高風(fēng)溫(highblasttemperature)

在現(xiàn)代高爐煉鐵中借助熱風(fēng)爐將鼓風(fēng)風(fēng)溫加熱到1200℃以上的操作。使用高風(fēng)溫操作是高爐強(qiáng)化冶煉的技術(shù)措施之一。

簡(jiǎn)史19世紀(jì)20年代以前高爐使用冷風(fēng)煉鐵，燃料消耗很高，生產(chǎn)率低。1828年英國(guó)尼爾森(D．Neilson)建議在高爐上使用“熱鼓風(fēng)”煉鐵，并于1829年在蘇格蘭克拉依特廠首次實(shí)現(xiàn)了這一建議，風(fēng)溫雖然只有149℃，但效果驚人，每噸生鐵的燃料消耗由8．06t/t降到5．16t/t．降低了30％以上，產(chǎn)量提高46％，而用于加熱鼓風(fēng)消耗的燃料只有0.4t／t生鐵。1831年該廠將風(fēng)溫提高到316℃，燃料消耗降到了2．25t／t，產(chǎn)量比用冷風(fēng)煉鐵時(shí)翻了一番。從此熱風(fēng)很快被推廣，它成為高爐煉鐵史上極重要的技術(shù)進(jìn)步之一。170余年來(lái)風(fēng)溫水平不斷提高，在日本、西歐、北歐、北美高爐的風(fēng)溫普遍達(dá)到1200℃，有的先進(jìn)高爐的風(fēng)溫達(dá)到1350℃，前蘇聯(lián)的全蘇平均風(fēng)溫到1990年已達(dá)1150℃左右。中國(guó)重點(diǎn)企業(yè)的平均風(fēng)溫在1997年為1047℃，梅山冶金公司、包頭鋼鐵公司高爐的風(fēng)溫在1100℃以上，寶山鋼鐵(集團(tuán))公司3號(hào)高爐的風(fēng)溫在1997年達(dá)到1230℃。而地方骨干企業(yè)的平均風(fēng)溫在1997年為971℃，雖然其中個(gè)別鋼鐵廠高爐的風(fēng)溫在1000℃以上，但總體上說(shuō)中國(guó)高爐的風(fēng)溫水平要比工業(yè)先進(jìn)國(guó)的低150～200℃。

對(duì)高爐冶煉的影響

風(fēng)口前燃燒碳量減少在冶煉單位生鐵的熱收入不變的情況下，熱風(fēng)帶入高爐的顯熱替代了部分風(fēng)口前焦炭燃燒放出的熱量，這種替代給高爐冶煉帶來(lái)很大的節(jié)焦效果。因?yàn)闊犸L(fēng)帶入高爐的熱量能在高爐下部全部被利用，而焦炭燃燒放出的熱只利用了大部分，有一小部分隨煤氣帶出高爐而損失。但是隨著風(fēng)溫的提高，風(fēng)口前燃燒碳量減少的數(shù)值是遞減的，例如風(fēng)溫由0℃提高到100℃，燃燒碳量減少20．6％；而由1100℃提高到1200℃，燃燒碳量只減少5．2％。這也是風(fēng)溫提高降焦效果遞減的主要原因之一。

高爐內(nèi)高度上溫度發(fā)生再分布表現(xiàn)為：(1)t_理升高，每100℃風(fēng)溫t_理上升60～80℃，因而爐缸溫度升高，1000℃以上的高溫區(qū)下移；(2)爐身和爐頂溫度降低，因?yàn)轱L(fēng)口前燃燒碳量減少造成煤氣量減少，使煤氣和爐料水當(dāng)量比值下降。這種爐身溫度與爐頂溫度的下降也是隨風(fēng)溫進(jìn)一步提高而減緩的，例如風(fēng)溫在500～800℃范圍內(nèi)，爐頂溫度降低值為30℃／100℃風(fēng)溫，而在700～1000℃范圍時(shí)，該降低值降為22℃／100℃風(fēng)溫，到1000～1100℃范圍時(shí)，它只有15℃／100℃風(fēng)溫；(3)中溫區(qū)(1000℃以下)略有擴(kuò)大，這是高溫區(qū)下移造成的。這種溫度的再分布無(wú)疑對(duì)高爐內(nèi)的還原和煤氣運(yùn)動(dòng)有影響。

直接還原度上升采用高風(fēng)溫以后，風(fēng)口前燃燒碳量減少使形成的c0減少，再加上爐身溫度降低，使鐵氧化物的間接還原減少，盡管中溫區(qū)略有擴(kuò)大有利于間接還原進(jìn)行，但是前兩者的影響大于后一影響，所以使直接還原度有所上升。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，風(fēng)溫提高以后有時(shí)觀察到爐頂煤氣中CO₂含量增加，這給人一種誤解，似乎風(fēng)溫提高以后，間接還原發(fā)展了。實(shí)質(zhì)上那是冶煉單位生鐵所生成的CO絕對(duì)量減少的結(jié)果，只要單位生鐵焦炭消耗和爐頂煤氣量減少的程度大于CO絕對(duì)量減少的程度，就會(huì)出現(xiàn)間接還原減少而煤氣中CO₂增加的現(xiàn)象。

爐內(nèi)料柱阻損增加使用高風(fēng)溫以后，焦比降低，料柱內(nèi)焦炭減少，料柱透氣性變壞，同時(shí)爐子下部的溫度升高，煤氣的實(shí)際流速增大以及爐子下部溫度過(guò)高造成SiO大量產(chǎn)生等，使?fàn)t內(nèi)壓差升高，爐子下部尤為嚴(yán)重。這給爐料下降造成困難，如果不采取措施改善料柱透氣性，為使高爐順行，將迫使高爐降低冶煉強(qiáng)度，據(jù)統(tǒng)計(jì)風(fēng)溫每提高100℃爐內(nèi)壓差升高約5kPa，冶煉強(qiáng)度下降2％～2．5％。

高爐接受高風(fēng)溫的條件在生產(chǎn)實(shí)踐中，往往出現(xiàn)爐子不接受高風(fēng)溫，也就是風(fēng)溫提高到一定水平，開(kāi)始出現(xiàn)爐況難行，嚴(yán)重時(shí)引起懸料(見(jiàn)懸料與坐料)，不得不將風(fēng)溫降下來(lái)。造成這種現(xiàn)象的主要原因是下部溫度過(guò)高，料柱透氣性與高風(fēng)溫不相適應(yīng)，所以在使用高風(fēng)溫時(shí)，必須注意冶煉條件的改善，即：(1)加強(qiáng)原料準(zhǔn)備。鐵礦石整粒以改善料柱透氣性；提高冶金焦強(qiáng)度，特別是其高溫強(qiáng)度，保證軟熔帶焦窗和死料柱的透氣性和透液性；提高礦石品位，減少渣量以及采用酸性球團(tuán)礦與高堿度燒結(jié)礦配合的合理爐料結(jié)構(gòu)等，改善爐腹和爐缸工作條件。(2)提高爐頂壓力。用高壓操作對(duì)還原和降低壓差的有利影響來(lái)彌補(bǔ)高風(fēng)溫對(duì)還原和爐況順行的不利影響。(3)噴吹燃料。用噴吹燃料降低￡理，解決高風(fēng)溫使?fàn)t子下部溫度升高造成的難行問(wèn)題，在沒(méi)有高爐噴吹燃料時(shí)可用加濕鼓風(fēng)達(dá)到同樣目的。

進(jìn)一步提高風(fēng)溫的措施主要有改進(jìn)熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)，優(yōu)化熱風(fēng)爐操作和改進(jìn)其管道和閥等。

高溫?zé)崃康墨@得要獲得高風(fēng)溫，重要的是將熱風(fēng)爐拱頂溫度提高到高于風(fēng)溫150～200℃，現(xiàn)代高爐焦比低，高爐煤氣的熱值-F降(已達(dá)2800～3000kJ／m³)，單用它已不能達(dá)到要求的拱頂溫度，現(xiàn)在廣泛采用的提高熱風(fēng)爐拱頂溫度的措施有；(1)用高熱值煤氣富化發(fā)熱。例如加入焦?fàn)t煤氣(熱值16300～17600kJ／m³)、天然氣(熱值33500～41900kJ／m³)氧氣轉(zhuǎn)爐煤氣(熱值8000～10500kJ／m³)。(2)預(yù)熱助燃空氣和煤氣。已經(jīng)成熟的方法有煙道預(yù)熱，就是利用熱風(fēng)爐廢氣的余熱在煙道設(shè)熱交換器將助燃風(fēng)和煤氣預(yù)熱到150～200℃，這種預(yù)熱法提高拱頂溫度是有限的，不可能使風(fēng)溫達(dá)到1200℃；熱風(fēng)爐自身預(yù)熱助燃空氣可以將助燃風(fēng)溫度提高到600～800℃，這樣在單用高爐煤氣燒爐時(shí)可使拱頂溫度達(dá)到1500～1550℃；設(shè)置專(zhuān)門(mén)的預(yù)熱器預(yù)熱助燃空氣和高爐煤氣達(dá)到昕要求的溫度(例如雙預(yù)熱到400-600℃)，然后送到熱風(fēng)爐燒爐用，使拱頂溫度達(dá)到1500℃左右。

改進(jìn)熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)通常采用的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐不能適應(yīng)拱頂溫度超過(guò)1450℃，需要改造。主要是爐頂選用懸鏈線型并直接由爐殼支承，高溫區(qū)爐殼采取防晶界腐蝕措施(避免應(yīng)力集中、消除焊接、加工和裝配過(guò)程中的殘余應(yīng)力、爐殼內(nèi)表面噴涂防酸料，加帽防止煙氣中形成的H₂O冷凝與NO₂和SO₂結(jié)合等)，高溫區(qū)采用硅磚以及采用陶瓷燃燒器，燃燒室隔墻下部增設(shè)隔熱層以保護(hù)隔墻等。現(xiàn)在公認(rèn)，有條件的話(huà)宜采用外燃式熱風(fēng)爐或頂燃式熱風(fēng)爐。外燃式熱風(fēng)爐技術(shù)已經(jīng)成熟，而頂燃式熱風(fēng)爐的大功率燃燒器和環(huán)形燃燒器還處于研制階段。

優(yōu)化熱風(fēng)爐操作使風(fēng)溫更接近于拱頂溫度是優(yōu)化操作的主要目標(biāo)。首先要用合理的燃燒制度，在單位時(shí)間內(nèi)，完全燃燒最大的煤氣量，達(dá)到并控制好所能達(dá)到的最高拱頂溫度，在燃燒期蓄有足夠的熱量；采用半交叉并聯(lián)或交叉并聯(lián)送風(fēng)制度獲得最高的熱風(fēng)溫度。

熱風(fēng)管道和熱風(fēng)閥的改進(jìn)熱風(fēng)爐加熱的高溫?zé)犸L(fēng)要通過(guò)熱風(fēng)支管、總管、圍管以及風(fēng)口裝置送入高爐。生產(chǎn)實(shí)踐表明，熱風(fēng)爐出口溫度和高爐風(fēng)口處入爐風(fēng)溫有相當(dāng)大的差別，一般這個(gè)溫度差為50～100℃，有些高爐甚至更高，所以要重視這個(gè)問(wèn)題。所有熱風(fēng)管道都要噴涂既耐熱又絕熱的高鋁質(zhì)耐火纖維或墊襯高鋁質(zhì)耐火纖維氈，并適當(dāng)加厚隔熱保溫層。熱風(fēng)閥是決定高風(fēng)溫水平的熱風(fēng)爐設(shè)備，要選用填注高鋁質(zhì)不定型耐火材料和用耐熱合金鋼板焊接結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)閥。