隨著中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展,煉鐵產(chǎn)能過剩、成本高昂;隨著低碳、環(huán)保觀念深入人心,高爐低碳煉鐵是國家發(fā)展的需要。已經(jīng)執(zhí)行的以精料為基礎(chǔ),“高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、長壽、環(huán)?!钡摹笆帧睙掕F技術(shù)方針符合高爐低碳煉鐵的生產(chǎn)技術(shù)方針。可是關(guān)鍵在于評(píng)價(jià)方法,使用過去的評(píng)價(jià)方法效果欠佳,應(yīng)該采用評(píng)價(jià)高爐煉鐵生產(chǎn)的新方法來代替。
1 高爐低碳煉鐵方針 煉鐵生產(chǎn)是高資源消耗、高能源消耗的產(chǎn)業(yè),又是高二氧化碳排放、高污染的行業(yè)。煉鐵生產(chǎn)必須自我約束才能做到低碳煉鐵。
1.1低碳煉鐵及其原則和標(biāo)準(zhǔn)
對(duì)高爐煉鐵來說,高爐低碳煉鐵生產(chǎn)方針涉及的方面很多。主要有從資源、能源和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度研究降低煉鐵的消耗;從經(jīng)濟(jì)性、現(xiàn)實(shí)性角度考慮提高爐身效率、提高噴煤效果、降低燃料比,這是首選的低碳煉鐵辦法。作為實(shí)現(xiàn)高爐低碳煉鐵方針的方法,應(yīng)該具有以下特點(diǎn):
(1)現(xiàn)實(shí)性。適應(yīng)各種高爐生產(chǎn)條件,符合低成本生產(chǎn)要求,與企業(yè)的自身利益休威相關(guān),引導(dǎo)管理者自覺遵守和自我約束。
(2)約定性??偨Y(jié)各個(gè)時(shí)期高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)方針,且有一定的實(shí)踐基礎(chǔ)。
(3)科學(xué)性。應(yīng)該符合資源的高效利用,有充分的高爐煉鐵理論依據(jù)及生產(chǎn)實(shí)踐,引導(dǎo)操作者自覺執(zhí)行。
(4)指導(dǎo)性。符合當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,符合低碳、節(jié)能、環(huán)保的要求。
1.2高爐低碳煉鐵方針的歷史回顧
解放初期,中國鋼鐵工業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱,鋼鐵資源十分透乏,鋼鐵工業(yè)的產(chǎn)能跟不上國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,強(qiáng)化高爐是追切的任務(wù)。經(jīng)過多年發(fā)展,現(xiàn)今中國已經(jīng)一躍成為半壁江山的產(chǎn)鋼大國。隨著形勢的變化,在評(píng)價(jià)方法方面也應(yīng)隨之改變。
1.2.1中等冶煉強(qiáng)度和不斷降低焦比的方針
在20世紀(jì)50年代上半期引進(jìn)了原蘇聯(lián)的冶煉強(qiáng)度作為衡量強(qiáng)化的尺度,當(dāng)時(shí)全國高爐冶煉強(qiáng)度為0.7~0.9t/(m3·d)。為了強(qiáng)化鞍鋼高爐,蔡博在1955年總結(jié)改善鞍鋼生產(chǎn)條件,包括原燃料的條件下,提出“在維持中等強(qiáng)度的前提之下,不斷降低焦比”。這就是著名的“中等冶煉強(qiáng)度”方針。蔡博同時(shí)提出:“降低焦比是強(qiáng)化高爐生產(chǎn)的主要途徑,但這不等于說強(qiáng)度就可以忽視,這只是說,應(yīng)在保持焦比不升高的條件下提高強(qiáng)度,今年上半年鞍鋼高爐的冶煉強(qiáng)度為1.008t/(m3·d),雖比1954年高,但仍然是不足的,采取措施使強(qiáng)度達(dá)到1.05~1.07t/(m3·d),應(yīng)是鞍鋼今后的任務(wù)”。
1.2.2大風(fēng)高溫高冶煉強(qiáng)度的方針
由于實(shí)現(xiàn)降低焦比需要做許多工作,不符合1958年開始的“大辦鋼鐵”的要求,不能滿足“立竿見影”的需要,于是受到了批判。1958年,重點(diǎn)企業(yè)的利用系數(shù)由1956年的1.32升高到1.49t/(m3·d),焦比為713kg/t。1959年5月在本鋼召開全國高爐會(huì)議的總結(jié)報(bào)告,并于1960年正式提出“以原料為基礎(chǔ),以風(fēng)為綱,提高冶煉強(qiáng)度與降低焦比同時(shí)并舉”,簡稱為“精料、大風(fēng)、高溫”的高爐強(qiáng)化方針。并且歸結(jié)為“有風(fēng)就有鐵”。
1.2.3“八字”方針和“十字”方針
由于受到全國經(jīng)濟(jì)困難的影響,1964年,在鞍鋼召開的中國金屬學(xué)會(huì)煉鐵年會(huì)上,冶金部副部長劉彬在總結(jié)強(qiáng)化時(shí),原則性地提出了全面的高爐生產(chǎn)操作方針——“在精料的基礎(chǔ)上,高產(chǎn)、低耗、優(yōu)質(zhì)、長壽的生產(chǎn)技術(shù)方針”。這就是著名的“八字”方針。
為了進(jìn)一步符合煉鐵低耗的要求,由國家建設(shè)部領(lǐng)導(dǎo)編制的國家標(biāo)準(zhǔn)GB50427—2008《高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》),把“八字”方針中的“高產(chǎn)”改為更為全面的“高效”,并增添了“環(huán)?!?。因此,《規(guī)范》提出了以精料為基礎(chǔ),全面貫徹高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、環(huán)保的煉鐵技術(shù)方針,簡稱“十字”。其更符合中國的節(jié)能、減排、重視環(huán)保的基本國策,“十字”方針符合低碳煉鐵的要求。
“高效”不應(yīng)簡單地等同于“高產(chǎn)”,而應(yīng)該理解為:高效地利用資源、高效地利用能源、高效地利用設(shè)備。高效地利用設(shè)備包括高的利用系數(shù)、高的作業(yè)率、長期維持高效、穩(wěn)定的運(yùn)行時(shí)間等。
不管“八字”方針,還是“十字”方針,原則上是符合高爐低碳煉鐵的方向的,而進(jìn)一步具體落實(shí)低碳煉鐵生產(chǎn)方針的方法則更為重要。
2 冶煉強(qiáng)度不能落實(shí)低碳煉鐵方針
在解放初期,中國的計(jì)量技術(shù)十分落后,許多高爐的計(jì)量方法也十分落后,而高爐每天燃燒的焦炭量相對(duì)比較準(zhǔn)確。因此,在20世紀(jì)50年代原蘇聯(lián)推行的高爐每天每立方米消耗的焦炭量,即冶煉強(qiáng)度比較容易接受。隨著計(jì)測技術(shù)的飛速發(fā)展,準(zhǔn)確計(jì)量壓力、流量的技術(shù)已經(jīng)普及,增加了多種選擇的可能性。
由于高爐過程非常復(fù)雜,煉鐵界常說,除了氣、固、液、粉體四相以及相變外,其間存在復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過程,冶煉強(qiáng)度僅僅抓住了晝夜裝入高爐的焦炭量。焦炭既作為還原劑,也作為發(fā)熱劑。作為還原劑,其利用狀況受直接還原或間接還原以及溶損反應(yīng)的影響,而產(chǎn)生的煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間對(duì)其利用率影響很大;焦炭燃燒產(chǎn)生熱量,用作發(fā)熱劑,而前面的3種反應(yīng)也對(duì)焦炭中碳素的發(fā)熱量有重大影響。因此,冶煉強(qiáng)度不能反映爐內(nèi)復(fù)雜的變化過程。
著名學(xué)者楊永宜教授在1959年就詳細(xì)、全面地研究了冶煉強(qiáng)度與爐內(nèi)現(xiàn)象的關(guān)系。得出的結(jié)論為:“提高冶煉強(qiáng)度的影響是多方面的和準(zhǔn)辯證的”。之后的許多研究者也不斷地尋求理論依據(jù),可是由于冶煉強(qiáng)度沒有與高爐過程發(fā)生辯證的關(guān)系,始終沒能從高爐過程的本質(zhì)上說明合適的冶煉強(qiáng)度及其合適值。而大多數(shù)研究只限于統(tǒng)計(jì)“U”字形曲線而已,同時(shí)養(yǎng)成了膚淺理解高爐現(xiàn)象的習(xí)慣。中國一直認(rèn)為強(qiáng)化冶煉是中國高爐生產(chǎn)的特色,可是在強(qiáng)化理論方面卻沒有像樣的建樹,包括以前也是僅限于“U”字形曲線上下功夫。
因此,從冶煉強(qiáng)度引入中國開始就對(duì)它的合適值發(fā)生了爭論。在國民經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展的初期,煉鐵界的專家都支持降低燃料比,維持1.0~1.1t/(m3·d)的中等冶煉強(qiáng)度;“大辦鋼鐵”時(shí)期中等冶煉強(qiáng)度便受到了批判:“調(diào)整、鞏固、充實(shí)、提高”時(shí)期,煉鐵生產(chǎn)也進(jìn)入了平穩(wěn)發(fā)展的狀態(tài)。在前一段時(shí)期,社會(huì)上又形成了一股浮躁的風(fēng)氣,特別是中小型高爐自以為冶煉強(qiáng)度高就是生產(chǎn)效率高。在20世紀(jì)末,國外早已建設(shè)了一批高效的大型高爐,而中國卻在宣揚(yáng)小型高爐的效率高。在世界撤起地球氣候變暖的討論時(shí),中國卻不顧生產(chǎn)條件,單純強(qiáng)調(diào)高冶煉強(qiáng)度,致使中國高爐的燃料比普遍比國外高約50kg/t等一系列弊端。顯然,這是使用冶煉強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)方法或工具出了問題。
3 用新的評(píng)價(jià)方法落實(shí)高爐低碳煉鐵的方針
由于高爐煉鐵是非常復(fù)雜的系統(tǒng),要提升某個(gè)參數(shù)作為指標(biāo)必須從多角度、多方面討論指標(biāo)的合理性。于是又從還原動(dòng)力學(xué)的角度來檢驗(yàn)這些參數(shù)的合理性,提出了一組參數(shù),即爐腹煤氣量指數(shù)χBG、噸鐵爐腹煤氣量VBG及爐缸面積利用系數(shù)ηA,并繼續(xù)系統(tǒng)、全面地論證新的強(qiáng)化理念,從而建立評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)效率的新方法。
爐腹煤氣是由高壓、高溫的熱風(fēng)在風(fēng)口前燃料燃燒所產(chǎn)生的高溫?zé)霟?、高壓、帶有?qiáng)烈還原性和鼓風(fēng)動(dòng)能的高能煤氣。它是冶煉生鐵所需化學(xué)能和熱能的載體,是爐內(nèi)能量流的源頭,是推動(dòng)爐內(nèi)所有傳熱、傳質(zhì)過程的源泉。為了更好地利用資源和能源,降低燃料比,必須抓住高效利用爐內(nèi)煤氣這個(gè)綱。
爐腹煤氣量有兩個(gè)方面:爐腹煤氣量指數(shù)χBG,它能反映爐內(nèi)煤氣的流速;噸鐵爐腹煤氣量VBG,它能反映爐內(nèi)還原過程還原劑和熱能、化學(xué)能的需要量。在充分利用能量方面,最根本的是降低燃料比,充分利用高爐煤氣的熱能和化學(xué)能,必須提高煤氣利用率,降低噸鐵爐腹煤氣量VBG;提高爐內(nèi)煤氣效率也是強(qiáng)化高爐冶煉的重要手段。兩者存在矛盾和統(tǒng)一的辯證關(guān)系。
3.1氣體力學(xué)與爐腹煤氣量指數(shù)
爐腹煤氣量指數(shù)χBG是在風(fēng)口前燃燒帶所產(chǎn)生煤氣的流速,是燃燒帶產(chǎn)生煤氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空塔流速,屬于能量流的強(qiáng)度和高爐過程的動(dòng)態(tài)范晴。它是決定爐內(nèi)一次煤氣分布的重要物質(zhì)因素。它是高爐過程的重要參數(shù),利用系數(shù)等衡量高爐能力、生產(chǎn)效率的參數(shù)要由動(dòng)力學(xué)因素決定。要說明生產(chǎn)中的許多現(xiàn)象,如高爐順行、爐況、布料、入爐風(fēng)量、爐內(nèi)氣流分布對(duì)燃料比、煤氣利用率的影響等問題也有賴于動(dòng)態(tài)的研究。
從氣體動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)來看,提高爐腹煤氣量指數(shù)χBG,必須改善料柱的通過能力、改善透氣性,提高原燃料的質(zhì)量,改善高爐的煤氣分布。曾經(jīng)全面分析了包括氣體動(dòng)力學(xué)、風(fēng)口循環(huán)區(qū)、死料堆、爐內(nèi)熱量和溫度對(duì)高爐強(qiáng)化的影響及制約因素。例如氣體動(dòng)力學(xué)因素中,分析了具體高爐中煤氣的流速與液泛、流態(tài)化、管道因素、全爐及分段透氣阻力系數(shù)的關(guān)系及其對(duì)高爐操作的影響;說明了高爐存在最大爐腹煤氣量指數(shù)χBGmax及最高透氣阻力系數(shù)Kmax是有限度的,并可以用以指導(dǎo)高爐的操作。
當(dāng)通過過量的爐腹煤氣量時(shí),往往采取各種疏松料柱的方法,以發(fā)展邊緣或中心過吹來減少料柱阻力,從而達(dá)到高爐順行的目的。殊不知,過多的爐腹煤氣量及下部過多的熱量使?fàn)t內(nèi)高溫區(qū)擴(kuò)大,塊狀帶體積縮小,鐵礦石的間接還原條件變差,爐身效率下降,煤氣利用率ηCO下降。也曾運(yùn)用評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)效率的新方法對(duì)強(qiáng)化模式與燃料比進(jìn)行了分析。用還原動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)閘明爐料和煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間與燃料比的關(guān)系,強(qiáng)調(diào)了煤氣利用率ηCO、噸鐵爐腹煤氣量VBG對(duì)高爐降低燃料比和強(qiáng)化的重要性。這方面比較容易理解,可是這些討論還沒有直接與燃料比掛上鉤。
3.2爐腹煤氣量指數(shù)與物料平衡和熱平衡
為了證明爐腹煤氣量指數(shù)符合高爐煉鐵的基本理論,在風(fēng)口區(qū)域產(chǎn)生攜帶高能爐腹煤氣,支撐了高爐下部區(qū)域直接還原所需熱量:進(jìn)入高爐上部區(qū)域煤氣,又提供了間接還原所需的CO還原劑:剩余的煤氣由爐頂逸出。如果在高爐上部不能有效利用煤氣的化學(xué)能,間接還原未能充分發(fā)展,表現(xiàn)為煤氣的利用率下降:則大量FeO進(jìn)入下部區(qū)域進(jìn)行消耗大量熱能的直接還原,增加風(fēng)口碳素的燃燒量,從而提高高爐的燃料比,存在著辯證關(guān)系。
進(jìn)一步研究了爐腹煤氣量指數(shù)χBG與噸鐵爐腹煤氣量VBG和風(fēng)口耗氧量VO?的相關(guān)關(guān)系,從而明確與高爐物料平衡和熱平衡的關(guān)系。用Rist線圖(圖1)很好說明煤氣量指數(shù)χBG能夠表征高爐強(qiáng)化及其限度。
由圖1可知,UE線段為風(fēng)口耗氧量VO?,A點(diǎn)的位置決定爐頂煤氣的利用率ηCO,P點(diǎn)由高爐高溫區(qū)的熱平衡確定。在高爐直接還原消耗的熱量較間接還原多消耗熱量為422.36kJ/mol。這些熱量如果用風(fēng)口燃燒碳素的不完全燃燒的發(fā)熱(125.45kJ/mol)來補(bǔ)償,則風(fēng)口前要多燃燒約3.4mol的碳素。高爐下部高溫區(qū)消耗大量熱量,并使高溫區(qū)域擴(kuò)大,塊狀帶縮小,間接還原的條件惡化。當(dāng)爐身效率下降、爐頂煤氣利用率ηCO下降時(shí),Rist操作線圖中A點(diǎn)向操作線圖的左側(cè)移動(dòng),離W點(diǎn)的距離增加。風(fēng)口處燃燒的碳素增加,冶煉單位生鐵的熱消耗量增加。由于隨著高爐爐腹煤氣量指數(shù)和噸鐵消耗氧量的提高,P點(diǎn)下降,同時(shí)導(dǎo)致爐內(nèi)煤氣利用率ηCO下降,煤氣CO中的熱量沒有得到利用,直接還原度提高,高爐下部消耗的熱量增加,必然需要增加燃燒帶的供熱量。
在爐腹煤氣中的CO,其產(chǎn)生的熱量來不及完全燃燒成CO熱量的1/3,大量化學(xué)能和熱能從爐頂逸出。反過來又使得未被還原的爐料進(jìn)入高溫區(qū),直接還原度提高,高爐下部消耗的熱量增加,必然需要增加燃燒帶的供熱量,提高燃料比。最近為了修編《規(guī)范》收集了大量使用爐腹煤氣量指數(shù)后高爐操作的效果,發(fā)現(xiàn)爐腹煤氣量指數(shù)χBG與噸鐵風(fēng)口耗氧量VO?和爐頂煤氣利用率ηCO有密切關(guān)系。圖2所示為T2-2、N2、C2和Q2四座2000m2級(jí)高爐的爐腹煤氣量指數(shù)與利用系數(shù)、燃料比、噸鐵風(fēng)口耗氧量VO?和煤氣利用率ηCO的關(guān)系。
由圖2(a)可知,隨著爐腹煤氣量指數(shù)χBG上升高爐容積利用系數(shù)幾乎沒有變化,或者略有下降;圖中也給出了C2高爐爐腹煤氣量指數(shù)χBG與燃料比FR的回歸曲線,見圖中“U”字形點(diǎn)劃線,把4座高爐的數(shù)據(jù)統(tǒng)一回歸得到的回歸曲線如圖2(a)中實(shí)線所示。由圖2(a)可知,目前2000m3級(jí)高爐的強(qiáng)化程度普遍過高,每提高爐腹煤氣量指數(shù)1m/min,燃料比上升3.0kg/t左右,而風(fēng)口燃燒碳素的上升比燃料比的升高還要多。這就從理論上說明了控制爐腹煤氣量指數(shù)的重要性。
如圖2中3條曲線所示,在護(hù)腹煤氣量指數(shù)χBG為56m/min時(shí),燃料比FR和噸鐵風(fēng)口耗氧量VO?,緩慢上升,爐頂煤氣利用率基本不變;而隨著爐腹煤氣量指數(shù)χBG的升高,燃料比FK、噸鐵風(fēng)口耗氧量VO?和風(fēng)口燃燒碳素的上升速度加快;爐腹煤氣量指數(shù)χBG增加到64m/min以后,燃料比FR和噸鐵風(fēng)口耗氧量VO?迅速拾升,爐頂煤氣的利用率迅速下降。由圖2(b)可知,噸鐵風(fēng)口耗氧量VO?的變化最為明顯,可以作為識(shí)別能否提高爐腹煤氣量指數(shù)的一個(gè)標(biāo)志物。
3.3評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)效率的新方法與區(qū)域熱平衡
如上所述,Rist操作線圖中的P點(diǎn)由高溫區(qū)熱平衡確定。在對(duì)高爐下部熱平衡進(jìn)行分析時(shí),熱收入項(xiàng)Qin由風(fēng)口碳素燃燒和熱風(fēng)帶入熱量組成:熱支出項(xiàng)Qout由元素還原、脫硫、碳酸鹽分解、爐渣和生鐵的熔以及煤氣離開高溫區(qū)的熔和熱損失組成。
熱收入Qin可以由風(fēng)口處燃燒產(chǎn)生的熱量計(jì)算,即噸鐵爐腹煤氣量VBG、風(fēng)口燃燒溫度tf:和燃燒產(chǎn)物的熱容量CtfBG的乘積決定。其中風(fēng)口燃燒溫度tf是在區(qū)域熱平衡的基礎(chǔ)上,以單位風(fēng)量簡化成的下列近似公式計(jì)算。
式中:tB為熱風(fēng)溫度:VO?為富氧量:WB為鼓風(fēng)濕度;PC為噴煤量,在本文的計(jì)算中,噴煤量前面的系數(shù)都取較大的3.15。
由式(1)和式(2)可知,風(fēng)溫和富氧量對(duì)風(fēng)口前燃燒溫度的影響較顯著。對(duì)不同的2000m3級(jí)高爐生產(chǎn)情況的評(píng)價(jià)如圖3所示。圖3的縱坐標(biāo)為噸鐵爐腹煤氣量VBG,圖3(a)的橫坐標(biāo)為坐標(biāo)軸倒置的爐缸面積利用系數(shù)ηA,曲線為等爐腹煤氣量指數(shù)的反比例函數(shù)曲線,即VBG×ηA/1440=χBG圖3(b)的橫坐標(biāo)為風(fēng)口前燃燒溫度t,曲線為等熱量收入線燃燒產(chǎn)物的熱容量會(huì)隨燃燒溫度變化,它們也是一組反比例函數(shù)曲線。
由圖3可知,隨著爐腹煤氣量指數(shù)的增加,高爐面積利用系數(shù)并沒有明顯上升,而是噸鐵爐腹煤氣量迅速上升;隨著風(fēng)溫和富氧量的增加,風(fēng)口前燃燒溫度上升,噸鐵爐腹煤氣量下降,高爐下部熱需要量略有降低,面積利用系數(shù)有所提高。
按熱收入可以分為3組:位于圖3(b)上部熱收入為5.2GJ/t的A組爐腹煤氣量指數(shù)高于64m/min噸鐵爐腹煤氣量約在1650m3/t以上,風(fēng)口耗氧量約在320m3/t以上;結(jié)合前節(jié)所述,燃料比也最高。圖3(b)下部熱收入為4.9GJ/t的C組爐腹煤氣量指數(shù)較低,為57m/min以下,噸鐵爐腹煤氣量小于14m3/t,風(fēng)口耗氧量為260m3/t;燃料比最低,如Q1和Q2高爐。熱收入在兩者之間,位于中部的B組居中,爐腹煤氣量在57~62m/min,不高于64m/mim,燃料比也居中。從產(chǎn)量來看,爐腹煤氣量指數(shù)最高的A組產(chǎn)量最低,B組和C組產(chǎn)量較高,爐況穩(wěn)定,爐腹煤氣量指數(shù)也控制得比較穩(wěn)定,波動(dòng)幅度小,如N1、N2和G高爐。由此,并不是爐腹煤氣量指數(shù)越高,產(chǎn)量越高,應(yīng)該是控制適當(dāng)?shù)臓t腹煤氣量指數(shù)越高,產(chǎn)量越高,應(yīng)該是控制適當(dāng)?shù)臓t腹煤氣量指數(shù),在保證高爐穩(wěn)定順行的前提下,提高煤氣利用率,降低燃料比。在熱量支出中爐渣和生鐵的熔Qs,i容易計(jì)算。冷卻水和其他散熱損失Q1可以參照相同高爐設(shè)定。如果原燃料來源穩(wěn)定,脫硫、碳酸鹽分解熱也相對(duì)穩(wěn)定。由脫硫、碳酸鹽分解產(chǎn)生煤氣從高溫區(qū)逸出時(shí)帶走的熱量QC,生鐵中硅、錳、磷等元素的還原熱量可以根據(jù)鐵水成分確定,及其反應(yīng)產(chǎn)生的煤氣量QSi,Mn,P也隨之計(jì)算出來。剩余的只有氧化鐵的直接還原,及其反應(yīng)所產(chǎn)生的煤氣量有關(guān)的始,稱為“還原熱量Qr”,則可以用熱收入減去渣鐵的給、脫硫、碳酸鹽分解和硅、錳、磷等還原熱量,以及爐腹煤氣VBG離開高溫區(qū)的焓。還原熱量Qr可由式(3)確定。
式中:tout為高爐下部區(qū)域出口溫度;為離開高爐下部區(qū)域爐腹煤氣的熱容量。在區(qū)域熱平衡中,渣鐵的燴為1.8~2.4GJ/t,以及冷卻水和其他散熱損失Q1約占整個(gè)熱支出的5%~7%,變化比較小;還原熱量Qr約占整個(gè)熱支出的38%~45%,對(duì)燃料比有決定性的作用。給出爐腹煤氣量指數(shù)χBG與高爐下部區(qū)域熱平衡的定量關(guān)系。過高的爐腹煤氣量指數(shù)χBG引起燃料比上升是由于爐腹煤氣量過大,所攜帶的能量很大,高爐下部高溫區(qū)的體積擴(kuò)大。為了讓多余的煤氣通過,在布料上分兩種情況:在倒V型軟熔帶的情況下,必須增加焦炭窗面積,增加軟熔帶高度,甚至采用中心過吹型中心加焦:在W型軟熔帶的情況下,就必須加強(qiáng)邊緣氣流。這兩種情況都使適合間接還原溫度的區(qū)域縮小,間接還原的動(dòng)力學(xué)條件變差,導(dǎo)致含鐵原料與煤氣的接觸條件變差,煤氣利用率ηCO下降。
在高爐中存在各種對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系,操作者應(yīng)該統(tǒng)籌兼顧,不能只顧索取,欲速而不達(dá),浪費(fèi)資源應(yīng)該更多地考慮付出的代價(jià)。不但要考慮經(jīng)濟(jì)成本,更要考慮資源成本、環(huán)境成本、社會(huì)成本。
抓住爐腹煤氣量指數(shù)就抓住了高爐過程的主要矛盾及其矛盾的主要方面,各種問題便可迎刃而解。
經(jīng)過幾年的積極努力提出了新的高爐生產(chǎn)效率的評(píng)價(jià)方法,已被廣大生產(chǎn)操作者所接受,并取得相當(dāng)效果。
本文提供的方法符合煉鐵基本原理,并且使用方便,具有實(shí)用價(jià)值。如果用作經(jīng)常評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)的方法,用以指導(dǎo)高爐操作的話,對(duì)其中所取數(shù)據(jù)進(jìn)行積累,還能大幅度提高計(jì)算的精度。關(guān)于高爐合適強(qiáng)化的爭論已經(jīng)有60年了,在此60年中積累了許多經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),也遭受了一些損失,應(yīng)該進(jìn)行總結(jié),并且還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高爐強(qiáng)化理論的研究。
本文提出以“十字”方針為原則,使用評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)的新方法、新指標(biāo),以具體落實(shí)高爐低碳煉鐵方針。
4 結(jié)語
強(qiáng)調(diào)應(yīng)用評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)的新方法符合當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,符合高效利用資源、低碳、環(huán)保的要求;有充分的高爐煉鐵理論依據(jù):符合低成本生產(chǎn)要求,與企業(yè)的自身利益休威相關(guān),容易做到的自我約束的方法。相信新方法能夠全面落實(shí)高爐煉鐵生產(chǎn)的“十字”方針。當(dāng)然,與中國已經(jīng)執(zhí)行的老方法相比,在使用評(píng)價(jià)高爐生產(chǎn)的新方法的同時(shí)還需實(shí)踐,不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。