再次认识富氧对炼铁的影响

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摘 要：对于富氧的认识，很大企业存在各种看法，对于富氧是否经济和适用，本文从成本和技术两个方面阐述了在不同情况下富氧对炼铁的具体影响。通过风口前理论燃烧温度，分析了富氧、喷煤的相互作用。对极限煤比，极限富氧量，提出了限制条件和解决办法。
关键词：富氧 喷煤 成本 影响
1 前言
富氧与喷煤技术的广泛应用均始于上世纪60年代，特别是喷煤技术，由于近几年煤粉和焦炭的差价不断拉大，几乎所有企业对于提高煤比没有异议。但对于富氧的认识，很多企业还停留在全焦冶炼或者低煤比的时代，认为富氧主要作用是提高产量，降低少量燃料比，但总体富氧是不经济的，会增加生铁的实际成本，这种导向下，大多高炉的富氧都是炼钢的剩余氧气，很少有企业单独建制氧机组供高炉富氧使用，造成高炉富氧率一直在低水平徘徊。随后，多数企业又积极的认为，富氧对以降低生铁成本有非常巨大的空间，把高炉富氧率提高到很高的程度。
其实，对于富氧的评价，应该结合煤比，煤、焦差价等综合条件，重新认定富氧对炼铁的影响。
2 富氧对生铁成本的影响
4．5年前，煤粉与焦炭的价格差只有～400元／t，近几年，焦煤供应日趋紧张，焦炭价格不断攀升，焦炭与煤粉的价格差拉大，到2008年6月，差价逐步拉大到1000～1300元／吨。但到2008年10月时，由于钢铁市场疲软，焦炭与煤粉的价格差又缩小到仅200元／吨左右，所以一成不变的认定富氧对于高炉冶炼生铁是否经济就不具科学性。
高炉在喷吹燃料的同时采用富氧鼓风，从技术角度看肯定是合理的，现在就从成本方面重新计算分析。
高炉采用富氧鼓风以后，每吨生铁的燃料和主要动力费用将发生如下变化：
(1)对燃料及动力费用的直接影响——富氧鼓风可以增加喷煤量，以更多廉价的煤粉代替昂贵的冶金焦，其结果将降低生铁成本中的燃料费用。而氧气的使用虽然可以降低每吨生铁的耗风量，但由于它们的价格相差悬殊，动力费用将是增加的。
根据一般的生产经验，高炉采用富氧鼓风后，由于富氧鼓风的直接影响，燃料和动力消耗均发生了变化。相应费用的变化值可用下式表示：
△Fl=△C1•JC＋△M1•Jm＋△V风•J风＋△VO2•JO2
式中△F．足富氧鼓风直接引起燃料和动力费用变化；△C、△M、△V风及△VO2分别是每吨生铁焦碳、煤粉、
鼓风和氧气的增量；Jc、Jm、J 风和JO2分别是焦炭、煤粉、鼓风和氧气的价格(对于高炉鼓风，按照0．04元／m3
计算)。
(2)间接影响：如前所述，高炉采用富氧鼓风将导致高炉煤气发热值升高，进而有利于提高热风温度。南
此给高炉冶炼带来的不仅是降低燃料比，而且还有利于增加喷煤量。富氧鼓风通过热风温度的提高引起燃料费
用的间接影响用下式表示：
△F2=(△C2+△C3)Jc+(△M2+△M3)Jm
式中△C2是由于风温提高，煤粉置换焦炭量，△C3是焦炭减少量，△M2是增加喷煤量，△M3是煤粉变化量。
(3)综合影响，根据上述(1)(2)的计算公式，我们便可以把不同鼓风含氧量对于燃料和主要动力费用
(AF=△F1＋△F2)的影响汇总如下，即：
△F=△F1＋△F2
现在以山东A厂的焦比、煤比、风温、富氧等情况做出分析：

为了保证富氧鼓风后冶炼lt生铁的燃料和主要动力费用有所降低，或者说富氧后，要实现成本降低的目的，就必须满足下列条件：
△F=△F1＋△F2≤0
根据公式，代入各个阶段的焦炭、煤粉的价格，设定氧气价格未知，我们便可以求出高炉采用富氧鼓风时氧气的极限价格Jmax(见表3)。只要氧气的价格低于极限价格，富氧后生铁的成本就是下降的，相反，生铁成本就是增加的。
注：氧气实际的价格从2001年到2008年，受电价等少量因素等影响，从0．43元／m3涨到了0．58元／m3。从表3可以看出：
(1)在过去煤焦价格差距很小时，富氧1％，氧气单价超过0．4l元／m3，生铁的成本就是增加的，只有低于0．4l元／m3，富氧才有降低成本的意义，不过高炉使用炼钢的剩余氧气肯定比外排经济。
(2)到2008年8月，由于煤焦的差距很大，以2008年8月的焦炭、煤粉价格代入，可以看出，富氧1％，氧气单价超过1．46元／m3，生铁的成本才会增加。
(3)到2008年10月时，由于市场发生巨大变化，以焦炭、煤粉的实际价格带入，可以看出，富氧1％，氧气单价超过0．22元／m3，生铁的成本就会增加(此时氧气的价格已经上涨到0．58元／m3)。
根据上面的各种情况对比，可以非常清楚的看出富氧对于高炉炼铁的影响，它绝不是一成不变的赔钱或者赚钱，而是根据市场等多种因素在不断的变化，具体到钢铁企业，必须根据自身实际的情况进行分析计算，以免得出偏面甚至错误的结论。
3 富氧与喷煤的相互影响
从成本方面分析富氧对炼铁的影响后，再从技术方面分析富氧对高炉的影响，即富氧的极限问题，要找到富氧的极限，必须对风口前理论燃烧温度(t理)有充分的认识。
正常的炉况下，理论燃烧温度必须满足高炉正常冶炼所需要的炉缸温度和热量，保证液态渣铁充分加热和还原反应的顺利进行。t理过高，压差升高，炉况不顺，t理过低，渣铁温度不足，流动性差，严重时会导致风口涌渣，高炉也会失常。t理随炉容的大小不同，略有差异，一般，1000m3级别以下炉容高炉，t理要求控制在2100～2200℃之间，富氧增加后，由于产生煤气量减小，t理一会升高，一般富氧1％，t理上升30—40℃，具体可以用下面的经验公式分析富氧与t理的关系。
t理=1560．2－2．04M＋37．1Q2＋0．76t－38．9W，℃
t理：理论燃烧温度℃
M：煤比， kg，t
Q2：富氧率，％
W：鼓风湿度，％。
根据上面公式，还以山东A企业为例，取富氧率为0％，风温为1140℃，湿度1．7％，可以计算出，当富氧率为零时，要满足t理达到2100℃的要求，喷煤最大量只有127．6kg／t，当富氧33．32m3／t，即富氧率达到2％时，计算喷煤量可以到164kg／t。通过理论计算，可以初步确定一个高炉煤比应该在什么范围之内，否则，就可能造成煤粉的浪费和炉况失常。
许多企业煤比在达到130kg／t以后，很难取得突破性进展，就是对富氧和喷煤的关系认识不足造成。忽视了富氧喷煤是互为条件，互相依存的，喷煤量的不断增加，必须要有足够的氧气来促进煤粉燃烧，来提高煤焦置换比和保障高炉顺行，否则，过高的煤比没有富氧保障，大量未燃煤粉将通过高炉吹到除尘系统，造成资源的浪费，未吹出的未燃煤粉会造成料柱阻损增加，压差升高：同时，大量的低温煤粉在风口前，风口理论燃烧温度t。会大幅度下降(每10kg／t煤粉降低理论燃烧温度16～20℃左右)，影响炉缸蓄热，渣铁温度不足，流动性差，严重时会导致风口涌渣，最后可能造成高炉失常。同样，若制煤能力等条件限制，煤比偏低，单提高富氧，没有喷煤作为调剂手段做补充，风口前理论燃烧温度将过高，(每富氧1％，风口前理论燃烧温度将升高30～40℃)，过高的理论燃烧温度会引起SiO2的大量挥发，造成悬料事故，也会使高炉产生难行。单独提高喷煤和单独的提高富氧都是不科学、不经济的。
但欧洲部分高炉长期实现了200kg／t的高煤比，保持7％～9％的富氧率，则是采取了公式中另一个调节手段W一调湿鼓风。(例如达涅利CORUS的高炉长期保持7％～9％的富氧率， 煤比230kg／t)
4 结束语
综上所述，可以得出如下结论：
(1)富氧对炼铁成本的影响，随着外围条件价格波动的影响，近几年发生了很大变化，企业应该根据市场条件的变化，不断的分析富氧对成本的的具体影响。
(2)高炉增加富氧、喷煤量，要关注风口前理论燃烧温度，要注意富氧和喷煤的相互影响作用。
(3)当煤比接近极限(威胁到焦炭的骨架作用)，要继续提高富氧，可以用调节鼓风湿度的方式降低风口前理论燃烧温度，实现富氧增产的作用。

chenhaijunsjy

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