程志杰

(宝钢湛江钢铁有限公司)

摘要:结合湛钢1号高炉富氧率逐步提升的生产实践，重点探讨了富氧率变化对高炉利用系数、CO利用率、炉腹煤气量、理论燃烧温度的影响规律。

关键词:富氧；利用系数；CO利用率；炉腹煤气量

一、引言

随着炼铁技术的发展，富氧鼓风已成为当前高炉节能降耗、提高冶炼强度、增加产量的普遍手段。湛钢 1 号高炉自2015年9月25日开炉以来，高炉稳定顺行，各项经济技术指标在国内外名列前茅，创造了良好的经济价值和社会价值。生产过程中，结合高炉的稳定顺行，逐步提高富氧率，取得了较好的效果。本文通过对生产过程中数据的分析，探讨富氧率逐步提高过程中高炉冶炼状况的变化，以提高富氧率变化对高炉冶炼影响的认识，更好的指导实际生产工作。

二、高炉富氧过程研究

（一）对高炉利用系数的影响

利用系数=冶炼强度/燃料比，提高富氧率可以提高冶炼强度，在燃料比不变的条件下，利用系数提高。图1为1号高炉富氧率与利用系数之间的关系，由图可知，随着富氧率的提高，利用系数呈明显的上升趋势，但升高速度逐步趋缓。这是因为随着富氧率的提高，吨铁煤气量减少，导致煤气带入炉身的热量减少，燃料比相应有所上升。富氧率水平较低时，随富氧率的提高燃料比升高不明显，燃料比增加的幅度小于冶炼强度升高的幅度，利用系数提高。而在富氧率提高过程中，燃料比所受影响逐步变大，故利用系数增长速度减小，当燃料比增加的幅度大于冶炼强度时，提高富氧率便会导致高炉利用系数下降。

（二）对CO利用率的影响

CO利用率是衡量高炉能量利用效率的重要参数，提高CO利用率可以有效降低燃料消耗，实现高效低耗。图2为1号高炉富氧率与CO利用率的散点图。由图可知，随着富氧率的提高CO利用率呈先上升后下降的趋势。主要原因：一方面，由于富氧率的提高，鼓风中氮气含量降低，煤气中CO浓度增高，有利于提高CO发生间接还原的速率，促进间接还原的发展。另一方面，由于吨铁煤气量的减少，炉身温度降低，700~1000℃间接还原强烈发展的温度带高度减小，快速间接还原时间缩短，而炉身上部块状带温度偏低，间接还原速率较慢，导致间接还原受抑制。在富氧率水平较低时，浓度的变化起主导作用，提高富氧率有利于CO利用率的升高；当富氧率高于一定水平时，温度的变化起主导作用，提高富氧率不利于间接还原的发展，CO利用率下降。导致CO利用率呈现先升高后降低的变化。对1号高炉而言，当富氧率高于4.3%时，提高富氧率会导致CO利用率的下降。

（三）对炉腹煤气量的影响

炉腹煤气量的大小对高炉顺行和冶炼强度具有决定性作用，炉腹煤气量过小不利于强化冶炼，炉腹煤气量过大，透气阻力大，高炉容易发生管道、悬料等事故。湛钢1号高炉通过保持风量不变、提高氧量来提高富氧率，随着富氧率的提高炉腹煤气量不断增加。根据对1号高炉相关数据的分析，富氧率提高1%，炉腹煤气量增加300m³ /min左右。

为了更好的评估高炉强化冶炼的界线，项仲庸等专家提出了高炉炉腹煤气量指数的概念。炉腹煤气量指数定义为单位炉缸断面积上通过的炉腹煤气量，用式(1)表示：

X_BG=4V_BG/(πd²)     (1)

式中，VBG为高炉炉腹煤气量，m³ /min；d为炉缸直径，m。根据相关文献统计，炉腹煤气量指数一般在58~66之间，超过66 可能会导致炉况失常。取炉腹煤气量指数的最大值66，计算出1号高炉的最大炉腹煤气量为10900m³ /min。根据富氧率提高1%，炉腹煤气量增加300m3 /min计算，在保持风量不变的条件下，富氧率最多还可提高1.3%。

（四）对理论燃烧温度的影响

理论燃烧温度是指碳在燃烧带内燃烧氧化成CO所放出的热量全部用以加热所形成的煤气所能达到的最高温度。生产实践表明，不同冶炼条件下，理论燃烧温度应控制在不同的合适范围内，过高过低对炉况顺行均不利。理论燃烧温度过高，会导致炉料中沉积过多的再氧化物质，造成炉料透气性变差。

理论燃烧温度过低会引起高炉下部热交换恶化，渣、铁物理热不足，影响炉缸热状态；同时还会影响喷吹煤粉的燃烧效率，导致未燃煤分增多，炉料透气性变差，不利于高炉顺行。湛钢1号高炉使用的理论燃烧温度经验计算公式如式(2)所示：

T_f=(Q_c+Q_w+Q_f-Q_s-Q_p)/(V_m*C_m)     (2)

式中，T_f为理论燃烧温度；Q_c为碳素燃烧生成CO放出的热量；Q_w为燃料进入燃烧带所具有的物理热；Q_f为鼓风多带入的物理热；Q_s为水分分解耗热；Q_p为喷吹燃料分解耗热；Vm为燃烧形成的煤气量；C_m为燃烧形成的煤气平均比热容。由公式可知，当风量不变时，提高富氧率，风口前燃烧的焦炭增加，理论燃烧温度升高。通过对1号高炉相关数据的分析，富氧率每提高1%，理论燃烧温度提高42.5℃，略低于理论计算值49.7℃。

主要原因：一方面是由于随着富氧率的提高，高炉鼓风湿份在逐步上提，水分分解耗热增加；另一方面，富氧率提高后，煤比有所上升，煤粉分解耗热增加。

关于理论燃烧温度的控制范围，不同高炉有不同的合适区间，国内大部分高炉理论燃烧温度基本控制在2100~2300℃之间。但也有部分高炉，比如沙钢、首钢个别高炉理论燃烧温度控制在2300℃以上，也取得了不错的冶炼效果。这表明较高的理论燃烧温度通过适当调剂，同样可以适应高炉的冶炼。

理论燃烧温度的升高可以保证炉缸充沛的炉温，降低渣铁粘度，加速炉芯焦的置换，活跃炉缸工作状态，进而改善高炉顺行状况。以2300℃为理论燃烧温度控制上限，1号高炉的富氧率最高可提高至7.68%。

三、结论

(1)在当前冶炼条件下，随着富氧率的提高，利用系数呈明显的上升趋势，但升高的速度逐步减小。

(2)对1号高炉而言，当富氧率小于4.3%时，提高富氧率CO利用率升高；当富氧率大于4.3%时，提高富氧率CO利用率逐步下降。

(3)富氧率每提高 1%，炉腹煤气量增加 300m³ /min 左右。根据炉腹煤气量指数推算，1 号高炉富氧率最多可再提高1.3%。

(4)富氧率每提高1%，理论燃烧温度相应提高42.5℃，以2300℃为理论燃烧温度控制上限，1号高炉富氧率最高可提高 至7.68%。

参考文献：

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