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1、5.3 高压压操作 Your company sloganYour company slogan 提高炉顶煤气压力的操作称为高压操作，是相对于常压操作而言的。一般常压高 炉炉顶压力(表压)低于30kPa，凡炉顶压力超过此值者，均为高压操作。它是通 过安装在高炉煤气除尘系统管道上的高压调节阀组，改变煤气通道截面积，使其比 常压时为小，从而提高炉顶煤气压力的。由于炉顶压力提高，高炉内部各部分的压 力都相应提高。整个炉内的平均压力也提高，使高炉内发生一系列有利于冶炼的变 化，促进了高炉强化和顺行。 自20世纪50年代开始，高压操作成为强化高炉冶炼的有力手段。特别是对 2000m以上大型高炉，高压操作
2、更为明显。可以说，高炉容积愈大，为保证强 化顺行所需的炉顶压力应愈高；高炉强化程度愈高。愈需要实行高压操作。因此国 外一些巨型高炉，如日本大分厂2号高炉(内容积5070m)，炉顶压力高达 275kPa，1980年7月平均获得利用系数2.04t(md)，燃料比426kg/t 铁(焦比3834kg/t)的优良结果。日本扇岛1号高炉(4052m)，炉顶压力高 于196kPa，炉顶煤气CO2含量达到20一30，获得了煤气能量利用的高水 平。其他4000m级高炉，炉顶压力一舶都在200一300kPa。新设计的巨型高 炉，一般都按250kPa以上的高压操作考虑。 Your company sloganYo
3、ur company slogan Table of Contents 5.3.1 5.3.1 高高压压压压操作系操作系统统统统 5.3.2 5.3.2 高高压压压压操作的影操作的影响响 Your company sloganYour company slogan 5.3.1 高压压操作系统统 5.3.1 高压操作系统 高炉炉顶顶煤气剩余压压力的提高，是由煤气系统统中的高压调节阀组织压调节阀组织 控制阀门阀门 的 开闭闭度来实现实现 的。前苏联苏联 最早试验时试验时 ，曾将这这一阀组设阀组设 置在煤气导导出管上、它 很快被煤气所带带炉尘尘所磨坏，因而试验试验 未获获成功。后来在改进阀组结进阀组
4、结 构并将其安 装在洗涤涤塔之后，才取得成功(图图54)。长长期以来，由于炉顶顶装料设备设备 系统统中 广泛使用着双钟马钟马 基式布料器，它既起着封闭闭炉顶顶，又起着旋转转布料的作用，布 料器旋转转部位的密封一直阻碍着炉顶压顶压 力的进进一步提高。只有到20世纪纪70年代 实现实现 了“布料与封顶顶分离”的原则则，即采用双钟钟四阀阀、无钟钟炉顶顶等装备备以后，炉 顶顶煤气压压力才大幅度提高到150kPa，甚至达到200一300kPa。 Your company sloganYour company slogan 5.3.1 高压压操作系统统 应应当指出，消耗在调压阀组调压阀组 的剩余压压力是由
5、风风机提供的，而风风机为为此提高了风压风压 是消耗了大量的能量的(由电动电动 机或蒸汽透平提供)。为为有效地利用这这部分压压力能 ，人们们从20世纪纪60年代开始，试验试验 高炉炉顶顶煤气余压发电压发电 ，先后在前苏联苏联 和法 国取得成功。采用这这种技术术后，可回收风风机用电电的25一30，节节省了高炉炼炼 铁铁的能耗。图图5-5为为采用余压发电压发电 后的高压压操作系统统。 Your company sloganYour company slogan 5.3.1 高压压操作系统统 Your company sloganYour company slogan 5.3.2 高压压操作的影响响
6、5.3.2.1 对燃烧带的影响 由于炉内压压力提高在同样样鼓风风量的情况下鼓风风体积变积变 小从而引起鼓 风动风动 能的下降。根据计计算由常压压(15KPa)提高到80kPa的高压压后。鼓 风动风动 能降到原来的76。同时时，由于炉缸煤气压压力的升高，煤气中O2和 CO2的分压压升高，促使燃烧烧速度加快。鼓风动风动 能降低和燃烧烧速度加快导导致 高压压操作后的燃烧带缩烧带缩 小。为维为维 持合理的燃烧带烧带 以利于煤气量分布，就可 以增加鼓风风量，这对这对 增加产产量起着积积极的作用。 Your company sloganYour company slogan 5.3.2 高压压操作的影响响
7、 5.3.2.2 对还原的影响 从热热力学上来说说，压压力对还对还 原的影响是通过压过压 力对对反应应CO2十C2CO的影 响体现现的，由于这这个反应应前后有体积积的变变化，压压力的增加有利于反应应向左进进行 ，即有利于CO2的存在。这这就有利于间间接还还原的进进行。同时时，高炉内直接还还原 发发展程度取决于上述反应进应进 行的程度，高压压不利于此反应应向右进进行从某种意 义义上讲讲，是抑制了直接还还原的发发展，或者说说将直接还还原推向更高的温度区域进进 行，同样样有利于CO还还原铁铁氧化物而改善煤气化学能的利用。 从动动力学上来说说，压压力提高加快了气体的扩扩散和化学反应应速度，有利于还还原
8、 反应应的进进行。但是有的研究者认为压认为压 力的提高也加快了直接还还原的速度，因此 压压力对铁对铁 的直接还还原度不会产产生明显显的影响，单单从压压力对还对还 原的影响分析，高 压压操作对对焦比没有影响。 研究和实际实际 操作都肯定高压对压对 Si的还还原是不利的，这这表明高压对压对 低硅生铁铁的 冶炼炼是有利的。 Your company sloganYour company slogan 5.3.2 高压压操作的影响响 5.3.2.3 对料柱阻损的影响 这这是高压压操作对对高炉冶炼炼影响的最重要的一个方面。从著名的卡门门公式 不难难看出，料层层的阻力损损失与气流的压压力成反比。在其他条件
9、不变变的情况下，可写成 由于料层层的阻力损损失与气流的压压力成反比，高压压操作以后，炉内的总压总压 力p高较较常 压压操作时时的p常大，因而常压压操作时时煤气流通过过料柱的阻力损损失 p常大于高压压操作 时时的 p高。这这就使得在常压压高炉上因p过过高而引起的诸诸如管道行程，崩料等炉况 失常现现象在高压压操作的高炉上大为为减少，而且还还可弥补补一些强化高炉冶炼炼技术术使 p升高的缺陷。 Your company sloganYour company slogan 5.3.2 高压压操作的影响响 研究者们们用不同的方式对对高压压操作后 p高下降进进行了测测定和计计算所得结结果不 尽相同，但其平均
10、值约为顶压值约为顶压 每提高100kPa，料柱阻损损下降3kPa。在常压压 提高到100kPa时时， p下降值值略大于3kPa；而顶压顶压 由100kPa进进一步提高 到200一300kPa时时，此值值降到2kPa100kPa。 应应当指出，高压压操作以后，炉内料柱 阻损损的下降并不是上下部均相同的， 研究表明，炉子部的阻损损下降得多， 下部的下降得少(图图56)。造成这这 种现现象的原因是料柱上下部透气不同 ，高炉下部由于被还还原矿矿石的软软熔， 空隙度急剧剧下降，压压力对对 p的作用 为为空隙度的下降所减弱。 Your company sloganYour company slogan 5
11、.3.2 高压压操作的影响响 众所周知，煤气通过过料柱的阻力损损失，相当于自下而上的浮力，它与炉料与炉墙墙之 间间的摩擦力、炉料与炉料之间间的摩擦力等一起，阻碍着靠重力下降的炉料运动动。高 压压操作后p的下降无疑减少了炉料下降的阻力，可使炉况顺顺行。如果p维维持在原 来低压时压时 的水平，则则可增加风风量，即提高高炉的冶炼炼强度。 早期的生产实产实 践表明，在由常压压改为为80kPa的高压压后鼓风风量可增加10一15 ，相当于提高29.8kPa左右；现现在的实实践表明，再从100kPa往上提高时时，这这 个数值值下降到(1.7一1.8)9.8kPa。这这比理论计论计 算的3左右要低很多造 成这
12、这种差别别的原因在于：1)高炉内限制冶炼炼强度提高的是炉子下部，如前所述，下 部p减少的数值较值较 小；2)高压压以后，焦比有所降低炉尘尘量大幅度降低，在入炉炉 料准备备水平相同的情况下，上部块块状带带内料柱透气性也变变差；3)高压压以后，燃烧带烧带 和炉顶顶布料发发生变变化，上下部调剂调剂 跟不上也阻碍着高压压操作作用的发挥发挥 。 为为此，要充分发挥发挥 高压对压对 增产产的作用，需要改善炉料的性能，特别别是焦炭的高温强 度，矿矿石的高温冶金性能和品位(降低渣量)，以及掌握燃烧带烧带 和布料变变化规规律，应应 用上下部调剂调剂 手段加以控制。随着这这些工作进进展的情况不同，各厂家每提高10
13、kPa 的增产产幅度波动动在1.1一3.0。我国宝钢钢的生产经验产经验 是顶压顶压 每提高10kPa，风风 量可增加200250mmin。 Your company sloganYour company slogan 5.3.2 高压压操作的影响响 5.3.2.4 对焦比的影响 由于高压压操作促进进炉况顺顺行，煤气分布合理，利用程度改善，有利于冶炼炼低硅 生铁铁等，而且使焦比有所下降。国内外的生产经验产经验 是，顶压顶压 每提高10kPa， 焦比下降0.2一1.5。 提高炉顶压顶压 力的这这种增产产作用只有伴随着风风量的增加或冶炼炼强度的提高才能明 显显表现现出来。因为为在焦比不变变，焦炭负负
14、荷一定的情况下，高炉生产产率与风风量， 亦即单单位时间时间 内燃烧烧的焦炭量成正比。因此，在一定冶炼炼条件下，冶炼炼强度应应 与炉顶压顶压 力成正比，即提高炉顶压顶压 力可相应应地提高冶炼炼强度，从而提高高炉生 产产率。 高压压操作的这这种降焦节节能作用已为为越来越多的高炉实实践所证实证实 。根据实实践分 析，高压压降低燃耗的原因归结为归结为 改善了顺顺行和煤气利用，发发展了高炉内的间间接 还还原，抑制了直接还还原。 首先，高压压操作降低了煤气流速，延长长了煤气在炉内与矿矿石的接触时间时间 同时时 减小或消除了管道行程，改善了煤气分布，从而改善了铁矿铁矿 石的还还原条件使 块块料带带内的间间接
15、还还原得到充分发发展，煤气能量得到充分利用。 Your company sloganYour company slogan 5.3.2 高压压操作的影响响 其次，直接还还原反应应取决于反应应CO2十C2CO的发发展。提高炉顶压顶压 力炉内 平均压压力相应应提高，促使该该反应应的平衡向气体体积积减小的方向(逆向)移动动从而 抑制了直接还还原的发发展，或者说说使直接还还原推向更高的温度区域进进行。这这同压压低 软软熔带带，扩扩大块块料带带，提高CO利用率的要求相一致。高压压操作对对碳的气化反应应 的抑制作用，在某种意义义上也相当于降低焦炭的反应应性。这对这对 减少碳素溶解损损失 ，提高焦炭高温强度
16、，改善软软熔带带和滴落带带的透气(液)性，增加风风口燃烧烧有效碳 量都是有利的。 同样样，高压压可抑制硅还还原(SiO2+2C=Si+2CO)，有利于降低生铁铁含硅量 促进进焦比降低。研究指出，在提高CO压压力时时，生铁铁中Si显显著降低，这这是因为为 硅在生铁铁中的平衡浓浓度与CO分压压的平方成反比。另外，由反应应 SiO2+CO=SiO+CO2的平衡常数K， 可得pSiO=XAI)9m。 因此提高炉顶压顶压 力，则则气相中pCOpCO2降低，抑制了SiO的挥发挥发 从而减少了 硅的还还原导导致了燃料的节节省。 高压压操作改善了煤气分布，促进进炉况稳稳定顺顺行和炉温稳稳定，因而可减少不必要 的热热量储备储备 ，适当降低炉缸和炉腹温度，使燃料消耗降低，也为为降低生铁铁含硅量 创创造了条件。高压压的顺顺行作用可保障喷喷吹燃料和高风风温发挥发挥 更大效用，促进进燃 耗进进一步降低。 Your company
