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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