高炉冶炼操作连载之一！

第一章高炉操作制度

选择合理的操作制度是高炉操作者的基本任务。操作制度是根据高炉具体条件，如炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求制定的高炉操作准则。合理操作制度能保证煤气流的合理分布和良好的炉缸工作状态，促使高炉稳定顺行，从而获得高产、优质、低耗和长寿的冶炼效果。

高炉基本操作制度包括：炉缸热制度、送风制度、造渣制度和装料制度。高炉操作者应根据高炉强化程度、冶炼的生铁品种、原燃料质量、高炉炉型及设备状况来选择合理的操作制度，并灵活运用上下部调节与负荷调节手段，促使高炉稳定顺行。

第一节炉缸热制度

炉缸热制度是指高炉炉缸所具有的热量和温度水平，它反映了高炉炉缸内热量收入与支出的平衡状态。炉缸热制度直接反映炉缸的工作状态，稳定均匀而充沛的热制度是高炉稳定顺行的基础。炉温一般指高炉炉渣和铁水的温度，炉渣和铁水的温度随冶炼品种、炉渣碱度、高炉容积大小的不同而不同，炉缸温度可用铁水温度来表示，一般为1350~1500℃ ，又称为物理热；也可以用生铁含硅量来表示，这称为化学热。在平衡状态下，还原1kg硅所耗的热量是还原铁耗热的8倍。一般情况下，当炉渣碱度变化不大时，二者基本是一致的，即化学热愈高，物理热愈高，炉温也愈高。炉渣温度一般比铁水温度高50~100℃。

一、热制度的选择

合理的热制度要根据高炉的具体特点及冶炼品种和高炉使用原燃料条件来决定。

1、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。冶炼制钢铁时，［Si］含量应控制在0.3~0.6%之间，冶炼铸造铁时应根据生铁牌号来确定生铁含硅量。

2、根据原燃料条件，，原燃料强度差、粉末多、含硫高、稳定性较差时，应维持较高的炉温；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；冶炼含钒钛铁矿石时，允许较低的生铁含硅量。对高炉炉温的要求不但要选择铁水中的［Si］，还应与铁水中的［Ti］综合考虑，可以用铁水的［Si］+［Ti］来表示炉温。

3、高炉炉缸侵蚀严重或冶炼过程出现严重故障时，要规定较高的炉温。

随着人们对高炉冶炼过程认识的深化和检测仪器仪表的发展，高炉操作者越来越重视铁水温度这个指标。例如首钢规定， 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℃。

二、影响热制度的主要因素

高炉炉料下降和煤气流上升的相向运动是冶炼过程最基本的规律，一切物理化学反应都在这一相对运动中发生、发展和完成。因此，炉料与煤气流分布状态如何便成为影响高炉热制度的主要因素。例如发生悬料、崩料和低料线时，使炉料与煤气分布受到破坏，大量未经预热的炉料直接进入炉缸，导致了炉缸热量消耗的增加，使炉缸温度降低，造成炉温向凉甚至大凉。高炉生产中影响热制度波动的因素很多。任何影响炉内热量收支平衡的因素都会引起热制度波动，影响因素主要有以下几个方面：

1.原燃料性质对热制度的影响

1）矿石质量的影响：矿石品位、粒度、还原性等的波动对炉况影响较大，一般矿石品位提高1%，焦比约降2%，产量提高3%。烧结矿中FeO含量增加1%，焦比升高1.5%。矿石粒度均匀有利于透气性改善和煤气利用率提高。上述因素都会带来热制度的变化。

2）焦炭质量的影响：一般情况下，焦炭带入炉内的硫量约为总硫量的70~80%。生产统计表明，焦炭含硫增加0.1%，焦比升高1.2~2.0%；灰分增加1%，焦比上升2%左右。因此，焦炭含硫量及灰分的波动，对高炉热制度都有很大的影响。

2.其他操作制度的影响

1）冶炼参数的变动：主要包括冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压力、炉顶煤气CO2含量等的变化。风温是高炉生产主要热能来源之一，调节风温可以较快改变炉缸热制度；喷吹燃料也是热源和还原剂的来源。喷吹燃料会使炉缸煤气流分布改变。有的厂通过实践认为，喷吹燃料促使边缘煤气发展。有的厂则认为喷吹燃料能促进炉缸中心温度升高，使整个炉缸截面积的温度梯度减小，保证炉缸工作均匀活跃；风量的增减使料速发生变化。风量增加，煤气停留时间缩短，直接还原增加，会造成炉温向凉；装料制度如批量和料线等对煤气分布、热交换和还原反应产生直接影响；

2) ）设备故障及其他方面的变化：冷却设备漏水、原燃料称量上的误差、装料设备故障等都能使炉缸热制度发生变化。因此，为了保证炉缸温度充足，当遇到异常炉况时，必须及时而准确地调节焦炭负荷，如长时间的休风、低料线、喷吹燃料设备事故、改变铁种及雨天等。

第二节送风制度

送风制度是指在一定的冶炼条件下，确定合适的鼓风参数和风口进风状态，达到初始煤气流的合理分布，使炉缸工作均匀活跃，炉况稳定顺行。归根结底是确定合理的鼓风动能和风口前的理论燃烧温度。通过选择合适的风口面积、风量、风温、湿分、喷吹量、富氧量等参数，并根据炉况变化对这些参数进行调节，达到炉况稳定顺行和煤气利用改善的目的。这些调节通常称为下部调节。因此，送风制度的稳定是煤气流稳定的前提，是炉温稳定和顺行的必要条件。送风制度包括下列参数。

一、风量

风量对高炉冶炼的下料速度、煤气流分布、造渣制度和热制度都将产生影响。一般情况下，增加风量，综合冶炼强度提高。另外，风量与下料速度和生铁产量成正比关系，但它只有在燃料比降低或维持燃料比不变的条件下，上述关系才成立，否则适得其反。

风量的调节作用：控制料速、实现计划的冶炼强度，以保持料速不变；稳定气流，在炉况不顺的初期，减少风量是降低压差、消除管道、防止难行、崩料和悬料的有效手段；炉凉减风控制下料速度，可以迅速稳定炉温，当炉热而料速减慢时，可酌情加风。

应当指出，在炉况顺行情况下，为获得高产应使用高炉顺行允许的最大风量，即全风作业保持稳定。高炉生产实践证明，使用风量过小时，由于燃烧的焦炭量和产生的煤气量过少，这对提高炉温是不利的。风量必须与料柱透气性相适应，所以改善料柱透气性是增加风量的基础。风量变化直接影响炉缸煤气体积，因此正常生产时加风一次不能过猛，否则将破坏顺行。一般中型高炉每次加风控制在30~50m3/min，间隔时间20~30min。在非特殊情况下，应保持全风操作，不要轻易减风。必须减风时，一次可减到需要水平。在未出渣铁前，减风应密切注意风口状况，避免灌渣。

二、风温

提高风温可大幅度地降低焦比，是强化高炉冶炼的主要措施。提高风温能增加鼓风动能，提高炉缸温度活跃炉缸工作，促进煤气流初始分布合理，改善喷吹燃料的效果。因此，在高炉生产中，要采用高风温操作，充分发挥热风炉的能力及高风温对炉况的有利作用；风温水平不同，提高风温的节焦效果亦不同，风温愈低，提高风温时降低焦比的效果愈显著。反之，风温逐渐提高，降低焦比的效果逐步减小。风温在1000℃左右时，增减风温100℃，影响焦比为17kg/t。

在喷吹燃料情况下，一般不使用风温调节炉况，而是将风温固定在较高水平上，用煤粉来调节炉温。这样可最大限度发挥高风温的作用，维持合理的风口前理论燃烧温度。若当炉温向热需要撤风温时，幅度要大些，一次可撤到高炉需要的水平；炉温向凉时，提风温幅度要小，可分几次将风温提高到需要的水平，以防造成煤气体积迅速膨胀而破坏顺行。

三、风压

风压直接反映炉内煤气量与料柱透气性的适应情况，它的波动是冶炼过程的综合反映。目前高炉普遍装备有透气性指数仪表，对炉况变化反应灵敏，有利于操作者判断炉况。

四、加湿鼓风

鼓风中加入蒸汽的操作方法称为加湿鼓风。加湿鼓风对炉温的影响，每立方米鼓风中每增加1g湿分，相当于降低约9℃风温，但水分分解出的氢在炉内参加还原反应，又放出相当于3℃风温的热量，所以一般考虑增加1g湿分需要补偿相当于6℃风温的热量，故加湿鼓风可以迅速改变炉缸热制度，从而迅速纠正炉温的变化。加湿鼓风对料速有影响，湿分在风口前分解出来的氧与焦炭燃烧，相当于增加鼓风中氧的浓度。1g湿分分解出的氧量相当于的2.693m3风量。因此，调节湿分又起到变更风量的作用。加湿鼓风可加快料速，减少湿分降低料速。

加湿鼓风对高炉顺行的影响是，鼓风水分在炉缸内分解，使风口回旋区温度有所降低，这样有利于消除由于高风温或炉热引起的热悬料或难行现象；由于加湿鼓风，煤气中含氢量增加，提高了间接还原率，使炉缸中心热能消耗减少。同时，加湿鼓风后，可采用高风温操作，使炉缸中心热量收入增加，所以炉缸中心温度升高，促使炉缸热量充沛，温度分布趋于均匀，有利于炉况顺行稳定。

如前所述，加湿鼓风需要热补偿，对降低焦比不利。因此，喷吹燃料的高炉，基本上不采用加湿鼓风。近几年来，有些大气湿度变化较大的地区，采用了脱湿鼓风技术，对稳定炉况和降低焦比取得了良好效果。

五、喷吹燃料

喷吹燃料在热能和化学能方面可以取代焦炭的作用。但是，不同燃料在不同情况下，代替焦炭的数量是不一样的。通常把单位燃料（kg）能替焦炭的数量称为置换比。经验表明，随着喷吹量的增加，置换比不断降低。这是由于喷吹的燃料进行加热分解和气化时要消耗一定的热量，使炉缸温度降低。喷吹燃料越多，炉缸温度降低也越多。这就降低了燃料的燃烧率。因此，要在不断增加喷吹量的同时，充分考虑由于置换比降低所带来的影响和采取提高置换比的相应措施，如提高风温给予热补偿；提高燃烧率；改善原料条件以及选用合适的操作制度。

喷吹燃料进入风口后，其组分分解需要吸收热量，其燃烧反应和分解反应的产物参加对矿石的加热和还原后才放出热量，因此炉温的变化要经过一段时间才能反映出来，这种炉温变化滞后于喷吹量变化的特性称为“热滞后性”。热滞后时间大约为冶炼周期的70%。热滞后性随炉容、冶炼强度、喷吹量等不同而异。用喷吹量调节炉温时，要注意炉温的趋势，根据热滞后时间，做到早调，调剂量准确。喷吹设备临时发生故障时，必须根据热滞后时间，准确地进行变料，以防炉温波动。

六、富氧鼓风

富氧鼓风有很多优点：首先，富氧后能够提高冶炼强度，增加产量。理论上每提高鼓风含氧1%，可增产4.76%。实际上因受其他条件的影响，增产率难以达到该值。其次，由于减少煤气含氮量，使得单位生铁煤气生成量减少，因此可以提高风口前理论燃烧温度，有利于提高炉缸温度，补偿喷煤引起的理论燃烧温度的下降。再次，增加鼓风含氧量，有利于改善喷吹燃料的燃烧。此外，煤气含量减少后使炉腹CO浓度相对增加，有利于间接反应进行，同时提高了炉顶煤气热值，有利于提高风温。

应注意，富氧鼓风只有在炉况顺行的情况下才宜进行，一般情况下，在炉况顺行不好，如发生悬料、塌料等情况及炉内压差高，不接受风量时，不宜使用富氧。在大喷吹情况下，高炉停止喷煤或大幅度减少煤量时，应及时减氧或停氧

七、风口面积和长度

在一定风量下，风口面积和长度对风口的进风状态起决定性作用。通常根据合适的鼓风动能来选择风口进风面积，有时也用改变风口长度的办法调节边沿与中心气流。所以调节风口直径和长度便成为下部调节的重要手段。

选择适宜的鼓风动能

高炉鼓风通过风口时所具有的速度称为风速，它有标准风速和实际风速两种表示方法；而高炉鼓风所具有的机械能叫鼓风动能。鼓风动能与冶炼条件相关，它决定初始气流的分布。因此，根据冶炼条件变化，选择适宜鼓风动能，是维持气流合理分布的关键。

1、鼓风动能与高炉有效容积的关系。在一定冶炼强度下，随着高炉有效容积的增大高炉所需的鼓风动能增加。高炉有效容积与鼓风动能的关系见表1。影响鼓风动能的参数有风量、风温和风口截面积等，鼓风动能是否正常的直观表象见表2。

2、鼓风动能与高炉冶炼强度的关系。生产经验表明，一定的冶炼强度必须与合适的鼓风动能相配合。在高强度冶炼时，由于风量、风温必须保持最高水平，鼓风动能增加，为了保持适宜的鼓风动能，应适当增大风口面积。相反，在低强度冶炼时，由于风量、风温必须保持较低水平，鼓风动能降低，为了保持适宜的鼓风动能，应适当缩小风口面积。

3、鼓风动能与原料条件的关系。原燃料条件好，能改善炉料透气性，利于高炉强化冶炼，允许使用较高的鼓风动能。原燃料条件差，透气性不好，不利于高炉强化冶炼，只能维持较低的鼓风动能。

4、鼓风动能与燃料喷吹量的关系。高炉喷吹煤粉，炉缸煤气体积增加，中心气流趋于发展，需适当扩大风口面积，降低鼓风动能，以维持合理的煤气分布。但随着冶炼条件的变化，喷吹煤粉量增加到一定量后，边缘气流增加。这时不但不能扩大风口面积，反而应缩小风口面积。

因此，煤比变动量大时，鼓风动能的变化方向应根据具体实际情况而定。

5、选择适宜的风口面积和长度。在一定风量条件下，风口面积和长度对风口的进风状态起决定性作用。冶炼强度必须与合适的鼓风动能相配合。风口面积一定，增加风量，冶强提高，鼓风动能加大，促使中心气流发展。为保持合理的气流分布，维持适宜的回旋区长度，必须相应扩大风口面积，降低鼓风动能。炉容相近，矮胖多风口高炉鼓风动能相应增加。高炉失常时，由于长期减风操作而造成炉缸中心堆积，炉缸工作状态出现异常。为尽快消除炉况失常，发展中心气流，活跃炉缸工作，应采取缩小风口面积或堵死部分风口的措施。但堵风口时间不宜过长，以免产生炉缸局部堆积和炉墙局部积厚。

为保持合理的初始煤气分布，应尽量采用等径的风口，大小风口混用时，力求均匀分布。但为了纠正炉型或煤气流分布失常除外。

使用长风口送风易使循环区向炉缸中心移动，有利于吹透中心和保护炉墙。如高炉炉墙侵蚀严重或长期低冶炼强度生产时，可采用长风口操作。风口长度一般为380~450mm，大型高炉控制在上限或更长，300m3高炉风口长度多在240~260mm。为提高炉缸温度，风口角度可控制在3°~5°。

选择合理的理论燃烧温度

A 合理的理论燃烧温度

高炉的热量几乎全部来自风口前燃料燃烧和鼓风带入的物理热。风口前焦炭和喷吹燃料燃烧所能达到的最高绝热温度，即假定风口前燃料燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时所能达到的最高温度，叫风口前理论燃烧温度。

理论燃烧温度的高低不仅决定了炉缸的热状态，而且决定炉缸煤气温度，对炉料加热和还原以及渣铁温度和成分、脱硫等产生重大影响。适宜的理论燃烧温度，应能满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证渣铁的充分加热和还原反应的顺利进行。理论燃烧温度提高，渣铁温度相应提高，见图1。大高炉炉缸直径大，炉缸中心温度低，为维持其透气性和透液性，应采用较高的理论燃烧温度，见图2。理论燃烧温度过高，高炉压差升高，炉况不顺。理论燃烧温度过低，渣铁温度不足，炉况不顺，严重时会导致风口灌渣，甚至炉冷事故。

B 影响理论燃烧温度的因素

1、鼓风温度。鼓风温度升高，则带入炉缸的物理热增加，从而使t理升高。一般每±100℃风温可影响理论燃烧温度±80℃。

2、鼓风湿分。由于水分分解吸热，鼓风湿分增加，t理降低。鼓风中±1g/m3湿分，风温±9℃。

3、鼓风富氧率。鼓风富氧率提高，N2含量降低，从而使t理升高。鼓风含氧量±1%，风温±35~45℃

4、喷吹燃料。高炉喷吹燃料后，喷吹物的加热、分解和裂化使t理降低。各种燃料的分解热不同，对t理 的影响也不同。对t理影响的顺序为天然气、重油、烟煤、无烟煤，喷吹天然气时和t理降低幅度最大。每喷吹10kg煤粉t理降低20——30℃，无烟煤为下限，烟煤为上限。

送风制度的调节

1、风量。风量对炉料下降、煤气流分布和热制度都将产生影响。一般情况下，增加风量，综合冶炼强度提高。在燃料比降低或燃料比维持不变的情况下，风量增加，下料速度加快，生铁产量增加。

在炉况稳定的条件下，风量波动不宜太大，并保持料批稳定，料速超过正常规定应及时减少风量。当高炉出现悬料、崩料或低料线时，要及时减风，并一次减到所需水平。渣铁未出净时，减风应密切注意风口状况，防止风口灌渣。

当炉况转顺，需要加风时，不能一次到位，防止高炉顺行破坏。两次加风应有一定的时间间隔。

2、风温。提高风温可大幅度地降低焦比，是强化高炉冶炼的主要措施。提高风温能增加鼓风动能，提高炉缸温度活跃炉缸工作，促进煤气流初始分布合理，改善喷吹燃料的效果。因此，高炉生产应采用高风温操作，充分发挥热风炉的能力。

在喷吹燃料情况下，一般不使用风温调节炉况，而是将风温固定在较高水平上，通过喷吹量的增减来调节炉温。这样可最大限度发挥高风温的作用，维持合理的风口前理论燃烧温度。

当炉热难行需要撤风温时，幅度要大些，一次撤到高炉需要的水平；炉况恢复时提高风温幅度要小，可根据炉温和炉况接受程度，逐渐将风温提高到需要的水平，防止煤气体积迅速膨胀而破坏顺行。提高风温速度不超过50℃/h。

在操作过程中，应保持风温稳定，换炉前后风温波动应小于30℃。目前热风炉采用交叉并联送风制度风温波动降低。

3、鼓风湿分。鼓风中湿分增加1g/m3，相当于风温降低9℃，但水分分解出的氢在炉内参加还原反应，又放出相当于3℃风温的热量。加湿鼓风需要热补偿，对降低焦比不利。因此，喷吹燃料的高炉，基本上不采用加湿鼓风。有些大气温度变化较大地区的高炉，采用脱湿鼓风技术，取得炉况稳定、焦比降低的良好效果。

4、风压。风压直接反映炉内煤气与料柱透气性的适应情况，它的波动是冶炼过程的综合反映。目前高炉普遍装备有透气性指数仪表，对炉况变化反应灵敏，有利于操作者判断炉况。

5、喷吹燃料。喷吹燃料在热能和化学能方面可以取代焦炭的作用。但是，不同燃料在不同情况下，代替焦炭的数量是不一样的。通常把单位燃料能替换焦炭的数量称为置换比。随着喷吹量的增加，置换比逐渐降低。这是由于喷吹的燃料在风口回旋区加热、分解和气化时要消耗一定的热量，导致炉缸温度降低。喷吹燃料越多，炉缸温度降低也越多。而炉缸温度的降低，燃料的燃烧率也降低。因此，在喷吹量不断增加的同时，应充分考虑由于置换比降低对高炉冶炼带来的不利影响，并采取措施提高置换比。这些措施包括提高风温给予热补偿、提高燃烧率，改善原料条件以及选用合适的操作制度。喷吹燃料进入风口后，其组分分解需要吸收热量，其燃烧反应、分解反应的产物参加对矿石的加热和还原后才放出热量，因此炉温的变化要经过一段时间才能反映出来，这种炉温变化滞后于喷吹量变化的特性称为“热滞后性”。热滞后时间大约为冶炼周期的70%，热滞后性随炉容、冶炼强度、喷吹量等不同而不同。用喷吹量调节炉温时，要注意炉温的趋势，根据热滞后时间，做到早调，调剂量准确。喷吹设备临时发生故障时，必须根据热滞后时间，准确地进行变料，以防炉温波动。

6、富氧鼓风。富氧后能够提高冶炼强度，增加产量。由于煤气含氮量减少，单位生铁煤气生成量减少，可以提高风口前理论燃烧温度，有利于提高炉缸温度，补偿喷煤引起的理论燃烧温度的下降；增加鼓风含氧量，有利于改善喷吹燃料的燃烧；煤气中N2含量减少，炉腹CO浓度相对增加，有利于间接反应进行；同时炉顶煤气热值提高，有利于热风炉的燃烧，为提高风温创造条件。富氧鼓风只有在炉况顺行的情况下才能进行，在炉况顺行不好（如发生悬料、塌料等情况及炉内压差高，不接受风量时）不宜使用富氧。在大喷吹情况下，高炉停止喷煤或大幅度减少煤量时，应及时减氧或停氧。

第三节装料制度

装料制度是对炉料装入炉内的方式方法的有关规定，包括装入顺序、装入方法、旋转溜槽倾角、料线和批重等。高炉上部气流分布调节是通过变更装料制度，调节炉料在炉喉的分布状态，从而使气流分布更合理，充分利用煤气的热能和化学能，以达到高炉稳定顺行的目的。炉料装入炉内的设备有钟式装料设备和无钟装料设备；下面就它们对高炉冶炼的影响分述如下。

影响炉料分布的因素

影响炉料分布的因素包括固定条件和可变条件两个方面。

A 固定条件

1) 装料设备类型（主要分钟式炉顶和布料器，无钟炉顶）和结构尺寸（如大钟倾角、下降速度、边缘伸出料斗外长度，旋转溜槽长度等）；

2）炉喉间隙；

3）炉料自身特性（粒度、堆角、堆密度、形状等）。

B 可变条件

1）旋转溜槽倾角、转速、旋转角；

2）活动炉喉位置；

3）料线高度；

4）炉料装入顺序；

5）批重；

6）煤气流速等。

固定因素对布料的影响

A 无料钟布料特征

1）焦炭平台。钟式高炉大钟布料堆尖靠近炉墙，不易形成一个布料平台，漏斗很深，料面不稳定。无料钟高炉通过旋转溜槽进行多环布料，易形成一个焦炭平台，即料面由平台和漏斗组成，通过平台形式调整中心焦炭和矿石量。平台小，漏斗深，料面不稳定。平台大，漏斗浅，中心气流受抑制。适宜的平台宽度由实践决定。一旦形成，就保持相对稳定，不作为调整对象。

B 布料方式

无料钟旋转溜槽一般设置11个环位，每个环位对应一个倾角，由里向外，倾角逐渐加大。不同炉喉直径的高炉，环位对应的倾角不同。布料时由外环开始，逐渐向里环进行，可实现多种布料方式。

1）单环布料。单环布料的控制较为简单，溜槽只在一个预定角度做旋转运动。其作用与钟式布料无大的区别。但调节手段相当灵活，大钟布料是固定的角度，旋转溜槽倾角可任意选定，溜槽倾角α越大炉料越布向边缘。当αc>αo时边缘焦炭增多，发展边缘。当αo>αc时边缘矿石增多，加重边缘。

2）环形布料

环形布料因为能自由选择溜槽倾角，所以可在炉喉任一部位做双、多环形布料。随着溜槽倾角的改变，可将焦炭和矿石布在距离中心不同的部位上，借以调整边缘或中心的煤气分布。当作环形布料时，多数高炉采用固定布料器转数、调节节流阀来实现规定的料层数目。也有资料报道说，为了达到同样的料层数目，可以根据料种的不同调节布料器的转速

3）螺旋布料。螺旋布料自动进行，它是无料钟最基本的布料方式。螺旋布料从一个固定角位出发，炉料以定中形式在进行螺旋式的旋转布料。每批料分成一定份数，每个倾角上份数根据气流分布情况决定。如发展边缘气流，可增加高倾角位置焦炭分数，或减少高倾角位置矿石份数，否则相反。每环布料份数可任意调整，使煤气流合理分布。

4）扇形布料。这种布料方式为手动操作。扇形布料时，可在6个预选水平旋转角度中选择任意两个角度，重复进行布料。可预选的角度有0°、60°、120°、180°、240°、300°。这种布料方式只适用于处理煤气流分失常，且时间不宜太长。

5）定点布料。这种布料方式手动进行。定点布料可在11个倾角位置中任意角度进行布料，其作用是堵塞煤气管道行程。

无钟炉顶的运用

根据无钟布料方式和特点，炉喉料面应由一个适当的平台和由滚动为主的漏斗组成。为此，应考虑以下问题：

1）焦炭平台是根本性的，一般情况下不作调节对象；

2）高炉中间和中心的矿石在焦炭平台边缘附近落下为好；

3）漏斗内用少量的焦炭来稳定中心气流。

为满足上述要求必须正确地选择布料的环位和每个环位上的布料份数。环位和份数变更对气流的影响如表3所示，从1~6对布料的影响程度逐渐减小，1、2变动幅度太大，一般不宜采用。3、4、5、6变动幅度较小，可作为日常调节使用。无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别如表4所示。

一批料的质量称为批重。矿石批重是指每批料中矿石质量而言。对于料钟式高炉，一般情况下，小矿批加重边缘，大矿批加重中心，调整矿批大小应考虑其对煤气流的影响。对于无料钟炉顶高炉，调整煤气流分布主要靠采用调整布料角度。扩大矿批有利于矿石均匀分布，软熔带透气性改善，从而可以促进顺行，焦比降低。但矿石批重过大会造成料柱透气性变坏，不利于顺行。故在一定冶炼条件下，有个合适的矿石批重。

A 批重对炉喉炉料分布的影响

批重变化时，炉料在炉喉的分布变化如图3所示。

1）当y0=0，即批重刚好使中心无矿区的半径为0，令此时的批重W=W0，称为临界批重。

2）如批重W>W0，随着批重增加，中心y0增厚，边缘yB也增厚，炉料分布趋向均匀，边缘和中心都加重。

3）如批重W<W0，随着批重减小，不仅中心无矿区半径增大，边缘yb也减薄，甚至出现边缘和中心两空的局面。

4））当n=d/2时，即堆尖移至炉墙，W减小则中心减轻；若W<W0后继续减小，炉料仍将落至边缘。

给批重W0和△W以一定值，可算出yB、y0和yG，即边缘、中心和堆尖处的料层厚度。yB/y0、yG/y0和W0+N△W的关系构成的炉料批重特征曲线图4，曲线有3个区间：激变区、缓变区和微变区，其意义如下：

1）批重值在激变区时，批重波动对布料影响较大，边缘和中心的负荷变化剧烈，正常生产不宜选用此种批重。

2））原料好，设备和操作水平高时，批重可选在微变区，此区炉料分布和气流分布都稳定，顺行和煤气利用较好；但增减批重来调剂气流的作用减弱。

3）若炉料粉末较多，料柱透气性较差，为防止微变区批重，宜选用缓变区批重，其增减对布料的影响介于上述两者之间。少许波动不致引起气流较大变化，适当改变批重又可调节气流分布。

批重决定炉内料层的厚度。批重越大，料层越厚，软熔带焦层厚度越大；此外料柱的层数减少，界面效应减小，利于改善透气性。但批重扩大不仅增大中心气流阻力，也增大边缘气流的阻力，所以一般随批重扩大压差有所升高。

B 批重的选择

批重对高炉操作和上料设备设计都有重要意义：确定微变区批重值应注意炉料含粉末（<5mm）量，粉末含量越少批重可以越大。粉末含量多时，可在缓变区靠近微变区侧选择操作批重。通过实践摸索，大中型高炉适宜焦批厚度0.45~0.5m，矿批厚度0.4~0.45，随着喷吹物的增加焦批与矿批已互相接近。

C 影响批重的因素

合适的矿石批重与下列因素有关。

1.矿石批重与冶炼强度的关系

矿石批重与原料有着密切的关系。随着冶炼强度的提高，矿石批重也相应扩大。提高冶炼强度后，风量增加，中心气流发展，必须扩大矿石批重，以抑制中心气流。此外，随冶炼强度的提高，炉料下降速度及其均匀性也有所提高，从而改善了炉料透气性，为扩大矿石批重，增加矿层厚度创造了条件。实践证明，以矿石批重调节煤气流能收到很好的效果。

2.批重与喷吹燃料的关系

当冶炼强度不变，高炉喷吹燃料时，由于喷吹物在风口内燃烧，炉缸煤气体积和炉腹煤气速度增加，促使中心气流发展，需适当扩大批重，抑制中心气流。但是随着冶炼条件的变化，近几年来在大喷煤量的高炉上出现了相反的情况。随着喷吹量增加，中心气流不易发展，边缘气流反而发展。这时则不能加大批重。有的厂喷吹燃料量增加，矿石批重随之扩大。认为喷吹的燃料在风口前燃烧分解，使鼓风动能大大提高，影响煤气流分布；喷吹量愈大，焦比下降愈多，装入炉内焦炭量相对减少，料柱透气性变差，因此要求适当发展边沿以利顺行；喷吹量适宜时，改善了炉缸温度分布，使径向温度梯度减少，炉缸中心温度提高，允许进一步加重中心负荷。因此，上部调节必须适应上述客观规律，及时扩大批重、加重中心、疏松边沿、维持煤气流的合理分布。以利降低焦比。

3.批重与炉容的关系

矿石批重随炉容的增加，必须相应的扩大。因为炉容的增加，炉喉面积相应加大，为保证煤气合理分布，所以相应扩大矿石批重。近年来，随着原料逐步改善，批重进一步有所增加，从而改善了煤气利用，降低了燃料比。

4.批重与原燃料的关系。批重与原燃料性能有关，品位越高，粉末越少，则炉料透气性越好，批重可适当扩大。

炉喉煤气速度的影响

煤气对炉料的阻力在空区是向上的，可称作浮力，这个力的增长与煤气速度的平方成正比。

煤气浮力对不同粒度炉料的影响不同，在一般冶炼条件下，煤气浮力只相当于直径19mm粒度矿石重量的5~8%，相当于10mm焦炭重量的1~2%，但煤气浮力P与炉料重量Q的比值（P/Q）因粒度缩小而迅速升高，对于小于5mm炉料的影响不容忽视。

如果块状带中炉料的孔隙度在0.3~0.4mm，一般冶炼强度的煤气速度很容易达到4~8m/s，可把0.3~2mm的矿粉和1~3mm的焦粉吹出料层。煤气离开料层进入空区后速度骤降，携带的粉料又落至料面，如果边缘气流较强，则粉末落向中心，若中心气流较强则落向边缘。

由于气流浮力将产生炉料在炉喉落下时出现分级的现象；冶炼强度较大时，小于5mm炉料的落点较大于5mm炉料的落点向边缘外移。

使用含粉较多的炉料，以较高冶炼强度操作时，必须保持使粉末集中于既不靠近炉墙，也不靠近中心的中间环形带内，以保持两条煤气通路和高炉顺行；否则无论是只发展中心或只发展边缘，都避免不了粉末形成局部堵塞现象，导致炉况失常。

由于煤气速度对布料的影响，日常操作中使炉喉煤气体积发生变化的原因（如改变冶炼强度、富氧鼓风、改变炉顶压力等），都会影响炉料分布，应予注意。

三、料线

调节料线的高度，就是调节炉料的落下高度，来改变炉料堆尖的位置。提高料线，炉料堆尖向中心移动，有疏松边沿的作用。反之，当料线降低时，有加重边沿的作用。料线在炉喉碰撞点位置时，边缘最重。生产经验表明，料线过高或过低均对炉顶设备不利，尤其低料线操作时对炉况和炉温影响很大。故每座高炉根据其具体条件都有自己的合适料线，在生产中一定要按规定的料线上料。

在碰撞点之上，提高料线将使堆尖与炉墙的距离增大，同时炉料堆角也有所增大，降低料线则作用相反。随着料线深度增加，矿石对焦炭的冲击、推挤作用也增强。要求边缘气流发展时，可适当提高料线；反之则适当降低料线。

料线在碰撞点之下时，炉料先撞击炉墙，然后反弹落下，矿石对焦炭的冲击推挤作用更大，强度较差的炉料被撞碎，使布料层次紊乱，气流分布失去控制。

碰撞点的位置与炉料性质、炉喉间隙、大钟边缘伸出料斗外的长度及大钟倾角等因素有关。生产中因炉料粒度不同，单块重量不一，与炉墙碰撞处有一定宽度范围的碰撞带。开炉装料时应测定碰撞带的位置，以确定正常生产的料线位置。确定后保持稳定，只在改变装入顺序尚不能满足冶炼要求时，才改变料线位置。

A 料线深度

钟式高炉大钟全开时，大钟下沿为料线的零位。无料钟高炉料线零位在炉喉钢砖上沿。零位到料面间距离为料线深度。一般高炉正常料线深度为1.5~2m，特殊情况需要临时开大钟或转动旋转溜槽时，应根据批重核对料层厚度及料线高度，严禁装料过满而损坏大钟拉杆和旋转溜槽。正常生产时两个探尺深度相差小于0.5m，个别情况单探尺上料应以浅尺为准，不许长期使用单探尺上料。

B 料线对气流分布的影响

大钟开启时炉料堆尖靠近炉墙的位置，称为碰点，此处边缘最重。在碰点之上，提高料线，布料堆尖远离墙，则发展边缘；降低料线，堆尖接近边缘，则加重边缘。

料线在碰点以下时，炉料先撞击炉墙。然后反弹落下，矿石对焦炭的冲击作用增大，强度差的炉料撞碎，使布料层紊乱，气流分布失去控制。

碰点的位置与炉料性质、炉喉间隙及大钟边缘伸出漏斗的长度有关。开炉装料时应进行测定，计算方法比较复杂，可根据料流轨迹进行计算。

C 料面堆角

炉内实测的堆角变化，因设备和炉料条件不同，差别很大，但其变化有以下规律。

1）炉容越大，炉料的堆角越大，但都小于其自然堆角。

2）在碰点以上，料线越深，堆角越小。

）焦炭堆角大于矿石堆角。原因是近年来矿石平均粒度范围缩小，再加上矿石对焦炭的推移作用所致，特别是钟式高炉推移作用更大。

4）生产中的炉料堆角远小于送风前的堆角。

为减少低料线对布料的影响，无料钟按料线小于2m，2~4m，4~6m个区间，以料流轨迹落点相同，求出对应的溜槽角。输入上料微机，在低料线时控制落点不变，以避免炉料分布变坏。溜槽倾角如表5所示。

控制合理的气流分布和装料制度的调节

高炉合理气流分布规律，首先要保持炉况稳定顺行，控制边缘与中心两股气流；其次是最大限度地改善煤气利用，降低焦炭消耗。它没有一个固定模式，随着原燃料条件改善和冶炼技术的发展而发生变化。原料粉末多，无筛分整粒设备，为保持顺行必须控制边缘与中心CO2相近的“双峰”式煤气分布。当原燃料改善，高压、高风温和喷吹技术的应用，煤气利用改善，炉喉煤气曲线上移，形成了边缘CO2略高于中心的“平峰”式曲线，综合煤气CO2达到16~18%。随着烧结矿整粒技术和炉料品位的提高及炉料结构的改善，出现了边缘煤气CO2高于中心，而且差距较大的“展翅”形煤气曲线，综合CO2达到19~20%，最高达21~22%。但不管怎样变化，都必须保持边缘与中心两股气流，过分地加重边缘会导致炉况失常。

高炉日常生产中，生产条件总是有波动的，有时甚至变化很大，从而影响炉况波动和气流分布失常。要及时调整装料制度，改善炉料和软熔带透气性，保持边缘与中心两股气流，以减少炉况波动和失常。

1）原燃料条件变化。原燃料条件变差，特别是粉末增多，出现气流分布和温度失常时，应及早改用边缘与中心均较发展的装料制度。但要避免过分的发展边缘，也不要不顾条件片面追求发展中心气流。原料条件改善，顺行状况好时，为提高煤气利用，可适当扩大批重和加重边缘。

2）冶炼强度变化。由于某种原因被迫降低冶炼强度时，除适当地缩小风口面积外，上部要采取较为发展边缘的装料制度，同时要相应缩小批重。

3）装料制度与送风制度相适宜。装料制度与送风制度应保持适宜。当风速低、回旋区较小，炉缸初始气流分布边缘较多时，不宜采用过分加重边缘的装料制度，应在适当加重边缘的同时强调疏导中心气流，防止边缘突然加重而破坏顺行。可缩小批重，维持两股气流分布。若下部风速高回旋区大，炉缸初始气流边缘较少时，也不宜采用过分加重中心的装料制度，应先适当疏导边缘，然后再扩大批重相应增加负荷。

4）临时改变装料制度调节炉况。炉子难行、休风后送风、低料线下达时，可临时改若干批强烈发展边缘的装料制度，以防崩料和悬料。

改若干批双装、扇形布料和定点布料时，可消除煤气管道行程。

连续崩料或大凉时，可集中加若干批净焦，可提高炉温，改善透气性，减少事故，加速恢复。

炉墙结厚时，可采取强烈发展边缘的装料制度，提高边缘气流温度，消除结厚。

为保持炉温稳定，改倒装或强烈发展边缘装料制度时，要相应减轻焦炭负荷。全倒装时应减轻负荷20~25%。

第四节造渣制度

造渣制度应适合于高炉冶炼要求，有利于稳定顺行，有利于冶炼优质生铁。根据原燃料条件，选择最佳的炉渣成分和碱度。

造渣制度的要求

造渣有如下要求：

1）要求炉渣有良好的流动性和稳定性，熔化温度在1300~1400℃，在1400℃左右黏度小于1P·s，可操作的温度范围大于150℃。

2）有足够的脱硫能力，在炉温和碱度适宜的条件下，当硫负荷小于5kg/t时，硫分配系数Ls为25~30，当硫负荷大于5kg/t时，Ls为30~50。

3）对高炉砖衬侵蚀能力较弱。

4）保证炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性。

5））在炉温和炉渣碱度正常条件下，应能炼出优质生铁。

对原燃料的基本要求

为满足造渣制度要求，对原燃料必须有如下基本要求：

1）原燃料含硫低，硫负荷不大于5kg/t。

2）原料难熔和易熔组分低，如氟化钙越低越好。

3）易挥发的钾、钠成分越低越好。

4）原料含有少量的氧化锰、氧化镁对造渣有利。

炉渣的基本特点

高炉根据不同的原燃料条件及生铁品种规格，选择不同的造渣制度。生铁品种与炉渣碱度的关系见表4。

表4 生铁品种与炉渣碱度的关系

在炉渣成分中，主要是碱性氧化物和酸性氧化物，因此，碱度最能反映炉渣成分的变化和炉渣性质的差异，对高炉冶炼效果有直接影响。

碱度高的炉渣熔点高而且流动性差，稳定性不好，不利于顺行。但为了获得低硅生铁，在原燃料粉末少、波动小、料柱透气性好的条件下，可以适当提高碱度。但要有充足的物理热，如宝钢生产低硅铁时，铁水温度要在1500℃以上。

不同原燃料条件，应选择不同的造渣制度。在Al2O3一定时，渣中适宜MgO含量与碱度有关。CaO/SiO2含量愈高，适宜的MgO应愈低。若Al2O3含量在17%以上。CaO/SiO2含量过高时，将过度增加炉渣的黏度，导致炉况顺行破坏。因此，适当增加MgO含量，降低CaO/SiO2，便可获得稳定性好的炉渣。生产实践表明，炉渣中保持一定的MgO/ Al2O3比例非常重要的，特别是渣中Al2O3大于16%时，保持MgO/ Al2O3比例大于0.65将改善炉渣的性能，减少因渣中Al2O3过高引起的炉渣粘度过高造成的炉况波动。渣中Al2O3大于16%时，应适当提高炉温操作，以保持充沛的炉缸物理热，确保炉渣具有良好的流动性，以避免炉况波动。渣中Al2O3大于16%时，将对炉况顺行造成影响，而且不利于生铁含[Si]的降低。因此，要从原燃料入手降低渣中Al2O3含量，在不能通过原燃料降低渣中Al2O3含量时，除增加渣中MgO保持适宜的MgO/ Al2O3比例外，可增加渣量降低渣中Al2O3，以确保炉渣的流动性，为高炉顺行创造条件。增加渣量要和炉况顺行、消耗均衡考虑，一般在渣量增加不是很多的情况下，焦比变化不是很大，因为高炉顺行才是降低消耗的首要条件。

由于原燃料成分的波动，必然涉及炉渣碱度的变化。因此，应经常检查炉渣碱度，进行及时调整。通常利用改变炉渣的成分来满足生产中的需要。

1）因炉渣碱度过高而产生炉缸堆积时，可用比正常碱度低的酸性渣去清洗。若高炉下部有黏结物或炉缸堆积严重时，可以加入萤石（CaF2），以降低炉渣黏度和熔化温度，清洗下部黏结物，加入量应严格控制，防止造成炉缸烧穿事故。后期操作的高炉要慎用萤石（CaF2）洗炉。

2）根据不同铁种的需要利用炉渣成分促进或抑制硅、锰还原。当冶炼硅铁、铸造铁时，需要促进硅的还原，应选择较低的炉渣碱度。冶炼炼钢生铁时，既要控制硅的还原，又要保持较高的铁水温度，应选择较高的炉渣碱度。对锰的还原，由于从MnO的还原是直接还原，而MnO多以MnO·SiO2存在，因而［Mn］是从炉渣中还原出来的，当有CaO存在时，还原反应式为：

如提高炉渣碱度，CaO含量增加，有利于反应的进行，对锰的还原有利，还可降低热量消耗。因此冶炼锰铁时需要较高的碱度。

3）利用炉渣成分脱除有害杂质。当矿石含碱金属（钾、钠）较高时，为了减少碱金属在炉内循环富集的危害，需要选用熔化温度较低的酸性炉渣。

若炉料含硫较高时，需提高炉渣碱度，以利脱硫。如果单纯提高炉渣二元碱度，虽然CaO与硫的结合力提高，但是炉渣黏度增加、铁中硫的扩散速度降低，不仅不能很好地脱硫，还会影响高炉顺行；特别是当渣中MgO含量低时，增加CaO含量对黏度等炉渣性能影响更大。因此，应适当增加渣中MgO含量，提高三元碱度，以增加脱硫能力。虽然从热力学的观点看，MgO的脱硫能力比CaO弱，但在一定范围内MgO能改善脱硫的动力学条件，脱硫效果很好。MgO含量以7~12%为好。

炉渣中的氧化物对炉渣的影响

炉渣除了CaO、SiO2两种主要成分含量对炉渣性能有影响之外，MgO、Al2O3、CaF2、TiO2、K2O、Na2O等对炉渣也有很大影响。

A 碱金属

高炉原料中所含碱金属主要以硅铝酸盐或硅酸盐形式存在。当它们落至下部高温区时，一部分进入渣中，一部分还原成K、Na或生成KCN、NaCN气体，随煤气上升至CO2浓度较高而温度较低的区域，除被炉料吸收及随煤气逸出者外，其余则被CO2重新氧化为氧化物或碳酸盐，当有SiO2存在时可生成硅酸盐。反应生成的K2CO3、Na2CO3、K2SiO3、Na2SiO3、KCN、NaCN等都为液体或固体粉末，黏在炉料上或被煤气带走。被炉料黏附和吸收的碱金属化合物又随炉料下降，再次被还原和气化，如此循环而积累。如果炉渣排碱能力不足，高炉中、上部的碱金属含量将远超过入炉前的水平。碱金属对高炉冶炼有如下危害。

1）铁矿石含有较多碱金属时，炉料透气性恶化，易形成低熔点化合物而降低软化温度，使软熔带上移。

2）碱金属会引起球团矿“异常膨胀”而严重粉化。

3）碱金属对焦炭的危害也很严重。主要对焦炭气化反应起催化作用，使焦炭粉化增加，强度和粒度减小。

4）高炉中、上部生成的液态或固态粉末状碱金属化合物能黏附在炉衬上，促使炉墙结厚或结瘤，或破坏炉衬。

防止碱金属危害除了减少入炉料的碱金属含量，降低碱负荷以外，提高炉渣排碱能力是主要措施。高炉排碱的主要措施有：

1）降低炉渣碱度。在一定的炉温下，随炉渣碱度降低，排碱率相应提高。自由碱度±0.1，影响渣中碱金属氧化物-+0.3%。

2）降低炉渣碱度或炉渣碱度不变，生铁含硅量降低，排碱能力提高。［Si］±0.1%，影响渣中碱金属氧化物-+0.045%。

3）提高渣中MgO含量，可以降低K2O、Na2O活度，渣中MgO提高，排碱率提高。渣中MgO±1%，影响渣中碱金属氧化物-+0.21%。

4）渣中含氟±1%，影响渣中碱金属氧化物±0.16%。

5））提高（MnO/Mn）比，可提高渣中碱金属氧化物。

B MgO

1）MgO可改善原料的高温特性。 主要改善烧结矿的还原粉化性和软熔特性。高炉内煤气通过软熔带时所受的阻力最大，所以软熔带的形状和位置对高炉操作的影响较大，软熔带位置的下移和减薄，将改善透气性，促进炉况顺行，MgO为高熔点化合物，增加MgO使矿石熔点升高，促使软熔带的下移。

2）MgO渣的脱硫。从热力学观点出发，MgO的脱硫能力低CaO。但从动力学观点和实验结果来看，渣中含适量MgO时，炉渣流动性改善，有利于脱硫。但当MgO超过15~20%，炉渣黏度激增，这种渣不但脱硫能力极低，甚至不能正常冶炼。

3）MgO对炉内［Si］还原的抑制。提高渣中MgO，生铁含[Si]降低。其主要原因是：MgO提高初渣熔点，使软熔带下移，滴落带高度降低；MgO增加，三元碱度提高，抑制了硅的还原。