论鼓风脱湿对高炉冶炼的影响和意义

王文青

1 国内外关于鼓风脱湿的发展状况

纵观高炉冶炼的发展历程，关于高炉鼓风中湿度是应该增加还是减少，即鼓风是应该加湿还是应该脱湿，在经过大量理论分析和工程实践的反复论证之后，经历了从鼓风加湿，再到鼓风定湿，最后到鼓风脱湿的过程。

早在十九世纪初期，美国卡内基的钢铁工作者就提出了脱湿鼓风这一想法，并经过较为漫长的探索和实践，明确了送入高炉的空气湿度的波动变化，是导致高炉炉况变换的重要原因之一。通过工业试验，国外的炼铁工作者发现，对高炉鼓风脱湿后，炉况和鼓风均非常稳定，而焦比降低了20%～22%，这个数据大大超过了他们所期望的数值，高炉冶炼所受鼓风湿度影响的重要性已被广泛认知。但当时由于鼓风脱湿设备不成熟，操作难度大且受制于科学技术水平和投资成本，导致鼓风脱湿技术发展相当缓慢。到了二十世纪中叶，美国和日本均加快了对高炉脱湿鼓风技术的研究。上世纪七十年代，世界上第一台鼓风脱湿装置在日本投产，随后世界上相继投产约20套脱湿装置。高炉鼓风脱湿技术成为调节炉况的重要手段，至此得到了长足的发展。

国内早在二十世纪二十年代，汉阳高炉就采用了脱湿鼓风技术。但当时受制于技术能力与设备投资，鼓风脱湿并未发展起来。直到1980年之后，宝钢四座高炉率先引进了日本的鼓风机吸入侧脱湿技术，虽然投资数千万，但取得了相当不错的经济效益，取得了脱湿1%，节焦6 kg/t的经济效益。宝钢因为引进的鼓风脱湿技术，使其低焦比、高煤比的生产及能耗指标一直处于全国钢铁行业的领先水平。莱钢1880 m3高炉因为全焦冶炼，风温及炉况水平均不理想，在使用鼓风脱湿技术后，高炉炉缸均匀活跃度及炉况稳定顺行度都得到了明显改善，各项技术指标也得到提升。

比较中外鼓风脱湿的发展历程，外国在二十世纪起步研究较早，也取得了较为显著的成果。国内从1980年左右才开始研究并应用高炉鼓风脱湿技术，起步相对较晚。

2 鼓风脱湿对高炉冶炼的影响

对于高炉冶炼来说，稳定高炉炉温和提高高炉炉温是高炉鼓风脱湿的主要目的。根据国内外高炉长期实践得出的炉温综合公式：

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

式中：K——常数，取值1559℃；

T——热风温度，℃；

Q——进口流量，m3/s；

Ψ——富氧量，m3/1000m3风；

ξ——含湿量，g/m3风；

Vdef——可燃挥发分，%；

ф——喷煤量，kg/1000m3风。

由公式可知：高炉炉温主要由含湿量、喷煤量、热风温度、富氧率决定，其中含湿量波动较大，也是使高炉炉温稳定在合理范围内的关键项。下面由几个方面分析鼓风脱湿对高炉冶炼的影响。

2.1 鼓风脱湿对燃料在炉缸燃烧的影响

带着湿分的高炉鼓风进入风口前的燃烧带，鼓风中的水蒸气和燃料中的碳元素发生反应，产生一氧化碳和氢气等还原性气体。与此同时，水分的分解也吸收了大量的热量。这些都给风口燃烧带带来了以下的变化：

（1）燃烧所产生的煤气中一氧化碳和氢气的浓度增加，氮气浓度减少，煤气总产量减少，燃料消耗风量减少。

（2）燃烧温度随着水分的分解而降低，风口前的燃烧带随之扩大，燃烧速度和化学反应速度变慢，碳的氧化产物扩散减弱，燃烧带向着炉缸方向进行扩散。

（3）炉缸理论燃烧温度降低，湿分每降低百分之一，炉缸理论燃烧温度将降低～40℃左右。

2.2 鼓风脱湿对高炉理论燃烧温度的影响

高炉鼓风所含湿分分解出来的氧和氢元素，虽然可以强化炉内燃烧，参与炉内还原反应，但是湿分的分解，消耗了炉内较多的热量，使高炉理论燃烧温度降低，造成高炉换热恶化，炉况不顺。经过大量实践和理论研究表明，高炉鼓风湿分每增加1 g/m3,理论燃烧温度要降低约7℃，过低的燃烧温度还会造成煤气产量的不稳定。可见鼓风湿分对高炉理论燃烧温度的影响较大。

2.3 鼓风脱湿对高炉喷煤量的影响

因为高炉鼓风中的湿分会降低炉缸燃烧温度，影响炉内燃料燃烧，进而制约了高炉的喷煤量。根据高炉风温经验公式：

式中：Tf——风温，℃；

W——煤比，kg/t；

M——鼓风湿分，g/m3；

F0——富氧率，%。

由公式可以计算得出，鼓风每减少1 g/m3的湿分，可以提高喷煤量～1.8 kg/t。可见鼓风脱湿对高炉喷煤量的影响也是很明显的。

2.4 鼓风脱湿对高炉产量的影响

高炉鼓风脱湿对提高高炉的产量有着较为积极的影响。鼓风脱湿可以消除湿分波动对高炉炉况造成的不稳定因素，使炉况顺行，提高高炉冶炼强度，有效提高高炉产量。另外高炉鼓风脱湿可以有效降低焦比，因为在风温水平较低时高炉冶炼每吨生铁需要的风量大，鼓风带入炉内的热量相对较多，可以节约更多的焦炭，而焦比的降低使得高炉的产量得到提高。大量实践表明，在高炉鼓风温度完全补偿鼓风含湿量分解造成的热耗的前提下，消除因大气湿度对炉况带来的不利影响，鼓风湿分每降低1%，高炉生铁产量可以提高3.1%左右。可见高炉鼓风脱湿对高炉产量的提高有着较为显著的影响。

2.5 鼓风脱湿对炉况顺行方面的影响

每天大气中的含湿量都是波动的，这也造成高炉鼓风的湿度变换，进而影响高炉炉况的变化。当年鼓风中湿度的变化将会很大的影响着同年高炉生产指标。送进高炉中冷风湿度的变化，也会影响风口前燃料带燃烧的火焰温度，造成不稳定影响。华东沿海地区5～9月份因为日温差引起的湿度变化在10 g/m3,华北内陆地区的8～10月份的湿度变化也在12 g/m3，这将造成高炉燃烧温度在60～70℃之间波动，进而影响炉缸的热状态。而湿度变化造成的燃烧带范围的变化，还会引起煤气初始分布不稳继而造成炉况不稳。采取高炉鼓风脱湿措施之后，可以减少高炉悬料、塌料现象，消除炉内结瘤，从而使高炉炉况变得稳定。高炉鼓风湿度的稳定，有利于减少高炉炉况波动，便于高炉稳定操作和延长高炉寿命。

2.6 鼓风脱湿对鼓风机鼓风流量的影响

表1为华东地区某钢厂高炉鼓风机风量和湿度的关系，可以看出高炉鼓风脱湿对提高鼓风流量有着较为明显的影响。

表1 华东地区某钢厂高炉鼓风机风量和湿度的关系

因为高炉鼓风脱湿后，高炉鼓风机吸入侧温度得到降低，在压力不变的情况下，湿空气的密度随之增加。高炉鼓风机压缩功率稳定的前提下，高炉鼓风的质量流量随着鼓风密度的增加而得到提高。虽然鼓风脱湿有部分能耗，但是鼓风机能耗降低带来的效益要远远大于脱湿鼓风的能耗。

3 鼓风脱湿对高炉冶炼的意义

高炉鼓风脱湿可以强化燃料在高炉炉缸内的燃烧，提高高炉理论燃烧温度，增加高炉喷煤量，提高高炉产量，维持炉况稳定，提升高炉鼓风机质量流量，降低燃料消耗及鼓风能耗。建议今后新建高炉项目或者改造项目采用鼓风脱湿技术，特别是沿海湿度较大的地区及湿度随季节和气候变化波动大的地区的高炉应优先考虑鼓风脱湿技术。

[1]王筱留.高炉鼓风脱湿技术[J].鞍钢技术，2006(3).

[2]张云鹏，张旭.鼓风技术的生产应用[J].江苏冶金，2007，35（5）.