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摘要 本文介绍了适合采用脱湿鼓风的高炉生产条件以及脱湿方法的选择和节焦增产的效果。
关键词 高炉 鼓风 脱湿 节焦
中图分类号：TF54
1 前言
在高炉炼铁技术的发展史上，鼓风中的水分需要脱除还是保留这一问题，经历了理论上的分析讨论和实践上的的螺旋式进展。
2 鼓风湿度对高炉冶炼的影响
2.1 对炉缸燃料燃烧的影响
在风口前燃烧带内，鼓风带入高炉内的湿分（水蒸气）与燃料中的C发生H2O+C=CO+H2反应，生成还原性气体。同时，H2O的分解也吸收热量（13440kJ/kg水），造成风口燃烧带发生如下变化：
（1） 燃料中1kg的碳消耗的风量略有减少，燃烧形成的煤气量也略有减少；
（2） 燃烧1kg的碳形成的煤气中，CO、H2的浓度提高， N2的浓度降低；
（3） 燃烧达到的理论燃烧温度降低，在湿分较低时，每1%的湿分可降低风口前理论燃烧温度45℃左右，湿分高（如叶渚沛建议的10%）时，每1%的湿分可降低理论燃烧温度35℃左右；
（4） 风口前燃烧带有所扩大，这是因为水蒸气的分解吸热降低了燃烧温度，使碳的燃烧速度变慢，同时H2和H2O的扩散能力较CO和CO2强，按煤气中CO2和H2O含量1%～2%作为燃烧带边界，燃烧带会向炉缸中心延伸。
2.2 对高炉内还原的影响
风口前燃料燃烧生成的煤气中，还原性气体的数量和浓度提高，使矿石中氧化铁的还原过程加快，高炉内直接还原度降低，有利于燃料比的降低。但是，对难还原的元素来说，并不能得到很好的效果。例如，高炉炼锰铁时，由于锰的高价氧化物很容易还原成MnO，而MnO基本上不能被气体还原剂还原，必须用碳才能直接将其还原成金属Mn，因此煤气中CO、H2的量和浓度对MnO的还原并没有什么影响。MnO还原成Mn时需要吸收大量的热，需要有足够的热量来保证，因此在冶炼锰铁时，对于锰的还原、提高锰的回收效率以及降低单位锰铁燃料的消耗来说，炉缸内的高温较煤气中CO、H2的量和浓度重要得多。
2.3 对炉况顺行的影响
湿度对炉况的影响是由一天当中大气湿度变化引起的，而一年内大气湿度的变化会引起高炉操作指标产生很大的差异。由于湿度的变化，风口前燃料燃烧的火焰温度忽高忽低，例如上海地区4～10月期间日温差引起的湿度变化均在10g/m3以上，华北地区的首钢9～10月的湿度差也达到了11g/m3，这就会引起理论燃烧温度60～70℃的变化，从而使炉缸热状态产生波动；同时，燃烧带大小的变化又会引起煤气初始分布不稳。这两方面都会造成炉况不稳。采用脱湿或加湿鼓风后，可消除湿度波动的影响，从而使炉况变得稳定，塌料、悬料现象大幅度减少，甚至可以消除。
2.4 对焦比的影响
如前所述，加湿鼓风时，水蒸气分解要消耗热量，如果生产中不用提高风温来补偿，则焦比会升高（湿度每提高1%，焦比升高4～5kg/t）；如果用风温补偿，则湿度每增加1%，风温需提高25℃左右才能使焦比基本不变，而风温提高50℃时，焦比将会有所降低。
2.5 对产量的影响
脫湿鼓风和加湿鼓风都会使高炉的产量有所提高，其原因有二： 一是两者都消除了湿分波动对炉况的不利影响，使炉况顺行， 从而可以相应地提高冶炼强度，达到增产的目的；另一方面，由于焦比的降低，可以使产量提高。这样，加湿鼓风生产时，产量的提高就决定于能否用风温来补偿湿分分解所消耗的热量。前苏联的高炉生产实践证明，在湿分分解耗热完全被风温所补偿的条件下，每加湿1%，可节省焦炭0.9%，提高产量3.2%；而不用风温补偿时， 产量基本不变，即因顺行改善而提高冶炼强度所得到的产量被焦比的升高所抵消了。脱湿鼓风时，因上述两方面因，产量的提高是很明显的，尤其是风温的提高并不用于补偿水蒸气分解消耗的热量，而完全用于代替焦炭在风口前燃烧放出的热量，使焦比降低。焦比降低总是可以提高产量的。其实早期脱湿鼓风增产的效果一半是由于风温提高使焦比降低带来的。因此，脱湿鼓风对焦比降低和产量提高的效果比加湿鼓风大一些。
3 高炉生产最适于采用脱湿鼓风的条件
目前，我国绝大多数高炉仍采用自然湿度鼓风。大气的绝对含湿量是随时变化的。大气湿度的波动将会引起风口火焰温度的波动，从而影响高炉炉况的稳定。以华东地区为例，冬季与夏季的湿度一般相差30g/m3，一天当中湿度的波动一般为3～6g/m3，而大气湿度每波动1g/m3，将导致风口前火焰温度波动9℃。为了稳定炉况、节省焦炭、提高产量、多喷煤粉，下列两种情况应优先考虑采用脱湿鼓风：需要炉缸具有较高和充足热量冶炼时；地区湿度变化大，而风机能力不足的高炉。
3.1 保证炉缸具有足够的高温热量
（1） 提高喷煤比
众所周知，限制喷煤量的主要因素有三方面：炉缸热状态、煤粉在风口前的燃烧率和料柱流体力学的特征（即料柱透气性能否保证煤气顺利通过料柱，保证渣铁能否顺利通过滴落带而到达炉缸下部）。国内外高炉生产实践表明，喷煤180～230kg/t的必要条件是：风温1200～1250℃，富氧3%～8%，精料（渣量<250kg/t、粒度均匀、成分稳定等）以及适宜的鼓风脱湿。我国大部分高炉的富氧不可能达到3%，风温也低于1200℃，因此大喷煤时的脱湿鼓风显得尤为必要。因为鼓风脱湿后可以减少水分分解所消耗的热量， 使有限的风温和富氧用于补偿煤粉分解所耗的热量，以维持高炉冶炼所要求的理论燃烧温度。煤比每提高10kg/t，理论燃烧温度下降约30℃，而鼓风中湿分每降低1g/m3，理论燃烧温度可提高5～6℃，这样从维持炉缸热状态角度来说，在其它冶炼条件不变的情况下，鼓风每脱湿1g/m3，可以提高喷煤量1.5～2.0kg/t，效果十分明显。
（2） 冶炼锰铁
高炉冶炼锰铁时，炉料中的锰氧化物在高炉上部被还原成MnO， MnO几乎全部以MnSiO3形式进入初渣，流入炉缸，再直接还原成金属锰，这就要求炉缸必须有充足的热量和温度。
3.2 提高风机的质量流量
在采用风机吸入侧冷冻脱湿方式时，由于通过冷冻脱湿后，风机进口处的大气温度降低，鼓风密度增大，从而使风机鼓出的冷风质量流量增加，增加的数量随风机性能和当地气象条件的不同而有所不同。
4 鼓风脱湿的效益
4.1 脱湿方法的选择
鼓风脱湿的效益与选择的脱湿方法有关。因为不同的脱湿方法在设备、运行及维护、能耗等方面存在着明显差异。要取得良好的脱湿效益，必须选择设备投资不高、运行稳定、维修简便、生产费用和能耗低的脱湿方法。比较已有的干式氯化锂吸附法、湿式氯化锂吸附法、冷却加氯化锂吸附联合法、风机出口侧冷却法以及风机吸入侧冷却法等，我们认为，风机吸入侧冷却法较为合适，其特点是只需在风机吸风管道上设置脱湿器即可，易于安装，调节性能好，不消耗热量，既节能又能增大风机出力。脱湿装置本身需要耗能，但冷却脱湿以后，由于鼓风机吸入的大气湿度和温度下降，使鼓风机省能。
4.2 节焦效果
鼓风湿度每减少1g/m3，可降低焦比0.7～0.9kg/t。以平均数0.8kg/t计算，以上海地区气候为条件，春、夏、秋三季脱湿，脱湿量平均为10g/m3时，可节焦8kg/t。
5 结论
在现代高炉生产中，采取鼓风脱湿技术可以降低燃料消耗和提高高炉产量，而且已成为高炉大喷煤的重要条件。对于北方地区，随着气候的变化，夏季、冬季的湿度变化以及日温度和湿度的变化也在增大，所以北方地区的大型高炉也应考虑采用脱湿鼓风技术。
关键词 高炉 鼓风 脱湿 节焦
中图分类号：TF54
1 前言
在高炉炼铁技术的发展史上，鼓风中的水分需要脱除还是保留这一问题，经历了理论上的分析讨论和实践上的的螺旋式进展。
2 鼓风湿度对高炉冶炼的影响
2.1 对炉缸燃料燃烧的影响
在风口前燃烧带内，鼓风带入高炉内的湿分（水蒸气）与燃料中的C发生H2O+C=CO+H2反应，生成还原性气体。同时，H2O的分解也吸收热量（13440kJ/kg水），造成风口燃烧带发生如下变化：
（1） 燃料中1kg的碳消耗的风量略有减少，燃烧形成的煤气量也略有减少；
（2） 燃烧1kg的碳形成的煤气中，CO、H2的浓度提高， N2的浓度降低；
（3） 燃烧达到的理论燃烧温度降低，在湿分较低时，每1%的湿分可降低风口前理论燃烧温度45℃左右，湿分高（如叶渚沛建议的10%）时，每1%的湿分可降低理论燃烧温度35℃左右；
（4） 风口前燃烧带有所扩大，这是因为水蒸气的分解吸热降低了燃烧温度，使碳的燃烧速度变慢，同时H2和H2O的扩散能力较CO和CO2强，按煤气中CO2和H2O含量1%～2%作为燃烧带边界，燃烧带会向炉缸中心延伸。
2.2 对高炉内还原的影响
风口前燃料燃烧生成的煤气中，还原性气体的数量和浓度提高，使矿石中氧化铁的还原过程加快，高炉内直接还原度降低，有利于燃料比的降低。但是，对难还原的元素来说，并不能得到很好的效果。例如，高炉炼锰铁时，由于锰的高价氧化物很容易还原成MnO，而MnO基本上不能被气体还原剂还原，必须用碳才能直接将其还原成金属Mn，因此煤气中CO、H2的量和浓度对MnO的还原并没有什么影响。MnO还原成Mn时需要吸收大量的热，需要有足够的热量来保证，因此在冶炼锰铁时，对于锰的还原、提高锰的回收效率以及降低单位锰铁燃料的消耗来说，炉缸内的高温较煤气中CO、H2的量和浓度重要得多。
2.3 对炉况顺行的影响
湿度对炉况的影响是由一天当中大气湿度变化引起的，而一年内大气湿度的变化会引起高炉操作指标产生很大的差异。由于湿度的变化，风口前燃料燃烧的火焰温度忽高忽低，例如上海地区4～10月期间日温差引起的湿度变化均在10g/m3以上，华北地区的首钢9～10月的湿度差也达到了11g/m3，这就会引起理论燃烧温度60～70℃的变化，从而使炉缸热状态产生波动；同时，燃烧带大小的变化又会引起煤气初始分布不稳。这两方面都会造成炉况不稳。采用脱湿或加湿鼓风后，可消除湿度波动的影响，从而使炉况变得稳定，塌料、悬料现象大幅度减少，甚至可以消除。
2.4 对焦比的影响
如前所述，加湿鼓风时，水蒸气分解要消耗热量，如果生产中不用提高风温来补偿，则焦比会升高（湿度每提高1%，焦比升高4～5kg/t）；如果用风温补偿，则湿度每增加1%，风温需提高25℃左右才能使焦比基本不变，而风温提高50℃时，焦比将会有所降低。
2.5 对产量的影响
脫湿鼓风和加湿鼓风都会使高炉的产量有所提高，其原因有二： 一是两者都消除了湿分波动对炉况的不利影响，使炉况顺行， 从而可以相应地提高冶炼强度，达到增产的目的；另一方面，由于焦比的降低，可以使产量提高。这样，加湿鼓风生产时，产量的提高就决定于能否用风温来补偿湿分分解所消耗的热量。前苏联的高炉生产实践证明，在湿分分解耗热完全被风温所补偿的条件下，每加湿1%，可节省焦炭0.9%，提高产量3.2%；而不用风温补偿时， 产量基本不变，即因顺行改善而提高冶炼强度所得到的产量被焦比的升高所抵消了。脱湿鼓风时，因上述两方面因，产量的提高是很明显的，尤其是风温的提高并不用于补偿水蒸气分解消耗的热量，而完全用于代替焦炭在风口前燃烧放出的热量，使焦比降低。焦比降低总是可以提高产量的。其实早期脱湿鼓风增产的效果一半是由于风温提高使焦比降低带来的。因此，脱湿鼓风对焦比降低和产量提高的效果比加湿鼓风大一些。
3 高炉生产最适于采用脱湿鼓风的条件
目前，我国绝大多数高炉仍采用自然湿度鼓风。大气的绝对含湿量是随时变化的。大气湿度的波动将会引起风口火焰温度的波动，从而影响高炉炉况的稳定。以华东地区为例，冬季与夏季的湿度一般相差30g/m3，一天当中湿度的波动一般为3～6g/m3，而大气湿度每波动1g/m3，将导致风口前火焰温度波动9℃。为了稳定炉况、节省焦炭、提高产量、多喷煤粉，下列两种情况应优先考虑采用脱湿鼓风：需要炉缸具有较高和充足热量冶炼时；地区湿度变化大，而风机能力不足的高炉。
3.1 保证炉缸具有足够的高温热量
（1） 提高喷煤比
众所周知，限制喷煤量的主要因素有三方面：炉缸热状态、煤粉在风口前的燃烧率和料柱流体力学的特征（即料柱透气性能否保证煤气顺利通过料柱，保证渣铁能否顺利通过滴落带而到达炉缸下部）。国内外高炉生产实践表明，喷煤180～230kg/t的必要条件是：风温1200～1250℃，富氧3%～8%，精料（渣量<250kg/t、粒度均匀、成分稳定等）以及适宜的鼓风脱湿。我国大部分高炉的富氧不可能达到3%，风温也低于1200℃，因此大喷煤时的脱湿鼓风显得尤为必要。因为鼓风脱湿后可以减少水分分解所消耗的热量， 使有限的风温和富氧用于补偿煤粉分解所耗的热量，以维持高炉冶炼所要求的理论燃烧温度。煤比每提高10kg/t，理论燃烧温度下降约30℃，而鼓风中湿分每降低1g/m3，理论燃烧温度可提高5～6℃，这样从维持炉缸热状态角度来说，在其它冶炼条件不变的情况下，鼓风每脱湿1g/m3，可以提高喷煤量1.5～2.0kg/t，效果十分明显。
（2） 冶炼锰铁
高炉冶炼锰铁时，炉料中的锰氧化物在高炉上部被还原成MnO， MnO几乎全部以MnSiO3形式进入初渣，流入炉缸，再直接还原成金属锰，这就要求炉缸必须有充足的热量和温度。
3.2 提高风机的质量流量
在采用风机吸入侧冷冻脱湿方式时，由于通过冷冻脱湿后，风机进口处的大气温度降低，鼓风密度增大，从而使风机鼓出的冷风质量流量增加，增加的数量随风机性能和当地气象条件的不同而有所不同。
4 鼓风脱湿的效益
4.1 脱湿方法的选择
鼓风脱湿的效益与选择的脱湿方法有关。因为不同的脱湿方法在设备、运行及维护、能耗等方面存在着明显差异。要取得良好的脱湿效益，必须选择设备投资不高、运行稳定、维修简便、生产费用和能耗低的脱湿方法。比较已有的干式氯化锂吸附法、湿式氯化锂吸附法、冷却加氯化锂吸附联合法、风机出口侧冷却法以及风机吸入侧冷却法等，我们认为，风机吸入侧冷却法较为合适，其特点是只需在风机吸风管道上设置脱湿器即可，易于安装，调节性能好，不消耗热量，既节能又能增大风机出力。脱湿装置本身需要耗能，但冷却脱湿以后，由于鼓风机吸入的大气湿度和温度下降，使鼓风机省能。
4.2 节焦效果
鼓风湿度每减少1g/m3，可降低焦比0.7～0.9kg/t。以平均数0.8kg/t计算，以上海地区气候为条件，春、夏、秋三季脱湿，脱湿量平均为10g/m3时，可节焦8kg/t。
5 结论
在现代高炉生产中，采取鼓风脱湿技术可以降低燃料消耗和提高高炉产量，而且已成为高炉大喷煤的重要条件。对于北方地区，随着气候的变化，夏季、冬季的湿度变化以及日温度和湿度的变化也在增大，所以北方地区的大型高炉也应考虑采用脱湿鼓风技术。