高炉煤气及煤气、炉料的运动

高炉操作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根底上，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、复原、熔化、造渣、脱硫、渗碳等过程，充分利用能量，获得合格生铁，到达高产、优质、低耗、长寿、高效益的最正确冶炼效果。

实践证明，虽然原燃料及技术装备水平是主要的，但是，在相似的原燃料和技术装备的条件下，由于技术操作水平的差异，冶炼效果也会相差很大，所以不断提高操作水平、充分发挥现有条件的潜力，是高炉工作者的一项经常性的重要任务。

实现高炉操作任务方法一是掌握高炉冶炼的根本规律，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根本任务，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。

高炉操作制度高炉冶炼是逆流式连续过程。

炉料一进入炉子上部即逐渐受热并参与诸多化学反响。

在上部预热及反响的程度对下部工作状况有极大影响。

通过控制操作制度可维持操作的稳定，这是高炉高产、优质与低耗的根底。

由于影响高炉运行状态的参数很多，其中有些极易波动又不易监控，如入炉原料的化学成分及冶金特性的变化等。

故需人和计算机自动化地随时监视炉况的变化并及时做出适当的调整，以维持运行状态的稳定。

高炉操作制度就是对炉况有决定性影响的一系列工艺参数的集合。

包括装料制度、送风制度、造渣制度及热制度。

装料制度它是炉料装入炉内方式的总称。

它决定着炉料在炉内分布的状况。

由于不同炉料对煤气流阻力的差异，因此炉料在横断面上的分布状况对煤气流在炉子上部的分布有重大影响，从而对炉料下降状况，煤气利用程度，乃至软熔带的位置和形状产生影响。

利用装料制度的变化以调节炉况被称为“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。

高炉炼铁日常操作技术高炉操作者的任务是要保持合理炉型，实现炼铁生产的“高效、优质、低耗、长寿、环保”。

稳定顺行是组织炼铁生产的灵魂。

原燃料准备、烧结、球团、焦化、动力等工序均是要做好为炼铁服务。

在生产组织上，应统一服从炼铁领导。

这样，可以追求炼铁效益的最大化，不追求某个指标的先进性，要实现综合效益的最佳化。

即实现高效化生产、生产成本低、节能减排效果好、劳动效率高等。

高炉要实现统一操作，发扬团结协作精神，实现整体高炉的最佳化生产，不表扬某个工长的个人英雄主义，要提倡整个高炉操作协调统一，保证生产的稳定顺行。

进行红旗高炉的竞赛活动，推进企业炼铁科学技术进步，生产建设的发展。

1, 高炉炼铁是以精料为基础高炉炼铁应当认真贯彻精料方针,这是高炉炼铁的基础.，精料技术水平对高炉炼铁技术指标的影响率在70%,高炉操作为10%,企业现代化管理为10%,设备运行状态为5%,外界因素(动力,原燃料供应,上下工序生产状态等)为5%.。

高炉炼铁生产条件水平决定了生产指标好坏。

高炉工长的操作结果也要由高炉炼铁生产条件水平和工长的操作技能水平来决定。

用科学发展观来认知高炉炼铁的生产规律，要承认高炉炼铁是个有条件生产的工序.。

高炉工长要讲求生产条件,但不唯条件,重在加强企业现代化管理。

生产技术和企业现代化管理是企业行走的两个轮子,要重视两个轮子行走的同步，否则会出现来回摇摆或原地转圈。

精料方针的内容:·高,入炉料含铁品位要高(这是精料技术的核心)，入炉矿含铁品位提高1%，炼铁燃料比降低1.5%，产量提高2.5%，渣量减少30kg/t，允许多喷煤15 kg/t。

原燃料转鼓强度要高。

<高炉炼铁工艺设计规范>要求,烧结矿转鼓强度≥71%~78%.焦炭转鼓强度M40≥78%~86%.大高炉对原燃料的质量要求是高于中小高炉。

如宝钢要求焦炭M40为大于88%，M10为小于6.5%，CRI小于26%，CSR大于66%。

一解释题：1．炉料、煤气的水当量答案：所谓水当量就是指单位时间内通过高炉某一截面的炉料或煤气，其温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量，即单位时间内使煤气或炉料改变1℃所产生的热量变化。

（包括化学反应热、相变热和热损失等）。

2．炉料有效重力答案：料柱重力克服散料层内部颗粒间的相互摩擦和由侧压力引起的摩擦力之后的有效质量力。

3．高炉内的热交换现象答案：炉缸煤气在上升过程中把热量传给炉料．温度逐渐降低。

而炉料在下降过程中吸收煤气热量，温度逐渐上升，使还原．熔化和造渣等过程顺利进行。

这就是热交换现象。

4．透气性指数:答案：表示通过散料层的风量与压差的比值，即单位压差通过的风量，反映气流通过料柱时阻力的大小。

以Q/△P表示，其中Q—风量，△P—压差。

二填空题1．两种或多种粒度混合的散料床层,其空隙率与大小粒的( )比和( )比有关。

答案：直径；含量P1282．高炉炉料下降的力学表达式为( )。

答案：F＝G料－P墙－P料－ΔP浮3．高炉内运动过程是指在炉内的炉料和( )两流股的运动过程。

答案：煤气4．高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气三种煤气中，发热值最低的是( )，发热值最高的是( )。

答案：高炉煤气；焦炉煤气5．初渣在滴落带以下的焦炭空隙间向下流动，同时煤气也要穿过这些空隙向上流动。

所以，炉渣的( )和( )对于煤气流的压头损失以及是否造成液泛现象影响极大。

答案：数量；物理性质(粘度和表面张力)6．在( )区间内，煤气与炉料的温差很小，大约只有50℃左右，是热交换极其缓慢的区域，常称为热交换的( )。

答案：炉身中下部；空区或热储备区7．高炉的热交换是指( )与炉料的热量传递。

答案：煤气流8．高炉内的( )是热量的主要传递者。

答案：煤气9．越到高炉下部炉料对热量的需求越（）。

答案：大10．煤气的压降梯度升高至与炉堆积密度相等时，发生( )。

答案：悬料11．煤气的危害是中毒、( )、爆炸，而氮气的危害是( )。

答案：着火；窒息12．高炉原料特别是烧结矿，在高炉上部的低温区还原时严重( )、( )，使料柱( )降低( )恶化。

【本章学习要点】本章学习炉料在高炉内的物理化学变化,高炉内铁氧化物的还原反应，高炉内非铁元素的还原，生铁的生成与渗碳过程，高炉炉渣的成分与作用，硫的分布情况，炉渣脱硫反应及其条件，高炉内燃烧反应的作用，影响燃烧带大小的因素，炉料和煤气运动情况。

第一节炉料在炉内的物理化学变化炉料从炉顶装入高炉后，自上而下运动。

被上升的煤气流加热，发生了吸附水的蒸发、结晶水的分解、碳酸盐的分解、焦炭中挥发分的挥发等反应。

图3-1 炉内的状况一、高炉炉内的状况通过国内外高炉解剖研究得到如图3—1所示的典型炉内状况。

按炉料物理状态，高炉内大致可分为五个区域或称五个带：1)炉料仍保持装料前块状状态的块状带；2)矿石从开始软化到完全软化的软熔带；3)已熔化的铁水和炉渣沿焦炭之间的缝隙下降的滴落带；4)由于鼓风动能的作用，焦炭作回旋运动的风口带；5)风口以下，贮存渣铁完成必要渣铁反应的渣铁带。

高炉解剖肯定了软熔带的存在。

软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响。

二、水分的蒸发与结晶水的分解在高炉炉料中，水以吸附水与结晶水两种形式存在。

1．吸附水吸附水也称物理水，以游离状态存在于炉料中。

常压操作时，吸附水一般在105℃以下即蒸发，高炉炉顶温度常在250℃左右，炉内煤气流速很快，因此吸附水在高炉上部就会蒸发完。

蒸发时消耗的热量是高炉煤气的余热。

所以不会增加焦炭的消耗。

相反，由于吸附水蒸发吸热，使煤气的温度降低，体积缩小，煤气流速降低，一方面减少了炉尘的吹出量，另一方面对装料设备和炉顶金属结构的维护还带来好处。

2．结晶水结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。

高炉炉料中的结晶水一般存在于褐铁矿(nFe203·mH20)和高岭土(A123·2Si02·2H20)中，结晶水在高炉内大量分解的温度在400～600℃，分解反应如下：这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。

三、挥发物的挥发挥发物的挥发，包括燃料挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发。

高炉炼铁工艺流程
高炉炼铁是指将铁矿石通过高炉的加热、还原、冶炼过程，得到纯铁
的工艺流程。

它是钢铁工业中最重要的生产方式之一，也是铁矿石资源利
用的主要方式之一
高炉炼铁的流程包括炉料装入、加热还原、炉渣形成、熔化冶炼和产
铁等环节。

下面将详细介绍这些环节的工艺流程。

1.炉料装入：将铁矿石（主要是赤铁矿）、焦炭、石灰石、焦炉煤气
等炉料按照一定比例装入高炉的上部。

2.加热还原：在高炉的下部引入煤气、空气和预热的鼓风，并点燃煤气。

煤气燃烧产生的高温火焰将炉料加热至1000-1300℃左右，使铁矿石
中的Fe2O3被还原成铁（Fe）和一氧化碳（CO）。

还原反应如下：2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2
3.炉渣形成：在高炉中，铁矿石中的杂质（如硅、锰、磷等）与石灰
石反应形成炉渣，同时焦炭燃烧的一氧化碳也与掺入的石灰石反应生成二
氧化硅。

这些炉渣混合在一起，并与铁水和残余焦炭一起下降到高炉底部。

4.熔化冶炼：高炉底部温度达到1500℃以上，铁水和炉渣分离。

铁
水是含有铁和少量碳、硅、锰等元素的液体，通过出铁口排出。

炉渣是含
有二氧化硅、石灰石、氧化铁等成分的熔融物，通过炉渣口排出。

在熔化
冶炼的过程中，还会通过喷吹鼓风提高冶炼效果和热效率。

5.产铁：经过一系列的化学反应和物理变化，铁水中的杂质逐渐被除去，得到纯铁。

最后，铁液从出铁口流出，得到熟铁或铸铁。

高炉的休风、送风及煤气处理是高炉冶炼过程中的重要环节，直接影响高炉的冶炼效果和产量。

本文将介绍高炉的休风、送风和煤气处理的基本原理和关键技术，以及其在高炉冶炼中的作用。

一、高炉的休风休风是高炉在一定周期内停止冶炼操作、进行热备和检修维护的过程。

休风的主要目的是恢复高炉结构、设备的正常运行状态，延长高炉寿命。

休风主要包括以下几个方面的工作：1. 高炉停炉在休风过程中，首先需要停止高炉的冶炼操作。

停炉的方式有两种：一是直接关闭风口，停止风、煤气和喷吹操作；二是先停止风口风、煤气和喷吹操作，然后采用保养风口的措施关闭风口，停止炉膛燃烧。

在停炉之前需要将残余的铁水全部出铁，并对炉体进行冷却。

2. 高炉检修休风期间，对高炉进行全面的检修和维护工作。

主要包括对高炉炉身、炉衬、风口、煤气管道、热交换器等设备的检修和修复。

此外，还需要对高炉的供料系统、喷吹系统、排渣系统等进行检查和维护。

3. 高炉热备休风期间，为了保持高炉冷却状况，需要进行炉冷风、传感器、冷却壁等的检查和维护工作。

同时，还需要采取一系列的保温措施，以保证高炉在休风期间的温度和热量损失尽量降低。

4. 高炉启动休风结束后，需要进行高炉的启动操作。

在启动过程中，首先需要确认高炉冷却状况达到启动要求，同时对高炉的供料系统、喷吹系统、风口控制系统等进行检查和调试，确保各项设备正常运行。

然后逐步恢复高炉的冶炼操作，进行炉渣、铁水的排渣，逐步提高风量、煤气流量和炉温，最终实现高炉的正常运行。

二、高炉的送风送风是指将空气通过风机送入高炉内，在高炉中形成适宜的氧气浓度，以支持煤粉的燃烧和高炉的冶炼过程。

高炉的送风一般采用喷吹送风的方式，即通过喷吹口将空气送入高炉炉腹。

1. 喷吹风口的选择和布置高炉的喷吹风口一般布置在炉缸部位，通常采用3层布置，各层之间的高度差一般为1/2至2/3风口间距。

每层布置一至两个圈风口，风口间距一般为1.3至2米，喷吹角度一般为15至30度。

髙炉冶炼过程中的炉料与煤气运动高炉冶炼过程中伴随着物质与能量的传递过程。

这些物理过程是在流动的物质中发生的，即反应介质是以一定的速度运动而展开的，形成了以动量传递为基础的物质传递和热量传递。

高炉冶炼是在炉料自上而下，煤气自下而上，即在两个相互逆向运动过程中进行的，逆向流股中热量及动量的传递与输送包括两个物理机理，一种是由物质的分子运动引起的传递过程, 另一种是流体微团移动引起的输送过程。

髙炉的冶炼过程尽管十分复杂，但是它具有的传输现象的特点仍然是很明显的。

例如煤气穿过炉料层而上升是流体力学现象；煤气流加热炉料是传热现象；煤气流还原铁矿石以及风口前燃烧等都包含着气体扩散的传质现象。

因此，高炉冶炼的工艺原理，由于结合了传输理论的应用而进入新的阶段。

一、散料层的流体力学现象分析1、散料的主要参数矿石、焦炭、石灰石等粒状物叫散料，它们的透气性对高炉冶炼指标有极大的影响。

从流体力学看，散料各个颗粒间空隙所占的相对体积及单位体积的总表面积，对透气性有决定性影响。

(1)空隙度散料各个颗料间空隙所占的相对体积即孔隙率或空隙度。

(2)比表面积散料体积中物料的表面积与体积之比称为比表面积。

(3)形状系数(4)当量直径(5)平均流速2、炉料下降的力学分析物体在运动过程中总会遇到阻力，当炉料在髙炉自上而下运动时也是如此，炉料要往下运动必须使它自身的重力超过阻力，受到的阻力主要来自三个方面：（1）炉料与炉墙之间的摩擦力P第（2）炉料与料柱下部死焦堆之间的摩擦力P科；（3）上升煤气对炉料的阻力及阿基米德浮力AP挣。

3、煤气经散料层的阻力损失高炉煤气穿过炉料的通路近似于许多平行的、弯弯曲曲的、断面形状多变化的、但又是互相连通的管束，煤气流穿过这些管束的压力降是煤气作用于散料层的一种阻力或浮力，风压变化即代表这种阻力变化。

4、在有液相条件下的煤气流动高炉下部和炉身干区不同，这里唯一尚存的固体炉料是焦炭，在与煤气流向上的同时，液体渣铁往下滴落穿过焦炭的空隙，在气、固、液三相之间进行着剧烈的传热，还原与气化反应。