喷吹天然气条件下高炉主要工艺参数的研究

摘要：随着高炉喷吹天然气技术的应用推广,需要对天然气在高炉内的热力学行为及其操作参数的变化进行研究。利用热力学第二定律,分析了喷吹天然气在高炉内的热力学还原行为。并以物料平衡和热量平衡模型为基础,探讨了鼓风富氧、鼓风温度、鼓风湿度等工艺参量对喷吹天然气后高炉炉腹煤气量和风口回旋区理论燃烧温度的影响及其变化。利用高炉操作参数对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响结果进行线性回归,实现定量分析各因素之间的动态耦合效果。研究结果表明：天然气首先在高温下吸热裂解成CO和H2,有助于提高煤气中CO和H2的体积分数和还原势,促进间接还原反应的进行。高炉喷吹天然气导致炉腹煤气量快速升高,理论燃烧温度快速降低。鼓风湿度的变化对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响很大,富氧率其次。而风温变化潜力有限,对炉腹煤气量和理论燃烧温度影响相对较小。     

锰铁高炉富氧鼓风的初步实践

本文介绍了富氧鼓风在255m~3锰铁高炉上的生产实践和应用效果。在富氧率3～4％范围内,富氧率提高1％,冶炼强度可提高8.11％,焦比降低2.88％。在现有富氧率条件下,未发现因风口前理论燃烧温度升高而影响高炉顺行。富氧后明显富化了煤气热值,降低了炉顶煤气温度。本文还初步探讨了锰铁高炉富氧鼓风的极限。     

高炉富氧喷吹焦炉煤气理论研究

 用计算模拟富氧喷吹焦炉煤气以后高炉直接还原度、焦比、入炉风量、炉腹煤气量、理论燃烧温度和炉顶煤气的变化,同时分析了富氧喷吹焦炉煤气对高炉冶炼可能带来的影响。计算结果表明：在保证高炉热量和理论燃烧温度满足高炉正常生产前提下,选择合适的富氧率和焦炉煤气喷吹量,可以使焦比降低至291kg/t,CO2的排放量减少6.1%,并且提高了煤气利用价值,增加企业的经济和环境效益。     

高炉喷吹COREX脱CO2顶煤气的数值分析

 COREX脱CO₂顶煤气作为一种优质富氢气体,直接喷吹进入高炉可有效降低高炉燃料消耗。建立了高炉喷吹COREX脱CO₂顶煤气静态工艺模型,研究高炉喷气对风口理论燃烧温度、炉腹煤气量、炉腹煤气成分、风口回旋区形状、直接还原度、节焦效果等因素的影响,并进一步探究了提高风温作为热补偿措施后的适宜喷气量。研究结果表明,不采取热补偿措施条件下,随着COREX脱CO₂顶煤气喷吹量的增加,理论燃烧温度逐渐降低,炉腹煤气量逐渐升高,高炉直接还原度降低。以维持理论燃烧温度和炉腹煤气量稳定为标准,风温相对基准提高30、60、90 ℃后,可接受喷吹的煤气量为45.4、85.5、123.3 m3/t。热补偿后,随着喷气量增加,鼓风量逐渐降低,富氧率逐渐升高。炉腹煤气中的CO及H₂含量随喷气量增加而增加,每增加10 m3/t的COREX煤气喷吹量,炉腹煤气中总的还原气体体积分数增加0.46 %,直接还原度降低0.006,节约焦炭1.48 kg/t。     

高炉理论燃烧温度模型的修正

随着高炉容积的增加及喷煤量的增大,传统的模型无法准确表征高炉真实的理论燃烧温度。通过对煤粉灰熔率及风口前焦炭燃烧率两个方面修正了高炉理论燃烧温度模型,并分析了焦炭燃烧率、灰分熔化率、风温、煤比、富氧率、鼓风湿度等因素对理论燃烧温度的影响,和维持高炉理论燃烧温度稳定所需的富氧率。该模型应用于国内某厂2650 m~3高炉上,结果表明,修正后的理论燃烧温度新模型计算结果与高炉实际炉况吻合良好,能够更好地体现高炉冶炼状态及炉缸热状态。     

高炉富CO2鼓风的煤气量及热平衡综合分析

为了探析高炉富CO₂条件下炉缸煤气量及热量损失,本文通过计算不同富CO₂率鼓风的炉缸煤气量,明确了炉缸煤气量各成分随富CO₂率的变化规律,在此基础上,根据CO₂+C=2CO的吸热反应,分析了富CO₂鼓风对燃料比、理论燃烧温度、冶炼强度及热平衡的影响。结果表明,按照1 kg燃烧碳量计算,鼓风CO₂含量提升1%（需要鼓风中带入0.0434 m³的CO₂）,炉缸煤气量中CO提高0.0868 m³,N₂下降0.1251 m³,总煤气量下降0.0817 m³。同时,带入的0.0434 m³的CO₂,其分解热量为306.20 kJ。     

季节变化对高炉冶炼的影响

季节变化对高炉生产的影响主要体现在大气绝对湿度和环境温度等方面，本文将重点讨论大气中绝对湿度、大气温度对高炉富氧率、理论燃烧温度、炉腹煤气指数、鼓风动能等主要操作参数的影响，为季节交替时高炉生产可能产生的问题与生产操作调整的方向提供理论依据。     

武钢8号高炉高效冶炼实践

对武钢8号高炉高效冶炼实践进行了总结。确立了高炉高效冶炼的原则,即尽可能少的吨铁炉腹煤气量消耗+高的煤气利用率,提出了有效利用好"大富氧+大加湿"产生的炉腹煤气,切实提高炉腹煤气利用率的技术思路。通过高效冶炼试验,8号高炉实现了利用系数2.7、燃料比≤500kg/t的稳定运行。8号高炉高效冶炼的技术要点是:①富氧率提高到8%~12%;②鼓风湿度提高到30g/m3以上;③稳定原燃料质量;④控制合理操作炉型;⑤调整上下部操作制度;⑥利用炉况评估软件精细化调控高炉过程参数。     

钒钛磁铁矿冶炼高炉喷吹焦炉煤气的减排能力

高炉喷吹焦炉煤气可以充分发挥氢还原的作用,实现高炉冶炼的低碳绿色发展。为了分析高炉喷吹焦炉煤气的减排能力,以钒钛磁铁矿冶炼高炉的现场生产数据和炉内理化反应为基础建立质能平衡模型,研究焦炉煤气喷吹量对风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量的影响;建立一定约束条件下喷吹焦炉煤气的操作窗口,讨论其降碳减排能力。研究结果表明,在一定的富氧率、焦比、煤比和风温下,随着焦炉煤气喷吹量的增加,风口理论燃烧温度和炉顶煤气CO₂排放量均降低。当风温和煤比一定时,通过提高富氧率可以实现喷吹焦炉煤气高炉的热量补偿。随着焦炉煤气喷吹量的增加,富氧率提高、焦比降低。不喷吹焦炉煤气,钒钛磁铁矿高炉在富氧率为3%、焦比为380.0 kg/t(Fe)、煤比为130 kg/t(Fe)、风温为1 200℃操作条件正常运行时,其风口理论燃烧温度为2 075℃、炉顶煤气温度最低为120℃;当焦炉煤气喷吹量为55 m³/t(Fe)时,可以维持与不喷吹焦炉煤气时相同的理论燃烧温度和炉顶煤气温度,相应的富氧率为5.63%、焦比为371 kg/t,炉顶CO_2...     

富氧鼓风的作用及其在高炉上的安全应用

本文论述富氧鼓风对冶炼的影响、冶炼效果、合理应用、操作原则及威钢3.20事故的教训。实践表明,富氧鼓风有升高炉缸理论燃烧温度的作用,通常富氧率在4％以下即使没有喷吹燃料也能保证炉况顺行,氧气混入鼓风的接点必须设在高炉放风阀之前;富氧管网系统的设计、安装施工、操作维护和检修必须按规范进行。     

高炉的合理鼓风速度

通过论述鼓风速度与风口回旋区长度的关系,提出了合理风速的概念,分析了合理风速的理论依据和影响因素,并进一步给出了判断风速是否合理的各种直观现象以及调节风速的有效方法。明确指出合理风速不是一个具体数值,而是一个合理的范围,根据高炉生产条件的变化而变化,确定合理风速需要足够时间的尝试与探索。实践证明,高炉只有在合理风速条件下生产才能保证炉缸的正常工作,才能实现高炉生产长期的稳定与顺行。     

高炉高风温问题的探讨

分析全国重点钢铁企业和首钢历年年均风温的变化,介绍了首钢近年提高高炉风温情况。分析了近年首钢各厂区高炉的年均风温,结合1 250℃以上月均风温的实例,说明迁钢2号高炉高风温实践是首钢高炉风温进步的主要标志。讨论了与高风温紧密关联的工艺流程、设备及材料、原燃料和高炉操作等问题。高风温是1项综合技术,与大喷煤、富氧等技术融为一体,才能充分发挥其节能作用。     

热风炉高风温技术的探讨

简要介绍了我国高炉用热风炉的风温现状,探讨通过改进热风炉结构、改选耐火材料与格子砖、热风炉预热、提高理论燃烧温度、改善操作与送风制度等方法实现热风炉高风温和长寿命,并对其发展提出了建议.