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6号高炉燃料比降低的理论分析

闭立钢，祝和利，李宏玉，张海峰，黄海滨

(炼铁厂)

摘 要：阐述了在原燃料贫化的条件下，通过对6号高炉各项操作参数进行统计，并对这段时间的数据进行了Rist操作线和热平衡的对比分析，找到降低燃料比优化操作的方向。

关 键 词：高炉；燃料比；Rist操作线；热平衡

1 引言

Rist操作线最初是法国A. Rist和N. Meysson教授提出的高炉操作线理论抓住“氧的转移”这一高炉冶炼最本质的特征，直接表达出Fe-O-C体系的变化和高炉各项技术经济指标间的内在联系[2]。本文对柳钢6号高炉（1500m3）在2012年12月（基准期）和2013年1月（试验期）操作参数以及指标情况进行理论分析，可望找到燃料比降低的原因和优化操作的方向。

为了应对钢铁市场危机，公司采用低成本战略，原料入炉炉品位维持在54.5%～56.5%，焦炭热强度维持在58%左右（见表1~2）

表1  柳钢6号高炉焦炭成分性能指标，%

表2  柳钢6号高炉原料的主要化学成分，%

2013年1月（试验期）和2012年12月（基准期）指标对比，焦比降低了21.9kg/t，燃料比降低了13kg/t，煤气利用率提高了0.4%。为了找到降焦但燃料比下降幅度较小而且煤气利用不高的原因，通过两段时期的Rist操作线和热平衡对比综合分析，为下一步继续降低燃料比提供操作指导。

2 操作线的对比分析

2.1 含氢燃料操作线

在当前高炉均采用大量喷混合煤技术，且柳州地处南方空气湿度大，含氢量高的情况下，H2的作用不能被忽略，操作线要做一定的修正，Y轴修正为m(O+ H2)/m(Fe)；X轴修正为m(H2+O)/m(H2+C)。这样，操作线的斜率变为μ=m(H2+C)/m(Fe)，如图2所示，A点的横坐标XA=1+（CO+CO2）/（CO2+CO+H2+H2O），E点的纵坐标增加了鼓风湿分和喷吹燃料带入氢（yH2）这两项。

图1  高炉喷吹含H燃料操作线图

2.2 不同时期操作线分析

这里选取2012年12月（基准期）和2013年1月（试验期）进行操作线比较分析，由于公司开始以焦定产，1月份焦炭为全干熄焦，焦炭质量较基准期有一定的提高，特别是CSR值，但基本成分灰分和挥发分含量变化不大（基准期分别为12.8%和1.605%，试验期为12.785%和1.05%）；矿石品位从基准期的55.89%上升到56.375%，有一定的改善；6号高炉的喷吹混合煤的燃烧性也有较大程度的提高，特别是灰分的降低（基准期的17.93%降低到试验期的15.31%）以及挥发分的提高（基准期的10.48%升高到试验期的11.82%）。总体来说，试验期的原燃料质量较基准期有一定的提升。以以上原燃料以及操作参数为依据计算，绘出两个时期所示的操作线图（如图2，图3）。

图2  高炉基准期操作线

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图3  高炉试验期操作线

对这两个不同时期的高炉操作进行了操作线理论分析发现，基准期铁的直接还原度rd=0.495，理想操作线的铁的直接还原度r'd=0.452，潜力焦比(2.1372-2.009)×(12×948.31)/(56×0.8592)=30.32kg/t，式中0.8592为基准期焦炭中固定碳的含量，炉身工作效率为：

GZ/GW×100%=(1.2769－1)/(1.3014－1)×100%=91.9%                  （1）

计算的试验期铁的直接还原度rd=0.505，比基准期的直接还原度稍高，而此时期的理想操作线直接还原度r'd=0.453与基准期的0.452相当，使得炉身工作效率和潜力焦比和基准期来比较都稍低，分别为91.02%和33.05kg/t。基准期的实际操作线斜率u比试验期的要大，分别为2.1372和2.125，也就是说试验期的操作线比基准期较为平坦，操作线越平坦其燃料消耗越少与这两个时期燃料比数据吻合，但由于基准期炉况难行的影响，煤气利用的检测数据并不差，即基准期的煤气中的m(H2+O)/m(C+H2)比试验期的要高，所以最后计算的试验期炉身工作效率值偏小。通过两个时期操作线对比分析，整体上基准期和试验期炉身工作效率和降焦潜力相差不大。但实际上，这是由于基准期理想操作线热平衡依然是根据整个基准期高温区热损失来计算的，而试验期的高温区热消耗明显要小于基准期，所以这里的降焦能力要根据热平衡核算，找到本高炉操作条件下合适的热损失来衡量降焦能力。要进一步分析全炉热平衡，找到试验期时期燃料比降低的原因。

3.3 热平衡对比分析

编制区域热平衡时，先要选定区域的边界条件。这里为高温区编制热平衡，以高炉下部热交换区的边界作为选定的依据，并选定tg空=1000℃，ts空=950℃，Δt=50℃。

热收入项中的风口前碳燃烧与热风带入的热量与第三种方法的全炉热平衡的完全相同(2012年12月与2013年1月全炉热平衡对比见表3所示)，中温区进入高温区时炉料带有的热量计入高温区的热收入，为了简化计算假定焦炭在中温区没有气化（实际上碳素溶损反应从850℃就开始，焦炭在中温区有少量气化），仅有少量以炉尘的形式损失。

                            表3  基准期与试验期全炉热平衡对比

热支出项中由于直接还原和脱硫均在高温区进行，因而直接还原和脱硫耗热与第三种热平衡的相同，在炉料带入高温区的热量作为单独的热收入时，炉渣和铁水的焓计算如下：

q'渣=uQu－q'脉石                                          （2）

q'铁=1000Qe－q'e                                         （3）

式中，q'脉石为炉料中的脉石，灰分等从中温区带入的热量，这两部分热量目前尚无精确的计算方法和实测值，一般高温区热平衡中常采用经验值：每千克渣为840～880kJ,每千克生铁为610～650kJ。这里取其平均值每千克渣为860kJ，而每千克生铁取为640kJ，通过计算得到两个时期的高温区域热平衡各热收入和热支出项值（见表4）。

表4  基准期与试验期高温区域热平衡对比

通过两个时期的全炉热平衡和区域热平衡热收入和热支出数据发现，基准期的铁矿石的间接还原度高直接还原耗热少[3]，但煤气焓、冷却及其它热损失却比较高，说明2012年12月的整体的操作炉型经常变动，导致渣皮不断的形成和脱落，煤气流也不稳定，整月的平均炉顶温度256℃也是偏高的，冷却设备以及炉壳散失的热量比较多。热收入中试验期的平均风温比基准期要高，在热收入中可以替代部分风口前燃烧的碳量，热风带入热量比基准期高出5个百分点，使得试验期燃料比有所降低。

另一方面，2013年1月的直接还原度偏高，炉身工作效率不高，还有很大的提升空间，首先热风温度的利用还要加强，平均风温仅1176℃离可利用风温水平还有一定距离，热风炉设备管理要加强；其次，顶温的控制要进一步降低，全月平均顶温仅比2012年12月低10℃，在批重确定的条件下，适当调节料线和布料角位。

4 结论

本文使用6#高炉2013年1月和2012年12月两段时期的生产数据，通过Rist操作线和热量收入支出的对比分析燃料比降低的原因。

1）通过原燃料的加强管理和操作参数的调整，2013年1月经济技术指标明显提高；

2) 绘制出的Rist操作线显示，基准期（2012年12月）的直接还原度比试验期（2013年1月）略低，且炉身工作效率相近，且潜力焦比相差不大，实际上试验期的高温区热消耗明显要小于基准期，所以这里的降焦能力要根据热平衡核算；

3) 通过热平衡的计算，试验期热风温度的提高，代替了部分碳素燃烧释放的热量，试验期风口前碳素燃烧的热量在热收入中所占比重降低，基准期由于批重以及制度调节频繁，使得煤气流紊乱，操作炉型不稳定渣皮带出的热量相对较多；

4) 尽管试验期的焦比和燃料比与基准期相比较有明显的降低，但在保证炉况顺行的情况下还要从降低直接还原度和提高炉身工作效率这两个方面着手进一步降低燃料比。

参 考 文 献

[1]   王筱留．钢铁冶金学（炼铁部分）[M]．北京：冶金工业出版社，2000：230-234.

[2]   Kalevi Raipala. 高炉中死料柱及炉缸现象[J]. 世界钢铁，2001,1（4）：11-16.

[3]   A. Rist and N. Meysson: Rev. Metall., Nov. 1965, vol. 62 (11), pp. 995-1039.

[4]   那树人．高炉焦比、直接还原度及炉顶温度的联合计算[J]．包头钢铁学院学报，1991，(2)：15-17.

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