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1、我国高炉炼铁技术新方针、新理论 许满兴（北京科技大学）1、前言跨入21世纪以来，我国钢铁工业步入了快速发展轨道。从2001 2011年11年间，我国高炉炼铁年产量由15554万吨增加到62969.3 万吨，以2001年为起点，年均增长36.8，增速之高创行业世界之 最。同时，我国高炉炼铁在技术操作方针、技术经济指标评价、高 炉冶炼强化理论、合理喷煤比等方面都跨入了世界先进科学理论的 行列，这为我国钢铁工业由世界钢铁大国向世界钢铁强国迈进不断 创造了条件。本文将张寿荣院士以及著名设计大师项钟庸等炼铁专家近年来 发表的关于高炉技术操作方针和高炉冶炼强化等新观念、新理论进 行了汇集，编写出了本篇文章
2、。2、高炉炼铁技术操作方针的进步与发展1) 解放初至1958年大办钢铁期间高炉操作方针：大风（全风量操 作）高温4字方针。2) 经过大办钢铁后，1959年总结出：“以原料为基础，以风为纲， 提高冶炼强度与降低焦比并举”的操作方针。3) 经过60、70年代的实践至80年代，提出了“高产、低耗、优质的 六字方针”。4) 1980年又总结提出了“高产、低耗、优质、长寿”的八字方针， 这方针一直延续到21世纪，在此过程中逐步建立了一套科学且附合实 际的评价方法。5) 2008年在落实科学发展观，实现钢铁工业可持续发展的大背景 下，总结提出了 “高效、低耗、优质、长寿、环保”十字方针。实践中 为了突出低
3、耗和环保，次序又调为“低耗、环保、优质、长寿、高效” ，把追求高产(高利用系数)转变为降低燃料比，从而达到高效的目的。 其中追求“高效”包括高效利用资源、高效利用能源和降低消耗，把降 低燃料比放到追求“高效”之首。 3、科学评价高炉利用系数 利用系数：实际上冶炼强度与燃料比的关系存在着一个燃料比最低的冶 炼强度区域，这个区域一般在1.051.15的范围内 。图1 高炉冶炼强度与燃料比的关系 由利用系数的公式可知1) 当燃料比升高超过冶炼强度升高时，提高冶炼强度、利用系数反而会 降低；2) 实践经验证明：低的燃料比才能有高的利用系数；3) 降低燃料比对提高利用系数的作用和影响远大于提高冶炼强度；
4、各级高炉利用系数的确定（设计规范）1000m3级：2.02.4t/m3d 2000m3级：2.02.35t/m3d3000m3级高炉：2.02.30t/m3d高炉容积利用系数：(t/m3d)(t/m3d)高炉容积为铁口中心线平面以上至料线平面以下的容积（m3） 高炉炉缸断面积利用系数（t/m2d）(t/m2d)以上两种方法都有一定道理，炉缸断面积表达法更为合理。 4、树立高炉冶炼强化的新观念陈旧的高炉冶炼强化观为：单位容积高炉多烧焦炭多出铁。 从这种观念出发形成的高冶炼强化观认为：在焦比一定的条件下，提高冶炼强度就等于提高利用系数。反之提高利用系数的办法就是提高冶炼强度。可见，用冶炼强度来衡量
5、高炉的强化程度是不正确的。因此，必须建立新的高炉冶炼强化观。高炉透气性指数：该式是由描述高炉阻力的Carman方程式简化、变换而来的。宝钢采用K值判断炉况，高炉长期保持顺行稳定，实现了高炉利用煤气热能和化学能达到降低燃料比，降低能耗的良好效果。式中在K值计算时，热风压力PB和炉顶压力PT易于获得，炉腹煤气量VBG却不能直接得到，但VBG对操作和设计高炉都具有重要意义。 炉腹煤气量VBG与鼓风量、富氧量、喷吹物的数量和成分、湿分等因素有关。在高炉生产喷吹煤粉的条件下，一般VBG的简便计算式为：式中： VB 为不包括富氧的风量 Nm3/min.为富氧量，Nm3/min；WB 为湿分，g/Nm3；P
6、C 为喷煤粉量，Kg/h；H 为煤粉的含，H量。其中，大小不同级别高炉的VBG和炉缸面积是不一样的，为了把VBG用于大小不同级别的高炉，将炉腹煤气量（VBG）除以炉缸面积定义为高炉炉腹煤气量指数（XBG）用作高炉强化的指标，比冶炼强度具有更强的科学合理性和代表性。这里有一个最基本的道理：空气中的N2基本不参加化学反应，N2在空气中占79，但是N2被加热消耗大量的能量并带走大量的热量。降低炉腹煤气量指数，就是改善透气性，降低能耗，因此这是降低能耗，节能减排强化高炉冶炼的新观念。 式中D为高炉炉缸直径。影响XBG的因素和XBG的实用价值： 设计大师项钟庸根据宝钢4000m3级高炉作了具体计算(三个
7、表)，反映出富氧率、燃料比和炉顶压力三大因素对XBG的影响，并从中得出高炉冶炼强化的新观念。 表1 富氧对利用系数和冶炼强度的影响旧的冶炼强度观是多鼓风、多烧焦炭、多出铁，用新的强化冶炼观分析则刚好相反，富氧率高了，鼓风小了，冶炼强度高了，提高了 利用系数。 富氧率利用系数冶炼强度入炉风量t/m3.dt/m3.dNm3/min.02.231.1267402.212.331.1767379.722.381.2037222.432.431.2297067.742.481.2536915.752.521.2746766.3表2 燃料比对利用系数和冶炼强度的影响(富氧率为1) 旧的冶炼强度观是多鼓风、
8、多烧焦炭、多出铁，用新的强化冶炼 观分析，入炉风量基本不变(略有下降)，燃料比降低，提高了利用系数。燃料比利用系数冶炼强度入炉风量Kg/tt/m3.dt/m3.dNm3/min.5202.201.1127242.65102.261.1407242.05002.311.1697241.34902.361.1947240.74802.411.2207240.1表3 炉顶压力对利用系数和冶炼强度的影响 表3的数据说明，提高炉顶压力对炉腹煤气量和利用系数的影响和作用，这用旧的冶炼强度观是无法解释清楚 的。炉顶压力炉腹煤气量利用系数冶炼强度入炉风量KPaNm3/min.t/m3.dt/m3.dNm3/m
9、in.1507379.11.860.9405903.81757840.31.981.0006272.82008301.52.101.0596641.82258762.72.211.1177010.82509223.92.331.1767379.72759697.62.441.2367758.8我国高炉炼铁长期以来采用提高“冶炼强度”，追求“利用系数”为中心的“高炉强化冶炼”方针，误导正确的高炉冶炼理论，阻碍降低焦比、燃料比、阻碍了节能减排，是一种不正确的高炉冶炼强化理论。降低燃料比、降低吨铁炉腹煤气量为中心，用炉腹煤气量指 数XBG对高炉合理强化程度进行定量分析，对高炉合理强化进行科学的解释，
10、这是新的科学的高炉冶炼强化理论。5、合理喷煤比的新理论喷煤是高炉炼铁节能降耗和降低成本的基本举措，喷煤对高炉炼铁 的价值在于：1)降低焦比和煤耗，节约焦炭生产的投资和能耗，减缓主焦煤供应 的紧张程度。2)以煤代焦，降低高炉炼铁生产成本，一般喷煤吨铁效益可超过200 元。 3)喷煤可降低风口前理论燃烧温度相应降低铁水中硅含量，有利于 低硅生铁冶炼，0.1的硅相当于46Kg焦比，能降低吨铁能耗。4)由于高风温低渣量和炉况稳定顺行是高炉保持喷煤的必要条件， 因此喷煤促进了高风温和精料技术，以及高炉设备和高炉操作技术的提高 和发展。正因为喷煤具有以上巨大的价值和作用，造成一些企业不顾及风温和精料水平，
11、不断加大和提高喷煤比，造成过量喷吹即不经济喷吹，导致炉尘中的含C量甚至超过50。那么什么是合理喷煤比呢？衡量合理喷煤比有哪些原则？对每一座 高炉或一座高炉不同炉龄阶段合理的喷煤比是变化的，它可以通过对高炉 操作指标的阶段统计绘制出入炉焦比、燃料比和利用系数的变化曲线，从 中可以得出最低焦比、最低燃料比、最高利用系数对应的喷煤比，即为所 属高炉的合理喷煤比。因此所谓合理喷煤比，即是最低焦比、最低燃料比 、最高利用系数下的喷煤比。 宝钢前几年喷煤比定在200Kg/t以上，2011年前5个月与2010年相比 由200Kg/t以上降到161Kg/t，追求468Kg/t的低燃料比。合理喷煤比的原 则是：提高喷煤比不增加燃料比，提高喷煤比后煤气除尘灰中含C量不上 升(正常情况下20)6、建立合理的高炉生产操作统计指标1）高炉生产效率统计与国外接轨，采用增加一个炉缸面积利用系数 （t/m2.d），以克服偏面追求高利用系数的倾向。 2) 采用燃料比取消原报表的折算焦比和综合焦比。燃料比入炉焦比小块焦比喷煤比(Kg/t)3) 采用炉腹煤气量指数代替冶炼强度:其中4) 采用日历天数和作业率代替规定工作日数。日历作业率1休风率
