論鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐冶煉的影響和意義

王文青

1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于鼓風(fēng)脫濕的發(fā)展?fàn)顩r

縱觀高爐冶煉的發(fā)展歷程，關(guān)于高爐鼓風(fēng)中濕度是應(yīng)該增加還是減少，即鼓風(fēng)是應(yīng)該加濕還是應(yīng)該脫濕，在經(jīng)過(guò)大量理論分析和工程實(shí)踐的反復(fù)論證之后，經(jīng)歷了從鼓風(fēng)加濕，再到鼓風(fēng)定濕，最后到鼓風(fēng)脫濕的過(guò)程。

早在十九世紀(jì)初期，美國(guó)卡內(nèi)基的鋼鐵工作者就提出了脫濕鼓風(fēng)這一想法，并經(jīng)過(guò)較為漫長(zhǎng)的探索和實(shí)踐，明確了送入高爐的空氣濕度的波動(dòng)變化，是導(dǎo)致高爐爐況變換的重要原因之一。通過(guò)工業(yè)試驗(yàn)，國(guó)外的煉鐵工作者發(fā)現(xiàn)，對(duì)高爐鼓風(fēng)脫濕后，爐況和鼓風(fēng)均非常穩(wěn)定，而焦比降低了20%～22%，這個(gè)數(shù)據(jù)大大超過(guò)了他們所期望的數(shù)值，高爐冶煉所受鼓風(fēng)濕度影響的重要性已被廣泛認(rèn)知。但當(dāng)時(shí)由于鼓風(fēng)脫濕設(shè)備不成熟，操作難度大且受制于科學(xué)技術(shù)水平和投資成本，導(dǎo)致鼓風(fēng)脫濕技術(shù)發(fā)展相當(dāng)緩慢。到了二十世紀(jì)中葉，美國(guó)和日本均加快了對(duì)高爐脫濕鼓風(fēng)技術(shù)的研究。上世紀(jì)七十年代，世界上第一臺(tái)鼓風(fēng)脫濕裝置在日本投產(chǎn)，隨后世界上相繼投產(chǎn)約20套脫濕裝置。高爐鼓風(fēng)脫濕技術(shù)成為調(diào)節(jié)爐況的重要手段，至此得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。

國(guó)內(nèi)早在二十世紀(jì)二十年代，漢陽(yáng)高爐就采用了脫濕鼓風(fēng)技術(shù)。但當(dāng)時(shí)受制于技術(shù)能力與設(shè)備投資，鼓風(fēng)脫濕并未發(fā)展起來(lái)。直到1980年之后，寶鋼四座高爐率先引進(jìn)了日本的鼓風(fēng)機(jī)吸入側(cè)脫濕技術(shù)，雖然投資數(shù)千萬(wàn)，但取得了相當(dāng)不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益，取得了脫濕1%，節(jié)焦6 kg/t的經(jīng)濟(jì)效益。寶鋼因?yàn)橐M(jìn)的鼓風(fēng)脫濕技術(shù)，使其低焦比、高煤比的生產(chǎn)及能耗指標(biāo)一直處于全國(guó)鋼鐵行業(yè)的領(lǐng)先水平。萊鋼1880 m3高爐因?yàn)槿挂睙挘L(fēng)溫及爐況水平均不理想，在使用鼓風(fēng)脫濕技術(shù)后，高爐爐缸均勻活躍度及爐況穩(wěn)定順行度都得到了明顯改善，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也得到提升。

比較中外鼓風(fēng)脫濕的發(fā)展歷程，外國(guó)在二十世紀(jì)起步研究較早，也取得了較為顯著的成果。國(guó)內(nèi)從1980年左右才開始研究并應(yīng)用高爐鼓風(fēng)脫濕技術(shù)，起步相對(duì)較晚。

2 鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐冶煉的影響

對(duì)于高爐冶煉來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定高爐爐溫和提高高爐爐溫是高爐鼓風(fēng)脫濕的主要目的。根據(jù)國(guó)內(nèi)外高爐長(zhǎng)期實(shí)踐得出的爐溫綜合公式：

T=K+0.839T+4.972Qψ-6.033ξ-[1.5+0.06Vdef]ф

式中：K——常數(shù)，取值1559℃；

T——熱風(fēng)溫度，℃；

Q——進(jìn)口流量，m3/s；

Ψ——富氧量，m3/1000m3風(fēng)；

ξ——含濕量，g/m3風(fēng)；

Vdef——可燃揮發(fā)分，%；

ф——噴煤量，kg/1000m3風(fēng)。

由公式可知：高爐爐溫主要由含濕量、噴煤量、熱風(fēng)溫度、富氧率決定，其中含濕量波動(dòng)較大，也是使高爐爐溫穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)的關(guān)鍵項(xiàng)。下面由幾個(gè)方面分析鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐冶煉的影響。

2.1 鼓風(fēng)脫濕對(duì)燃料在爐缸燃燒的影響

帶著濕分的高爐鼓風(fēng)進(jìn)入風(fēng)口前的燃燒帶，鼓風(fēng)中的水蒸氣和燃料中的碳元素發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳和氫氣等還原性氣體。與此同時(shí)，水分的分解也吸收了大量的熱量。這些都給風(fēng)口燃燒帶帶來(lái)了以下的變化：

（1）燃燒所產(chǎn)生的煤氣中一氧化碳和氫氣的濃度增加，氮?dú)鉂舛葴p少，煤氣總產(chǎn)量減少，燃料消耗風(fēng)量減少。

（2）燃燒溫度隨著水分的分解而降低，風(fēng)口前的燃燒帶隨之?dāng)U大，燃燒速度和化學(xué)反應(yīng)速度變慢，碳的氧化產(chǎn)物擴(kuò)散減弱，燃燒帶向著爐缸方向進(jìn)行擴(kuò)散。

（3）爐缸理論燃燒溫度降低，濕分每降低百分之一，爐缸理論燃燒溫度將降低～40℃左右。

2.2 鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐理論燃燒溫度的影響

高爐鼓風(fēng)所含濕分分解出來(lái)的氧和氫元素，雖然可以強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒，參與爐內(nèi)還原反應(yīng)，但是濕分的分解，消耗了爐內(nèi)較多的熱量，使高爐理論燃燒溫度降低，造成高爐換熱惡化，爐況不順。經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐和理論研究表明，高爐鼓風(fēng)濕分每增加1 g/m3,理論燃燒溫度要降低約7℃，過(guò)低的燃燒溫度還會(huì)造成煤氣產(chǎn)量的不穩(wěn)定。可見鼓風(fēng)濕分對(duì)高爐理論燃燒溫度的影響較大。

2.3 鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐噴煤量的影響

因?yàn)楦郀t鼓風(fēng)中的濕分會(huì)降低爐缸燃燒溫度，影響爐內(nèi)燃料燃燒，進(jìn)而制約了高爐的噴煤量。根據(jù)高爐風(fēng)溫經(jīng)驗(yàn)公式：

式中：Tf——風(fēng)溫，℃；

W——煤比，kg/t；

M——鼓風(fēng)濕分，g/m3；

F0——富氧率，%。

由公式可以計(jì)算得出，鼓風(fēng)每減少1 g/m3的濕分，可以提高噴煤量～1.8 kg/t。可見鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐噴煤量的影響也是很明顯的。

2.4 鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐產(chǎn)量的影響

高爐鼓風(fēng)脫濕對(duì)提高高爐的產(chǎn)量有著較為積極的影響。鼓風(fēng)脫濕可以消除濕分波動(dòng)對(duì)高爐爐況造成的不穩(wěn)定因素，使?fàn)t況順行，提高高爐冶煉強(qiáng)度，有效提高高爐產(chǎn)量。另外高爐鼓風(fēng)脫濕可以有效降低焦比，因?yàn)樵陲L(fēng)溫水平較低時(shí)高爐冶煉每噸生鐵需要的風(fēng)量大，鼓風(fēng)帶入爐內(nèi)的熱量相對(duì)較多，可以節(jié)約更多的焦炭，而焦比的降低使得高爐的產(chǎn)量得到提高。大量實(shí)踐表明，在高爐鼓風(fēng)溫度完全補(bǔ)償鼓風(fēng)含濕量分解造成的熱耗的前提下，消除因大氣濕度對(duì)爐況帶來(lái)的不利影響，鼓風(fēng)濕分每降低1%，高爐生鐵產(chǎn)量可以提高3.1%左右。可見高爐鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐產(chǎn)量的提高有著較為顯著的影響。

2.5 鼓風(fēng)脫濕對(duì)爐況順行方面的影響

每天大氣中的含濕量都是波動(dòng)的，這也造成高爐鼓風(fēng)的濕度變換，進(jìn)而影響高爐爐況的變化。當(dāng)年鼓風(fēng)中濕度的變化將會(huì)很大的影響著同年高爐生產(chǎn)指標(biāo)。送進(jìn)高爐中冷風(fēng)濕度的變化，也會(huì)影響風(fēng)口前燃料帶燃燒的火焰溫度，造成不穩(wěn)定影響。華東沿海地區(qū)5～9月份因?yàn)槿諟夭钜鸬臐穸茸兓?0 g/m3,華北內(nèi)陸地區(qū)的8～10月份的濕度變化也在12 g/m3，這將造成高爐燃燒溫度在60～70℃之間波動(dòng)，進(jìn)而影響爐缸的熱狀態(tài)。而濕度變化造成的燃燒帶范圍的變化，還會(huì)引起煤氣初始分布不穩(wěn)繼而造成爐況不穩(wěn)。采取高爐鼓風(fēng)脫濕措施之后，可以減少高爐懸料、塌料現(xiàn)象，消除爐內(nèi)結(jié)瘤，從而使高爐爐況變得穩(wěn)定。高爐鼓風(fēng)濕度的穩(wěn)定，有利于減少高爐爐況波動(dòng)，便于高爐穩(wěn)定操作和延長(zhǎng)高爐壽命。

2.6 鼓風(fēng)脫濕對(duì)鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)流量的影響

表1為華東地區(qū)某鋼廠高爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和濕度的關(guān)系，可以看出高爐鼓風(fēng)脫濕對(duì)提高鼓風(fēng)流量有著較為明顯的影響。

表1 華東地區(qū)某鋼廠高爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量和濕度的關(guān)系

因?yàn)楦郀t鼓風(fēng)脫濕后，高爐鼓風(fēng)機(jī)吸入側(cè)溫度得到降低，在壓力不變的情況下，濕空氣的密度隨之增加。高爐鼓風(fēng)機(jī)壓縮功率穩(wěn)定的前提下，高爐鼓風(fēng)的質(zhì)量流量隨著鼓風(fēng)密度的增加而得到提高。雖然鼓風(fēng)脫濕有部分能耗，但是鼓風(fēng)機(jī)能耗降低帶來(lái)的效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脫濕鼓風(fēng)的能耗。

3 鼓風(fēng)脫濕對(duì)高爐冶煉的意義

高爐鼓風(fēng)脫濕可以強(qiáng)化燃料在高爐爐缸內(nèi)的燃燒，提高高爐理論燃燒溫度，增加高爐噴煤量，提高高爐產(chǎn)量，維持爐況穩(wěn)定，提升高爐鼓風(fēng)機(jī)質(zhì)量流量，降低燃料消耗及鼓風(fēng)能耗。建議今后新建高爐項(xiàng)目或者改造項(xiàng)目采用鼓風(fēng)脫濕技術(shù)，特別是沿海濕度較大的地區(qū)及濕度隨季節(jié)和氣候變化波動(dòng)大的地區(qū)的高爐應(yīng)優(yōu)先考慮鼓風(fēng)脫濕技術(shù)。

[1]王筱留.高爐鼓風(fēng)脫濕技術(shù)[J].鞍鋼技術(shù)，2006(3).

[2]張?jiān)迄i，張旭.鼓風(fēng)技術(shù)的生產(chǎn)應(yīng)用[J].江蘇冶金，2007，35（5）.