高炉设计的原则讲述.doc

一种新的高炉设计系统 XIANG Zhong-yong, CHEN Ying-ming, ZOU Zhong-ping (CISDI Engineering Co Ltd,Chongqing,China) 摘要：随着富氧和喷煤技术的发展，它不会呈现出一种一成不变的方法来设计高炉基础冶炼强度和燃烧强度，为此随着时间的发展，中国高炉的设计需要更加的系统化。高炉的生产应该满足我们的生产要求。在目前的论文中，使用近代气体动力学的成果，科学的分析了衡量高炉强化冶炼过程的因素——炉腹煤气量指数，用以指导高炉设计，形成新的高炉设计体系。 关键字：高炉；设计体系；炉腹煤气量指数；设计过程 1 前言 高炉富氧技术和喷煤技术的发展，需要炉腹煤气量指数在原有基础上进行一些新的改变。 过去的高炉设计是从燃料或焦炭量开始的，而这些对于需要降低能量消耗和降低二氧化碳排放量的系统来说是不完美的。 2 过去的高炉设计系统 过去的高炉设计系统主要集中在高炉冶炼强度上，或者是我们一直沿用的前苏联设计和定义的高炉生产和设备系统。冶炼强度和燃烧强度都是由每天单位有效高炉容积消耗的焦炭量所决定。然后，高炉的设计用燃料来定义焦比，以确定高炉燃烧强度或冶炼强度，并获得生产率和产出。由燃煤燃油定义的风量会决定风机的容量。 而从燃烧强度或冶炼强度来说，炉缸直径可以被锻造，从而炉型也是固定的。鼓风量将有助于决定鼓风机和气体系统的设计，甚至是炉子的参数容量。高炉的强化主要是通过压降和气体的上升，而从来都不是通过提高燃煤燃油的数量来决定的，这一点远比生产者想象的更为复杂。但是，把增加燃料的燃烧量来提高高炉产量导致了燃料和能源的大量消费。 下面将讨论一些高炉设计的基础概念和方法论以及炉腹煤气体积等。 自从引进来自前苏联的高炉冶炼强度的概念，就一直在论证着和炼铁职业有关的合适的冶炼强度。从而对立着这样两种观点，一种是提倡高的冶炼强度，而另一种是提倡中等冶炼强度。 半个世纪过去了仍然没有明确的结论，即使一些观点在某些方面下达成共识，而冶炼强度和冶炼条件的选择始终是摆在大家面前的问题。 经过讨论和意见交换，在这方面终于达成共识， 并最终得出了冶炼强度对高炉产量产生影响的现实意义。近年来，高炉作业只能围绕在所谓的冶炼强度方面。然而，由于没有其他的更好的方法，冶炼强度仍然在不合理的高炉设计中起到副作用，甚至直接与鼓风量挂钩，其结果必须是导致高炉产量十分低下。资源，能源和投资都处在一个居高不下的水平。 3 中国新的高炉设计系统 中国的发展必须考虑到前苏联可用资源和能量的利用情况，从而踏上资源和节约资源的新的道路。我们必须把高炉设计的基础放在正确的层次上，要在高炉设计和经营理念方面有充分的监管，而根据中国国家惯例的框架，我们对资源和能源的利用需采取科学和谨慎的态度，而这就是新的高炉设计系统的开端的重要基础，实际上就是承诺在炼铁过程中保护能源、减少污染排放和可持续发展。 一般来说，新的高炉设计系统以炉气动力学为理论基础。炉生产条件和渗透阻力系数的实践为基础，渗透率作为参考来定义炉的设备能力。 3.1 理论基础 早在1950年代，关于容积电荷的气体动力学额尔古纳方程就被应用于分析鼓风炉，并且在这方面一直有巨大的推动作用。 它涉及到的知识有压降、气体的上升、渣铁在高炉内的下降等因素。 存在于高炉上部的气体阻力可通过Ergun方程计算，在高炉的中部和下部存在着固-液-气-粉这四个阶段。化学和物理反应发生的复杂和不确定性主要集中在高温领域即软熔带、滴落带。然而，在软熔带的气体阻力方程、限制炉集约化的因素上已经有了富有成效的研究，如液化条件、保留在填充床的流体，以及软熔带和焦炭床的分布等其他方面。 总之，所有这些研究服务的目的在于提高炉的气体通量，简而言之，提高炉的透气性和控制炉气流量。在这其中，炉气体流量与炉腹煤气指数直接相关。考虑到炉腹煤气生成体积比鼓风量和燃料体现的更为全面。这是因为炉腹煤气指数体积包含富氧、水分、喷煤和其他因素的影响。在炉腹煤气指数的限制条件下，以提高高炉产量为目标，降低燃料比的同时提高顶部压力和富氧条件，这样做可以使炉腹煤气体积和单位鼓风量降低下来。 3.2 新的设计系统和高炉生产 3.2.1高炉透气性阻力系数 在实际炉操作中，渗透阻力系数K通常用来测量气体通量和限制因素。K是由卡门方程简化如下： （1） 其中，VBG-炉腹煤气指数，PB-风口前爆破压力；PT-顶部压力。 K对炉的平稳运行，高收益和稳定操作等非常重要。当K保持在正常的范围内，它代表了炉的顺利运行；当K超出正常范围，它表明了渗透率十分糟糕；如果K不断地上升，就有挂炉的风险或其他故障；当K低于正常范围，它可能会发生溢