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1、高压操作,xxx,一、高压操作的概述,提高炉顶煤气压力的操作称为高压操作，是相对于常压操作而言的。一般常压高炉炉顶压力（表压）低于30kPa，凡炉顶压力超过此值者，均为高压操作。,二、高压操作的发展过程,早在1871年就为法国冶金学家贝塞麦所提出1915年俄国工程师叶斯曼斯基明确提出，提高炉内煤气压力可加速间接还原，并使高炉截面上的气流分布均匀，有利于冶炼过程1946年克里夫兰提高炉顶煤气压力到70kPa的高压操作试验取得了很好的效果,1950年以后，高压操作技术在世界范围内得到了广泛应用，炉顶压力水平也在逐渐提高。1956年中国在鞍山钢铁公司9号高炉率先采用高压操作 1990年中国高压高炉的
2、生铁产量占全国高炉总产量的60%以上。70年代以来，随着高风温和高炉喷吹燃料技术的发展，高炉焦比大幅度降低，引起高炉料柱结构和炉内流体力学方面一系列变化，更加需要实行高压操作来保证高炉强化和炉况顺行。,三、操作原理,根据流体连续性方程G=w可知，气体的质量流量不变时，气体密度与其流速成反比。提高炉顶压力后，高炉内各部分的压力或炉内平均压力相应提高，煤气被压缩，体积变小，密度()增加。G气体的质量流量，kg(m2s)为气体的密度，kgm2；w为气流速度，ms),高压操作特性曲线,1-常压；2-高压；3-更高水平的顶压,四、高压操作的条件,鼓风机要有满足高压操作的压力，保证在高压操作下能向高炉供应
3、足够的风量。高炉及整个炉顶煤气系统和送风系统必须保证可靠的密封及足够的强度，以满足高压操作的要求。,五、高压操作的优点,强化冶炼进程，提高产量。可在一定程度上降低焦炭消耗。降低炉尘吹出量 可以回收能量。高压以后，对硅的还原不利，而强化了渗碳过程，所以高压有利于低硅生铁的冶炼，使生铁碳含量增加,六、提高炉顶操作压力后高炉冶炼的主要特点和效果,高炉高压操作是实现高炉高效化的重要段。提高炉顶操作压力可以降低炉内煤气流速，使煤气与料层充分接触而提高煤气的利用率。有利于煤气的热量传递给炉料，提高矿石的间接还原率。还可以减少炉内料柱压力损失，从而使高炉得以顺行和增加风量。,1、降低煤气流速，降低焦比,高炉
4、炉内煤气流速的大小直接影响到料柱的阻力和煤气的利用率。在煤气量不变的前提下，炉顶压力提高后，使2CO=CO2+C的反应向体积方向发展，反应加速。使CO：浓度提高，提高了煤气中CO的利用率，有利于间接还原过程的进行。,炉顶压力与燃料比的关系,2.料柱压力损失减小，高炉顺行，增加产量,提高炉顶操作压力，炉内煤气流速降低，料柱阻力损失降低，使风口压力和炉顶压力的压差减小。作用于炉料的浮力也相应降低，炉料容易下行，因而也有利于炉况的稳定顺行。这也就让高炉能够接受更多的风量，使生铁产量提高。,3.对产量的影响,高压操作压头损失降低，有利于提高产量，因而有利于提高产量。早期研究高压对冶炼强度的影响时，许多
5、人都推荐用H.M.查沃隆科夫的计算压头来计算：,如提高炉顶压力前后保持压差不变，则：,将上式代入下式，则：,Q风2、Q风1提高顶压前后风量，m3/min;P顶1、P顶2提高顶压前后炉顶压力，MPa;P风1、P风2提高顶压前后风压，MPa；P提高顶压前后顶压之差，MPa。,4.对焦比的影响,炉顶压力，则煤气体积缩小，在风量大致不变的情况下，煤气在炉内停留时间延长，增加了矿石与煤气的接触时间，有利于矿石还原。由于现在使用的球团矿和烧结矿都具有微孔隙和小孔隙，存在着大量的内表面，高压加快了气体在这些微小孔内的扩散速度。气体扩散速度加快使得矿石还原速度加快，并且提高炉顶压力后，加速了CO分解（2COC
6、O2+C）反应，分解出碳存在于矿石之间，也能加速矿石还原反应。提高炉顶压力后瓦斯灰吹出量降低，吹出的碳量也相应减少。,5.对生铁成分影响,提高炉顶压力，有碍硅还原反应进行（SiO2+C=Si+2CO），因而高压操作有利于降低生铁含硅量。有利于获得低硅生铁。在现代高炉上，炼钢生铁的含碳量与炉顶煤气中CO的分压有如下的统计关系：CO、H2炉顶煤气中相应组分的含量，%；T铁水出铁时的铁水温度，；Pco炉顶煤气中CO分压，kPa。,七、高压操作冶炼特征,压头损失降低提高炉顶压力，在冶炼强度不变的情况下，总压头损失降低，但沿高度方向各部位降低幅度并不一致，如图所示，下部风口至炉腰以上降低幅度较大。因此，
7、生产过程产生的难行或悬料多发生在炉子下部。故高压操作时如何采取措施减少下部压头损失，对充分发挥高压效果具有重要意义。,各部分压头损失分布情况,边缘气流发展煤气停留时间延长 有利稳定顺行除尘器瓦斯灰减少,八、高压操作在高炉炼铁生产中的应用,实现高压操作的主要措施 提高钟式炉顶设备的制造和安装质量。料钟、料斗的材质应不断改进，加工精度要高，在料钟、料斗的接触带应堆焊硬质合金提高操作水平，尽可能消除底料线操作现象，保持较低的炉顶温度，以减轻对炉顶设备的硬化。对炉顶设备还要做到勤检查、常维修。大力推广使用冷矿入炉，努力减轻炉料对大钟的磨损，保证料斗的密封性。改进现有钟式炉顶为无钟炉顶。无钟炉顶将密封和
8、布料两大作用分开，克服了钟式炉顶密封性能差的基本缺陷，大大促进了顶压的提高。,某厂高压操作的实践,某厂燃料整体质量较差，特别是外购焦炭品种变化频繁、质量波动大，对高炉的长期稳定、顺行造成了一定影响，限制了高炉进一步达产降耗。高炉有效容积l726m3，日常操作风量3800m3min，顶压180kPa。高产和低耗之间的矛盾日益突出，高炉在抓好原燃料筛分、出铁排渣的同时，炉内通过积极调整，适应了高压差操作，炉况达到了长期稳定、顺行。经过一系列的调整和适应，高炉达到了高压差操作下长期顺稳生产，2个月只损坏1个风口(此风口是在设备影响不能加料，长期减风后回风过程中损坏)，平均压差达到162 kPa，平均
9、日产生铁4 638 t，利用系数261，焦比330kgt，煤比130kgt，取得了可观的经济效益。,所带来的问题,炉内压差提高后，和高炉顺稳性之间的矛盾成了问题的关键，高炉采取了一系列措施，保持顶压180kPa不变，压差逐步由152kPa提高到165 kPa，达到了长期稳定生产。,高炉压差变化情况,调整的措施,精料：高炉煤气在软熔带的压力损失占到总损失的70左右，合理的软熔带形状及透气性能，受原燃料质量和煤气分布的直接影响，特别是焦炭质量对软熔带透气性起着决定性作用。为了增加焦炭在筛板上的停留时间改造后，成品焦中小于25mm的焦炭明显减少，改造前后焦炭筛分效果比较如图所示。,高炉焦炭筛改造前后
10、筛分效果比较，%,2、合适的矿石批重 高压差操作矿石批重不能太小，随着OC增大，过小的矿石批重、焦炭批重不易稳定煤气流，容易出现气流或小管道，同时抑制煤气利用率的进一步提高。高炉矿石批重稳定在425 t，在矿石批重上没做任何调整。高炉风机供风能力有限，不能保证3 800m3min风量(风量最少时，不能保证3700m3min风量)，有计划的使用顶压，月初顶压降为172 kPa，中下旬风量增加，顶压逐步提回178 kPa；随着风量的变化，适当增加矿石批重。,高炉矿石批重、顶压变化情况,3、稳定的边缘煤气流,随着增大煤比后，中心煤气流没有以前通畅，矿石批重对中心影响比较明显，随OC的增大，过小的矿石
11、批重、焦炭批重不易稳定煤气流，对透气性也影响较大，同时也抑制煤气利用率的进一步提高。对装料制度做了进一步调整，矿焦角统一外扬一度，意在继续让开中心，适当扩大矿石批重、加重焦炭负荷，提高煤气利用率，缓解高压差，提高炉况的稳定性，调整后十字测温中心和边缘温度、透气性比较见图所示，此次调整取得一定效果。,调整前后十字测温中心和边缘温度、透气性比较,4、高活跃的炉缸环境,煤气流在炉内的压力损失主要集中在下部，所以高压差操作，一定要求有合理的、分布均匀的初始煤气流。如果风量频繁大幅波动，再加上热制度大幅波动，容易造成炉缸不活跃，初始煤气流不稳定，进一步导致边缘煤气流不稳定，中心煤气流不畅，形成恶性循环，
12、破坏顺行，日常生产应坚持全风冶炼，高炉生产风量如图所示。,高炉风量变化情况,5、高水平操作,在重负荷、高产量生产情况下，一定要高度重视排渣、出铁，其对炉内压差和顺行影响很大。日常坚持定风温操作，通过控制冶炼强度来稳定热制度，煤粉的使用可以根据原料的变化情况，灵活掌握，综合负荷可以在小范围波动，做合适炉温，保证炉缸热量充足，铁水物理热稳定在1500左右，提高高炉的适应能力。,初始煤气流的合理分布对炉缸的活跃性很重要，且直接影响到煤气在炉内的二次分布、三次分布，从顶温上可以直观的反映出来。从图可以看出，顶温温带较窄，4点温度较为接近，没有分岔现象，边缘气流稳定，说明初始煤气流和炉缸工作环境很好。如
13、原燃料质量不稳定、日常炉况波动影响到初始煤气流的合理分布，从顶温和料尺可以直接反映出来，同时参考十字测温曲线和炉顶摄像，应立即采取退负荷或其他方式尽快调整。,高炉顶温变化情况,九、高压操作需注意的事项,提高炉顶压力，要防止边缘气流发展，注意保持足够的风速或鼓风动能，要相应缩小风口面积，控制压差略低于或接近常压操作压差水平。常压转高压操作必须在顺行基础上进行。炉况不顺行时不得提高炉顶压力。高炉发生崩料时，必须转常压处理。待风量和风压适应后，再逐渐转高压操作。高压操作悬料往往发生在炉子下部。因此，要特别注意改善软熔带透气性，如改善原燃料质量，减少粉末，提高焦炭强度等。操作上采用正分装，以扩大软熔带
14、焦窗面积。,设备出现故障，需要大量剪风甚至休风，首先必须转常压操作，严禁不改常压减风至零或休风。高压操作出铁速度加快，必须保持足够的铁口深度，适当缩小开口机钻头直径，提高炮泥质量，以保证铁口正常工作。高压操作设备漏风率和磨损率加大，特别是炉顶大小钟、料斗和托圈、大小钟拉杆。煤气切断阀拉杆阀及热风阀法兰和风渣口大套法兰等部位，磨损加重，必须采用强有力的密封措施，并注意提高备品质量和加强设备的检查、维护工作。新建高压高炉，高炉本体、送风、煤气和煤气清洗系统结构强度要加大，鼓风机、供料、泥炮和开口机能力要匹配和提高，以保证高压效果充分发挥。,十、采用超高压进行高炉操作的可能性,炉顶压力提高后，炉顶装
15、料设备及煤气清洗各设备的设计压力都将提高，这样不仅设备及管道造价提高，同时容易产生密封不严造成泄漏煤气的情况。甚至造成高炉休风反而影响了产量。而且由于炉顶压力的提高，生产操作中需要加强对炉顶设备及煤气清洗设备密封性能的检查与维护，确保生产安全。,5000m3级高炉炉顶压力与燃料比及炉腹煤气量的关系,十一、结语,目前我国许多高炉炉顶设备设计压力很高而实际操作压力较低的情况，导致单位生铁的燃料比高，风机的能耗大等情况。鼓风机能力较大，能力没有得到充分发挥，风压和炉顶压力有继续提高的潜力。根据上面的分析，随着高炉炉顶操作压力的提高，高炉综合技术经济指标也得到更好的体现。超高压操作仅仅是作者提出的一种假设，其效果和许多制约因素还有待研究和解决。近年来，我国高炉提高顶压的操作技术进步较快，宝钢已经将顶压提高到0.27 MPa的实例。也许不久的将来，我们或许会看到炉顶操作压力在 0.3MPa以上的高炉诞生。,
