1、高炉炉内操作制度,高炉操作的任务,高炉操作的任务是在已有原燃料和设备等物质条件的基础上，灵活运用一切操作手段，调整好炉内煤气流与炉料的相对运动，使炉料和煤气流分布合理，在保证高炉顺行的同时，加快炉料的加热、还原、熔化、造渣、脱硫、渗碳等过程，充分利用能量，获得合格生铁，达到高产、优质、低耗、长寿、高效益的最佳冶炼效果。,实现高炉操作任务方法,一是掌握高炉冶炼的基本规律，选择合理的操作制度。二是运用各种手段对炉况的进程进行正确的判断与调节，保持炉况顺行。实践证明，选择合理操作制度是高炉操作的基本任务，只有选择好合理的操作制度之后，才能充分发挥各种调节手段的作用。,高炉操作制度就是对炉况有决定性影
2、响的一系列工艺参数的集合。包括热制度、造渣制度、送风制度及装料制度。,1 热制度,热制度是指在工艺操作上控制高炉内热状态的方法的总称。（炉缸应具有的温度水平）高炉热状态是指炉子各部位具有足够相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量，以及过热液态产品达到要求的温度。通常用热量是否充沛、炉温是否稳定来衡量热状态。人们特别重视炉缸热状态，因为决定高炉热量需求和吨铁燃料消耗的是高炉下部，所以用炉缸能说明热状态的一些参数来作为稳定热制度的调节依据。,传统的表示热制度的指标是两个。一个是铁水温度，正常生产是在13501550 之间波动，一般为1450 左右，俗称“物理热”。另一个
3、指标是生铁含硅量，因硅全部是直接还原，炉缸热量越充足，越有利于硅的还原，生铁中含硅量就高，所以生铁含硅量的高低，在一定条件下可以表示炉缸热量的高低，俗称“化学热”。,影响热制度的因素,影响热制度的因素实际上就是影响炉缸热状态的因素。炉缸热状态是由高温和热量两个重要因素合在一起的高温热量来表达的：单有高温而没有足够的热量，高温是维持不住的，单有热量而没有足够高的温度就无法保证高温反应的进行(例如Si的还原、炉渣脱硫等)，也不能将渣铁过热到所要求的温度。,高温是由燃料在风口燃烧带内热风流股中燃烧达到的，t理是它理论上最高温度水平；而热量是由燃料在燃烧过程中放出的热量来保证；而加热焦炭(达到所要求的
4、温度tc=(0.70.75) t理)和过热渣铁(温度到t渣=1550 左右及t铁水=14501500 )，还需要有良好的热交换，将高温煤气热量传给焦炭和渣铁。,影响炉缸热制度的因素：,(1)影响高温(t理)方面的因素，如风温、富氧、喷吹燃料，鼓风湿度等； (2)影响热量消耗方面的因素，如原料的品位和冶金性能，炉内间接还原发展程度等； (3)影响炉内热交换的因素，例如煤气流和炉料分布与接触情况，传热速率和热流比等；,影响炉缸热制度的因素,(4)日常生产中设备和操作管理因素。如冷却器是否漏水，装料设备工作是否正常，称量是否准确，操作是否精心等。由于燃料消耗既影响高温程度，又影响热量供应，所以生产上
5、常将影响燃料比(或焦比)的因素与高炉热状态的关系联系起来分析。,在生产中控制好炉缸热状态,炉缸热状态是高炉冶炼各种操作制度的综合结果，生产者根据具体的冶炼条件选择与之相适应的焦炭负荷，辅以相应的装料制度，送风制度，造渣制度来维持最佳热状态。,日常生产中因某些操作参数变化而影响热状态，影响程度轻时采用喷吹量、风温、风量的增减来微调；必要时则调负荷；而严重炉凉时，还要往炉内加空焦(带焦炭自身造渣所需要的熔剂)或净焦(不带熔剂)。一般调节的顺序是：富氧喷吹量风温风量装料制度变动负荷加空焦或净焦。,2 造渣制度,造渣制度是指根据原料条件，产品的品种质量及冶炼对炉渣性能的要求，选择合适的炉渣成分(重点是
6、碱度)及软熔带结构和软熔造渣过程,高炉炼铁对选择造渣制度的要求,选择造渣制度主要取决于原料条件和冶炼铁种，应尽量满足以下要求： (1)在选择炉料结构时，应考虑让初渣生成较晚，软熔的温度区间较窄，这对炉料透气性有利，初渣中FeO含量也少;(2)炉渣在炉缸正常温度下应有良好的流动性，1400 时黏度小于1.0 Pas，1500C时0.20.3 Pas，黏度转折点不大于13001250 。(3)炉渣应具有较大的脱硫能力;,(4)当冶炼不同铁种时，炉渣应根据铁种的需要促进有益元素的还原，阻止有害元素进入生铁;(5)当炉渣成分或温度发生波动(温度波动25 ，CaO/SiO2波动0.5)时，能够保持比较稳
7、定的物理性能;(6)炉渣中的MgO含量有利于降低炉渣的黏度和脱硫。在Al2O3不高时，其含量应在710，在Al2O3高时含量可提高到12 。,利用不同炉渣的性能满足生产需要,通常是利用改变炉渣成分包括碱度来满足生产中的下列需要： (1) 因炉渣碱度过高而炉缸产生堆积时，可用比正常碱度低的酸性渣去清洗。若高炉下部有黏结物或炉缸堆积严重时，可以加入萤石(CaF2)，以降低炉渣黏度和熔化温度，清洗下部黏结物。,利用不同炉渣的性能满足生产需要,(2) 根据不同铁种的需要利用炉渣成分促进或抑制硅、锰还原。当冶炼硅铁、铸造铁时，需要促进硅的还原，应选择较低的炉渣碱度；但冶炼炼钢铁时，既要控制硅的还原，又要
8、较高的铁水温度，因此，宜选择较高的炉渣碱度。各铁种的炉渣碱度一般如下：,利用不同炉渣的性能满足生产需要,(3)利用炉渣成分脱除有害杂质。当矿石含碱金属(钾、钠)较高时，为了减少碱金属在炉内循环富集的危害，需要选用熔化温度较低的酸性炉渣。相反，若炉料含硫较高时，需提高炉渣碱度，以利脱硫。如果单纯增加CaO来提高炉渣碱度，虽然CaO与硫的结合力提高了，可是炉渣黏度增加、铁中硫的扩散速度降低，不仅不能很好地脱硫，还会影响高炉顺行；特别是当渣中MgO含量低时，增加CaO含量对黏度等炉渣性能影响更大。因此，应适当增加渣中MgO含量，提高三元碱度(CaO+MgO)/SiO2以增加脱硫能力。,利用不同炉渣的
9、性能满足生产需要,虽然从热力学的观点看，MgO的脱硫能力比CaO弱，但在一定范围内MgO能改善脱硫的动力学条件，因而脱硫效果很好。首钢曾做过将MgO含量由4.31提高到16.76的试验，得到氧化镁与氧化钙对脱硫能力的比值是0.891.15，MgO含量以7 12 为好。,3 送风制度,送风制度是指在一定冶炼条件下选择适宜的鼓风参数。 （在一定的冶炼条件下选定合适的鼓风参数和风口进风状态，以形成一定深度的回旋区，达到原始煤气分布合理、炉缸圆周工作均匀活跃、热量充足。）,送风制度的重要性,送风制度稳定是煤气流稳定的前提，是保证高炉稳定顺行、高产、优质、低耗的重要条件，由于炉缸燃烧带在高炉炼铁中的重要
10、性决定了选择合理送风制度的重要作用。,送风制度包括风量、风温、风压、风中含氧、湿分、喷吹燃料以及风口直径、风口倾斜角度和风口伸入炉内长度等参数，由此确定两个重要参数：风速和鼓风动能。根据炉况变化对上述各种参数进行的调节常被称作下部调节。,风速,定义：高炉炼铁中鼓风通过风口时所达到的速度。用单位时间内通过一个风口的风量Q（m3 /s)除以风口截面积（m2）求得表示方法：1、标准风速：用标准状态下的风量Q0算得2、实际风速：用冶炼实际风温（t风）和热风压力p条件下算得,鼓风动能,从风口鼓入炉内的风，克服风口前料层的阻力后向炉缸中心扩大和穿透的能力（即鼓风所具有的机械能）它是使焦炭回旋运动的根本因素
11、。表示：E=1/2mv2E 鼓风动能；V 鼓风速度（实际状态下），m/s,为方便计算，一般采用下式：Q0鼓风流量，m3 /s； t鼓风温度，； p鼓风压力，kg/cm2 ； n风口个数，个； f一个风口的风口面积，m2 。 由上式看出，鼓风动能与风量、风温、风压及风口面积等因素有关,风速和鼓风动能与冶炼条件有关，它们在一定程度上决定着燃烧带和回旋区的大小，也就决定着燃烧带和回旋区的大小，也就决定着初始煤气的分布。,风速和鼓风动能的选择,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
12、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(见图1风口下方黑色死角)而使风口下端烧坏。,图1 风口风速和鼓风动能对燃烧带和回旋区的影响1、2鼓风动能过小，无回旋区的层状燃烧；3、5、6一有回旋区的燃烧带；4、7、8一鼓风动能过大出现顺时针方向涡流,正确选择风速和鼓风动能,(1)用经验式估算。许多高炉工作者对风速和鼓风动能与高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(表1和图2) 表1 炉缸直径d缸与风速和鼓风动能的关系(冶炼强度0.91.2),图2 炉缸直径与鼓风动能的关系,(2)控制好合适的回旋区或燃烧带。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，
13、以保持炉缸圆周上和径向上煤气流和温度分布合理。现在常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， (上式中L回为回旋区长度，m)。不同炉缸直径时的A回/A缸值和适宜的回旋区深度列于表2。,表2 不同炉缸直径的A回/A缸和回旋区深度,(3)充分考虑风速、鼓风动能与冶炼强度、原燃料质量、鼓风富氧、喷吹燃料等的关系，调整生产中的鼓风动能达到适宜范围。表1和表2以及图2介绍的都是经验值，而且有一个数值范围，需要结合具体生产条件加以调整，总的调整原则是：凡是遇减少煤气体积、改善透气性和增加煤气扩散能力的因素就需提高风速和鼓风动能；相反则需降低风速和鼓风动能。,冶炼强度与鼓风动能的关系,
14、生产实践证明，在相似的冶炼条件下，鼓风动能随冶炼强度的提高而降低 。,入炉原料质量与鼓风动能的关系,评价原料质量好坏的内容很多，经常使用的主要评价指标之一有矿石含铁量、含粉率(小于5 mm)和高温冶金性能等，这些指标都对料柱透气性有很大影响。长期生产实践证明，原料含铁量高、渣量少、粒度均匀、含粉率低，高温冶金性能好能适应较大的风速与鼓风动能。而且相比之下，含粉率高的不利影响最为明显。,喷吹燃料与鼓风动能的关系,高炉喷吹燃料代替部分焦炭，必然增加焦炭负荷，料柱内矿石量增加，焦炭量减少料柱透气性越差，加上部分喷吹燃料在直吹管内就燃烧，增大了风口出口处的混合气体量(部分燃料燃烧形成的煤气与鼓风的混合
15、气体)，而且喷吹燃料的挥发分高，燃烧形成的煤气量也大，所以，在其他条件相似时，喷吹量在100 kg左右时的风速、鼓风动能都应比不喷吹燃料时低一些。,近年来随着精料技术的进步和大喷煤量(180220 kg/t生铁)的实现，出现了相反的现象，即大喷煤量下边缘气流发展了，中心打不开，需要用中心加焦、缩小风口以增大风速等手段来发展中心。因此，喷煤量大时，风速和鼓风动能的变化应根据实际情况决定。,利用直观现象与仪表判断送风制度的合理性,判断送风制度是否合理除了计算风速、鼓风动能、理论燃烧温度、测量回旋区深度外，还可通过直观现象与有关仪表的反映进行判断。表3列出了长期生产实践中积累分析风速和鼓风动能过大、
16、过小的经验。,表3 判断鼓风动能的直观表象,4 装料制度,装料制度是炉料装入炉内方式的总称或是对炉料装入炉内方式的有关规定。通过选择装料制度，用改变炉料在炉喉的分布达到煤气流分布合理，实现改善煤气热能和化学能的利用性能以及炉况顺行状况的调节方法称为上部调节。,由于炉顶装料设备的密闭性，炉料在炉喉分布的实际情况是无法直观地见到的。生产中是以炉喉处煤气中CO2分布，或煤气温度分布，或煤气流速分布作为上部调节的依据。一般来说炉料分布少的区域，或炉料中透气性好的焦炭分布多的区域，煤气流就大，相对地煤气中CO2含量就较低，煤气温度就较高，煤气流速也较快，反之亦然。因此在生产中只要有上述三个依据之一就可以
17、判断。,从煤气利用角度出发，炉料和煤气分布在炉子横断面上分布均匀，煤气对炉料的加热和还原就充分。但是从炉料下降，炉况顺行角度分析，则要求炉子边缘和中心气流适当发展。边缘气流适当发展有利于降低固体料柱与炉墙间的摩擦力，使炉子顺行；适当发展中心是使炉缸中心活跃的重要手段，也是炉况顺行的重要措施。在生产中由原燃料条件的差异和操作技术水平的不同，存在不同煤气分布情况。,生产者应根据各自的生产条件，选定适合于生产的煤气分布类型，然后应用炉料在炉喉分布规律，采用不同的装料制度来达到具体条件下的炉况顺行，煤气利用好的状态。,可供高炉操作者选择的装料制度的内容有：批重、装料顺序、料线、装料装置的布料功能变动(
18、例如双钟炉顶的布料器工作制度，变径炉喉活动板工作制度；无钟炉顶的布料溜槽工作制度)等 。,料线及其高低对布料的影响,料线及其高低对布料的影响在我国料钟式高炉，以大钟最大行程的大钟下沿为零点，无料钟式高炉，以溜槽垂直位置下端为零点，也有用距下端0.50.9 m作为料线零点，从零点到炉内料面的距离叫做料线。高炉生产时要选定一个加料的料线高度，一般中小高炉的料线在1.21.5 m，大高炉的在1.52.0 m。料线的高低，可以改变炉料堆尖位置与炉墙的距离（见图 ）,不同料线时炉料堆尖的位置,批重及合理的批重,装入炉内一批料的质量称为批重，一批料中矿石部分的质量称为矿石批重，焦炭部分的质量称为焦炭批重，
19、知道其中之一的批重和负荷就可算出另一种的批重，生产中常说的批重大小是指矿石批重。,在一定冶炼条件下，每座高炉有个合适的矿石批重，在选定时可参考同类操作得好的高炉的资料，也可参考一些研究者的建议或经验式计算：,矿石性质对炉料在炉内的分布的影响,矿石影响布料的因素主要是堆密度、粒度等对堆角与滚动性的影响。天然矿石堆密度大、滚动性差、堆角大，相对地在炉内边缘堆得多；烧结矿疏松多孔，堆密度小，同等重量的体积大，炉内分布面宽，相对地减少了边缘堆积量；球团矿虽然密度比烧结矿大些，但形状整齐呈球形，堆角小易滚到中心。按加重边缘由重到轻排列，其顺序是：天然矿烧结矿球团矿。另外，石灰石之类的熔剂，应尽量布放到中
20、心，防止边缘生成高黏度初渣，使炉墙结厚。,炉况判断和判断手段,高炉顺行是达到高产、优质、低耗、长寿、高效益的必要条件。为此不是选择好了操作制度就能一劳永逸的。在实际生产中原燃料的物理性能、化学成分经常会产生波动，气候条件的不断变化，入炉料的称量可能发生误差，操作失误与设备故障也不可能完全杜绝，这些都会影响炉内热状态和顺行。炉况判断就是判断这种影响的程度及顺行的趋向，即炉况是向凉还是向热，是否会影响顺行，它们的影响程度如何等等。,一 是直接观察，如看入炉原料外貌，看出铁、出渣、风口情况；二 是利用高炉数以千、百计的检测点上测得的信息在仪表或计算机上显示重要数据或曲线，例如风量、风温、风压等鼓风参
21、数，各部位的温度、静压力、料线变化、透气性指数变化，风口前理论燃烧温度、炉热指数、炉顶煤气CO2曲线、测温曲线等。在现代高炉上还装备有各种预测、控制模型和专家系统，及时给高炉操作者以炉况预报和操作建议，操作者必须结合多种手段，综合分析，正确判断炉况。,调节炉况的手段与原则,调节炉况的目的是控制其波动，保持合理的热制度与顺行。选择调节手段应根据对炉况影响的大小和经济效果排列，将对炉况影响小、经济效果好的排在前面，对炉况影响大，经济损失较大的排在后面。它们的顺序是：喷吹燃料风温(湿度) 风量装料制度焦炭负荷净焦等。,调节炉况的原则,一、要尽早知道炉况波动的性质与幅度，以便对症下药；二、要早动少动，
22、力争稳定多因素，调剂一个影响小的因素 。,调节炉况的原则,三、要了解各种调剂手段集中发挥作用所需的时间，如喷吹煤粉，改变喷吹量需经34 h才能集中发挥作用(这是因为刚开始增加喷煤量时，有一个降低理论燃烧温度的过程，只有到因增加煤气量，逐步增加单位生铁的煤气而蓄积热量后才有提高炉温的作用)，调节风温(湿度)、风量要快一些，一般为1.52 h，改变装料制度至少要装完炉内整个固体料段的时间，而减轻焦炭负荷与加净焦对料柱透气性的影响，随焦炭加入量的增加而增加，但对热制度的反映则属一个冶炼周期；,调节炉况的原则,四、当炉况波动大而发现晚时，要正确采取多种手段同时进行调节，以迅速控制波动的发展。在采用多种
23、手段时，应注意不要激化煤气量与透气性这一对矛盾，例如严重炉凉时，除增加喷煤、提高风温外，还要减风、减负荷。即不能单靠增加喷煤、提高风温等增加炉缸煤气体积的方法提高炉温，还必须减少渣铁熔化量和单位时间煤气体积及减负荷改善透气性，起到既提高炉温又不激化煤气量与透气性的矛盾，以保持高炉顺行。,回顾,高炉四大基本操作制度：(1)热制度，即炉缸应具有的温度与热量水平；(2)造渣制度，即根据原料条件，产品的品种质量及冶炼对炉渣性能的要求，选择合适的炉渣成分(重点是碱度)及软熔带结构和软熔造渣过程；(3)送风制度，即在一定冶炼条件下选择适宜的鼓风参数；(4)装料制度，即对装料顺序、料批大小和料线高低的合理规定。高炉的强化程度、冶炼的生铁品种、原燃料质量、高炉炉型及设备状况等是选定各种合理操作制度的根据。,
