1、什么是高爐煉鐵的還原過(guò)程?使用什么還原劑?

答：自然界中沒(méi)有天然純鐵，在鐵礦石中鐵與氧結(jié)合在一起，成為氧化物，高爐煉鐵就是要將礦石中的鐵從氧化物中分離出來(lái)。鐵氧化物失氧的過(guò)程叫還原過(guò)程，而用來(lái)奪取鐵氧化物中的氧并與氧結(jié)合的物質(zhì)就叫還原劑。凡是與氧結(jié)合能力比鐵與氧結(jié)合能力強(qiáng)的物質(zhì)都可以做還原劑，但從資源和價(jià)格考慮最佳還原劑是C、CO和H2，C來(lái)源于煤，將它干餾成焦炭作為高爐煉鐵的主要燃料，煤磨成粉噴入高爐成為補(bǔ)充燃料。CO來(lái)自于C，在高爐內(nèi)氧化形成，H2則存在于燃料中的有機(jī)物和揮發(fā)分，也來(lái)自于補(bǔ)充燃料的重油和天然氣。

2、在高爐煉鐵過(guò)程中鐵礦石所含氧化物哪些可以被還原?哪些不能被還原?

答：高爐煉鐵選用碳作為還原劑，判斷鐵礦石中氧化物能否在高爐冶煉條件下被還原，就要較該氧化物中元素與氧的親和力同碳與氧親和力誰(shuí)大誰(shuí)?。呵罢叽笥诤笳呔筒荒苓€原，前者小于后者則能還原。判別元素與氧親和力大小最常用的手段之一是氧化物的分解壓po2和標(biāo)準(zhǔn)生成自由能△G。

所謂氧化物的分解壓就是氧化物分解為元素和氧的反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)氧的分壓。氧化物的分解壓越大，元素與氧結(jié)合能力越小，氧化物的穩(wěn)定性越小，就越易被還原劑還原，一般來(lái)說(shuō)隨溫度升高分解壓增大，氧化物變得越易還原。

所謂氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能是熱力學(xué)的函數(shù)之一，用作判斷冶金過(guò)程中反應(yīng)的方向及平衡狀態(tài)的依據(jù)。對(duì)大多數(shù)元素的氧化物來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)生成自由能的負(fù)值數(shù)越大，它的穩(wěn)定性越高，越難還原。一般來(lái)說(shuō)隨溫度升高氧化物的自由能的負(fù)值數(shù)變小，即氧化物的穩(wěn)定性變差，只有CO例外，隨溫度升高CO 的△G負(fù)值數(shù)變大，也就是CO 變得更穩(wěn)定，即C與O2的結(jié)合能力越強(qiáng)，在高溫下可以還原更多的氧化物，這也是CO作為還的優(yōu)越性。

(1)極易被還原：Cu、 Ni 、Pb 、Co

(2)較難被還原：.P 、Zn 、Cr 、Mn 、V 、Si 、Ti，但是P、 Zn是幾乎100%被還原的，其余的只能部分被還原。

(3)完全不能還原：Mg、 Ca 、Al

3、鐵氧化物在高爐內(nèi)的還原反應(yīng)有哪些規(guī)律?

答：規(guī)律如下：(1)還原順序。不論用何種還原劑，鐵氧化物還原是由高級(jí)氧化物向低級(jí)氧化物到金屬逐級(jí)進(jìn)行的，順序是：

﹥570℃ Fe2O3---Fe3O4---FeO---Fe

﹤570℃ Fe2O3---Fe3O4 ---Fe

(2)用氣體還原劑CO、H2還原時(shí)：Fe2O3是不可逆反應(yīng);Fe3O4和FeO是可逆反應(yīng);

(3)上述諸還原反應(yīng)中，只有FeO間接反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其余都是吸熱反應(yīng)。

4、什么叫鐵的間接還原?什么叫鐵的直接還原?

答：用氣體還原劑CO和H2還原鐵氧化物的反應(yīng)叫做間接還原，高爐內(nèi)的CO是由焦炭和噴吹煤粉中C氧化而來(lái)的，間接還原是間接消耗C的反應(yīng)。由于Fe3O4和FeO的間接還原都是可逆反應(yīng)，所以要過(guò)量還原劑保證反應(yīng)的順利進(jìn)行，它們?cè)诟郀t內(nèi)塊狀帶的中低溫區(qū)進(jìn)行。

用固體還原劑C還原鐵氧化物的反應(yīng)叫直接還原。因?yàn)橹苯舆€原是不可逆反應(yīng)，它不需要過(guò)量還原劑保證，但它們是大量的吸熱反應(yīng)，需要燃燒很多C放出熱量來(lái)保證，它們?cè)诟郀t內(nèi)高溫區(qū)進(jìn)行。在高爐內(nèi)塊狀帶內(nèi)固體的鐵礦石與焦炭接觸發(fā)生直接還原的幾率是很少的。實(shí)際的直接還原是借助于碳素溶解損失反應(yīng)、水煤氣反應(yīng)與間接還原反應(yīng)疊加而實(shí)現(xiàn)的。

5、一氧化碳利用率和氫利用率?

答：一氧化碳利用率是衡量高爐煉鐵中氣固相還原反應(yīng)中CO轉(zhuǎn)化為CO2程度的指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)高爐間接還原發(fā)展程度的指標(biāo)。

氫利用率是衡量高爐煉鐵中氫參與鐵氧化物還原轉(zhuǎn)化為H2O的程度的指標(biāo)。

6、高爐內(nèi)爐渣是怎樣形成的?

答：高爐造渣過(guò)程是伴隨著爐料的加熱和還原而產(chǎn)生的重要過(guò)程——物態(tài)變化和物理化學(xué)過(guò)程。

(1)物態(tài)變化。鐵礦石在下降過(guò)程中，受上升煤氣的加熱，溫度不斷升高，其物態(tài)也不斷改變，使高爐內(nèi)形成不同的區(qū)域：塊狀帶、軟熔帶、滴落帶和下?tīng)t缸的渣鐵貯存區(qū)。

1)塊狀帶。在這里發(fā)生游離水蒸發(fā)、結(jié)晶水和菱鐵礦的分解、礦石的間接還原(還原度可達(dá)(30-40%)等現(xiàn)象。但是礦石仍保持固體狀態(tài)，脈石中的氧化物與還原出來(lái)的低級(jí)鐵和錳氧化物發(fā)生固相反應(yīng)，形成部分低熔點(diǎn)化合物，為礦石中脈石成分的軟化和熔融創(chuàng)造了條件。

2)軟熔帶。固相反應(yīng)生成的低熔點(diǎn)化合物在溫度提高和上面料柱重力作用下開(kāi)始軟化和相互黏結(jié)，隨著溫度繼續(xù)升高和還原的進(jìn)行，液相數(shù)量增加，最終完全熔融，并以液滴或冰川狀向下滴落。這個(gè)從軟化到熔融的礦石軟熔層與焦炭層間隔地形成了軟熔帶。一般軟熔帶的上邊界溫度在1100℃左右，而下邊界溫度在1400-1500℃。在軟熔帶內(nèi)完成礦石由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的變化過(guò)程以及金屬鐵與初渣的分離過(guò)程：還原出的金屬鐵經(jīng)部分滲碳而熔點(diǎn)降低，熔化成為液態(tài)鐵滴，脈石則與低價(jià)鐵氧化物和錳氧化物等形成液態(tài)初渣。

3)滴落帶。軟熔帶以下填滿焦炭的區(qū)域，在軟熔帶內(nèi)熔化成的鐵滴和匯集成渣滴或冰川流的初渣滴落入此帶，穿過(guò)焦柱而進(jìn)入爐缸。在此帶中鐵滴繼續(xù)完成滲碳和溶入直接還原成元素的Si、Mn 、P 、S等，而爐渣則由中間渣轉(zhuǎn)向終渣。

4)下?tīng)t缸渣鐵貯存區(qū)。這是從滴落帶來(lái)的鐵和渣積聚的地區(qū)，在這里鐵滴穿過(guò)渣層時(shí)和渣層與鐵層的交界面上進(jìn)行著渣鐵反應(yīng)，最突出的是Si氧化和脫硫。

(2)爐渣形成過(guò)程。塊狀帶內(nèi)固相反應(yīng)形成低熔點(diǎn)化合物是造渣過(guò)程的開(kāi)始，隨著溫度的升高，低熔點(diǎn)化合物中呈現(xiàn)少量液相，開(kāi)始軟化黏結(jié)，在軟熔帶內(nèi)形成初渣，其特點(diǎn)是FeO和MnO含量高，堿度偏低(相當(dāng)于天然礦和酸性氧化球團(tuán)自身的堿度)，成分不均勻。從軟熔帶滴下后成為中間渣，在穿越滴落帶時(shí)中間渣的成分變化很大。FeO和MnO被還原而降低，熔劑的或高堿度燒結(jié)礦中的"%# 的進(jìn)入使堿度升高，甚至超過(guò)終渣的堿度，直到接近風(fēng)口中心線吸收隨煤氣上升的焦炭灰分，堿度才逐步降低。中間渣穿過(guò)焦柱后進(jìn)入爐缸積聚，在下?tīng)t缸渣鐵貯存區(qū)內(nèi)完成渣鐵反應(yīng)，吸收脫硫產(chǎn)生的CaS和Si氧化的SiO2等成為終渣。

7、爐渣的主要成分是什么?

答：爐渣成分來(lái)自以下幾個(gè)方面：

(1)礦石中的脈石;

(2)焦炭灰分;

(3)熔劑氧化物;

(4)被浸的爐襯;

(5)初渣中含有大量礦石中的氧化物。

對(duì)爐渣性質(zhì)起決定性作用的是前三項(xiàng)。脈石和灰分的主要成分是SiO2和Al2O3稱酸性氧化物;熔劑氧化物主要是CaO和MgO稱堿性氧化物。當(dāng)這些氧化物單獨(dú)存在時(shí)，其熔點(diǎn)都很高，高爐條件下不能熔化。只有它們之間相互作用形成低熔點(diǎn)化合物，才能熔化成具有良好流動(dòng)性的熔渣。原料中加入熔劑的目的就是為了中和脈石和灰分中的酸性氧化物，形成高條件下能熔化并自由流動(dòng)的低熔點(diǎn)化合物。爐渣的主要成分就是上述4種氧化物。用特殊礦石冶煉時(shí)，根據(jù)不同的礦石種類，爐渣中還會(huì)CaF2、TiO2、BaO、MnO等氧化物。另外，高爐渣中總是含有少量的FeO和硫化物。

8、爐渣在高爐冶煉過(guò)程中起什么作用?

答：由于爐渣具有熔點(diǎn)低、密度小和不溶于生鐵的特點(diǎn)，所以高爐冶煉過(guò)程中渣、鐵才能得以分離，獲得純凈的生鐵，這是高爐造渣過(guò)程的基本作用。另外，爐渣對(duì)高爐冶煉還有以下幾方面的作用：

(1)渣鐵之間進(jìn)行合金元素的還原及脫硫反應(yīng)，起著控制生鐵成分的作用。比如，高堿度渣能促進(jìn)脫硫反應(yīng)，有利于錳的還原，從而提高生鐵質(zhì)量。

(2)爐渣的形成造成了高爐內(nèi)的軟熔帶及滴落帶，對(duì)爐內(nèi)煤氣流分布及爐料的下降都有很大的影響，因此，爐渣的性質(zhì)和數(shù)量對(duì)高爐操作直接產(chǎn)生作用。

(3)爐渣附著在爐墻上形成渣皮，起保護(hù)爐襯的作用。但是另一種情況下又可能侵蝕爐襯，起破壞性作用。因此，爐渣成分和性質(zhì)直接影響高爐壽命。

在控制和調(diào)整爐渣成分和性質(zhì)時(shí)，必須兼顧上述幾方面的作用。

9、什么叫爐渣堿度?

答：爐渣堿度就是用來(lái)表示爐渣酸堿性的指數(shù)。盡管組成爐渣的氧化物種類很多，但

對(duì)爐渣性能影響較大和爐渣中含量最多的是CaO、MgO和SiO2 、Al2O3這四種氧化物，因此通

常用其中的堿性氧化物CaO、MgO和酸性氧化物SiO2 、Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比來(lái)表示爐渣堿度，常用的有以下幾種：

(1)四元堿度;(2)三元堿度;(3)二元堿度

高爐生產(chǎn)中可根據(jù)各自爐渣成分的特點(diǎn)選擇一種最簡(jiǎn)單又具有代表性的表示方法。渣的堿度在一定程度上決定了其熔化溫度、熔化性溫度、黏度及黏度隨溫度變化的特征，以及其脫硫和排堿能力等。因此堿度是非常重要的代表爐渣成分的實(shí)用性很強(qiáng)的參數(shù)。

10、什么叫堿性爐渣和酸性爐渣?

答：爐渣成分可分為堿性氧化物和酸性氧化物兩大類。現(xiàn)代爐渣結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為熔融爐渣是由離子組成的。熔融爐渣中能提供氧離子&- 0 的氧化物稱為堿性氧化物，反之，能吸收氧離子的氧化物稱為酸性氧化物，有些既能提供又能吸收氧離子的氧化物則稱為中性氧化物或兩性氧化物。組成爐渣的各種氧化物按其堿性的強(qiáng)弱排列，其中CaF2以前可視為堿性氧化物，F(xiàn)e2O3和Al2O3

為中性氧化物，而TiO2、、SiO2為酸性氧化物。堿性氧化物可與酸性氧化物結(jié)合形成鹽類，并且

酸堿性相距越大，結(jié)合力就越強(qiáng)。以堿性氧化物為主的爐渣稱為堿性爐渣，以酸性氧化物

為主的爐渣稱為酸性爐渣。生產(chǎn)中常把二元堿度大于1.0的叫堿性渣，把二元堿度小于1.0的叫酸性渣。

11、高爐噴煤對(duì)煤的性能有何要求?

答：高爐噴吹用煤應(yīng)能滿足高爐冶煉工藝要求并對(duì)提高噴吹量和置換比有利，以替代更多的焦炭。具體要求如下：

(1)煤的灰分越低越好，灰分含量應(yīng)與使用的焦炭灰分相同，一般要求低于15%。

(2)硫含量越低越好，硫含量應(yīng)與使用的焦炭硫含量相同，一般要求低于0.8%。

(3)表明煤結(jié)焦性能的膠質(zhì)層越薄越好，以免煤粉在噴吹過(guò)程中結(jié)焦，堵塞煤槍和風(fēng)口，影響噴吹和高爐正常生產(chǎn)。生產(chǎn)中常用無(wú)煙煤、貧煤和長(zhǎng)焰煙煤作為噴吹用煤。

(4)煤的可磨性好，高爐噴吹的煤需要磨細(xì)到一定細(xì)度，例如無(wú)煙煤- 200目(粒度小于0.074mm)的要達(dá)到80%以上，煙煤- 200目的要達(dá)到50%以上。可磨性好，則磨煤消耗的電能就少，可降低噴吹費(fèi)用。

(5)煤的燃燒性能好，即煤的著火溫度低，反應(yīng)性好，這樣可使噴入爐缸的煤粉能在有限的空間和時(shí)間內(nèi)盡可能多地氣化。另外燃燒性能好的煤也可以磨得粗一些，即- 200目占的比例少一些，以降低磨煤能耗和費(fèi)用。就目前有的煤種來(lái)說(shuō)，可以發(fā)現(xiàn)任何一種煤都不能達(dá)到上述全部要求，另外各種煤源由于產(chǎn)地遠(yuǎn)近、開(kāi)采方法、運(yùn)輸?shù)綇S的方式等不同，其單位價(jià)格也不同，生產(chǎn)中常采用配煤來(lái)獲得性能好而且價(jià)格低的混合煤。國(guó)內(nèi)外常用碳含量高、熱值高的無(wú)煙煤與揮發(fā)分高、易燃的煙煤配合，使混合煤的揮發(fā)分在20~25%、灰分在12%以下，充分發(fā)揮兩種煤的優(yōu)點(diǎn)，取得良好的噴煤效果。我國(guó)寶鋼就是這樣處理的。

對(duì)磨好了的噴吹用煤粉的要求主要是：

(1)粒度。無(wú)煙煤- 200目的應(yīng)達(dá)到80~85%;煙煤-200目的達(dá)到50~65%，含結(jié)晶水的煙煤、褐煤在高富氧的條件下粒度還可以更粗些。

(2)溫度。應(yīng)控制在70~80℃，以避免輸送煤粉載體中的飽和水蒸氣結(jié)露而影響收粉。

(3)水分。煤粉的水分應(yīng)控制在1.0%左右，最高不超過(guò)2.0%，因?yàn)樗执笠环矫嬗绊懨悍鄣妮斔?，另一方面噴入爐缸，在風(fēng)口前分解吸熱，加劇t理的下降。為保證必要的t理，要增加熱補(bǔ)償，無(wú)補(bǔ)償手段時(shí)要降低噴吹量。

12、 噴吹煤粉對(duì)高爐冶煉過(guò)程有什么影響?

答：噴吹煤粉對(duì)高爐冶煉過(guò)程的影響有：

(1)爐缸煤氣量增加，在風(fēng)口面積不變的情況下鼓風(fēng)動(dòng)能增加，燃燒帶擴(kuò)大。煤粉中含碳?xì)浠衔镌蕉?焦炭中揮發(fā)分含量一般小于1.5%，無(wú)煙煤中為5~12%，煙煤中為10~35%)，在風(fēng)口前氣化后產(chǎn)生的H2越多，爐缸煤氣量增加越多(灰分很高的無(wú)煙煤例外，因?yàn)樗奶己刻投姑簹饬繙p少)。煤氣中H2量的增加，有利于煤氣向爐缸中心滲透，使?fàn)t缸工作均勻。

(2)理論燃燒溫度下降，而爐缸中心溫度略有上升。t理降低的原因是：燃燒產(chǎn)物煤氣量增加;噴吹煤粉氣化時(shí)揮發(fā)分分解吸熱使燃燒放出的熱值降低;煤粉進(jìn)入燃燒帶時(shí)的溫度(100℃左右)遠(yuǎn)低于焦炭進(jìn)入燃燒帶時(shí)的溫度(1500℃，因此燃料帶入燃燒帶的物理熱減少。爐缸中心溫度升高的原因是：鼓風(fēng)動(dòng)能和煤氣中H2含量增加使煤氣向中心滲透，爐缸中心部位的熱量收入曾加;上部還原得到改善，爐子中心直接還原數(shù)量減少，熱支出減少;熱交換因H2的增加而改善。

(3)料柱的阻損△p增加。噴吹煤粉以后，煤粉代替焦炭，使料柱中礦/焦比增大，焦炭數(shù)量減少，料柱的空隙度下降，煤氣上升時(shí)的阻力增加，壓差升高;上升煤氣量增加，使煤氣速度增大，△p也隨之升高。煤氣中H2量增加，由于其黏度和密度較小，有利于△p的下降，但其作用小于前二者的作用，所以最終△p總是升高的。

(4)間接還原發(fā)展，直接還原降低。其原因是：煤氣中還原性組分CO+H2數(shù)量和濃度增加H2的數(shù)量和濃度增加，加速間接還原發(fā)展;焦炭的溶損反應(yīng)進(jìn)行的幾率減少;礦石在爐內(nèi)停留時(shí)間增加等。計(jì)算表明，噴吹煤粉100kg/t 后，鐵的直接還原度降低8~10%。

13、什么叫噴煤“熱補(bǔ)償”?

答：高爐噴吹煤粉時(shí)，煤粉以70~80℃的溫度進(jìn)入爐缸燃燒帶，它的揮發(fā)分加熱分解，消耗熱量，致使理論燃燒溫度下降，爐缸熱量顯得不足。為了保持良好的爐缸熱狀態(tài)，需要給予熱補(bǔ)償。嚴(yán)格地說(shuō)，這個(gè)補(bǔ)償應(yīng)包括溫度和熱量?jī)蓚€(gè)方面，即將t理維持在所要求的水平和增加爐缸熱量收入。最好的熱補(bǔ)償措施是提高風(fēng)溫，其次是富氧。

14、 什么叫噴煤的“熱滯后”?

答：在噴煤的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，增加噴煤量后，爐缸出現(xiàn)先涼后熱的現(xiàn)象，即煤粉在爐缸分解吸熱，使?fàn)t缸溫度降低，直到增加的煤粉量帶來(lái)的煤氣量和還原性氣體(尤其是H2量)在上部改善熱交換和間接還原的爐料下到爐缸，使?fàn)t缸溫度上升，這一過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間叫做“熱滯后”時(shí)間。而噴吹量減少時(shí)，出現(xiàn)與此相反的現(xiàn)象。因此用改變噴吹量調(diào)節(jié)爐況顯得不如風(fēng)溫來(lái)得快，但掌握了規(guī)律后，仍可應(yīng)用自如地用噴煤量調(diào)節(jié)。熱滯后時(shí)間與噴吹煤種、爐容、冶煉周期(料速)等因素有關(guān)。其一般規(guī)律是煤中H2含量越多，風(fēng)口前分解消耗的熱越多，則熱滯后時(shí)間越長(zhǎng)。例如噴煙煤就比噴無(wú)煙煤滯后時(shí)間長(zhǎng);爐容大滯后時(shí)間也長(zhǎng)，一般滯后時(shí)間在2~4h。

15、高爐噴吹煤粉在風(fēng)口前燃燒有何特點(diǎn)?

答：煤粉噴入爐缸燃燒經(jīng)歷煤粉加熱分解、揮發(fā)分燃燒和結(jié)焦與殘焦燃燒3個(gè)階段，這3個(gè)階段是在有限空間、有限時(shí)間、高速加熱、高壓下交織進(jìn)行的。

有限空間是指煤粉從煤槍出口經(jīng)部分直吹管、風(fēng)口到風(fēng)口前燃燒帶共1600~2000mm長(zhǎng)度的不大空間;有限時(shí)間是指煤粉從煤槍出口到離開(kāi)燃燒帶的0.01~0.04s的短暫的時(shí)間;高速加熱是指煤從70~80℃,以103~106K/s) 的加熱速度迅速加熱到1500~2000℃，接近爆炸火焰的加速度和溫度;煤粉在熱風(fēng)壓力0.25~0.45MPa(表壓)中燃燒。不僅燃燒過(guò)程完全不同于鍋爐內(nèi)的煤粉燃燒，而且燃燒產(chǎn)物也不同，煤粉在爐缸內(nèi)燃燒形成的最終

產(chǎn)物是CO、H2和N2，而鍋爐內(nèi)的燃燒產(chǎn)物是CO2、H2O和N2。

16、什么叫未燃煤粉?它對(duì)高爐冶煉有何影響?

答：國(guó)內(nèi)外高爐噴煤實(shí)踐和研究表明，在高爐煉鐵的條件下，噴入爐缸的煤粉在有限空間和短暫的時(shí)間內(nèi)不可能100%完全氣化，而且揮發(fā)分中碳?xì)浠衔镞€不可避免地產(chǎn)生有很高抗表面氧化能力的炭黑微粒，這些就是噴煤操作中稱為未燃煤粉的來(lái)源。未燃煤粉數(shù)量與煤粉的燃燒性能，特別是煤粉的粒度、鼓風(fēng)中含氧、風(fēng)口工作的均勻性等有關(guān)。一般要求未燃煤粉量應(yīng)低于噴煤量的!15~20% 。超量的未燃煤粉隨煤氣進(jìn)入料柱將會(huì)產(chǎn)生對(duì)高爐行程不利的影響，它們是：

(1)大量進(jìn)入爐渣超過(guò)直接還原所要求的數(shù)量，以懸浮狀存在于爐渣中，會(huì)增加爐渣的黏度，嚴(yán)重時(shí)造成滴落帶渣流不順利和爐缸堆積，這對(duì)攀鋼等特殊礦冶煉影響尤為嚴(yán)重。

(2)大量附著在爐料表面和空隙中，會(huì)降低料柱的空隙度，惡化煤氣上升過(guò)程中的流體力學(xué)條件，也就是煤氣通過(guò)料柱時(shí)的阻力增加。近來(lái)一些噴吹量大的高爐和噴吹煤粉粒度較粗的高爐出現(xiàn)中心氣流難打開(kāi)，而邊緣氣流易發(fā)展的現(xiàn)象，這與噴吹燃料早期和噴吹量不大時(shí)出現(xiàn)的中心氣流發(fā)展的現(xiàn)象正相反，其原因可能是未燃煤粉和炭黑隨氣流上升較多地沉積在料柱的中心部分，使其透氣性變差。歐洲部分專家也持這種觀點(diǎn)，部分日本專家也用這個(gè)觀點(diǎn)來(lái)解釋大噴吹量下中心難于打開(kāi)的現(xiàn)象。

(3)大量未燃煤粉和炭黑滯留在軟熔帶及滴落帶，降低了它們的透氣性和透液性，出現(xiàn)下部難行或懸料，也是造成液泛現(xiàn)象的前提。因此，在生產(chǎn)中提高煤粉在風(fēng)口前燃燒帶內(nèi)的燃燒率(氣化率)，是提高噴吹量的重要課題。實(shí)踐表明，噴入高爐的煤粉在200kg/t以下時(shí)，其燃燒率應(yīng)達(dá)到80~85%，而且噴吹量越大，其燃燒率應(yīng)保持在越高的水平，因?yàn)橄嗤紵实那闆r下，未燃煤粉的絕對(duì)數(shù)量，隨噴吹量的提高而增加，給高爐行程帶來(lái)麻煩的可能性也越大。另外，高爐操作技術(shù)水平也在某種程度上產(chǎn)生影響，例如日本、寶鋼或歐洲一些高爐，在噴吹量提高時(shí)中心氣流難打開(kāi)，借助于它們的布料技術(shù)能很好地調(diào)整邊緣和中心氣流分布，使未燃燒煤粉在爐內(nèi)完全氣化，高爐也能正常運(yùn)行生產(chǎn);而一些原燃料條件差、布料技術(shù)不成熟或無(wú)良好的布料設(shè)施的高爐，就不能長(zhǎng)期維持較高的噴吹量。盡管如此，由于未燃燒煤粉大部分在高爐內(nèi)被充分利用技術(shù)的出現(xiàn)，大大推動(dòng)了噴吹煤粉量的迅速提高。

17、噴吹煙煤與噴吹無(wú)煙煤有何區(qū)別?

答：雖然噴吹煙煤與噴吹無(wú)煙煤都是從風(fēng)口噴人高爐，用以代替一部分焦炭，但由于兩者化學(xué)成分不同，要求噴吹操作也有所不同，其主要區(qū)別是：

(1)煙煤含揮發(fā)分高，有自燃及易爆的特性。為了確保噴吹煙煤的安全作業(yè)，在制粉、輸粉、噴吹等系統(tǒng)都需有嚴(yán)密的氣氛保護(hù)，必須有溫度控制及滅火和防爆裝置。而無(wú)煙煤則無(wú)需氣氛保護(hù)，溫度控制和防爆裝置也簡(jiǎn)單一些。因此，煙煤噴吹設(shè)施投資高。

(2)煙煤含揮發(fā)分高，著火點(diǎn)低，易于燃燒，易于被高爐接受，同樣條件下可以擴(kuò)大噴吹量。

(3)煙煤含H2量高，產(chǎn)生的煤氣的還原能力強(qiáng)，有利于間接還原的發(fā)展。

(4)因煙煤一般煤質(zhì)較軟，可磨性比無(wú)煙煤好，磨制煙煤時(shí)制粉機(jī)出力可以提高。根據(jù)首鋼實(shí)踐，大同煙煤比京西無(wú)煙煤的制粉出力可提高13%。

(5)煙煤的密度較無(wú)煙煤小，輸煤時(shí)可以增大濃度，因而輸送速度較快。首鋼輸送揮發(fā)分為30%的煙煤時(shí)，其速度比無(wú)煙煤快25~30%。

(6)由于煙煤中含揮發(fā)分較高，單位質(zhì)量的煤完全燃燒所需補(bǔ)償熱與氧氣要多一些，所以同等條件下允許最大噴煤量要比無(wú)煙煤小一些。但噴吹煙煤有利于使用高風(fēng)溫和富氧。

(7)煙煤的結(jié)焦性比無(wú)煙煤強(qiáng)，因此對(duì)噴吹支管防止積煤的要求要嚴(yán)些，在爐況不順、風(fēng)口不活躍時(shí)，不能像無(wú)煙煤那樣大量強(qiáng)制噴煤，以免風(fēng)口結(jié)焦。

(8)兩種煤對(duì)置換比的影響不完全一樣，無(wú)煙煤含碳高，需補(bǔ)償熱少是有利因素;煙煤含H2高、總熱量高也是有利因素。但決定置換比高低的主要因素是灰分，所以要以灰分的高低來(lái)綜合評(píng)價(jià)。

18、限制噴煤量的因素是哪些?

答：限制噴煤量的因素主要是：爐缸熱狀態(tài)、煤粉燃燒速率和流體力學(xué)3個(gè)方面。

(1)爐缸熱狀態(tài)。限制性因素是t理的下降，因?yàn)槿魏胃郀t煉鐵過(guò)程都存在一個(gè)允許的最低t理，它至少應(yīng)高于液體產(chǎn)品溫度，允許的最低煤氣溫度應(yīng)能保證液體渣鐵的過(guò)熱，高溫吸熱反應(yīng)的進(jìn)行。這個(gè)t理在大噴煤時(shí)至少要達(dá)到2050℃左右。不同的高爐應(yīng)從爐缸所要求的高溫?zé)崃縌缸=

V缸t理c 來(lái)確定允許的最低t理。一般燃料比高時(shí)，V缸大，t理可以低些;而燃料比低時(shí)t理就應(yīng)高些，

(2)煤粉燃燒速率。它是目前限制噴煤量的主要因素，如果在有限空間和短暫的時(shí)間內(nèi)不能有足夠數(shù)量(80~85%)的煤粉氣化，剩余的未燃煤粉將給高爐帶來(lái)危害，而且煤粉利用率也降低。在大噴煤后，隨著噴煤量的增加，相同燃燒率80~85%時(shí)，剩下的未燃煤粉的絕對(duì)量增加，這是需要迫切解決的問(wèn)題。一般是選用燃燒性能好的混合煤，適當(dāng)控制煤粉粒度和富氧以提高煤粉燃燒時(shí)的氧過(guò)剩系數(shù)等來(lái)提高煤粉的燃燒速率。

(3)流體力學(xué)因素。主要是隨著噴煤量的增加，料柱中焦炭數(shù)量減少，透氣性變差，壓差△p上升，有可能影響高爐順行。但是這種限制可以用提高爐頂壓力降低實(shí)際煤氣流速和改善爐料的物理性能來(lái)部分地解決。高爐下部軟熔帶和滴落帶的三相區(qū)內(nèi)的爐渣滯留甚至出現(xiàn)液泛是整個(gè)噴煤的決定性限制環(huán)節(jié)。

19、什么叫噴煤置換比?

答：噴吹1kg煤粉能置換出多少焦炭的數(shù)值就叫噴煤置換比。表示置換比的方式有理論置換比、平均置換比、差值置換比和瞬時(shí)置換比等。

國(guó)外(例如西歐、北美)噴吹前后的焦比按生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)所得的實(shí)際值取值，我國(guó)一般采用校正焦比，即統(tǒng)計(jì)值扣除噴吹前后冶煉條件變化對(duì)焦比的影響量，所以我國(guó)計(jì)算的置換比要低于國(guó)外。例如噴煤以后風(fēng)溫提高了，風(fēng)溫提高能降低焦比，在我國(guó)就要扣除這個(gè)影響，而國(guó)外則不扣除，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為風(fēng)溫的提高是噴煤量變化帶來(lái)的，沒(méi)有噴煤量的增加，風(fēng)溫就不會(huì)提高，因此風(fēng)溫提高降低的焦比應(yīng)記在噴煤量的提高上，這樣他們把所有因噴煤或因噴煤提高帶來(lái)的焦比都記入置換比內(nèi)。

20、影響噴煤置換比的因素是哪些?如何提高噴煤置換比?

答：噴吹煤粉能置換焦炭是由于煤粉中的碳代替了焦炭中的碳和煤粉中的氫代替了焦炭中的碳。這樣影響置換比的因素就有：

(1)煤粉的種類和質(zhì)量。

(2)煤粉在風(fēng)口前氣化的程度。

(3)鼓風(fēng)參數(shù)，通過(guò)高風(fēng)溫、高壓、富氧和噴煤對(duì)高爐冶煉的影響，可以看出它們的作用和影響有相向之處。例如提高風(fēng)溫和富氧可以提高t理，降低t頂，使rd升高;而噴煤則降

低t理，提高t頂，rd降低等。因此，風(fēng)溫的高低、是否富氧等都影響置換比。

(4)操作是否精心，煤氣利用是否改善，噴吹煤粉提高煤氣的還原能力，能否在操作上使煤氣流分布適應(yīng)噴煤的變化規(guī)律，充分發(fā)揮煤氣的還原能力，使ηCO和ηH2同時(shí)提高而提高置換比。

提高置換比的途徑是：

(1)提高煤粉的質(zhì)量，主要是煤的灰分和硫含量應(yīng)與焦炭灰分和硫含量相當(dāng)或最好低焦炭的灰分和硫含量。一般煤粉灰分降低1%，置換比提高1.5%左右。

(2)盡可能提高煤粉在風(fēng)口前的燃燒率，減少未燃煤粉的數(shù)量，這就要求維持煤粉合理的細(xì)度，有足夠的氧過(guò)剩系數(shù)，保持一定的t理和均勻噴吹。

(3)精心操作，應(yīng)用好上下部調(diào)節(jié)，采用中心加焦、礦石中加小焦等方法調(diào)節(jié)煤氣流。

(4)搞好精料工作，重點(diǎn)是降低渣量到300kg/t以下，篩除粉末、整粒，降低燒結(jié)礦的低溫還原粉化率，以保持料柱有良好的透氣性和透液性等。

21、噴吹煤粉的主要安全注意事項(xiàng)是什么?

答：煤粉是可燃物質(zhì)，尤其是揮發(fā)分高的煙煤。當(dāng)煤粉懸浮濃度達(dá)到一定范圍時(shí)，在火源和空氣中易燃燒產(chǎn)生爆炸。因此噴吹煤粉的安全主要是防止著火與爆炸。具體的注意事項(xiàng)是：

(1)為防止原煤倉(cāng)積存煤粉，多采用雙曲線原煤倉(cāng)，不設(shè)水平管道。

(2)因制粉機(jī)(磨煤機(jī)等)要用熱廢氣做干燥風(fēng)，因此在噴吹煙煤時(shí)，應(yīng)控制磨煤機(jī)的出口溫度和氧含量小于10%。

(3)為防止積煤，煤粉倉(cāng)、煤粉罐錐體部分角度均應(yīng)大于70°。

(4)噴吹煙煤時(shí)，應(yīng)采用氮?dú)?氧含量低于10%)往高爐煤粉罐輸送煤粉。同時(shí)，噴吹罐用氮?dú)獬鋲骸?/span>

(5)為了防止回火，噴吹罐壓力必須高于高爐風(fēng)壓50kPa以上;混合器前噴吹用壓縮空氣必須高于高爐風(fēng)壓100kPa, 以上。此外還應(yīng)在每個(gè)噴吹支管上安裝自動(dòng)切斷系統(tǒng)，當(dāng)經(jīng)過(guò)混合器后的管道內(nèi)壓力低于高爐風(fēng)壓50kPa時(shí)，支管上的旋塞閥自動(dòng)切斷，使熱風(fēng)不能倒流入噴吹罐內(nèi)。防止火源方面，還應(yīng)特別注意防止靜電產(chǎn)生火花，收粉布袋要選用防靜電材料，設(shè)備均應(yīng)接地等。

(6)噴吹罐等罐體上部都應(yīng)設(shè)有一個(gè)爆破膜，一般計(jì)算按罐內(nèi)壓力大于800kPa, 時(shí)即可破開(kāi)，這是防止在一旦發(fā)生爆炸時(shí)破壞罐體的安全措施。

(7)噴吹罐設(shè)有測(cè)溫監(jiān)控裝置、CO和O2濃度巡回測(cè)定儀與報(bào)警裝置。

(8)在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b蒸汽管及水管，當(dāng)溫度升高時(shí)，用以消除著火與爆炸的危險(xiǎn)。