一、论述题1. 高炉炉体内衬砖有哪些质量要求?
质量要求有:
(1)对长期处在高温高压条件下工作的部位,要求耐火度高,高温下的结构强度大(荷重软化点高、高温机械强度大),高温下的体积稳定性好(残存收缩和膨胀、重烧线收缩和膨胀要小)。
(2)组织致密,体积密度大,气孔率小,特别是显气孔率要小,以提高抗渣性和减少碳黑沉积的可能。
(3)Fe2O3含量低,防止与CO在炉衬内作用,防止降低砖的耐火性能和在砖表面上形成黑点、熔洞、熔疤、鼓胀等外观和尺寸方面的缺陷。
(4)机械强度高,具有良好的耐磨性和抗冲击能力。
2. 怎样确定休风前所加轻负荷料的位置?
一般都是将净焦与轻负荷料停留在炉腹及炉腰软熔带部位。具体位置随休风时间长短稍有差别,休风时间越长,位置越低。一般24小时以内,净焦与轻负荷料停留在炉腰下部或炉腹上部;休风48小时以内,停留在炉腹上部或中部;休风72小时以内,停留在炉腹中部;休风96小时以上,停留在炉腹下部。
3. 封炉或长期休风应注意哪些问题?
应注意以下问题:
(1)装封料过程,应加强炉况判断和调节,消灭崩料和悬料,保持充足的炉温,生铁含硅量控制在0.6%~1.0%。
(2)各岗位要精心操作和加强设备维护检查,严防装封料过程发生事故,而造成减风或休风。
(3)封炉料填充方式,同高炉大中修开炉料填充方式,即炉腹装净焦,炉腰装空料,炉身中下部装综合料(空料和正常料),炉身上部装正常料。
(4)封炉料下达炉腹中下部,出最后一次铁,铁口角度加大到14°,大喷后堵上。通知热风炉休风,炉顶点火,处理煤气。
(5)休风后进行炉体密封。炉顶装水渣,厚度500~1000mm左右。卸下风口,内部砌砖,渣口、铁口堵泥。焊补炉壳,大缝焊死,小缝刷沥青密封。
(6)根除漏水因素。关炉壳喷水,切断炉顶打水装置,损坏的冷却设备全部闭水,切断炉顶蒸汽来源。
(7)降低炉体冷却强度。封炉休风后,风口以上冷却设备,水量、水压减少至30%~45%,3天后风口以下水压降低至50%。3月以上的封炉,上部冷却水全部闭死,管内积水用压缩空气吹扫干净。
(8)封炉2天后,为减少炉内抽力,可关闭一个炉顶煤气放散阀。
(9)封炉期间要定期检查炉体各部位(重点是风口、渣口、铁口)有无漏风情况,发现漏风及时封严。
4. 论述综合喷吹的内容与意义是什么?
综合喷吹是指通过风口向炉内喷入燃料或在鼓风中加入氧气。综合喷吹的主要意义是:
(1)采用风口喷吹燃料技术,扩大了高炉冶炼用的燃料品种和来源,可用一些价格低廉来源广泛的燃料,代替部分昂贵而稀缺的冶金焦,从而使焦比大幅度降低,生铁成本下降。
(2)从风口喷入的燃料,需在炉缸吸热分解后燃烧,需要一定的热量补偿,为高炉接受高风温提供了条件。
(3)高炉喷吹燃料,是一项调剂炉况热制度的有效手段,它比从上部变动焦炭负荷快得多,也为稳定高风温操作创造了条件。
(4)用一般燃料替代部分冶金焦炭,为减少焦炉数目,节约基建投资创造了条件。
(5)采用富氧鼓风与喷吹燃料的综合喷吹技术,可以改善喷吹燃料的燃烧条件,提高燃料喷吹率,增加替代焦炭的比例,进一步降低焦比。同时富氧鼓风可以提高风口区的理论燃烧温度,又可弥补增加喷吹燃料所需的补偿热。
采用富氧与喷吹燃料的综合喷吹技术后,因为一般喷入燃料的挥发分都比焦炭高,而风中含氧量又因富氧而减少,从而可以提高煤气质量,有利于还原和提高回收煤气的发热值。
5. 滴落带内的炉料运动有什么特点?
软熔带以下的滴落带内仅存焦炭,因此这里的炉料运动实际是焦炭的运动。焦柱内的焦炭因其运动规律不同而分为三个区域:燃烧带上方的A区,中心基本不动的死料柱C区和两者之间疏松滑动的B区。A区内的焦炭直接落入燃烧带燃烧,因此下落速度很快。B区内的焦炭沿着中心死料柱形成的滑坡滑入燃烧带燃烧气化,C区内的焦炭不能直接进入燃烧带,似乎是一个死区,实际上C区焦炭并不死,只是更新的速度慢些而已,更新的周期大概为7~10天。C区焦炭的更新是这样完成的:当积聚在炉缸内的渣铁从铁口放出后,炉缸腾出了一定的空间,上部的焦炭下沉填入,填入的焦炭既有C区的,也有A、B两区的,但更多A、B两区的焦炭补入了原死料柱C区下落后腾出的地方。下沉焦炭被浸埋入渣铁中,当渣铁给焦炭的浮力大于上部料柱传递给焦炭的压力时,焦炭就上浮,一部分仍被挤回C区死料柱,一部分则从燃烧带下方挤入燃烧带燃烧气化。C区死料柱的焦炭有的是被滴落铁滴渗碳和渣液中的氧化物的直接还原消耗的,这也为C区焦炭更新创造了条件。
滴落带C区焦炭随出铁放渣而出现的下沉和上浮现象,使炉缸焦炭的空隙度在下沉时增大,从而使炉缸工作活跃,而上浮时变小,造成风压波动甚至回旋区缩小,所以应适当增加铁次,缩短两铁间的时间以避免焦炭运动给炉缸工作带来的不利影响。
6. 叙述高炉内的造渣过程,分析哪些因素影响造渣过程。
造渣过程的影响因素有:
(1)铁矿石在下降的过程中,物态在不断变化,自上而下分块料带、软熔带、滴落带、渣铁贮存区。
(2)在块料带脉石中的氧化物与还原出来的低价铁氧化物和锰氧化物发生的固相反应,以及烧结过程中固相反应形成的低熔点化合物为软化熔融创造了条件。
(3)温度的升高和料柱的压力,使矿石开始软化和黏结,随温度的升高和还原的进行,液相增加至完全熔融形成初渣滴落,其中FeO和MnO含量高。
(4)滴落过程中的中间渣成分变化大,FeO和MnO含量不断降低,温度升高,R升高。
(5)经过风口带吸收焦炭中的灰分R逐渐降低,下到炉缸渣铁贮存区完成渣铁反应,吸收脱硫产生的CaS和Si氧化的SiO2等成为终渣。
影响造渣过程的因素:
(1)矿石的软化性能。
(2)炉温及炉内煤气流的分布。
(3)炉料的结构。
(4)矿石的品位和焦炭的灰分。
(5)操作因素。
7. 为什么说精料是高炉操作的基础?
高炉强化冶炼以后,一方面单位时间内产生的煤气量增加,煤气在炉内的流速增大,煤气穿过料柱上升的阻力Δp上升;另一方面炉料下降速度加快,炉料在炉内停留时间缩短,也就是冶炼周期缩短,这样煤气与矿石接触的时间缩短,不利于间接还原的进行。为保持强化冶炼后炉况顺行、煤气利用好、产量高、燃烧比低,原燃料质量成为决定性的因素。
(1)矿石的入炉品位和焦炭灰分及含硫量,决定着渣量。人们普遍认为,渣量不低于300kg/t,要实现喷吹燃料200kg/t以上,燃料比500kg/t是困难的,甚至是不可能的,另外渣量也是煤气顺利穿过滴落带的决定性因素。
(2)原料的粒度组成、高温强度和造渣特性是影响料柱透气性和高炉顺行的决定性因素。均匀的粒度组成和较好的高温强度是保证块状带料柱透气性的基本条件,而良好的造渣性能是降低软熔带和滴落带煤气运动阻力的基本条件。
(3)原料的还原性是影响高炉内铁的直接还原度的决定性因素,只有原料具有良好的还原性,才能保证炉料在进入高温区以前还原,从而降低焦比。
(4)焦炭的强度特别是高温强度是软熔带焦床和滴落带焦床透气性和透液性的决定性因素,所以降低焦炭的灰分、反应性是十分重要的。
由此可见,要想高炉强化冶炼并获得良好的高炉生产指标,必须抓好原燃料,改善原燃料质量,使原燃料具有品位高、粒度均匀、强度好、还原和造渣特性优良等条件,使焦炭具有灰分低、硫低、强度高、反应性低等优良条件。
8. 怎样选择休风焦比?
为了弥补休风期间的热量损失与顺利复风,长期休风时需多加一些焦炭,增加全炉焦啦比其增加量依据下列条件决定:
(1)满炉料休风时,焦比的选择主要依据休风时间长短而定,并与炉体密封的严密性、炉子容积大小、技术操作水平等有关。休风时间长、炉子容积小、炉体密封差、操作水平低的高炉要相应增加多一些。当前很多高炉采用喷吹燃料措施,为了充分发挥它节省焦炭的作用,24h以内的休风,休风前可只加少量净焦或轻负荷料,复风初期少量喷吹燃料,迅速恢复正常。
(2)降料面休风时焦比的选择主要依据料面位置而定。料面越深,休风焦比越高。若料面降至炉身中部,休风焦比要比正常综合焦比高20%~30%;料面降至炉身下部,焦比应较正常高40%左右;如料面降至炉腰及以下位置,则接近重新开炉,所以焦比也接近开炉焦比,应增加100%~200%甚至更高。
(3)无计划休风,这是因事故等原因造成的被迫紧急休风。休风前来不及增加入炉焦炭,但为了弥补休风时的热损失,应在复风时从上部加入净焦和轻负荷料,同时尽可能使用高风温、富氧、喷吹燃料,迅速增加炉缸热量。复风时若综合负荷减轻较少,则相应恢复全风所需要的时间就长一些。多是等复风后所加净焦、轻负荷料下达风口带以后,炉况才能恢复正常。
9. 高炉长寿的技术和措施有哪些?
高炉长寿技术:硬质压入技术;炉缸灌浆技术;炉身上部喷涂技术;钛矿护炉技术;铁口保护砖防凸出技术。
高炉长寿措施:
(1)及时掌握高炉各部分耐火材料的侵蚀状况和变化趋势。
(2)及时发现冷却设备的破损,尽早进行更换。
(3)保持稳定的铁口深度。
(4)合理调节炉体冷却水水量分配,加强水质管理。
(5)及时处理煤气泄漏。
(6)采取钛矿护炉。
(7)防止铁口砖衬凸出和冒煤气。
(8)采取热态喷补技术。
(9)在炉身中、上部采取硬质料压入技术。
(10)增设炉缸热电偶,加强对侵蚀严重部位的监视。
10. 试述燃烧带对高炉冶炼的影响。
燃烧带对高炉冶炼的影响,主要表现在以下两个方面:一是燃烧带是炉内焦炭燃烧的主要场所,而焦炭燃烧所腾出来的空间,是促进炉料下降的主要因素,生产中燃烧带占整个炉缸面积的比例大时,炉缸活跃面积大,料柱比较松动,有利于高炉顺行。从下料顺行的角度来说,希望燃烧带水平投影的面积大些,多伸向炉缸中心,并且尽量缩小风口之间的炉料呆滞区。二是燃烧带是炉缸煤气的发源地,燃烧带的大小影响煤气流的初始分布。燃烧带伸向中心,则中心气流发展,炉缸中心温度升高,相反,燃烧带小,边沿气流发展,中心温度较低,对各种反应不利。炉缸中心不活跃和热量不足,对高炉顺行是极为不利的,因此,从煤气流分布合理和炉缸中心温度充足的角度看,也是希望燃烧带较多地伸向中心。但燃烧带过分向中心发展会造成中心过吹,边沿气流不足,增加炉料与炉墙之间的摩擦阻力,不利于高炉顺行。
11. 试述炉凉的处理原则?
炉凉的处理原则有:
(1)必须抓住初期征兆,及时增加喷吹燃料量,提高风温,必要时减少风量,控制料速,使料速与风量相适应。
(2)如果炉凉因素是长期性的,应减轻焦炭负荷。
(3)剧凉时,风量应减少到风口不灌渣的最低程度,为防止提温造成悬料,可临时改为按风压操作。
(4)剧凉时除采取下部提高风温、减少风量、增加喷吹燃料量等提高炉温的措施外,上部要适当加入净焦和减轻焦炭负荷。
(5)组织好炉前工作,当风口涌渣时,及时排放渣、铁,并组织专人看守风口,防止自动灌渣烧出。
(6)炉温剧凉又已悬料时,要以处理炉凉为主,首先保持顺利出渣出铁,在出渣出铁后坐料,必须在保持一定的渣、铁温度的同时,照顾炉料的顺利下降。
12. 试述合理热制度的选择?
在一定的原燃料条件下,合理的热制度要根据高炉的具体特点及冶炼品种来定。首先应根据铁种的需要,保证生铁含硅量、含硫量在所规定的范围内。冶炼钢铁时,[Si]含量应控制在0.2%~0.5%之间。其次,原燃料含硫高,物理性能好时,可维持偏高的炉温;在原燃料管理稳定的条件下,可维持偏低的生铁含硅量;在保证顺行的基础上,可维持稍高的炉渣碱度,适当降低生铁含硅量;高炉炉缸侵蚀严重或冶炼过程出现严重故障时,要维持较高的炉温。重视铁水温度指标。2000m3以上的高炉顺行状态时铁水温度不应低于1470℃,中小高炉一般为1450℃。
13. 综合喷煤操作的特点有哪些?
随着风温的提高、富氧和喷煤量的增加,高炉冶炼过程中的炉料和煤气分布、温度场分布、还原和热交换过程都发生一定变化,特别注意随着喷煤量的大幅度提高,未燃煤粉量也随之大量增加,随煤气上升附着于焦炭和炉料的表面,恶化料柱的透气性。高风温、高煤比操作,风速和鼓风动能增加,焦炭在风口回旋区与死料柱之间的碎化加剧,再加上未燃煤粉进入滴落的渣中,使炉缸中心焦柱的透气性和透液性变差,这些变化造成高风温、低富氧大喷煤的情况下趋于发展边缘气流,这与风温1000℃左右、不富氧低喷煤情况下的炉况正好相反。
综合喷煤操作有以下特点:
(1)维持合理的理论燃烧温度。如果理论燃烧温度过低,将使未燃煤粉燃烧率降低、炉料加热且还原不足,进而导致炉凉。如理论燃烧温度过高,将导致炉况不顺,理论燃烧温度应控制在(2100±50)℃。
(2)应用上下部调节控制好煤气流分布。视不同条件下的综合喷煤情况,在出现中心气流过分发展时,上部采用大料批、正分装,下部则扩大风口面积,而出现边缘气流过分发展时,上部要进行中心加焦,相应缩小矿批,下部要缩小风口面积等。另外还应注意保持软熔带中焦床的厚度,加大喷煤量调剂时,尽量保持焦批不动而变动矿批量,以减少矿焦边界处的界面效应。
(3)用富氧维持煤燃烧所要求的氧过剩系数,提高煤粉的燃烧率。没有富氧时,可将煤粉磨到适当的细度,增加煤粉的比表面积,以改善与氧接触的传质条件。均匀喷吹等措施也是提高煤粉燃烧率的有效措施。
(4)做好精料工作改善料柱透气性。操作要点是:提高入炉品位,降低焦炭灰分、硫分,保证较低的渣量;改进烧结矿质量,达到低SiO2、高还原性、无粉末和高抗低温还原粉化;搞好合理炉料结构。
(5)降低鼓风中的湿分,减少鼓风中水分分解消耗的热量。
二、计算题1. 经选矿造块处理的赤铁矿,含脉石为6.0%,计算冶炼1t生铁需要多少赤铁矿。(生铁含[Fe]为93%,结果保留小数点后两位有效数字)
Fe2O3的理论含铁量=56×2/(56×2+16×3)×100%=70%
赤铁矿中含Fe2O3=100%-6.0%=94%
冶炼1t生铁可需的赤铁矿量=93%/(70%×94%)=1.41t
答:冶炼1t生铁需要1.41t赤铁矿。
2. 每批料焦炭量为12600kg,原含水量为5%,新含水量为8%,试计算每批料焦炭调整量。
焦炭调整量=(0.08-5%)/(1-8%)×12600=410.87kg
答:焦炭调整量为410.87kg。
3. 某高炉生产中焦炭质量发生变化,灰分由12%升高至14.5%,按焦批1000kg,固定碳含量为85%计算,每批焦应调整多少为宜?
ΔK=灰分变化量×焦批重/固定碳含量=(14.5%-12%)×1000/85%=29.4kg
答:每批焦应增加29.4kg。
4. 矿批重40t/批,铁批量23.0t/批,综合焦批重12.0t/批,炼钢铁改铸造铁,w[Si]从0.4%提高到1.4%,求:(1)矿批不变,应加焦多少?(2)焦批不变应减矿多少?
加焦:ΔK=Δw[Si]×0.04×批铁量
=1.0×0.04×23.0
=0.920t/批
(2)减矿:ΔP=矿批重-矿批重×焦批重/(焦批重+Δw[Si]×0.04×批铁量)
=40-40×12/(12+1.0×0.04×23)
=2.85t/批
答:矿批不变,应加焦0.92t/批;如焦批不变,应减矿2.85t/批。
5. 已知焦炭含碳为82%,焦比为580kg,求冶炼1t生铁需要多少风量?
风口前碳不完全燃烧反应的方程式为:2C+O2=2CO
燃烧1kg碳需O2量=22.4/24=0.933m3/kg
冶炼1t生铁需风量=22.4×82%/(24×0.21)×580=2114m3/t
答:冶炼1t生铁需风量2114m3。
6. 大气湿度为1%,风口前燃烧1kg碳所需风量是多少?
燃烧1kg碳所需氧气:22.4/(2×12)=0.933m3/kg
每立方米湿风含氧=0.21×(1-1%)+0.5×1%=0.2129
所需风量=0.933/0.2129=4.38m3
答:所需风量4.38m3。
7. 某高炉有效容积2000m
3,日消耗烧结矿7000t,球团矿1000t,焦炭2000t,其中,烧结矿TFe=54%,球团矿TFe=65%,冶炼炼钢铁w[Fe]=95%。求:(1)高炉利用系数;(2)焦炭负荷;(3)焦比。
(1)高炉利用系数=(7000×0.54+1000×0.65)/(0.95×2000)
=2.33t/(m3·d)
(2)焦炭负荷=(7000+1000)/2000=4.0t/t
(3)焦比=2000/(2.33×2000)×1000=429kg/t
答:高炉利用系数为2.33t/(m3·d),焦炭负荷为4.0t/t,焦比为429kg/t。
8. 已知某高炉矿种为:烧结矿7000kg/批,含Fe为50.8%,含S为0.028%,海南矿500kg/批,含Fe为54.8%,含S为0.148%,锰矿170kg/批,含Fe为12.0%,焦碳为2420kg/批,含S为0.74%,求硫负荷(精确到小数点后1位)。
每批料带入的铁量=7000×0.508+500×0.545+170×0.12=3848.9kg
每批料带入的硫量=7000×0.00028+500×0.00148+2420×0.0074=20.6kg
硫负荷=20.6/3848.9×1000=5.4kg
答:硫负荷为5.4kg。
9. 某750m
3高炉日产生铁2000t,干焦炭消耗700t,煤粉消耗320t,计算高炉有效容积的利用系数、焦比、煤比、综合冶炼强度。
利用系数=2000/750=2.667t/(m3·d)
焦比=700/2000=0.35t/t=350kg/t
煤比=320/2000=0.16t/t=160kg/t
综合冶炼强度=(700+320×0.8)/750=1.275t/(m3·d)
答:高炉有效容积的利用系数、焦比、煤比、综合冶炼强度分别为2.667t/(m3·d)、350kg/t、160kg/t、1.275t/(m3·d)。
10. 某高炉有效容积为1200m
3,一天装料130批,当日入炉焦炭1105t,入炉矿石4033t,计算当日:(1)焦炭冶炼强度;(2)焦炭批重;(3)O/C(即矿焦比)(保留两位小数)。
(1)冶炼强度=入炉焦炭量/有效容积=1105/1200=0.92t/(m3·d)
(2)焦炭批重=入炉焦炭量/装料批数=1105/130=8.5t/批
(3)矿焦比=入炉矿石量/入炉焦炭量=4033/1105=3.65t/t
答:当日的冶炼强度、焦炭批重、矿焦比分别是0.92t/(m3·d)、8.5t/批、3.65t/t。
11. 某高炉有效容积300m
3,焦炭固定碳含量为85%,C
φ击燃烧率=0.65,干风系数W=1.1,冶炼强度为1.5,请计算风口前碳燃烧所需风量为多少?
Vb=(W/0.324)Vu·i·CK·Cφ
=(1.1/0.324)×300×1.5×0.85×0.65
=844m3/min
答:该高炉风口前碳燃烧所需风量为844m3/min。
12. 某750m
3高炉正常日产生铁量为2000t,风量1800m
3/min。某日因故减风至1000m
3/min。两小时后恢复正常。问:减风影响生铁产量多少吨?
设影响生铁产量x,则:
2000/(1800×24×60)=x/[(1800-1000)×2×60]
x=74.07t
答:减风影响生铁产量74.07t。
13. 某高炉全风量为2000m
3/min,单位小时出铁量70t/h,由于某种原因减风100m
3/min,共5h,其影响的产量是多少?
T铁=T铁×t×V′/V=70×5×100/2000=17.5t
答:影响产量为17.5t。