論鼓風脫濕對高爐冶煉的影響和意義

王文青

1 國內外關于鼓風脫濕的發展狀況

縱觀高爐冶煉的發展歷程，關于高爐鼓風中濕度是應該增加還是減少，即鼓風是應該加濕還是應該脫濕，在經過大量理論分析和工程實踐的反復論證之后，經歷了從鼓風加濕，再到鼓風定濕，最后到鼓風脫濕的過程。

早在十九世紀初期，美國卡內基的鋼鐵工作者就提出了脫濕鼓風這一想法，并經過較為漫長的探索和實踐，明確了送入高爐的空氣濕度的波動變化，是導致高爐爐況變換的重要原因之一。通過工業試驗，國外的煉鐵工作者發現，對高爐鼓風脫濕后，爐況和鼓風均非常穩定，而焦比降低了20%～22%，這個數據大大超過了他們所期望的數值，高爐冶煉所受鼓風濕度影響的重要性已被廣泛認知。但當時由于鼓風脫濕設備不成熟，操作難度大且受制于科學技術水平和投資成本，導致鼓風脫濕技術發展相當緩慢。到了二十世紀中葉，美國和日本均加快了對高爐脫濕鼓風技術的研究。上世紀七十年代，世界上第一臺鼓風脫濕裝置在日本投產，隨后世界上相繼投產約20套脫濕裝置。高爐鼓風脫濕技術成為調節爐況的重要手段，至此得到了長足的發展。

國內早在二十世紀二十年代，漢陽高爐就采用了脫濕鼓風技術。但當時受制于技術能力與設備投資，鼓風脫濕并未發展起來。直到1980年之后，寶鋼四座高爐率先引進了日本的鼓風機吸入側脫濕技術，雖然投資數千萬，但取得了相當不錯的經濟效益，取得了脫濕1%，節焦6 kg/t的經濟效益。寶鋼因為引進的鼓風脫濕技術，使其低焦比、高煤比的生產及能耗指標一直處于全國鋼鐵行業的領先水平。萊鋼1880 m3高爐因為全焦冶煉，風溫及爐況水平均不理想，在使用鼓風脫濕技術后，高爐爐缸均勻活躍度及爐況穩定順行度都得到了明顯改善，各項技術指標也得到提升。

比較中外鼓風脫濕的發展歷程，外國在二十世紀起步研究較早，也取得了較為顯著的成果。國內從1980年左右才開始研究并應用高爐鼓風脫濕技術，起步相對較晚。

2 鼓風脫濕對高爐冶煉的影響

對于高爐冶煉來說，穩定高爐爐溫和提高高爐爐溫是高爐鼓風脫濕的主要目的。根據國內外高爐長期實踐得出的爐溫綜合公式：

T=K+0.839T+4.972Qψ-6.033ξ-[1.5+0.06Vdef]ф

式中：K——常數，取值1559℃；

T——熱風溫度，℃；

Q——進口流量，m3/s；

Ψ——富氧量，m3/1000m3風；

ξ——含濕量，g/m3風；

Vdef——可燃揮發分，%；

ф——噴煤量，kg/1000m3風。

由公式可知：高爐爐溫主要由含濕量、噴煤量、熱風溫度、富氧率決定，其中含濕量波動較大，也是使高爐爐溫穩定在合理范圍內的關鍵項。下面由幾個方面分析鼓風脫濕對高爐冶煉的影響。

2.1 鼓風脫濕對燃料在爐缸燃燒的影響

帶著濕分的高爐鼓風進入風口前的燃燒帶，鼓風中的水蒸氣和燃料中的碳元素發生反應，產生一氧化碳和氫氣等還原性氣體。與此同時，水分的分解也吸收了大量的熱量。這些都給風口燃燒帶帶來了以下的變化：

（1）燃燒所產生的煤氣中一氧化碳和氫氣的濃度增加，氮氣濃度減少，煤氣總產量減少，燃料消耗風量減少。

（2）燃燒溫度隨著水分的分解而降低，風口前的燃燒帶隨之擴大，燃燒速度和化學反應速度變慢，碳的氧化產物擴散減弱，燃燒帶向著爐缸方向進行擴散。

（3）爐缸理論燃燒溫度降低，濕分每降低百分之一，爐缸理論燃燒溫度將降低～40℃左右。

2.2 鼓風脫濕對高爐理論燃燒溫度的影響

高爐鼓風所含濕分分解出來的氧和氫元素，雖然可以強化爐內燃燒，參與爐內還原反應，但是濕分的分解，消耗了爐內較多的熱量，使高爐理論燃燒溫度降低，造成高爐換熱惡化，爐況不順。經過大量實踐和理論研究表明，高爐鼓風濕分每增加1 g/m3,理論燃燒溫度要降低約7℃，過低的燃燒溫度還會造成煤氣產量的不穩定。可見鼓風濕分對高爐理論燃燒溫度的影響較大。

2.3 鼓風脫濕對高爐噴煤量的影響

因為高爐鼓風中的濕分會降低爐缸燃燒溫度，影響爐內燃料燃燒，進而制約了高爐的噴煤量。根據高爐風溫經驗公式：

式中：Tf——風溫，℃；

W——煤比，kg/t；

M——鼓風濕分，g/m3；

F0——富氧率，%。

由公式可以計算得出，鼓風每減少1 g/m3的濕分，可以提高噴煤量～1.8 kg/t。可見鼓風脫濕對高爐噴煤量的影響也是很明顯的。

2.4 鼓風脫濕對高爐產量的影響

高爐鼓風脫濕對提高高爐的產量有著較為積極的影響。鼓風脫濕可以消除濕分波動對高爐爐況造成的不穩定因素，使爐況順行，提高高爐冶煉強度，有效提高高爐產量。另外高爐鼓風脫濕可以有效降低焦比，因為在風溫水平較低時高爐冶煉每噸生鐵需要的風量大，鼓風帶入爐內的熱量相對較多，可以節約更多的焦炭，而焦比的降低使得高爐的產量得到提高。大量實踐表明，在高爐鼓風溫度完全補償鼓風含濕量分解造成的熱耗的前提下，消除因大氣濕度對爐況帶來的不利影響，鼓風濕分每降低1%，高爐生鐵產量可以提高3.1%左右。可見高爐鼓風脫濕對高爐產量的提高有著較為顯著的影響。

2.5 鼓風脫濕對爐況順行方面的影響

每天大氣中的含濕量都是波動的，這也造成高爐鼓風的濕度變換，進而影響高爐爐況的變化。當年鼓風中濕度的變化將會很大的影響著同年高爐生產指標。送進高爐中冷風濕度的變化，也會影響風口前燃料帶燃燒的火焰溫度，造成不穩定影響。華東沿海地區5～9月份因為日溫差引起的濕度變化在10 g/m3,華北內陸地區的8～10月份的濕度變化也在12 g/m3，這將造成高爐燃燒溫度在60～70℃之間波動，進而影響爐缸的熱狀態。而濕度變化造成的燃燒帶范圍的變化，還會引起煤氣初始分布不穩繼而造成爐況不穩。采取高爐鼓風脫濕措施之后，可以減少高爐懸料、塌料現象，消除爐內結瘤，從而使高爐爐況變得穩定。高爐鼓風濕度的穩定，有利于減少高爐爐況波動，便于高爐穩定操作和延長高爐壽命。

2.6 鼓風脫濕對鼓風機鼓風流量的影響

表1為華東地區某鋼廠高爐鼓風機風量和濕度的關系，可以看出高爐鼓風脫濕對提高鼓風流量有著較為明顯的影響。

表1 華東地區某鋼廠高爐鼓風機風量和濕度的關系

因為高爐鼓風脫濕后，高爐鼓風機吸入側溫度得到降低，在壓力不變的情況下，濕空氣的密度隨之增加。高爐鼓風機壓縮功率穩定的前提下，高爐鼓風的質量流量隨著鼓風密度的增加而得到提高。雖然鼓風脫濕有部分能耗，但是鼓風機能耗降低帶來的效益要遠遠大于脫濕鼓風的能耗。

3 鼓風脫濕對高爐冶煉的意義

高爐鼓風脫濕可以強化燃料在高爐爐缸內的燃燒，提高高爐理論燃燒溫度，增加高爐噴煤量，提高高爐產量，維持爐況穩定，提升高爐鼓風機質量流量，降低燃料消耗及鼓風能耗。建議今后新建高爐項目或者改造項目采用鼓風脫濕技術，特別是沿海濕度較大的地區及濕度隨季節和氣候變化波動大的地區的高爐應優先考慮鼓風脫濕技術。

[1]王筱留.高爐鼓風脫濕技術[J].鞍鋼技術，2006(3).

[2]張云鵬，張旭.鼓風技術的生產應用[J].江蘇冶金，2007，35（5）.