焦比

簡介

反映高爐鍊鐵原料、燃料、設備和技術操作水平的重要技術經濟指標。

焦比= 每晝夜的焦炭消耗量(噸) / 每晝夜的生鐵產量(噸)或平均每煉一噸生鐵所消耗的焦炭量，用千克表示。

一般大中型高爐的焦比為0.6～0.8之間(或600～800千克之間)。世界先進水平焦比已接近400千克，個別為350千克。降低焦比，即可使每批爐料中的礦石相對增多，焦炭相對減少，就能多出鐵，降低鍊鐵成本。降低焦比的主要措施有吃精料、提高風温(世界先進水平風温達1370°C)、採用綜合鼓風(噴吹煤粉、重油或天然氣加富氧)、增加高爐有效容積和提高技術水平等。

理論焦比就是在一定的冶煉條件下，高爐冶煉1 t生鐵的最低焦炭消耗量。所謂一定的冶煉條件，就是指高爐使用的原料成分和性能，噴吹燃料的數量，冶煉時的鼓風參數 (風温、濕度、富氧率 ) ，冶煉的生鐵成分等都已確定。 在這樣特定條件下，由高爐反應及熱量消耗所決定的最低焦比，就是所謂的理論焦比。理論焦比的計算可以用來校驗鍊鐵設計選取的焦比是否合適，也可對實際操作的高爐進行分析比較，尋求降低焦比的途徑。 但是，理論焦比並非高爐冶煉的實際焦比。 理論焦比與實際焦比有怎樣的關 系以及它們的計算，這便是要探討的問題。 ^[1] 

計算條件及某些規定

( 1)計算以冶煉 1 t生鐵作為基礎，所用原料成份、生鐵成份都是已知的。 對於生產高爐，噸鐵礦石用量，煤氣成份及爐渣成份也是已知的；而對於設計高爐，礦石用量可由鐵平衡方程先行求出。 考慮到人們的習慣以及易與某些文獻資料相對照比較，計算過程中用千卡 ( kcal)作熱量單位，最後可轉換成千焦 ( k J)。

( 2)當今高爐多使用高鹼度燒結礦冶煉，並尋求合理的爐料結構，冶煉時加入熔劑數量已很少了。考慮到這種情況，計算時先假定高爐不使用熔劑，待焦比算出後，按照爐渣鹼度要求，進行鹼度校核，確定加入熔劑的種類 (石灰石或硅石 )和數量，並按其爐內行為再進行追加焦比的計算。 ^[1] 

( 3)高爐高温區界限温度選在950℃是更為合適的。在高温區內碳的氣化反應 C+ CO₂ = 2CO充分發展，鐵及合金元素的直接還原在此區內完成。對於浮士體的間接還原 FeO+ CO= Fe+ CO₂，950℃時反應平衡常數 K_p = φ( CO₂ ) /φ( CO)= 30. 9 /69。 1= 0. 447，因此還原 1 kmol鐵所需要 CO的過量係數 n應為

n = 1+ 1 /K_p = 1+ 2. 237= 3. 237 kmol。

( 4)現代高爐多采用富氧噴煤強化冶煉措施，這裏規定每噸生鐵的噴煤量是已知的，並認為煤粉碳素在高爐風口前全部燃燒掉。 ^[1] 

計算的準備

方法與其它方法的一個不同點，就是對每噸生鐵的渣量、石灰石用量以及焦比等採用分解計算的方法，也就是分別計算礦石、焦炭、煤粉這些物料的成渣物質的數量，石灰石用量和各自的耗熱量。 這樣就可以找出焦比、渣量、石灰石用量之間的關係，使得焦比的計算脱離許多假定數據 (如假定渣量 ) 的範疇。 ^[1] 

焦比、直接還原度的聯合計算

對於焦比算式K × w ( C， k) =m ( C， b， k) +m( C， d， Fe)+ m( C， d， a) +m ( C， c) ，在一定的條件下，碳量 m ( C， d， a )，m( C， c) 都是已知的， 欲計算焦比，就要求出m ( C， b， k) 及m ( C， d， Fe) 兩項數值。這就需要列出既滿足高爐冶煉熱量消耗，又要滿足還原劑消耗所需碳量的兩個方程，聯立求解。 ^[1] 

以礦焦混裝形式多量回收利用高爐槽下小塊焦，替代大塊冶金焦，不僅能提高塊狀帶和軟熔帶礦石層的透氣性，促進礦石還原，提高煤氣利用率，而且能顯著降低焦比和生產成本。國內外高爐普遍使用小塊焦或焦丁，用量 20 一 40kg/t，生產效果良好，經濟效益很大。 ^[2] 

爐況和透氣性的變化及控制

小塊焦比由 20kg/t 逐步提高到50kg/ t 時，風壓、壓差和K 值基本不變，甚至有所下降。但提高到55kg/t 以 上時，風壓、壓差、K 值逐步上升，小塊焦比達60kg/ t時，風壓升高到397kP_a 、K 值達到2.75。試驗期間高爐 壓差維持在165kP_a 以下，順行一直良好，沒有爐況波動，表明在當前生產條件下，2 號高爐可穩定接受60kg/t 的小塊焦比。 ^[2] 

利用 0.5³m 耐高爐模型進行的高爐塊狀帶透模擬試驗表明，在寶鋼原燃料質量條件下，小塊焦比越高，高爐 動態壓差升高的幅度越大。小塊焦比增加對高爐塊狀帶透氣性的影響可用Ergun公式進行分析。 根據Ergun 公式 ，在高爐產量基本不變的條件下， 影響塊狀帶透氣性的主要因素是料層的孔隙度、爐料的平均直徑和料層厚度。 ^[2] 

煤氣流分佈變化及控制

試驗過程中，隨小塊焦比提高，中心和邊緣煤氣流總體變化不大，但通過上下部調劑，使高小塊焦比下煤氣流分佈穩定合理，保持高的透氣性和煤氣利用率，是非常重要的。試驗期間，2 號高爐由於爐體温度和熱負荷較低且 波動較大，爐身下部、爐腰、爐腹常有粘結和脱落，為此將風口面積由0.4727m²擴大到0. 4789m²，調整後爐體温度上升、脱落減少，但邊緣煤氣流偏強，鼓風動能較低。 ^[2] 

此外，大量使用小塊焦後死料柱粉末增多、體積擴大，也使高爐下部初始煤氣流向邊緣增強。根據2號高爐的操作特點，壓差較低、煤氣流分佈適宜的要求是：必須保證充沛穩定的中心煤氣流 ( 十字測温中心點 600 ℃ 以上 )， W 值控制在1.4 一 1.6。在50kg/t 以上小塊焦 比下，為發展中心、保持較強的中心氣流和降低K 值，上部調劑主要採取抑制邊緣的措施。 ^[2]