摘 要 本文介绍了高炉理论煤气流速的计算、影响因素及应用，为高炉合理强化冶炼提供理论基础。
关键词 高炉 强化冶炼 理论煤气流速
Abstract This article introduces the calculation, influencing factors and application of coal gas flow rate of blast furnace. And all provide the base for strengthening smelting reasonably of blast furnace.
Keywords blast furnace strengthening smelting coal gas flow rate of blast furnace
前言
高炉强化冶炼以后，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上升，高炉炉内向上运动的煤气与向下运动的炉料之间的矛盾越来越突出，如何避免矛盾的爆发成为高炉技术工作者的重要任务，技术工作者先后提出了风量、炉腹煤气量等衡量标准。本文利用理论煤气流速衡量高炉强化幅度，介绍了理论煤气流速的计算、影响因素及应用，理论煤气流速综合考虑了原燃料质量、操作参数及炉型特点对高炉
强化幅度的影响，为高炉合理强化冶炼提供理论基础。
1 理论煤气流速理论
1.1 炉缸煤气量
炉缸煤气量是衡量高炉强化程度的重要参数，随高炉强化幅度提高，炉内料柱实际通过的煤气量增加。计算炉缸煤气量：
公式 1[1]
：炉缸煤气量，m3/t； ：吨铁入炉风量，m3/t； ：鼓风湿度，%； ：富氧率， ，%； ：煤比，Kg/t； ：煤粉中水分含量，%； ：煤粉的H含量，%； ：煤粉燃烧率，%。
1.2 理论燃烧温度
适宜的理论燃烧温度须满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证液态渣铁充分加热和还原反应的顺利进行。计算理论燃烧温度：
公式 2
：理论燃烧温度，℃； ： 1Kg碳氧化成CO时放出的热量，KJ/Kg； ：风口前碳素燃烧率，%； ：入炉总碳量，Kg/t； ：1Kg焦炭在1500℃时带入炉缸的物理热，KJ/Kg； ：焦比，Kg/t； ：焦炭的碳含量，%； ：煤粉的碳含量，%； ：在 时大气的比热容，KJ/m3.℃； ：热风温度，℃； ：在 时氧气的比热容，KJ/m3.℃； ：煤粉在高炉的分解热，KJ/Kg； ：水分在高炉的分解热，KJ/Kg； ：炉缸煤气在 时的比热容，KJ/m3.℃。
1.3 理论煤气流速
理论煤气流速以炉缸煤气量为基础，假设风口前区域产生的煤气全部被加热至理论燃烧温度，之后通过炉缸整个横截面向上流出，计算炉缸煤气流出时的流速，以表征高炉的强化幅度。计算理论煤气流速：
公式 3
：理论煤气流速，m/s； ：高炉产量，t/日； ：炉料空隙系数； ：炉缸横截面积，m2； ：热风压力，KPa。
2 理论煤气流速影响因素
以首钢1号高炉2010年6月份的冶炼条件进行实例计算，在高炉产量不变的情况下，分析各种因素变化对理论煤气流速的影响，炉缸煤气量换算为m3/min，利于比较。
2.1 煤比
随煤比的升高，炉缸煤气量、理论燃烧温度、理论煤气流速均降低，其中炉缸煤气量的变化幅度较小，理论燃烧温度由于煤比的升高而大幅度降低，理论煤气流速主要由于理论燃烧温度的降低而出现大幅度降低。
表 1 煤比对理论煤气流速的影响
煤比Kg/t | 炉缸煤气量m3/min | 理论燃烧温度℃ | 理论煤气流速m/s |
-30 | 6160 | 2274 | 3.940 |
生产状态 | 6156 | 2233 | 获得管理员权限3.875 |
+30 | 6151 | 2193 | 3.809 |
2.2 风温
随风温的升高，炉缸煤气量不变，理论燃烧温度、理论实际煤气流速均升高，其中理论燃烧温度由于风温的升高而大幅度升高，理论煤气流速主要由于理论燃烧温度的升高而出现大幅度升高。
表 2 风温对理论煤气流速的影响
风温℃ | 炉缸煤气量m3/min | 理论燃烧温度℃ | 理论煤气流速m/s |
-50 | 6156 | 2195 | 3.815 |
生产状态 | 6156 | 2233 | 3.875 |
+50 | 6156 | 2272 | 3.934 |
2.3 鼓风富氧
随鼓风富氧率的升高，炉缸煤气量、理论煤气流速降低，理论燃烧温度升高，其中理论燃烧温度由于鼓风富氧率的升高而大幅度升高，但理论煤气流速由于炉缸煤气量的降低而大幅度降低。
表 3 鼓风富氧对理论煤气流速的影响
鼓风富氧率% | 炉缸煤气量m3/min | 理论燃烧温度℃ | 理论煤气流速m/s |
-1.0 | 6383 | 2188 | 3.945 |
生产状态 | 6156 | 2233 | 3.875 |
+1.0 | 任务栏没有输入法5947 | 2278 | 3.810 |
2.4 鼓风湿度
随鼓风湿度的升高，炉缸煤气量、理论燃烧温度、理论实际煤气流速均降低，其中炉缸煤气量的降低幅度较小，理论燃烧温度的降低幅度较大，理论煤气流速由于前两者的降低而大幅度降低。
表 4 鼓风湿度对理论煤气流速的影响
鼓风湿度% | 炉缸煤气量m3/min | 理论燃烧温度℃ | 理论煤气流速m/s |
-1.0 | 6193 | 2288 | 3.983 |
生产状态 | 6156 | 2233 | 3.875 |
+1.0 | 6119 | 2180 | 3.769 |
2.5 炉料空隙率
随炉料空隙率的升高，炉缸煤气量、理论燃烧温度不变，理论实际煤气流速大幅度降低。
表 5 炉料空隙率对理论煤气流速的影响
炉料空隙率% | 炉缸煤气量m3/min | 理论燃烧温度℃ | 理论煤气流速m/s |
-2.0 | 6156 | 2233 | 4.021 |
生产状态 | 6156 | 2233 | 3.875 |
+2.0 | 6156 | 2233 | 3.739 |
2.6 影响因素的综合比较
比较以上高炉产量不变情况下影响理论煤气流速的因素发现，提高原燃料质量，实施高风温、高富氧、高煤比的综合喷煤，可以实现高炉冶炼的节能降耗。
表 6 理论煤气流速影响因素的综合比较
项目 | 是否有利于 降低理论煤气流速 | 生产应用的技术措施 |
煤比 | 是 | 提高煤比 |
风温 | 否 | 提高风温，节省能源 |
鼓风富氧 | 是 | 提高鼓风富氧 |
鼓风湿度 | 是 | 稳定鼓风湿度 |
炉料空隙率 | 是 | 提高原燃料质量，稳定合理的热制度、造渣制度 |
3 理论煤气流速应用
3.1 理论煤气流速确定高炉操作参数
高炉生产实践确定高炉可接受的理论煤气流速，首钢1号高炉2010年6月份可接受的理论煤气流速为3.875m/s，低于此值的理论煤气流速是可以接受的，高于此值的理论煤气流速需要逐步摸索、实践。理论煤气流速确定后，在一定的产量任务下，高炉可以确定风量、煤比、风温、鼓风富氧率、鼓风湿度等主要操作参数，这样既确保高炉产量任务的完成，也能够验证高炉其它参数的合理性。
表 7 理论煤气流速确定高炉操作参数实例
项目 | 操作参数1梦见还钱 | 操作参数2 | 操作参数3 |
煤比Kg/t | 155 | 155 | 180 |
风温℃ | 1180 | 1230 | 1230 |
鼓风富氧率% | 1.0 | 2.0 | 2.0 |
鼓风湿度% | 2.0 | 2.0 | 2.0 |
炉料空隙率% | 55.0 | 55.0 | 55.0 |
风量m3/min | 5035 | 4826 | 5028 |
炉缸煤气量m3/min | 6156 | 5947 | 6152 |
理论燃烧温度℃ | 2233 | 2316 | 2238 |
理论煤气流速m/s | 3.875 | 3.867 | 3.879 |
3.2 理论煤气流速探索高炉强化幅度
高炉煤比、风温、鼓风富氧率、鼓风湿度等主要操作参数不变，随产量的升高，炉缸煤气量、理论实际煤气流速均大幅度升高，理论燃烧温度降低。当高炉理论煤气流速超过一定水平后，炉内向上运动的煤气与向下运动的炉料之间的矛盾爆发，带来高炉炉况的波动。
表 8 理论煤气流速探索高炉强化幅度实例一
产量t/日 | 炉缸煤气量m3/min | 理论燃烧温度℃ | 理论煤气流速m/s | 备注 |
-100 | 5959 | 2257 | 3.786 | |
生产状态 | 6156 | 2233 | 3.875 | |
+100 | 6355 | 牡丹花怎么栽培2211 | 3.964 | 关注炉况 | 西印度岛位于
若高炉配合进行其它主要操作参数的调整，在产量升高的同时，可以将理论煤气流速控制在可接受范围内，在确保高炉炉况稳定顺行的同时，提高高炉强化冶炼幅度。
表 9 理论煤气流速探索高炉强化幅度实例二
项目 | 炉缸煤气量m3/min | 理论燃烧温度℃ | 理论煤气流速m/s |
生产状态 | 6156 | 2233 | 3.875 |
+100t/日 | 6355 | 2211 | 3.964 |
产量+100t/日、富氧率+2.0% | 5942 | 2297 | 3.835 |
4 理论煤气流速与高炉强化幅度的协调统一
4.1 减少吨铁炉缸煤气体积
高炉炉况顺行稳定，炉内煤气利用率升高，则高炉冶炼的燃料比降低，燃料比降低使吨铁炉缸煤气体积降低，高炉实现高效冶炼，这为高炉强化提供了坚实的基础。
4.2 适当降低理论燃烧温度
理论燃烧温度的高低不仅决定了炉缸的热状态，而且由于它决定煤气温度，因而也对炉料传热、还原、造渣、脱硫以及铁水温度、化学成分等产生重大影响。若高炉炉况稳定顺行、原燃料质量稳定，则高炉可以适当降低理论燃烧温度，国内部分重负荷冶炼高炉也存在被迫降低理论燃烧温度的情况，理论燃烧温度适当降低，高炉可以维持合理的理论煤气流速。
4.3 提高炉料空隙率
提高原燃料质量，尤其是焦炭质量是提高炉料空隙率的主要措施，焦炭反应后强度指标能
够在一定程度上反应焦炭在高炉下部的粒级分布，因此高炉原燃料管理需要加强对焦炭高温性能的管理。高炉操作稳定热制度与造渣制度也是提高炉料空隙率的重要措施，炉渣碱度合适、流动性良好，可以显著降低炉缸煤气上升过程的阻力，减少炉渣难流导致的炉料空隙率下降。
5 结语
高炉理论煤气流速综合考虑了高炉原燃料质量、操作参数、炉型特点对高炉强化幅度的影响，理论煤气流速相对于风量、炉腹煤气量等参数，能够更加准确的描绘高炉的强化幅度，高炉冶炼利用理论煤气流速也可以更好的设计高炉操作参数，这都为高炉高效冶炼奠定了基础。
参考文献
[1]张贺顺，马洪斌，任健. 首钢高炉送风制度的基础研究. 钢铁研究. 2010，5
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