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高炉炉况判断常见的炉况判断方法：直接判断法和利用仪器仪表进行判断。
一．直接观测法1.看出铁主要看铁中含硅与含硫情况。
◆看火花判断含硅量①冶炼铸造生铁时：当[Si]大于％时，铁水流动时没有火花飞溅；当[Si]为％～％时，铁水流动时出现火花，但数量少，火花呈球状；当[Si]小于1．5％时，铁水流动时出现的火花较多，跳跃高度降低，呈绒球状火花。
②冶炼炼钢生铁时：当[Si]为1．0％～0．7％时，铁水流动时火花急剧增多，跳跃高度较低；当[Si]小于0．7％时，铁水表面分布着密集的针状火花束，非常多而跳得很低，可从铁口一直延伸到铁水罐。
◆看试样断口及凝固状态判断含硅量看断口①冶炼铸造铁时：当[Si]为％～％时，模样断口为灰色，晶粒较细；当[Si]大于％时，断口表面晶粒变粗，呈黑灰色；当[Si]大于％时，断口逐渐变为灰色，晶粒又开始变细。
②冶炼炼钢生铁时：当[Si]小于％时，断口边沿有白边；当[Si]小于％时，断口呈全白色；当[Si]为％～％时，为过渡状态，中心灰白，[Si]越低，白边越宽。
看凝固状态铁水注入模内，待冷凝后，可以根据铁模样的表面情况来判断。
当[Si] 小于％时，冷却后中心下凹，生铁含[Si]越低，下凹程度越大；当[Si]为％～％时，中心略有凹陷；当[Si]为％～％时，表面较平；当[si]大于％以后，随着[Si]的升高，模样表面鼓起程度越大。
◆用铁水流动性判断含硅量①冶炼铸造生铁时：当[Si]为％～％时，铁水流动性良好，但比炼钢铁黏些；当[Si]大于％时，铁水变黏，流动性变差，随着[Si]的升高黏度增大。
②冶炼炼钢生铁时：铁水流动性良好，不粘沟。
◆生铁含[S]的判断①看铁水凝固速度及状态：当[S]小于％时，铁水很快凝固；当[S]在％～％时，稍过一会儿铁水即凝固，生铁含[S]越高，凝固越慢，含[S]越低，凝固越快；当[S]在％以下时，铁水凝固后表面很光滑；当[S]在％～％时，铁水凝固后表面出现斑痕，但不多；当[S]大于％时，表面斑痕增多，[S]越高，表面斑痕越多。
铁水标准
铁水是指炼钢过程中，由高炉中的铁矿石还原而来的液态铁水。
铁水的质量直接影响到钢的质量和生产成本，因此铁水的评判非常重要。
化学成分：铁水的主要成分是铁和碳，一级品的铁水应该保持一定的化学成分。
其中，碳含量应该在2.5~4.0%之间，硅含量应该在0.8~1.5%之间，磷含量应该在0.03%以下，硫含量应该在0.02%以下。
氧化物含量：一级品铁水中氧的含量应不大于35ppm，磷的含量应不大于0.03%，硫的含量应不大于0.02%。
物理性能：一级品铁水的物理性能应符合要求，包括温度、黏度、表面张力等。
清洁度：一级品铁水应清洁，没有过多的杂质和有害气体。
在具体标准方面，铁水的温度通常要求达到1540℃~1590℃，这是因为在这个温度范围内，铁水中的杂质和有害元素可以被去除或降低到可接受的水平。
同时，铁水中的碳含量也需要根据不同的炼钢工艺进行控制，以达到最佳的钢质量。
此外，不同国家和地区对于铁水标准也有所不同，这主要是因为不同的炼钢工艺和市场需求所致。
例如，日本和欧洲的铁水标准就存在一定差异。
不过总体来说，随着全球化
和市场化的推进，各国之间的铁水标准也在逐渐趋同。
对高炉含铬铁水粘罐问题的探讨对高炉含铬铁水粘罐问题的探讨10多年来，我国不锈钢产量和消费量一直呈高速增长态势，2013年我国不锈钢粗钢产量达到1898万吨，约占世界不锈钢粗钢产量的50%。
铬铁合金是冶炼不锈钢的主要原料，随着不锈钢冶炼技术的进步，不锈钢生产对原料的适应性不断提高，为不锈钢原料制备技术的创新提供了可能。
以廉价铬矿粉为原料，采用烧结和高炉工艺生产含铬铁水，并直接冶炼成不锈钢，是降低不锈钢生产成本的重要措施。
近年来，我国在高炉冶炼含铬铁水方面进行了大量研究，并在高炉内冶炼出含铬15%左右的铁水。
然而，如果不锈钢企业采用高炉法生产含铬铁水，并直接冶炼成不锈钢，则必须重视含铬铁水在转运过程中的粘罐问题。
粘罐问题成因分析铁水温度。
铁水温度是影响铁水粘罐的主要因素，根据不同的高炉容积和铁水铬含量，高炉出铁温度一般在1400℃～1500℃，高炉出铁过程的流动情况表明，含铬铁水的流动性比普通铁水差，但能够顺利从高炉流出，并且铁沟内没有残铁。
这说明在高炉出铁温度下，并不存在含铬铁水的粘罐问题。
在高炉出铁和转运过程中，散热导致的铁水温降是含铬铁水粘罐的主要原因。
利用现有的Fe-Cr-C三元合金相图，可大致判断不同铬含量和不同碳含量条件下铁水的熔点，但由于硅和锰等其他元素的影响，其实际熔点会有变化，并对铁水流动性产生影响。
在铁水碳含量一定的条件下，随铁水铬含量的增加，铁水熔点不断升高（见附表）。
但在高炉冶炼条件下，出铁温度难以进一步提高，而在铁水转运过程中，铁水温度降低是不可避免的。
生产实践表明，铁水铬含量越高，粘罐问题应该越严重，单靠提高铁水温度和加强保温等措施，难以减轻和消除粘罐现象。
因此，解决含铬铁水的粘罐问题，除适当提高出铁温度，优化铁水转运流程，减少铁水温降外，有必要对含铬铁水的物理性质进行研究。
铁水成分。
这主要考虑铁水中碳、硅及其他杂质元素的影响。
铁水碳含量的影响。
在高炉含铬铁水中，除铁和铬外，含量最高的元素是碳，并且在高炉冶炼条件下，铁水碳含量接近饱和。
高炉出铁过程中铁水温度及成分的变化
1. 温度变化
在高炉出铁过程中，铁水的温度会经历一系列的变化。
初始时，铁水的温度通常在1300-1400℃之间。
随着高炉中焦炭的燃烧和铁矿石的熔化，铁水的温度会逐渐升高。
在出铁过程中，由于铁水与空气接触，铁水温度会下降。
在出铁过程中，铁水温度的下降主要发生在两个阶段。
首先是在高炉内，铁水从焦炭中吸收热量，导致温度上升。
然后，在出铁过程中，铁水与空气接触，通过热传导将热量传递给周围的空气，导致温度下降。
2. 成分变化
在高炉出铁过程中，铁水的成分也会经历一系列的变化。
初始时，铁水的成分主要由铁元素和少量的碳、硅等元素组成。
随着高炉中焦炭的燃烧和铁矿石的熔化，碳和硅等元素会与铁元素反应，形成化合物。
在出铁过程中，由于焦炭中的碳会与铁水中的硅等元素反应，形成碳化物并释放出二氧化碳，导致铁水中碳含量下降。
同时，由于焦炭中的碳会与铁水中的氧反应，形成碳氧化物并释放出二氧化碳，导致铁水中氧含量下降。
此外，在出铁过程中，由于铁水与空气接触，空气中的氧气会与铁水中的碳反应，形成氧化物并导致铁水中碳含量下降。
同时，空气中的氧气还会与铁水中的硅等元素反应，形成氧化物并导致铁水中硅含量下降。
综上所述，高炉出铁过程中铁水温度及成分的变化是复杂的。
在实际操作中，需要根据实际情况进行调整和控制，以确保得到高质量的铁水。
２００５年３月 第２８卷第３期 重庆大学学报（自然科学版）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｍａｌ＂．２ｏｏ５
Ｖ０１．２８ Ｎｏ．３
文章编号：１０００—５８２Ｘ（２００５）Ｏ３—００４４一Ｏ３
高炉铁水硅含量预测系统 阳海彬 ，张丙怀 ，王立芬 ，刁岳）１１ ２，廖东海２ （１．重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００３０；２．南京钢铁集团公司技术中心，江苏南京２１００３５）
摘要：高炉铁水中的硅含量不仅是衡量产品质量的一个重要指标，而且反映了高炉能量利用的好 坏。铁水硅含量的准确预测，能够指导高炉配料和高炉冶炼操作，实现降低铁水硅含量的目的。根据硅 还原的机理从热力学和动力学方程出发，经推导得出了铁水中硅含量的预测模型，并结合高炉物料平衡 及热平衡计算，编制成高炉铁水硅含量的预测系统。将实际高炉的原料条件及操作参数输入系统，得到 了高炉铁水硅含量的预测值。该预测值与实测值相比，误差范围小，命中率高。从而表明该预测系统在 实际运用中具有可靠性。 关键词：硅含量；预测系统；高炉；热力学 中图分类号：ＴＦ５１２ 文献标识码：Ａ
在高炉冶炼工艺中，降低铁水硅含量并保持合理 的低水平有着非常重要的意义。它不仅有利于缩短炼 钢时间、提高转炉炉衬寿命、降低铁水及辅助材料消耗 和吨钢成本。它还能降低炼铁人炉焦比、增加生铁产 量。因此，高炉铁水中的硅含量不仅是衡量产品质量 的一个重要指标，而且反映了高炉能量利用的好坏。 铁水硅含量的准确预测，能够指导高炉配料和高炉冶 炼操作，实现降低铁水硅含量的目的。这一工作受到 国内外高炉工作者的普遍重视，各种预测模型相继 开发。 现有铁水硅含量预测模型大都是经验或者统计模 型ｕ Ｊ，不能很好地预测铁水硅含量和准确反应原料 及操作条件的影响。笔者根据硅还原的机理从热力学 和动力学方程出发，得出了铁水中硅含量的预测模型， 并编制成硅含量预测系统对铁水硅含量进行预测，预 测结果误差范围小，命中率高。 １预测模型 高炉内ｓｉ还原进入生铁主要是通过气相ＳｉＯ在 滴落带的转移、还原、进人生铁来实现的 引。高炉内 ＳｉＯ来源于炉渣和焦炭灰分中的ＳｉＯ：。在滴落带进入 渣中ＳｉＯ：同固体炭发生反应生成ＳｉＯ，即： Ｓｉ０２（，）＋Ｃ（ ）＝ＳｉＯ（ｇ）＋ＣＯ（ｇ） （１） 在燃烧带附近的高温区，焦炭灰分中的ＳｉＯ：同焦 炭自身的固定炭接触条件极好，发生反应生成ＳｉＯ，反 应式同式（１）。 气态ＳｉＯ随高温煤气上升，当遇到由软熔带向下 滴落的渣及铁液时则被吸收。被吸收的ＳｉＯ被溶解在 金属铁中的固体碳还原出来，即： ＳｉＯ（ｇ）＋［Ｃ］＝［ｓｉ］＋ＣＯ（ｇ） （２） 在高炉软熔带下部，温度在１ ０００℃上，铁水渗 碳，即： Ｃｆｓ】＝［ｃ］ （３） 式（１）＋式（２）一式（３），得到高炉内硅还原的总反应 式，即： ＳｉＯ２（Ｉ）＋２［Ｃ］＝［ｓｉ］＋２ＣＯ（ｇ） （４） 总反应式（４）的标准吉布斯自由能变化△ｃｏ和平衡常 数 ，可根据已有的热力学数据进行计算。根据文献 ［６］，式（５）和式（６）成立： ［ｃ］＋０．５０２（ｇ）＝ＣＯ（ｇ）， ＡＧ１。＝一１１４ ４００—８５．７７Ｔ，Ｊ·ｍｏｌ （５） ［ｓｉ］＋Ｏ２（ｇ）＝ＳｉＯ２（Ｉ）， ＡＧ２。＝一７９０ ２４０＋２０３．５２Ｔ，Ｊ·ｍｏｌ （６） 所以反应式（４）的标准吉布斯自由能变化为：
·收稿日期：２００４—１１—０８ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０１７４０６０） 作者简介：阳海彬（１９７８一），男，Ｉ￣Ｊｌｌ资中人，重庆大学博士研究生，从事冶金新工艺新技术方面的研究。
维普资讯 http://www.cqvip.com 第２８卷第３期 阳海彬等： 高炉铁水硅含量预测系统 ４５ ＡＧ。＝２ＡＧｌ。一△ 。＝５１６ ４４０—２９０．５４Ｔ，Ｊ·ｍｏｌ （７） 将ＡＧ。＝一ＲｎｎＫ．＝一８．３１４ ４１ ｒｉｎｇ．带人式（７），并 整理得到式（８）： １ｎ ＝一６２ １１４／Ｔ＋３４．９４ （８） 反应式（４）的平衡常数 ，可由式（９）来计算：
（／＇Ｓｉ，
￣ ＣＯ
（９）
ａｓ￣ｏ２口Ｃ
其中：口ｓｊ是铁水中Ｓｉ的活度；Ｐｃｏ是炉内ＣＯ的分压；
ａｓ￣ｏ２是渣中ＳｉＯ 的活度；口ｃ是铁水中Ｃ的活度（ａｃ＝ １）。于是由式（９）便得到：
＝ ［ｓｉ］＝ （１０） 其中 ；为铁水中硅的活度系数。 式（１Ｏ）两边取对数并整理，得到式（１１）： １ｎ［Ｓｉ］＝ｌｎｇ４＋ｌｎａ Ｓｉｏ’一２１ｎＰｃｏ一２．３０３ ｌｇｔ＇￣ｉ
（１１） 将式（８）带人式（１１），得到式（１２）：
Ｉｎ［ｓｉ］：３４．９４一 ＋ｌｎ口Ｓｉ０２－２ｌ 。－２．３０３ ｌｇｔ； （１２） 为高炉内炉渣温度（单位Ｋ），可以近似看作与 铁水温度相等，计算中采用铁水温度。 对很稀的金属溶液，铁水Ｓｉ的活度系数 可以根 据活度系数的对数加和律来进行数值计算： ｌｇｔ＇￣ｉ＝ｅｓＳｉ［Ｓｉ］＋ｅ ［ｃ］＋ｅ “［Ｍｎ］＋ｅｓＰｉ［Ｐ］＋ ｅ ［Ｓ］＋ｅ ［Ａ１］＋ｅ；［Ｖ］＋ｅ ［Ｔｉ］ （１３） 元素ｉ对铁水中Ｓｉ的一级相互作用系数ｅ。ｉ；可由 文献［３］查得： ｅ Ｓｉｓｉ： ＋０．０８９，ｅ ： －０．ｏ２３， ｅｓＭｉ ＝０．００２，ｅＰＳｉ＝０１１，ｅ ＝０．０５６， 。ｓｊＡＩ＝０．０５８，。ｓｊＶ＝００２５，。ｓＴｉｉ０．０３ ＳｉＯ２在ＣａＯ—ＭｇＯ—Ａ１２Ｏ３一ＳｉＯ２一ＭｎＯ—ＴｉＯ２一 Ｖ Ｏｓ渣系中的活度口。 可由下列半经验公式来 确定 ： （／＇ＳｉＯ：（ ） （４．３６４ｕ￣，ｏ：一０．７５５ ２ Ｉｏ２）（１４） 其中， ｌ为系数；Ｍｓｉｏ１为ＣａＯ—ＭｇＯ—Ａ１２ Ｏ３一ＳｉＯ２一 ＭｎＯ—ＴｉＯ２一Ｖ２Ｏ５渣系中ＳｉＯ２的ｔｏｏ１分率；／７，为可调 参数： ＣａＯ＋ ＋ ＋一Ａ１２０３ 面 ５６。６ｏ。４０。１０２。７１。７９９。１８２ （１５） ＾ｒ 一—————————————————鱼 ————————————————一 ¨ ＣａＯ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ７９ ９＋ １８２ ５６’６Ｄ’４０’ ’７ｌ’ （１６） 根据高炉的一些历史数据，选用合适的可调参数 ／７，可以对计算值起到一定的修正作用。在选用南京钢 铁公司高炉数据进行实际计算中，／７，取７．７时计算值 与实测值吻合较好。 因此，由炉渣成分可以计算出ＳｉＯ 在炉渣中的活 度口 ，由铁水温度及成分可以计算出铁水中ｓｉ的活 度系数的对数ｌｇｔ＇￣ｉ。炉内ＣＯ的分压Ｐ 。可以近似看 作与鼓风压力相等。将炉渣中的活度口。； 铁水中Ｓｉ 的活度系数的对数ｌｇｔ＇￣ｉ、炉内ＣＯ的分压Ｐｃｏ和铁水温 度 带人式（１２），可以解出铁水硅含量［Ｓｉ］。 至此，得到了以鼓风压力、铁水温度及成分、炉渣 成分等为输入，铁水硅含量为输出的高炉铁水硅含量 预测模型。 ２预测系统 在采用ＶＣ编制成的高炉硅含量预测系统（ＢＳＰ） 中，以人炉原料成分和高炉基本操作参数为基础，进行 高炉物料平衡及热平衡计算，获得预测模型所需的炉 渣成分、铁水成分、铁水温度、煤气中一氧化碳含量等 数据，带人预测模型应用牛顿法迭代求解，得到了高炉 硅含量的预测值。高炉硅含量预测系统的结构如 图１。
图１ 高炉硅含量预测系统的结构 采用南京钢铁公司高炉数据带人系统进行预测计 算，计算所得的炉渣成分、铁水温度和成分以及铁水硅 含量的预测值和实测值见表１，预测结果的命中率见 表２。 从表１和表２可以看出，采用该高炉铁水硅含量 预测系统所得的硅含量预测结果误差范围小，命中率
维普资讯 http://www.cqvip.com ４６ 重庆大学学报（自然科学版） ２００５年 表２硅含量预测结果的命中率 ％ ３结束语 在对高炉内硅还原的机理进行分析的基础上。通 过热力学及动力学推导，建立了高炉铁水硅含量的预 测模型。并将该模型运用于高炉硅含量预测系统上， 通过对南钢高炉铁水硅含量的预测，验证了系统的可 靠性。该模型属于理论模型，在高炉炉况基本稳定的 前提下，预测结果与原料成分和操作参数条件有很好 的对应关系，能够对高炉配料和高炉操作进行指导。 另外，通过对高硅高炉进行铁水硅含量的预测，可以得 到该高炉铁水降硅的可能性及最大降硅量。
参考文献： ［１］孙桂利，仇芒仙．提示序列在高炉铁水含硅量预测中的
［２］ ［３］ ［４］ ［５］ ［６］ ［７］ 应用［Ｊ］．太原教育学院学报。２００２，２０（６）：４５—４９． 王秉冠．预测铁水温度和铁水含硅量的模糊控制［Ｊ］．宝 钢技术，１９９４，（１）：４６—５１． 李俊国，闫小林．高炉铁水含硅量神经网络预测模型［Ｊ］． 河北理工学院学报。２００２，２４（３）：１７—２２． 成兰伯．高炉炼铁工艺及计算［Ｍ］．北京：冶金工业出版 社，１９９５． 王筱留．钢铁冶金学［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９５． 魏庆成．冶金热力学［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，１９９６． 杨桂萍，谢裕生，张恒。等．高炉铁水中硅浓度的推算［Ｊ］． 计算机与应用化学，１９９０，７（３）：１９３—１９９．
Ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｈｏｔ Ｍｅｔａｌ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ ＹＡＮＧ Ｈａｉ－ｂｉｎ￣，ＺＨＡＮＧ Ｂｉｎｇ—ｈｕａ｝，ＷＡＮＧ Ｌｉ－ｆｅｎ￣。ＤＩＡＯ Ｙｕｅ－ｃｈｕａｒ＃ＬＩＡＯ Ｄｏｎｇ－ｈａ＃
（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０。Ｃｈｉｎａ； ２．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ．，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｏｔ ｍｅｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｉｓ ａ ｍａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｎｄ ｅｎｅｒ－ ｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｍａｃｅ ｉｓ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｒｅｓｕｌ￣ｏｆ ｈｏｔ ｍｅｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｔｃｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｈｏｔ ｍｅｔａｌ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｒｅ— ａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｗｅｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎＡｎｄ
