王維興

　　高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作應(yīng)以精料為基礎(chǔ)，采用噴煤、高風(fēng)溫、高壓、富氧等煉鐵技術(shù)，全面貫徹高效、低耗、優(yōu)質(zhì)、長(zhǎng)壽、環(huán)保的煉鐵技術(shù)方針。

　　高爐富氧鼓風(fēng)已成為國內(nèi)外煉鐵界普遍采用的技術(shù)，富氧鼓風(fēng)可以提高產(chǎn)量、提高風(fēng)口前理論燃燒溫度（即爐缸溫度）、提高噴煤比、降低生產(chǎn)過程污染物排放，有較好的經(jīng)濟(jì)效益，近年我國高爐一般富氧率在3%~4%。采取一些必要的技術(shù)措施，高爐富氧不會(huì)出現(xiàn)安全問題。

　　高爐煉鐵進(jìn)行富氧鼓風(fēng)可提高產(chǎn)量，爐腹煤氣量減少，噸鐵煤氣量減少，有利于提高噴煤比（富氧風(fēng)口前理論燃燒溫度得到提高）。所以，煉鐵富氧要與提高噴煤比相結(jié)合。

　　高爐鼓風(fēng)中含氧量從21%增至25%，可以增產(chǎn)3.2%~3.5%；風(fēng)中含氧從25%升到30%，可以增產(chǎn)3%。富氧1%，可增加噴煤比20~30kg/t，煤氣發(fā)熱值提高3.4%，可增產(chǎn)4.79%，風(fēng)口面積要縮小1.0%~1.4%。因?yàn)楦谎鹾竺簹怏w積會(huì)減小，高爐鼓風(fēng)要保持原來風(fēng)速，要使所鼓的風(fēng)仍然可以吹透爐缸中心，這樣爐缸才能活躍。如高爐出現(xiàn)爐況不順的現(xiàn)象，要先停氧。

　　高爐富氧7%以上是不經(jīng)濟(jì)的。生產(chǎn)氧氣需要消耗電能，受電力價(jià)格影響。建議要為高爐專門配備變壓吸附制氧設(shè)備（在新修訂的《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的附件中有說明）。變壓吸附制氧設(shè)備不受煉鋼富余氧量變化的制約（供氧量的波動(dòng)），富氧鼓風(fēng)的含氧量也不用很高，達(dá)到氧含量的85%即可，成本也低（生產(chǎn)1立方米氧氣的變壓吸附制氧設(shè)備需要0.3 千瓦時(shí)的電，而深冷制氧消耗0.5千瓦時(shí)的電）。變壓吸附制氧設(shè)備運(yùn)行也靈活（開停機(jī)只要十幾分鐘，深冷制氧機(jī)開停機(jī)需要1天以上）。

　　富氧對(duì)高爐煉鐵的作用

　　高爐鼓風(fēng)進(jìn)行富氧，會(huì)使風(fēng)口前理論燃燒溫度大幅度升高：富氧1%，理論燃燒溫度提高45~50℃；如風(fēng)溫在1000~1150℃，風(fēng)中濕度為1%時(shí)，富氧到26%~28%時(shí)，理論燃燒溫度會(huì)到2500℃以上（高爐正常工作時(shí)，爐缸溫度一般在2200±50℃），這樣的高爐會(huì)很難操作，必須加大噴煤比，可以降低爐缸溫度。

　　高爐鼓風(fēng)富氧以后，鼓的風(fēng)中氮?dú)夂繒?huì)降低，理論燃燒溫度的提高，加快了燃料的燃燒（又提高了冶煉強(qiáng)度），導(dǎo)致風(fēng)口前的燃燒帶縮小，會(huì)引起邊緣煤氣流的發(fā)展。

　　高爐鼓風(fēng)富氧使高爐內(nèi)溫度場(chǎng)分布發(fā)生變化，爐身的煤氣溫度下降，使?fàn)t頂溫度也下降（對(duì)除塵有影響）；產(chǎn)生的煤氣量減少，使煤氣帶入的熱量減少，爐身區(qū)域的熱平衡緊張；正常高爐生產(chǎn)理論上，鼓風(fēng)燃燒1kg碳素（煤粉和焦炭）需要3.96m3的空氣，高爐富氧后，需要的空氣量要減少，使鼓風(fēng)帶入的熱量減少。

　　富氧對(duì)鐵礦石間接還原有利（主要是爐缸煤氣中CO濃度提高，鼓風(fēng)中N2含量降低），間接還原是放熱反應(yīng)，可促進(jìn)煉鐵降低燃料比。

　　富氧有利于提高噴煤比，富氧1%，風(fēng)口區(qū)理論燃燒溫度提高45~50℃，允許增加噴煤比20~30kg/t;

　　富氧有利于提高產(chǎn)量，富氧1%，提高產(chǎn)量4.79%。

　　我國高爐富氧情況

　　目前，我國大多數(shù)高爐富氧率在2.5%~4.0%，富氧率的高低主要是受氧氣價(jià)格影響，還受到生鐵產(chǎn)量、噴煤比高低的的影響。如沙鋼氧氣價(jià)格在0.5元/立方米左右，高爐生產(chǎn)就可以多富氧（9%~11%）。沙鋼高爐曾經(jīng)富氧達(dá)到過12.62%，煤比為174.98kg/t,煤氣CO2含量達(dá)23.70%，爐缸活躍，鐵水溫度充沛，煉鐵工序能耗為363.09kgce/t，鐵水成本較低，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

　　富氧高爐操作的調(diào)劑順序：富氧對(duì)高爐生產(chǎn)指標(biāo)有一定影響，調(diào)劑爐缸熱狀態(tài)以及提高冶煉強(qiáng)度，高爐煉鐵操作的科學(xué)手段順序?yàn)椋?/p>

　　富氧—噴煤—風(fēng)溫—風(fēng)量—裝料制度—變焦負(fù)荷—加焦。

　　對(duì)高爐煉鐵生產(chǎn)，熱制度影響由快變慢的順序：風(fēng)量、風(fēng)溫、噴煤、焦負(fù)荷。

　　對(duì)高爐富氧的探討

　　在一般原燃料質(zhì)量條件下，高爐噴煤比在130kg/t以下，高爐煉鐵可以不進(jìn)行富氧；對(duì)于噴煤比較低的企業(yè)，要盡可能提高噴煤比，應(yīng)該富氧（煤粉可代替焦炭）。會(huì)有較好的經(jīng)濟(jì)效益（2019年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)的噴煤比為147kg/t，煤粉的價(jià)格比焦炭低751.61元/噸；一個(gè)年產(chǎn)400萬噸的煉鐵企業(yè)，如果噴煤比在140kg／t，就可以年噴吹56萬噸煤粉，代替的等量的焦炭，可以年降低42090.16萬元的煉鐵成本）；

　　瑞典煉鐵界研究結(jié)果曾表明：高爐富氧最高不要超過37%，超過了高爐難于操作（煤氣流分布不均，爐缸過熱，耐火材料易損壞、風(fēng)口區(qū)軟熔帶煤氣透氣性變差，爐頂溫度過低，除塵效果不好等），高爐煉鐵生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性不好。

　　對(duì)近期出現(xiàn)的純氧高爐及相關(guān)問題的探討，筆者談些意見和建議：因?yàn)榻o高爐氧氣供應(yīng)量不可能太大（受制氧機(jī)的能力限制），致風(fēng)速不高，使鼓的風(fēng)不易吹透大中型高爐的爐缸中心，造成爐缸不活躍（故純氧高爐必然是小高爐，產(chǎn)量上也不能滿足煉鋼大生產(chǎn)的需求）；氧氣燃燒的溫度可以達(dá)到3000℃以上，風(fēng)口區(qū)的一般耐火材料很難承受這種高溫，耐火材料的破損使高爐壽命降低；出現(xiàn)爐頂溫度過低，有結(jié)露現(xiàn)象，煤氣除塵工作不能正常進(jìn)行。因此，純氧高爐不適合現(xiàn)在高爐的設(shè)計(jì)理念，需要進(jìn)行大量的調(diào)整（爐型結(jié)構(gòu)，冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)、形狀，耐火材料的選擇，生產(chǎn)操作制度等）。