的阻损

当风温较高时，焦比降低，料柱的阻损降低，透气性恶化，炉温度降低，实际气体流速增加，下部炉温过高，导致大量的一氧化硅形成。炉膛内压差增大，炉膛下部压差尤为严重，这给降低成本带来了困难。若不能采取有效方式及时提高料柱的渗透性，高炉将被迫降低冶炼强度，来让高炉正常运行。根据统计，随着风温每增加100℃，炉内压差增加约5kpa，冶炼强度降低。其数值在3%到3.5%之间。

三、高风温对喷吹燃料的影响

风温的提高为喷吹燃料提供了良好的环境。在高风温状态下，炉内热量增加，保证了燃烧区温度的升高，促进了喷吹燃料的裂解和喷油，促进了热能和化学能的充分利用。据统计，在风温每增加1℃，可以喷洒重油0.25公斤/t铁。高炉中的风温增加从1000℃到1100℃，油比增加了35公斤/t铁，焦比下降了55公斤/t铁，燃料比下降了20公斤/t铁，铁产量增加268吨，质量率提高1.0%。气体中的二氧化碳增加了0.7%。在扣除风温本身和硅对生铁的影响后，置换比增加0.3%，焦炭比减少约6kg，因此，风温的增高会影响喷吹燃料。

高风温是提升喷煤比的基础保证。理论上，高炉冶炼所需的正常燃烧温度是2200℃±50℃。然而，每喷吹10公斤/t煤粉，理论燃烧温度将会下降，无烟煤下降15℃到20℃，水洗煤将下降20℃到25℃，如果煤粉的比率高于100公斤/t，理论燃烧温度将下降150℃到250℃，如果风口理论燃烧温度不能得到有效改善，高炉生产将陷入困境。当风温上升100℃，理论燃烧温度增加约60℃。富氧鼓风除湿鼓风的应用，对理论燃烧温度的提升不像风温提升这么明显。通常，高炉炼铁增加热风温每提高100℃，可以减少焦炭比15到20公斤/t，并且煤炭分的喷射量将提高30公斤到40公斤/t。

结语

综上所述，高风温能够使炉缸内的温度有效提升，不但能够改善燃料喷吹，同时能够减少风口碳燃烧量，调节炉内温度，使铁的还原度有效提高，并增加料柱的阻损。因而，提高风温对高炉炼铁有着重要的作用，应该加大这项技术的推广力度，从而有效提升高炉炼铁的效率。

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