莱芜职业技术学院毕业论文姚明2.docx
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莱芜职业技术学院毕业论文姚明2
莱芜职业技术学院毕业论文。
姚明.2
莱芜职业技术学院毕业论文
论文标题：
富氧鼓风
作者：
姚明
学校名称：
莱芜职业技术学院
专业：
冶金技术
年级：
07冶金技术
指导教师：
冯博楷
日期：
2010.4.1
摘要¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨3
正文¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨4
参考文献¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨10
摘要
钢铁是国民经济的基础工业，钢铁产品在各类原料用途最为广泛，当今世界的文化和经济的发展与钢铁生产有着密切的关系，他对国家工业和国防现代化具有举足轻重的作用。
我国的煤炭资源虽然丰富，但是用于冶金的焦煤资源不足，由于国家大力实行绿色环保，更具有技术含量的产品，追求高的效益，世界各国钢铁公司在不断总结经验和探索中寻求一种低能耗，高质量的生产技术，正因为富氧鼓风有以下特点且能满足生产要求备受各国钢铁公司的青睐，正在被广泛应用，且此技术在不断成熟。
富氧鼓风有着随鼓风含氧提高，风口前理论燃烧温度升高，高炉内气固比减少，因此炉缸热状态、炉内温度分布、煤气流分布以及料柱透气性等均发生较大变化，必须采取相应措施以维持合理的煤气流分布与适宜的炉缸热状态，保证炉况稳定顺行的优点。
富氧鼓风特点：
（1）提高冶炼强度，增加产量
（2）提高理论燃烧温度（3）改善煤气质量（4）降低热损失（5）增加煤气中co量，促进间接还原。
关键词：
冶炼强度；燃烧温度；煤气量；间接还原
第一章绪论
富氧鼓风是一种高炉强化冶炼技术。
在高炉大气鼓风中加入工业氧，以提高鼓风含氧浓度，强化风口区燃料燃烧，从而提高生铁产量。
1.1富氧鼓风-历史背景
简史早在1876年贝塞麦就提出采用富氧鼓风来强化高炉冶炼，1913年比利时乌格尔厂第一次进行了高炉富氧鼓风试验，鼓风含氧增加到23％，产量提高12％，焦比降低2．5％～3．o％。
以后德国、前苏联也相继进行了试验。
但是富氧鼓风作为一项实际应用技术，是从50年代开始的，1951年美国国家钢铁公司威尔顿厂建立一台氧气纯度达95％的制氧机用于高炉富氧，鼓风含氧量达到22．5％～25．O％，并取得富氧1％增产4％～5％的效果。
进入60年代由于大功率低能耗高炉专用制氧机的诞生和高炉喷吹燃料技术的开发和广泛应用，高炉富氧鼓风在欧、美、日本及前苏联等国得到迅速推广。
1976～1981年苏联新利比茨克2000m3高炉，先后进行富氧35％和40％的试验，创造高炉富氧最高水平，喷吹天然气156m3／t，高炉增产9．4％，利用系数达到2．5t／（m3•d），焦比398kg／t，获得了较好的经济效益。
50年代中国科学院化学冶金研究所叶渚沛提出“三高”理论（高压操作、高风温和高压蒸汽结合使用）并在首都钢铁公司（首钢）的试验高炉上进行冶炼试验。
60年代以来，随着高炉喷吹燃料技术的发展，首钢、鞍山钢铁公司（鞍钢）、马鞍山钢铁公司、上海钢铁一厂等先后在高炉上采用富氧鼓风。
1966年首钢1号高炉鼓风富氧量达24％～25％，喷吹煤粉量最多达到270kg／t，效果是鼓风增氧1％即增产4％～5％。
1986～1987年鞍钢2号高炉进行高富氧大喷吹工业试验，鼓风含氧达到28．59％，喷煤量170．02kg／t，效果十分明显，鼓风增氧1％增产2．5％～3％，同时可增加喷煤12～13kg／t。
1.2富氧鼓风-对冶炼的影响与作用
（1）单位碳素燃烧生成的煤气量减少，风口前理论燃烧温度上升。
热量集中于高炉下部，炉缸温度上升，对硅、锰等一些难还原元素的还原十分有利，因此冶炼锰铁、硅铁等采用富氧鼓风效果明显。
（2）富氧使煤气体积减少，煤气对炉料下降阻力减小，允许进一步提高冶炼强度增加产量。
如入炉风量不变，鼓风含氧由原来大气鼓风时的a0增加到a，其理论增产（焦比不变）为冶炼实际增产范围在2％～5％之间，其值主要取决于原燃料条件，喷吹燃料状况等。
（3）富氧鼓风后，氮含量相对降低，生成煤气中还原剂CO浓度增高，尤其喷吹含H／C比高的燃料时，煤气中H2含量增加，有利于高炉间接还原的发展，减少焦炭消耗。
鼓风中每增加1％氧，焦比降低O．5％左右，但若鼓风含氧过高，由于吨铁风量减少，当风温不变时，鼓风带入炉内热量减少，又不利于降低焦比。
（4）煤气内氮含量减少，发热值相应提高（每增氧1％，提高100～130kJ／m3），从而改善了煤气质量。
（5）富氧鼓风使风口前理论燃烧温度提高，可进一步增加喷吹燃料数量，产生更大的经济效益。
1.3富氧鼓风-方法与操作
富氧鼓风的方法主要有两种：
一种是从鼓风机吸入口加入低压氧气，其优点是氧气不用专门氧压机加压，可节约投资与电耗，高炉操作方便；其缺点是需设高炉专用制氧机，氧漏损较多，该方法在前苏联普遍采用；另一种是采用高压供氧即工业氧通过加压后直接加入高炉管道内，其优点是可与炼钢用氧联网，保持制氧机全负荷运行，比较经济，但需增设氧压机加压，投资多，电耗高。
最近一些国家正在研究发展高炉氧煤燃烧器，即将工业氧通过氧煤燃烧器送入，与喷吹煤粉有效混合，实现充分燃烧和大量喷吹煤粉。
随鼓风含氧提高，风口前理论燃烧温度升高，高炉内气固比减少，因此炉缸热状态、炉内温度分布、煤气流分布以及料柱透气性等均发生较大变化，必须采取相应措施以维持合理的煤气流分布与适宜的炉缸热状态，保证炉况稳定顺行。
控制适宜的理论燃烧温度理论燃烧温度过低，炉料加热与还原不足，将导致炉凉、渣铁温度低、喷吹燃料燃烧不充分；理论燃烧温度过高，煤气体积迅速膨胀，与SiO大量气化，将会造成炉况不顺。
实践证实：
随鼓风含氧增加，吨铁煤气量减少，为满足正常冶炼条件下对炉料的加热与还原所需要的热量，必须相应提高理论燃烧温度，增加煤气热焓。
中国鞍钢2号高炉普通鼓风时炉缸煤气量为1818m3／t，理论燃烧温度为2098℃，当鼓风含氧量达到28％时，理论燃烧温度上升到2320℃。
控制理论燃烧温度的方法，
（1）适当缩小风口面积，维持一定的风速与鼓风动能，以保持适宜的风口回旋区深度与良好的炉缸工作状态。
鞍钢2号高炉，鼓风含氧每增加1％，风口面积缩小1％～4％；以保持其适宜的回旋区深度（1．0～1．2m）。
（2）上部采用以疏通中心为主并适当发展边沿煤气流的装料方法以改善料柱透气性，降低料柱阻损与提高炉缸渣铁渗透性。
中心加焦装料方法是解决富氧鼓风后炉缸中心不活跃，料柱透气性恶化的有效手段。
展望随着钢铁工业不断发展，传统的高炉炼铁工艺所需要的大量炼焦煤日趋枯竭，迫使炼铁工作者寻求新的焦炭代用品。
因此，在发展富氧大量喷吹燃料的同时，高炉全氧（无氮）鼓风技术是近年各国广泛关注的新工艺，在日本、前苏联等国家已进行了试验研究。
这种工艺具有高生产率、高喷煤量、低焦比、128高煤气热值、环境污染少、投资省的特点。
1986年日本钢管公司在3．9m3试验炉上进行了全氧鼓风试验，每吨铁喷吹煤粉量增加到320kg／t，高炉炉况稳定顺行，利用系数达到5．1t／（m3•d），直接还原度与入炉焦比均降低一半以上，生铁质量明显改善。
中国炼铁工作者在大量实验室研究的基础上，也已提出了一种新的高炉氧煤炼铁工艺，并将进行工业规模试验。
第二章富氧鼓风
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2.1富氧鼓风计算
设f表示鼓风的湿度，x表示富氧率，b表示工业氧气的氧量，V表示1m³鼓风中含氧量，则每m³鼓风中含氧量的计算公式
V=0.5f+x+0.21（1-f-x/b）=0.21+0.29f+x·（1-0.21/b）
从上公式可以看出，风中无水或不加氧时1m³风中的含氧为0.21m³，若蒸汽中取代一部分干风时能增加氧量为0.29f，二用氧气取代部分干风时能增加x（1-0.21/b）的氧量。
可见富氧率和鼓风中的氧含量增加并不一致。
富氧鼓风时，加入氧的的计算举例：
设风量为2500m³，用纯度b为98%的工业氧气，使富氧率达到2%，保持风量不变，需加入多少工业氧气。
需加入的工业氧量为V氧，则：
V氧*b=V风*X
V氧=V风*X/b=2500*0002/98%=51.02m³/min
即使保持风量2500m³不变，需加入51.02m³工业氧才能使富氧率达到2%，而此时从风机来的风量只需2448.98m³。
富氧后由于风中氧含量增加，所以燃烧单位碳素所需风量和生成的煤气体积，都和富氧前后有所差异。
V风=0.933/［0.21+0.29f+X（1-0.21/b）］
V风为富氧后风口前燃烧1Kg碳所需要的风量。
而燃烧1Kg碳所生成炉缸煤气体积则为
V煤=0.933/［0.21+0.29f+X（1-0.21/b）］*［2*0.21（1-f-X/b）+2f+2X+0.79（1-f-X/b）］
2.2富氧鼓风对高炉冶炼的影响
2.2.1提高冶炼强度，增加产量。
由于风中含氧量增加，1t铁需要的风量相应的减少，若保持风量不变，冶炼强度可增加，提高产量，在焦比不变时即可获得相同相当的增加产值，若焦比有所降低可望增产更多。
相当的风量增加率可按下式计算
Δv=x*（1-0.21/b）/（0.21+0.29f）
若x=1%，f=1%,b=98%,则Δv=3.69%，
即富氧鼓风后每100m³风相当于增加了风量3.68m³如果风中不含湿分切b=100%则Δv=3.76%，在其他条件不变的情况下，富氧1%相当于增产3.76%。
2.2.2对煤气量的影响。
富氧鼓风量不变，即保持富氧前的风量，则相当于增加风量，因而也增加了煤气量，在焦比和直接还原度不变的情况下，富氧鼓风的煤气量比不富氧鼓风量略有增加，因此差压略有升高，富氧鼓风后，因单位生铁所需风量减少，鼓风带入的物理热也减少，将热量的收入降低，所以富氧鼓风并没有为高炉开辟新热源，但节省热量开支。
2.2.3提高了理论燃烧温度。
由于单位生铁燃烧产物体积减少，故能提高理论燃烧温度。
在x=1%，x=2%，x=3%，f=1%t=1000˚C条件下[Cp=0.363Х4.1868KJ/cm³·˚C]
风口前燃烧1Kg碳所需风量产生的煤气量以及理论燃烧温度列于表1-1
表1-1富氧鼓风在理论燃烧温度及其他指标
名称
风量/m³·（Kg·˚C）ˉ1
煤气量/m³·（Kg·˚C）ˉ1
煤气成分/%
Qc
Q物
Q风
t理/˚C
C0
H2
N2
X=0
4.39
5.32
35
64.2
64.2
2340
590
1480
2285
X=1%
4.23
5.18
36
63.2
63.2
2340
590
1426
2317
X=2%
4.08
5.03
37
61.4
61.4
2340
590
1297
2340
X=3%
3.94
4.9
38
59.6
59.6
2340
590
1365
2415
X=4%
3.82
4.77
39
57.8
57.8
2340
590
1339
2465
注：
表中Qc，Q物，Q风，的数值应乘以4.1868KJ
通过计算表明：
x=1%时，约提高理论燃烧温度32˚C，由于t理的提高，能使热量提高于炉缸，有利于冶金反应进行和炼高温生铁。
2.2.4增加煤气中co量，促进间接还原，富氧鼓风后改变了煤气中co和N2比例N2量减少，co提高，有利于发展间接还原，当富氧与喷吹燃料结合时，煤缸co和H2增加，富化了煤气。
但若富氧后煤气量减少，炉身部位温度降低则又限制间接还原的大量进行。
所以富氧鼓风后多还原过程的影响是不同的，因此焦比可能降低，也有可能升高。
2.2.5煤炉顶煤气温度降低，富氧后单位铁煤气量减少，高温区下移，上部热交换显著扩大，炉顶温度降低，有利于高炉炉顶寿命的延长。
高温区集中于下部，使高炉的竖向温度场发生变化，这个影响与喷吹燃料的影响恰恰相反，故富氧鼓风与喷吹燃料相结合是很有前途的。
第三章结论
富氧鼓风能够在单位碳素燃烧生成的煤气量减少，风口前理论燃烧温度上升。
热量集中于高炉下部，炉缸温度上升，对硅、锰等一些难还原元素的还原十分有利，因此冶炼锰铁、硅铁等采用富氧鼓风效果明显。
富氧使煤气体积减少，煤气对炉料下降阻力减小，允许进一步提高冶炼强度增加产量。
如入炉风量不变，鼓风含氧由原来大气鼓风时的a0增加到a，其理论增产（焦比不变）为冶炼实际增产范围在2％～5％之间，其值主要取决于原燃料条件，喷吹燃料状况等。
富氧鼓风后，氮含量相对降低，生成煤气中还原剂CO浓度增高，尤其喷吹含H／C比高的燃料时，煤气中H2含量增加，有利于高炉间接还原的发展，减少焦炭消耗。
鼓风中每增加1％氧，焦比降低O．5％左右，但若鼓风含氧过高，由于吨铁风量减少，当风温不变时，鼓风带入炉内热量减少，又不利于降低焦比。
煤气内氮含量减少，发热值相应提高（每增氧1％，提高100～130kJ／m3），从而改善了煤气质量。
富氧鼓风使风口前理论燃烧温度提高，可进一步增加喷吹燃料数量，产生更大的经济效益。
致谢
首先，感谢我的辅导老师冯博楷。
在我的开题以及论文修改中做了大量的工作，给我以很多的指导和修正！
对我们的论文亲自修改，极其认真，负责。
还要感谢粉末冶金学院教务主任赵亮培老师，郑国良老师在这次毕业设计中给我很多帮助！
心中不胜感激！
在设计过程中，还要谢谢闫星光，王升，刘呈祥,凌宗峰等同学的帮忙！
姚明
2010-04-10
参考文献
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EffectofTrivalentMetalOxidesonReductionofHematitetoIron[J].IronmakingandSteelmaking,1990,17（5）:
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