高炉炼铁工程设计、生产操作应以精料为基础,采用喷煤、高风温、高压、富氧等炼铁技术,全面贯彻高效、低耗、优质、长寿、环保的炼铁技术方针。
高炉富氧鼓风已成为国内外炼铁界普遍采用的技术,富氧鼓风可以提高产量、提高风口前理论燃烧温度(即炉缸温度)、提高喷煤比、降低生产过程污染物排放,有较好的经济效益,近年我国高炉一般富氧率在3%~4%。采取一些必要的技术措施,高炉富氧不会出现安全问题。
高炉炼铁进行富氧鼓风可提高产量,炉腹煤气量减少,吨铁煤气量减少,有利于提高喷煤比(富氧风口前理论燃烧温度得到提高)。所以,炼铁富氧要与提高喷煤比相结合。
高炉鼓风中含氧量从21%增至25%,可以增产3.2%~3.5%;风中含氧从25%升到30%,可以增产3%。富氧1%,可增加喷煤比20~30kg/t,煤气发热值提高3.4%,可增产4.79%,风口面积要缩小1.0%~1.4%。因为富氧后煤气体积会减小,高炉鼓风要保持原来风速,要使所鼓的风仍然可以吹透炉缸中心,这样炉缸才能活跃。如高炉出现炉况不顺的现象,要先停氧。
高炉富氧7%以上是不经济的。生产氧气需要消耗电能,受电力价格影响。建议要为高炉专门配备变压吸附制氧设备(在新修订的《高炉炼铁工程设计规范》的附件中有说明)。变压吸附制氧设备不受炼钢富余氧量变化的制约(供氧量的波动),富氧鼓风的含氧量也不用很高,达到氧含量的85%即可,成本也低(生产1立方米氧气的变压吸附制氧设备需要0.3 千瓦时的电,而深冷制氧消耗0.5千瓦时的电)。变压吸附制氧设备运行也灵活(开停机只要十几分钟,深冷制氧机开停机需要1天以上)。
富氧对高炉炼铁的作用
高炉鼓风进行富氧,会使风口前理论燃烧温度大幅度升高:富氧1%,理论燃烧温度提高45~50℃;如风温在1000~1150℃,风中湿度为1%时,富氧到26%~28%时,理论燃烧温度会到2500℃以上(高炉正常工作时,炉缸温度一般在2200±50℃),这样的高炉会很难操作,必须加大喷煤比,可以降低炉缸温度。
高炉鼓风富氧以后,鼓的风中氮气含量会降低,理论燃烧温度的提高,加快了燃料的燃烧(又提高了冶炼强度),导致风口前的燃烧带缩小,会引起边缘煤气流的发展。
高炉鼓风富氧使高炉内温度场分布发生变化,炉身的煤气温度下降,使炉顶温度也下降(对除尘有影响);产生的煤气量减少,使煤气带入的热量减少,炉身区域的热平衡紧张;正常高炉生产理论上,鼓风燃烧1kg碳素(煤粉和焦炭)需要3.96m3的空气,高炉富氧后,需要的空气量要减少,使鼓风带入的热量减少。
富氧对铁矿石间接还原有利(主要是炉缸煤气中CO浓度提高,鼓风中N2含量降低),间接还原是放热反应,可促进炼铁降低燃料比。
富氧有利于提高喷煤比,富氧1%,风口区理论燃烧温度提高45~50℃,允许增加喷煤比20~30kg/t;
富氧有利于提高产量,富氧1%,提高产量4.79%。