国内外高炉炼铁技术的发展 (2)(2)

3.3死料堆结构的变化与煤气、熔体的偏流及不稳定传热机理

根据高炉解剖调查和实际生产操作发现循环区对死料堆的状况及其透液性有重大影响。实物模型和数学模型分析了循环区发生粉末的积蓄行为对死料堆透液性有重大影响（图16）。此外，开发了炉缸部份熔体流动、传热、反应模型，明确了降低燃料比时，渣铁流动、残留渣铁量与温度变化的关系。根据高炉解剖调查配合数学模型分析研究了死料堆漂浮的状况（图）[7]。同时，为了稳定出铁、出渣克服炉缸环流研究了出铁的操作制度（图17）。

图16 未燃烧煤粉和粉焦的体积分数[23]

图17 各种炉内条件对最高煤气－炉渣界面的相对高度至出铁口的影响

图

根据死料堆漂浮条件和克服炉缸环流的研究，世界各国都提出了加深死铁层至炉缸直径25~30%的建议，在我国也有相同的建议[1]。

对高炉操作技术和设计技术的定量化已经提上日程。这是高炉技术由粗放型转变到集约型和精细化的必由之路。对高炉失常等难于定量化的现象开始进行系统的研究，开发新的强化高炉功能的实验方法及现象的模型和分析方法等。此外，关于炉况波动的力学因素也得到了重要的认识，迫切希望以此为基础进一步展开指导操作和设计技术的研究。

4 高炉大型化

近年来，我国高炉的大型化有了很大进步。随着高炉大型化，高炉装备水平有了很大提高，装备技术也有长足进步，装备的本地化率不断提高。

世界上4000m3以上高炉大部分集中在日本，日本仅5000m3高炉12有座，主要集中于大分、福山、鹿岛、君津、名古屋、京浜、仓敷、千叶、加古川等厂。欧洲主要集中于德国施威尔根、俄罗斯斯维尔德罗夫和克里瓦洛格、意大利塔兰托、法国敦刻尔克、英国雷德卡、荷兰艾莫依登。还有美国的内陆和雀点，巴西的图巴朗，以及韩国浦项、光阳。

在世界上，我国新建大型高炉具有领先的装备水平。在装备技术方面采用了无料钟炉顶、铜冷却壁、高压炉顶、喷煤装置、水渣粒化装置、炉前烟气除尘装置、高温热风炉、富氧鼓风、脱湿鼓风等等装备。

高炉大型化除了对高炉炉内现象进行了更精细的研究外，为此，必须弄清各种炉内现象，并合理控制循环区及死料堆的形成行为和焦炭粉化及产生堆积的行为对炉料透气性和下料有重大的影响。进一步有必要寻求重要操作因素合适的送风制度和装料制度。

高炉大型化不仅是装备的大型化，更重要的是必须了解不同容积高炉炉内过程特征，对于操作者是一个重新认识的过程，只有充分了解炉内过程才能用以指导高炉操作。

大型高炉的设计特征是依靠先进的技术手段来实现高炉的强化，依靠自动控制采用精细的管理来控制高炉过程。不能单纯依靠鼓风，依靠强制的方法，粗放

型的手段实现高产。 5 高炉长寿及快速大修

由于高炉大型化高炉大修对整个钢铁企业的影响巨大，由于金融危机的影响设备更新资金短缺，由于高炉稳定操作和炉体维修技术的发展，各国都在大力研究高炉的长寿技术。 5.1 高炉长寿

世界各国都十分重视高炉的长寿技术。15超过年的长寿高炉不断增加，我国也出现了15超过年的长寿高炉，宝钢3号高炉正在向20年的高寿迈进。图11为日本大型高炉寿命的实绩，表明由于近年来高炉操作技术和维护技术的进步，高炉寿命越来越长，近年来出现了超过20年的长寿高炉，其中有巴西图巴朗1号4415m3高炉超过26年（2009年月停炉，整个炉役情况尚未见报导），水岛4号4826m3高炉差2个月达到20年，千叶6号4500 m3高炉寿命20年。

图11 日本和巴西高炉寿命

在长寿技术中，有以下关键技术： （1）合理的高炉炉体设计技术： a) 采用合理内型； b) 采用铜冷却壁；

c) 特别是，为了克服炉缸环流加深死铁层，同时提高炉缸炉墙耐材的抗铁水侵蚀性[12,13]，提高炭砖的导热率，防止铁水的渗透将气孔微细化，以及炉缸侧壁采用铜冷却壁；

d) 改进炉体冷却。 （2）操作管理技术：

a) 由高炉布料控制炉内气流分布降低炉墙热负荷； b) 保持高炉的稳定操作，降低炉体、炉缸热负荷的波动；

c) 控制炉缸、炉底冷却，强化侧壁温度管理； d) 改善出铁制度和布料技术，控制炉缸铁水流动。

日本从1990年以来，认识到了提高炉缸炉墙耐侵蚀[12,13]是最重要的课题。

特别是在高炉开炉初期炭砖热面尚不要被渣皮复盖，裸露在铁水中的碳砖极易被侵蚀，在操作上更要精心；在冷却方面，甚至采用制冷机降低水温。

（3）高炉长寿和维修技术； a) 破损测量和调查技术； b) 有效修补破损部位的技术[18]。

5.2 快速大修

由于高炉停炉的损失巨大，除了投入巨资外，钢铁企业的产量下降不但招致的经济损失，还因此带来市场份额的损失。因此，除了延长高炉寿命以外，还要求缩短停炉的时间进行快速大修。

在快速大修方面，我国也自力更生开发了世界一流的高炉快速大修技术，实现了宝钢1、2号4000m3级高炉采用分段装卸的大修工艺，一次搬运最大重量达到3200t。宝钢1、2号高炉大修时间分别为78天和98天的成绩[8]。 6 减少CO2排放的新工艺

高炉是直接排放CO2的工艺，所以主要目标是降低所以主要目标是减少投入高炉中的碳，尤其是焦炭。在欧洲ULCOS工程，为炼钢评估单位容积内的物料、电、氢、天然气的消耗，同时也对降低碳进行评估[2]。

国外正在研究多种全氧并利用炉顶煤气循环的工艺，RFCS正在研究一种全氧高炉，如图14。用冷的氧气替代热风从风口鼓入，将大部分炉顶煤气经过一个CO2洗涤塔，一部分被处理过的富含CO的煤气被循环使用到风口加热到1200℃，其余部分被加热到900℃，并鼓入位于炉身下部的第二排风口。

图14 炉顶煤气循环高炉

模型计算约使用175kg/t煤、焦比降低到200kg/t，燃料比降低了24％，并在LKAB实验高炉上得到了验证。计划建设具有煤气回收技术的50万吨高炉。但要达到大高炉的规模大约还要15～20年。 7 结语 参考文献

1. S. peter, L. H. Bodo, E. Gerhard. Measures to Reduce CO2 and Other Emissions Steel Industry in Germany and Europe. The 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking (ICSTI’09) p.44~52.

2. 项钟庸，王筱留等编著. 高炉设计－炼铁工艺设计理论与实践，冶金工业出版社，2007年.

3. 清水正贤，内藤诚章. 新世纪における高炉操业の進展と研究开发，铁钢，92（2006）12，694~702.

4. Y.Bando, S.Hayashi, A.Matsubara, M.Nakamura. Effects of Packed and Liquid Properties on Liquid Flow Behavior in Lower Part of Blast Furnace, ISIJ Int. , 2005, 45 (10): 1461~1465.

5. Xiang Zhong-yong, Chen Ying-ming, Zou zhong-ping. A New Design System of Blast Furnace. The 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking (ICSTI’09) p.1016~1022.

6. Zhu Wei-chun, Zhang Xue-song. Research on Tuyere Coke Sempling and Instruction for BF Operation. The 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking (ICSTI’09) p.711~715.

7. T. Inada, A. Kasai, K. Nakand, S. Komatsu, A. Ogawa. Dissection Investigation of BF Hearth－Kokura No.2 BF(2nd Campaign). ISIJ International, Vol. 49(2009),No.4, p.470~478

8. Zhu ren-liang, Zhu Jin-ming, Li Jun, Xing Zhong-yong, Ou Yang-biao, Zhou Zhong-ping. The 5th International Congress on the Science and Technology of

Ironmaking (ICSTI’09) p.716~721.

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